O Estudo do Conhecimento

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1 O Estudo do Conhecimento Aprender - ato que produz um comportamento diferente a um estímulo externo devido a excitações recebidas no passado e é, de uma certa forma, sinônimo de aquisição de conhecimento. Mas se aprendizado pode ser considerado como parte do estudo do conhecimento, o que é conhecimento? Conhecimento - é o que faz com que seja possível o encadeamento e desenvolvimento da inteligência. Raciocínio ou Inferência é o processo de chegar a conclusões a partir de conhecimentos armazenados na memória. 1

2 O Estudo do Conhecimento A Lógica, desde o pensamento Aristotélico, é um dos mais tradicionais e eficazes instrumentos do raciocínio humano para inferência racional de conclusões. Aristóteles (384 a.c. 322 a.c.) é a quem se deve o primeiro estudo formal do raciocínio. Escreveu os primeiros grandes trabalhos de lógica: Coleção de regras para raciocínio dedutivo. Leibniz ( ) propõe o uso de simbolos para mecanizar o raciocínio dedutivo. Boole ( ) e De Morgan ( ) propõem as bases da lógica simbólica moderna. 2

3 O Estudo do Conhecimento Frege ( ) formaliza a Lógica, prentendia mostrar que a matemática, em particular a aritmética, se desenvolve a partir da lógica. Russell ( ) foi além de Frege, afirmou que todas as verdades matemáticas, não apenas as da aritmética, poderiam ser deduzidas a partir de umas poucas verdades lógicas, e todos os conceitos matemáticos reduzidos a uns poucos conceitos lógicos primitivos. Gödel ( ) apresentou seu Teorema da incompletude, no qual afirma que qualquer sistema axiomático suficiente para incluir a aritmética dos números inteiros não pode ser simultaneamente completo e consistente. 3

4 O Estudo do Conhecimento 4

5 O Estudo do Conhecimento 5

6 A ciência e o Conhecimento

7 A ciência e o Conhecimento

8 A ciência e o Conhecimento

9 A ciência e o Conhecimento

10 Inferência Dedutiva

11 Inferência Dedutiva Modus ponens (Latim: modo que afirma): Se X implica Y, e, X é verdade, então, Y é verdade Todo homem é mortal João é homem Inferência: João é mortal 11

12 Inferência Indutiva

13 Inferência Indutiva Se para um conjunto de objetos, X={a,b,c,d,...}, a propriedade P é verdade para a; para b; para c,.., para n, então P é verdade para todo X. Caso 1: Bactéria 1 é gram-positiva Bactéria 1 tem coloração violeta ou azul escura através da técnica de Gram. Caso 2: Bactéria 2 é gram-positiva Bactéria 2 tem coloração violeta ou azul escura através da técnica de Gram. Caso 3: Bactéria 3 é gram-positiva Bactéria 4 tem coloração violeta ou azul escura através da técnica de Gram. Lei geral: Bactérias gram-positivas tem coloração violeta ou azul escura através da técnica de Gram. 13

14 Inferência Abdutiva

15 Inferência Abdutiva Se Y é verdade, e, X implica Y, então, X é verdade José morreu de câncer de pulmão Se eu leio que fumar causa câncer de pulmão. Inferência: José era um fumante. 15

16 Inferência Dedutiva Indutiva e Abdutiva O conhecimento novo baseado no raciocínio dedutivo é sempre verdade se as suposições são verdadeiras O conhecimento novo baseado em vários casos (indução) é geralmente verdadeiro desde que os sistemas estudados sejam bem comportados. Uma inferência baseada na abdução pode ser plausível mas deve carregar um fator de confiança para indicar a probabilidade de estar correta.

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20 Conhecimento-Raciocínio-Aprendizado 20

21 Conhecimento-Raciocínio-Aprendizado A maquina precisa Adquirir e Armazenar o conhecimento para poder realizar Inferências. Características do conhecimento que devem ser analisadas: Volumoso: possui diversos aspectos, características e detalhes. A cada momento, novos conhecimentos são gerados. Difícil caracterização: não sabemos explicar com formalismo como, quando e de que forma o conhecimento foi adquirido, também temos dificuldade de explicá-lo. Em constante mudança: é aperfeiçoado sistematicamente, crescendo e se modificando permanentemente. É individual e único: cada indivíduo interpreta seu conhecimento de forma única. 21

22 Representação do Conhecimento Para que um sistema computacional possa utilizar aspectos do conhecimento existe a necessidade de estruturação daquilo que será empregado pelo sistema. Essa estruturação é conhecida pelo nome de Representação do Conhecimento 22

23 Representação do Conhecimento Características que deve ter a Representação do Conhecimento: Generalizável: vários pontos de vista do mesmo conhecimento concebem uma representação de modo que possa ser atribuído a diversas situações e interpretações. Representação passível de atualização/correção: o conhecimento é dinâmico, portanto, existe a necessidade permanente de atualização e ajustes do mesmo Robusta: de tal forma que seja possível a sua utilização mesmo não abordando todas as situações possíveis, ou seja, mesmo sendo incompleta e imprecisa. Compreensível: compreensível ao ser humano e também que seja possível a sua interpretação. 23

24 Representação do Conhecimento Quando se discute representação do conhecimento, se lida com dois tipos diferentes de entidades: Fatos: Verdades em algum mundo relevante. Essas são as coisas que queremos representar. Representação de fatos: com algum formalismo escolhido. Essas são as coisas que efetivamente seremos capazes de manipular. 24

25 Representação do Conhecimento Regras Formato condição/ação. Redes Semânticas Frames (Quadros) Scripts (Roteiros) é uma representação estruturada que descreve uma seqüência estereotipada de eventos em um contexto particular. Criada por Schank como um meio de organizar estruturas conceituais. Casos uma experiência passada, acumulando casos e tentando descobrir, por analogia, soluções para outros problemas. 25

26 Redes Semânticas Propostas em 1913 por Selz: explicação de fenômenos psicológicos. Quillian implementou em 1966 as redes: conhecimento semântico pode ser representado como relacionamento entre dois objetos. Uma rede semântica é uma representação na qual: Existem nós que representam entidades e links (predicados) que representam relacionamentos entre essas entidades; Cada link conecta um nó origem até um nó destino; Normalmente, os nós e links denotam entidades de domínio específico.

