PROBLEMAS, ESPAÇO DE PROBLEMAS E BUSCA. Prof. DSc. Marcus Vinicius Lamar Prof. DSc. Alexandre Rasi Aoki

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1 PROBLEMAS, ESPAÇO DE PROBLEMAS E BUSCA Prof DSc Marcus Vinicius Lamar Prof DSc Alexandre Rasi Aoki

2 Sumário Problemas de IA Formulação de Problemas como uma Busca em um Espaço de Estados Estratégias de Busca Exemplo de Aplicação Conclusões Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 2

3 PROBLEMAS DE IA

4 Problemas de IA Existe um grande número de problemas que as pessoas resolvem melhor que o computador: Cálculo numérico Armazenamento de dados Atribuir pesos diferentes a informações Trabalhar com ambigüidades Verificar coisas iguais em coisas diferentes Verificar coisas diferentes em coisas iguais Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 4

5 Problemas de IA Problemas extremamente combinacionais: Caixeiro viajante Xadrez Reconhecimento de padrões F E D A B C Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 5

6 Problemas de IA Revista VEJA Kasparov x Deep Blue IA: teoria fracassada e produziu fiascos 200 milhões de jogadas por segundo Será isto verdade? Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 6

7 Problemas de IA Enxadristas Amadores 2 lances a frente Mestre Nacional 4 a 6 lances a frente Mestre Internacional 7 lances a frente Jogada inicial 2 cavalos 8 peões (com 2 movimentos cada) Total de 20 movimentos Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 7

8 Problemas de IA Número de jogada 20 jogadas 20 x 20 = 400 jogadas 400 x 20 = 8000 jogadas 8000 x 20 = jogadas Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 8

9 Problemas de IA O erro da Veja! 200 milhões de jogadas por segundo 7 lances a frente = 1,6 quinquilhões 1 ano = segundos Cada Jogada 260 anos! Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 9

10 FORMULAÇÃO DE PROBLEMAS COMO UMA BUSCA EM UM ESPAÇO DE ESTADOS

11 Formulação de Problemas como uma Busca em um Espaço de Estados Problema das Jarras de Água 4L 3L Como colocar exatamente 2 litros de água na jarra de 4 litros? Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 11

12 Formulação de Problemas como uma Busca em um Espaço de Estados Definir um espaço de estado com todas as configurações possíveis Definir o estado inicial Definir o estado objetivo Especificar um conjunto de regras que descrevem as ações possíveis Especificar uma base de conhecimento/dados que contenham informações apropriadas a tarefa Especificar uma estratégia de controle (busca de soluções) Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 12

13 Formulação de Problemas como uma Busca em um Espaço de Estados Espaço de estados {(x,y) 0 x 4 e 0 y 3} Estado inicial (0,0) Estado objetivo (2,y) Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 13

14 Formulação de Problemas como uma Busca em um Espaço de Estados Regras 1 Se x < 4 (4,y) 2 Se y < 3 (x,3) 3 Se x > 0 (0,y) 4 Se y > 0 (x,0) 5 Se x + y 4 e y > 0 (4,y-(4- x)) 6 Se x + y 3 e x > 0 (x-(3- y),3) 7 Se x + y 4 e y > 0 (x+y,0) 8 Se x + y 3 e x > 0 (0,x+y) 9 Se (0,2) (2,0) 1 Encher a jarra de 4L 2 Encher a jarra de 3L 3 Esvaziar a jarra de 4L 4 Esvaziar a jarra de 3L 5 Despejar água da jarra de 3L para jarra de 4L até a jarra de 4L encher 6 Despejar água da jarra de 4L para jarra de 3L até a jarra de 3L encher 7 Despejar toda água da jarra de 3L na jarra de 4L 8 Despejar toda água da jarra de 4L na jarra de 3L 9 Despejar 2L de água da jarra de 3L para jarra de 4L Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 14

15 Formulação de Problemas como uma Busca em um Espaço de Estados Árvore de busca (0,0) Estado inicial (4,0) R1 (0,3) R2 (4,3) R2 (0,0) R3 (1,3) R6 (4,3) R1 (0,0) R4 (3,0) R7 (1,0) R4 (0,1) (4,1) (2,3) R8 R1 R6 Estado objetivo Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 15

16 ESTRATÉGIAS DE BUSCA

17 Estratégias de Busca Busca em Amplitude Expande o nó raiz Algum nó é o objetivo? Sim Fim Não Expande cada um dos novos nós verificando se algum nó é o objetivo Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 17

18 Estratégias de Busca Busca em Amplitude Nó raiz Nó objetivo Nó objetivo Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 18

19 Estratégias de Busca Busca em Profundidade Expande o nó raiz Algum nó é o objetivo? Sim Fim Não Expande o primeiro dos novos nós verificando se algum nó é o objetivo Quando não der mais para expandir voltar para o segundo dos novos nós Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 19

20 Estratégias de Busca Busca em Profundidade Nó raiz Nó folha Nó objetivo Nó objetivo Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 20

21 Estratégias de Busca Gerar e Testar Expande o nó raiz Algum nó é o objetivo? Sim Fim Não Expande os novos nós, avalia os novos nós, escolhe o melhor dos novos nós (o mais próximo do objetivo) prossegue a busca Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 21

22 Estratégias de Busca Gerar e Testar Nó raiz Nó objetivo Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 22

23 Estratégias de Busca Subida de Encosta Expande o nó raiz Algum nó é o objetivo? Sim Fim Não Avalia os novos nós, escolhe o melhor dos novos nós (o mais próximo do objetivo) e expande o novo nó escolhido, verificando se algum nó é o objetivo Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 23

24 Estratégias de Busca Subida de Encosta Nó raiz Nó objetivo Nó objetivo Nó objetivo Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 24

25 Estratégias de Busca Busca pela Melhor Escolha Expande o nó raiz Algum nó é o objetivo? Sim Fim Não Avalia os novos nós, escolhe o melhor dos nós (o mais próximo do objetivo) e expande o nó escolhido, verificando se algum nó é o objetivo Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 25

26 Estratégias de Busca Busca pela Melhor Escolha Nó raiz (3) (2) (3) (2) (3) (3) (4) (6) (4) (6) (5) (3) (4) (6) (5) (3) (4) (6) Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 26

27 Estratégias de Busca A* Expande o nó raiz Avalia qual dos novos nós está mais perto do nó raiz (otimiza o caminho) Avalia qual dos novos nós está mais perto do nó objetivo (otimiza a busca) O nó que tiver a melhor avaliação conjunta é escolhido Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 27

28 EXEMPLO DE APLICAÇÃO

29 CONCLUSÕES

30 Conclusões Recomendação de Leitura AOKI, AR; LAMBERT-TORRES, G; MORAES, CHV de; COSTA, BR; BARBOSA, JA Sistema Multi-Agente para o Atendimento de Ocorrências na Rede de Distribuição de Energia Elétrica In: VI SIMPÓSIO BRASILEIRO DE AUTOMAÇÃO INTELIGENTE, 2003, Bauru/SP Anais do VI SBAI 2003 Exemplo de software and-computer-science/6-034artificial- IntelligenceFall2002/Tools/detail/searchhtm Mestrado em Eng Elétrica - UFPR Inteligência Artificial Aplicada 30