Paradigma Simbólico. Sistemas de Informação UNISUL Aran Bey Tcholakian Morales, Dr. Eng. (Apostila 2)

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1 Paradigma Simbólico Sistemas de Informação UNISUL Aran Bey Tcholakian Morales, Dr. Eng. (Apostila 2)

2 Revisão da aula anterior: definição de IA Podemos associar o termo IA com: Parte da ciência da computação que faz que os sistemas (máquinas) exibam atributos considerados como parte da inteligência humana: aprender, adquirir conhecimentos, entender linguagens, raciocinar, resolver problemas, entre outros; 2

3 Revisão da aula anterior: objetivos da IA O objetivo central da IA, é a criação de modelos para a inteligência e a construção de sistemas computacionais baseados nesses modelos. Este objetivo é simultaneamente teórico, (a criação de teorias e modelos para a capacidade cognitiva), e prático, a implementação de sistemas computacionais baseados nestes modelos. Em outras palavras, a IA tem se destacado na busca por compreender a inteligência e por englobar diversos campos do conhecimento com o objetivo prático de simular a inteligência. O caráter dual deste objetivo levou, naturalmente, a pesquisa e desenvolvimento em IA cristalizarem-se em torno de três linhas de pesquisa: 3

4 Revisão da aula anterior: objetivos da IA IA cognitiva: desenvolvimento de modelos formais para a inteligência humana, tema da ciência cognitiva, também chamada de psicologia computacional; IA básica: exploração e experimentação de técnicas computacionais que apresentem potencial para a simulação do comportamento inteligente; IA aplicada: desenvolvimento de aplicações educacionais, comerciais ou industriais utilizando técnicas de IA. 4

5 Abordagem Simbólica Baseado nos diversos campos de estudo que auxiliaram na fundamentação dos princípios teóricos da inteligência artificial surgiram duas abordagens: Abordagem Simbólica (ou cognitiva): dá ênfase aos processos cognitivos, ou seja, os métodos simbólicos em IA, procuram emular o raciocínio do ser humano na solução de problema. Abordagem Biológica: dá ênfase aos modelos naturais (por exemplo, o funcionamento do cérebro, dos neurônios e das suas conexões e o processo de evolução natural), para construir técnicas que tenham potencial de emular o comportamento inteligente. 5

6 Paradigma Simbólico

7 Abordagem Simbólica Baseado nos diversos campos de estudo que auxiliaram na fundamentação dos princípios teóricos da inteligência artificial surgiram duas abordagens: Abordagem Simbólica (ou cognitiva): dá ênfase aos processos cognitivos, ou seja, a forma como o ser humano raciocina. Abordagem Biológica: dá ênfase aos modelos naturais (por exemplo, o funcionamento do cérebro, dos neurônios e das suas conexões e o processo de evolução natural), para construir técnicas que tenham potencial de emular o comportamento inteligente. 7

8 Abordagem simbólica A linguajem é um exemplo de sistema simbólico. As palavras são símbolos que representam: - objetos - relações - eventos Quando as palavras são combinadas, podem descrever, explicar situações do mundo real. 8

9 Abordagem simbólica Abordagem Simbólica ou Cognitiva: dá ênfase aos processos cognitivos, ou seja, os métodos simbólicos em IA, procuram emular o ser humano na solução de problema. Para isso, são baseados em técnicas de representação do conhecimento necessário para resolver o problema e em mecanismos capazes de inferir soluções ou novos conhecimentos através da manipulação do conhecimento representado. 9

10 Conhecimento A construção de sistemas de IA (na visão simbólica), está baseado no desenvolvimento de adequadas representações do conhecimento e estratégias de manipulação. Que é conhecimento? Como se pode representar o conhecimento? Como se poderia manipular o conhecimento? 10

11 Conhecimento Definição Conhecimento, pode ser definido como estratégias (modelos, métodos, regras, técnicas, mecanismos) usados por uma pessoa ou máquina para interpretar, e responder apropriadamente a um assunto ou problema específico. 11

12 Conhecimento Pode-se dizer que o conhecimento é subjetivo e depende muito das pessoas que tem vivência sobre o assunto, entendimento sobre um domínio e tem alto grau de refinamento. O conhecimento, envolve fatores intangíveis como, crenças pessoais, perspectivas, insights, intuições e interpretações, é de difícil estruturação, captura, apresentação e transferência e compartilhamento. Por esse motivo, o conhecimento deve ser adquirido de forma construtivista, em que o processo de descoberta é guiado por hipóteses, num processo interativo entre o especialista e o assunto em questão. 12

13 Representação do Conhecimento Conhecimento Uma representação é alguma coisa que está no lugar de outra. Conclusões podem ser tiradas sobre as coisas representadas, olhando-se apenas para o modelo. Na IA simbólica, a representação do conhecimento é feita através de uma coleção de símbolos e com procedimentos de interpretação. Existem diferentes tipos de representação: Lógica; Redes Semânticas; Frames; Regras de produção. As primeiras modelagens da inteligência surgiram na década de 50 e tiveram como base as regras de produção e a lógica dos predicados. Os pioneiros dessa corrente foram Jonh McCarthy, Marvin Minsky, Newell e Simon. 13