27 Redes Semânticas Rede semântica desenvolvida por Collins & Quillian: Pesquisa sobre o armazenamento de informação pelo homem e seu tempo de resposta.

28 Redes Semânticas Forma mais flexível e intuitiva de representar conhecimento. Suportam herança de propriedades. Relações: Ako (a-kind-of): relações entre classes é-um (is-a): relações entre classes e instâncias. Uma entidade pertence a uma classe mais alta ou uma categoria de objetos. tem-um (has-a): identifica características ou atributos das entidades parte-de (part-of): identifica características ou atributos das entidades variados: identifica características gerais 28

29 Redes Semânticas Provar a declaração Cães comem : Busca a partir do nó Cão, temos: Cão é-um mamífero Mamífero é-um animal Animal faz comer Isto é uma prova para Cães comem Para derivar todo o conhecimento sobre câes Busca em largura a partir do nó Cão : Cães são Mamíferos Cães têm Pêlos Cães são Animais Cães Comem

30 Redes Semânticas Vantagens: Representação visual fácil de entender. Flexibilidade na manipulação de nós e links: adição, exclusão, modificação Economia: herança via relações é-um e ako. Capta senso-comum : semelhante ao armazenamento de informações no cérebro.

31 Redes Semânticas Desvantagens: Busca em redes semânticas grandes pode ser muito ineficiente. Não há homogeneidade na definição de nós e links. Hereditariedade pode causar dificuldades no tratamento de exceções. Pode haver conflito entre características herdadas. É difícil representar conhecimento procedimental: seqüenciamento e tempo não estão explícitos. Menos expressiva que a Lógica de Primeira Ordem

32 Frames (Quadros) Um frame é identificado por um nome e descreve um objeto complexo através de um conjunto de atributos Um Sistema de Frames é um conjunto de frames organizados hierarquicamente (Semelhante a Redes Semânticas). São uma evolução das Redes Semânticas: nós são substituídos por frames arcos são substituídos por atributos (slots) procedimentos podem ser anexados a um frame 32

33 Frames (Quadros) Possuem pelo menos dois atributos: Nome Ako ou is-a Para melhorar a estruturação (hierarquia), privilegiam dois tipos de relações: ako: relação entre classe e sub-classe is-a: relação entre classe e instância. Cada atributo aponta para um outro frame ou para um tipo primitivo, ex. string; consiste em um conjunto de facetas (atributos de atributos). 33

34 Classes e Instâncias Frames (Quadros) 34

35 Frames (Quadros) Facetas: Descrevem conhecimento ou algum procedimento relativo ao atributo. Propriedades Valor: especifica o único valor possível. Valor default: especifica o valor assumido pelo atributo caso não haja nenhuma informação a esse respeito. Tipo: indica o tipo de dado do valor. Domínio: descreve os valores possíveis para o atributo. Procedimentos Demons: procedimentos anexados aos frames, disparados por consultas ou atualizações. 35

36 Frames (Quadros) Procedimento Demons 36

37 Frames (Quadros) Tipos de herança: Herança simples existe uma única superclasse para cada classe Herança múltipla uma classe pode ter mais de uma superclasse, podendo herdar propriedades ao longo de diversos caminhos diferentes (= o caos) Herança pode ser eficiente em domínios que apresentem uma taxonomia natural de conceitos (biologia). 37

38 Sistemas baseados em conhecimento Dois componentes principais (separados): Base de Conhecimento: contém o conhecimento do domínio do problema (utiliza formalismos de representação e linguagens específicas) Mecanismo de Inferência: programa para a manipulação da base de conhecimento.

39 Sistemas baseados em conhecimento 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 você resolveria este problema? Linguagem: você entende o que está escrito em português Conhecimento: você sabe um pouco de geopolítica e armas inferência: você é capaz de raciocinar usando este conhecimento descrito em português

40 novo conhecimento conhecimento prévio Solucionando o problema conhecimento do problema A) Todo americano que vende uma arma a uma nação hostil é criminoso B) Todo país em guerra com uma nação X é hostil a X C) Todo país inimigo político de uma nação X é hostil a X D) Todo míssil é um arma E) Toda bomba é um arma F) Cuba é uma nação G) USA é uma nação H) Cuba é inimigo político dos USA I) Irã é inimigo político dos USA J) West é americano K) Existem mísseis em cuba L) Os mísseis de cuba foram vendidos por West M) Cuba possui um míssel M1 - de K N) M1 [e um míssil - de K O) M1 é uma arma - de D e N P) Cuba é hostil aos USA - de F, G, H e C Q) M1 foi vendido a Cuba por West - de L, M e N R) West é crimonoso - de A, J, O, P e Q 40

41 Como uma máquina resolveria este problema? Segundo a IA... Identificar o conhecimento do domínio Representá-lo em uma linguagem formal Implementar um mecanismo de inferência Questões-chave Como adquirir esse conhecimento? Como representá-lo adequadamente? Como raciocinar com ele correta e eficientemente?

42 Arquitetura de Sistema baseado em conhecimento