Paradigmas da IA. Eixos centrais (das diferenças)

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1 Paradigmas da IA

2 Paradigmas da IA Simbólico: metáfora lingüística/lógica Sistemas de produção Conexionista: metáfora cérebro Redes neurais Evolucionista: metáfora teoria da evolução natural Algoritmos genéticos Probabilista: probabilidade Redes bayesianas IA Distribuída: metáfora social Sistemas multiagentes 2

3 Paradigmas da IA Diferenças chaves Forma de representar o conhecimento Forma de raciocinar com esse conhecimento Forma de adquirir esse conhecimento Eixos centrais (das diferenças) Aprendizado x Manual Numérico x Simbólico 3

4 IA Simbólica

5 Exemplo West é criminoso ou não? A lei americana diz que é proibido vender armas a uma nação hostil. Cuba possui alguns mísseis, e todos eles foram vendidos pelo Capitão West, que é americano Como resolver automaticamente este problema de classificação? Segundo a IA simbólica, é preciso: Identificar o conhecimento do domínio (modelo do problema) Representá-lo utilizando uma linguagem formal de representação Implementar um mecanismo de inferência para utilizar esse conhecimento 5

6 Conhecimento: Representação e Uso Raciocínio: Manipulação de símbolos representando as entidades, relações, eventos de domínio de aplicação processo de construção de novas sentenças a partir de outras sentenças. Deve ser plausível (sound) fatos segue-se fatos Mundo Representação semântica sentenças implica semântica sentenças 6

7 Revisitando o caso do Cap. West A ) x, y,z A m e r ic a n o ( x ) A r m a ( y ) N a ç ã o ( z ) H o s til( z ) V e n d e ( x,z,y ) C r im in o s o ( x ) B ) x G u e r r a ( x,u S A ) H o s til( x ) C ) x In im ig o P o lític o ( x,u S A ) H o s til( x ) D ) x M ís s il( x ) A r m a ( x ) E ) x B o m b a ( x ) A r m a ( x ) F ) N a ç ã o ( C u b a ) G ) N a ç ã o ( U S A ) H ) In im ig o P o lític o ( C u b a,u S A ) I) In im ig o P o lític o ( Ir ã,u S A ) J ) A m e r ic a n o ( W e s t) K ) x P o s s u i( C u b a,x ) M ís s il( x ) L ) x P o s s u i( C u b a,x ) M ís s il( x ) V e n d e ( W e s t, C u b a,x ) M) Possui(Cuba,M1) - Eliminação: quantificador existencial e N) Míssil(M1) conjunção de K O) Arma(M1) - Modus Ponens a partir de D e N P) Hostil(Cuba) - Modus Ponens a partir de C e H Q) Vende(West,Cuba,M1) - Modus Ponens a partir de L, M e N R) Criminoso(West) - Modus Ponens a partir de A, J, O, F, P e Q 7

8 IA Simbólica: Resumo Características principais Inspirada na lógica, semiologia, lingüística e psicologia cognitiva (funcionalista) Representação do conhecimento: todos os tipos Raciocínio: todos os tipos Aquisição do conhecimento: todos os tipos Vantagem: versatilidade Inadequada para... Raciocínio de baixo nível para percepção ou reflexos Visão computacional, processamento da fala Controle dos motores dos atuadores do robôs Raciocínio com conhecimento incerto ou muito ruidoso 8

9 IA Conexionista

10 Paradigma Conexionista: Redes Neurais Definição Romântica : Técnica inspirada no funcionamento do cérebro, em que neurônios artificiais, conectados em rede, são capazes de aprender e de generalizar Definição Matemática : Técnica de aproximação de funções por regressão não linear É uma outra abordagem: Linguagem -> redes de elementos simples Raciocínio -> aprender diretamente a função entradasaída 10

11 Redes Neurais s1 sj sn w1i wji wni e(i) s(i) e(i) = w ji s j s(i) = f (e(i)) camada de entrada camada escondida camada de saída 11

12 Exemplo 1 Saída produzida 0.2 Saída desejada 1 x = erro = subtração 12

13 IA Conexionista: Resumo Características principais Inspirada na neurofisiologia Muito utilizado em ambientes industriais e como técnica de aprendizagem Representação do conhecimento: conjunto de atributo-valor (lógica 0+) Raciocínio: indutivo ou analógico durante treinamento, dedutivo, abdutivo ou analógico durante utilização Aquisição do conhecimento: aprendizagem Adequada para Raciocínio de baixo nível para percepção ou reflexos Pouco adequada para Domínios relacionais requerem representação da 1a ordem Aplicações que requerem explicação das decisões (ex, central nuclear, cirurgia, investimento de grande porte) Tarefas não-analíticas: planejamento e concepção 13

14 IA Evolucionista

15 Paradigma Evolutivo Natureza Seres mais adaptados ao ambientes sobrevivem e suas características genéticas são herdadas Idéia: Indivíduo = Solução Faz evoluir um conjunto de indivíduos mais adaptados por cruzamento e mutação através de sucessivas gerações Fitness function f(i): R ->[0,1] 15

16 Exemplo Indivíduo possível Vetor cujos elementos são as quantidades de ingredientes usados para fazer um bolo + o valor de aptidão (fitness) do momento Função de Aptidão Feedback se o bolo ficou gostoso ou não,... Mutação e cruzamento: Troca e alteração Aptidão Ovos Açúcar Fermento Farinha... Leite 16

17 IA Evolucionista: Resumo Características principais Método probabilístico de busca para resolução de problemas (otimização) Inspirada na teoria da evolução, paleontologia,... Representação do conhecimento: conjunto de atributo-valores (lógica 0+) Raciocínio: indutivo durante treinamento, dedutivo ou abdutivo durante utilização Aquisição do conhecimento: aprendizagem (e manual p/ iniciar) Adequada para Otimização Pouco adequada para Domínios relacionais requerem representação da 1a ordem 17

18 Resumo

19 conhecimento em intenção (regras) Sistemas Nebulosos (fuzzy) Redes Bayesianas Sistemas de PLN Sistemas Especialistas numérico Algoritmos genéticos Sistemas baseados em Redes Neurais Robôs Sistemas de Aprendizagem simbólica indutiva Sistemas baseado em casos simbólico conhecimento em extensão (exemplos) 19

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