14 Conhecimento Manipulação do Conhecimento Alguns paradigmas tradicionais para a resolução de problemas em IA. Programação Heurística: baseada no modelo de comportamento humano e seu estilo para resolver problemas. Evolução Artificial: modelo baseado no processo genético da evolução natural, proposto por Charles Darwin. Redes Neurais Artificiais: é uma representação abstraída do modelo neural do cérebro humano. Cada paradigma compreende uma coleção de métodos, configurações e técnicas desenvolvidas para manipular o conhecimento. 14

15 Exercício 1 - Folha 1 Conhecimento Dois jogadores escolhem alternativamente números do 1 até o 9. Um número escolhido pôr um dos jogadores, não pode ser escolhido pelo outro jogador. O jogador que tenha 3 números com soma 15 ganha o jogo. Representar o problema e encontrar uma estratégia para jogar. 15

16 Métodos de Busca em Espaço de Estados 17

17 Métodos de Busca em Espaços de Estados Resolução de Problemas A maioria dos problemas interessantes do ponto de vista da IA, não dispõe de soluções algorítmicas, ou quando tem solução, são complexas de serem implementadas (exemplo: jogos). As características deste tipo de problemas são: a. São resolvidos pôr seres humanos. b. A complexidade é variável ( simples como o jogo da velha, e complexo como xadrez). c. São problemas de conhecimento total, tudo o que é necessário saber para solucioná-los é conhecido. d. A solução é uma seqüência de situações. 18

18 Métodos de Busca em Espaços de Estados Resolução de Problemas Frente a falta de solução algorítmica viável, um método de solução possível é a busca. Definição busca: uma sequência de movimentos que levam de um estado inicial a um estado final. A definição do problema como uma busca no espaço de estados forma a base de muitos métodos usados na solução de problemas em IA, ( isto é chamado de Resolução de Problemas através da Busca). 19

19 Métodos de Busca em Espaços de Estados Resolução de Problemas Para descrever uma solução de um problema através da busca no espaço de estados, é necessário considerar os seguintes elementos: a. Espaço de estados O espaço de estados (estados do sistema) de um problema, são representações que contem o conjunto configurações possíveis do problema, isto é, toda a informação que descreve a situação atual do sistema. 20

20 Métodos de Busca em Espaços de Estados Resolução de Problemas b. Definir um ou mais estados iniciais e um ou mais estados finais. c. Descrever um conjunto de regras (operadores), que permitirá passar de um estado a outro estado, e que a solução caminhe de um estado inicial até algum estado final. d. Uma estratégia ou mecanismo de controle do processo de busca que determinará qual operador aplicar em um determinado estado e uma função custo ou avaliação da solução final, que permitira avaliar a estratégia ou mecanismo escolhido para controle da busca. 21

21 Sistemas simbólicos inteligentes Exercício 2 - Folha 1 O problema das Torres de Hanói consiste em mover os 3 discos da primeira torre para a ultima torra, tal que em cada movimento pode-se mover somente um disco e um disco de tamanho maior nunca pode ficar acima de um disco de tamanho menor. a. Definir os estados iniciais, finais. b. Determinar o tamanho do espaço de estados com 3 discos. Qual é o tamanho de espaços com 4 discos? Dica: calcular o tamanho de espaço com 1 disco e com 2 discos, para depois calcular para 3 e 4 discos. c. Qual é o menor número de movimentos para encontrar a solução? Calcular para 3 discos e para 4 discos. d. Encontrar uma representação adequada (para 3 discos) que permita visualizar as soluções possíveis (estratégia para jogar). e. Diz a lenda, que quando Deus fez o mundo, deu aos monges de um monastério a tarefa de resolver o problema das torres com 64 discos, e quando os monges movam os 64 discos da primeira para a terceira torre, o mundo vai acabar. Quantos anos estão faltando para o mundo acabar (considere que em 1 segundo é possível fazer 1 movimento de disco e que os monges realizam o menor número de movimentos possíveis)? 22

22 Sistemas simbólicos inteligentes Os primeiros sistemas de IA foram os sistemas para resolver problemas. A programação deste tipo de sistema requer uma especificação precisa do problema em termos de estados e operações sobre os estados. O conjunto de passos a serem realizados do estado inicial ao final, representa a solução do problema. A solução de um problema é dada ao atingir-se o estado final especificado a partir da aplicação de um conjunto de operações sobre o estado inicial. 28

23 Sistemas simbólicos inteligentes Exercício 3 - Folha 1 Seja o problema conhecido como o mundo dos blocos, onde os operadores possíveis são: a. colocar um bloco sobre a mesa ou b. colocar um bloco encima de outro bloco. Os blocos que podem ser movidos não podem ter outro bloco encima deles. Determinar o tamanho do espaço de estados para 3 blocos e encontrar uma representação adequada que permita visualizar as soluções possíveis. Qual é o tamanho de espaço de estados para 4 blocos? 29