Sistemas Especialistas

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1 Sistemas Especialistas Sistemas de Produção: Introduzida por Post em Predecessor dos Sistemas Especialistas (SE s). Baseados em regras de produção: pares de expressões consistindo em uma condição e uma ação (condição) -> (ação) Na sua forma mais simples apresentam dois componentes passivos e um componente ativo

2 Sistemas de Produção Componentes Passivos Regras: Conjunto ordenado de pares (LHS, RHS)*, sendo LHS e RHS sequencias de caracteres Memória de Trabalho: uma sequencia de caracteres Componente Ativo Interpretador: Para cada regra(lhs,rhs), se a sequência de caracteres LHS está contida na memória de trabalho, então substituir os caracteres LHS na memória pelos caracteres de RHS. Caso contrário, continuar na próxima regra. *(LHS, RHS): (left hand side, right hand side)

3 Sistemas de Produção Exemplo de sistema de produção Um sistema capaz de multiplicar dois números em notação unária (na qual o número n é representado por uma sequência de n algarismos 1), pode ser especificado através de um conjunto de regras: 1) x1* B* 5) 1B B1 2) 1x11 1Ax1 6) 2B B1 3) 1A A21 7) *A * 4) 2A A2 8) *B *

4 Sistemas de Produção Exemplo de sistema de produção Multiplicar *11x11* *11x11* *11Ax1* *1A21x1* *1A21B* *A2121B* *A212B1* *A21B11* *A2B111* *AB1111* *B1111* *1111*

5 Sistemas Produção Redescobertos nos anos 70 e usados como ferramenta para modelar a psicologia humana. O formato condição-ação se adapta à modelagem de todos os comportamentos baseados em pares estímulo-resposta.

6 Sistemas Especialistas Utilizam o formato de regras de produção como método de representação do conhecimento. Sistemas Especialistas são concebidos para reproduzir o comportamento de especialistas humanos na resolução de problemas do mundo real, mas o domínio destes problemas é altamente restrito

7 Arquitetura Sistemas Especialistas

8 Sistemas Especialistas Memória de Trabalho Pode conter qualquer tipo de estrutura de dados (Método de representação do conhecimento). Base de Regras Contém condições que representam perguntas à representação do conhecimento. Envolve variáveis que podem ser instanciadas. Motor de Inferência - Mecanismo encarregado de manipular a base de conhecimento em uma situação de consulta.

9 Sistemas Especialistas O motor de inferência controla a atividade do sistema. Essa atividade ocorre em ciclos, cada ciclo consistindo de 3 fases: Correspondência ou casamento de dados; Resolução de conflitos; Ação ou Aplicação da regra selecionada.

10 Sistemas Especialistas Casamento As regras que satisfazem a descrição da situação atual são selecionadas. O sistema computa o subconjunto de regras cuja esquerda é satisfeita pelos conteúdos atuais da memória de trabalho.

11 Sistemas Especialistas Resolução de Conflitos: O sistema decide quais as regras que devem ser executadas. Não Duplicação: não executar a mesma regra nos mesmos argumentos duas vezes; Recency: preferir regras que se referem a elementos da Memória de Trabalho criados recentemente; Especificidade: preferir regras que são mais específicas; Prioridade de Operação: preferir ações com prioridade maior, especificada por alguma categoria. Ação Execução propriamente dita das regras

12 Sistemas Especialistas Mecanismos de base do Motor de Inferência Encadeamento para a frente (forward) Encadeamento para trás (backward) Encadeamento misto

13 Sistemas Especialistas Mecanismos de base do Motor de Inferência Encadeamento para a frente: raciocínio guiado pelos dados. Regras no sentido condiçõesconclusões. Controle Progressivo ou forward-chaining Dedução do conhecimento construção da verdade Dados os FATOS, tenta-se usá-los como evidências para construir (ou aumentar) o conhecimento

14 Sistemas Especialistas Busca guiada por dados

15 Sistemas Especialistas Mecanismos de base do Motor de Inferência Encadeamento para trás: raciocínio guiado por um objetivo. Regras no sentido conclusões-condições. Controle Regressivo ou backward-chaining Verificar o conhecimento evidências da verdade Desde a consequência, tenta-se reconstruir as evidências que a geraram

16 Sistemas Especialistas Busca guiada por objetivo

17 Sistemas Especialistas Mecanismos de base do Motor de Inferência Encadeamento misto: considera, de forma alternada, enfoque dirigido pelos dados e enfoque dirigido pelos objetivos.

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19 Sistema Especialista Especialista É o fornecedor de conhecimento Elemento central no desenvolvimento de um SE Detém competência e conhecimento (mais ou menos profundo) acerca de um dado domínio Sabe quando, como, aonde e porquê deve usar esse conhecimento Se o SE é baseado no conhecimento de não especialistas : só conseguirá resolver casos triviais acabando por se traduzir num fracasso

20 Sistema Especialista Base de conhecimento contém o conhecimento do domínio Engenheiro de conhecimento Adquirir o conhecimento do especialista; Formalizar o conhecimento, codificá-lo, por exemplo, sentença lógica abrir(x,y) Implementar na máquina, estrutura de dados representando as sentenças, por exemplo, listas, tabelas, etc.

21 Sistema Especialista Aquisição do conhecimento Processo de compreender e organizar o conhecimento de várias fontes. É considerado o gargalo na construção dos Sistemas Especialistas pelas dificuldades apresentadas no processo.

22 Sistema Especialista Aquisição do conhecimento Dificuldades no processo Especialistas possuem conhecimento empírico e às vezes têm dificuldade de verbalizar sob pressão Especialistas utilizam vocabulário próprio (jargão) O conhecimento expresso pode ser: incompleto incorreto ou inconsistente irrelevante

23 Sistema Especialista Métodos de Aquisição do Conhecimento Processos de aquisição de conhecimento conduzidos pelo engenheiro do conhecimento entrevistas com o especialista observação do especialista em atuação Processos de aquisição de conhecimento conduzidos pelo especialista método de aquisição conhecimento guiado pelo especialista ferramenta para aquisição do conhecimento

24 Sistema Especialista Ferramenta para aquisição do conhecimento Uso de sistemas denominados Knowledge discovery in database, a aquisição de conhecimento é automática através da manipulação de grandes bases de dados Precisa da participação do especialista para validar o conhecimento adquirido

25 Sistema Especialista Máquina de inferência É o processador em um sistema especialista que confronta os fatos contidos na memória de trabalho com os conhecimentos de domínio contidos na base de conhecimento para tirar conclusões sobre o problema Processo similar ao motor de inferência do Sistema de produção

26 Sistema Especialista Mecanismo de Explanação É o mecanismo que permite responder ao usuário às perguntas do tipo porque e como chegou à resposta.

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28 Sistema Especialista Exemplos de Sucesso de Sistemas Especialistas LENDING ADVISOR sistema especialista para apoiar na decisão de concessão de crédito por parte de instituições bancárias EXPERTAX sistema especialista para auxílio à tarifação em seguros GATES sistema especialista para auxílio dos controladores de terra na atribuição das portas de chegada e partida dos vôos

29 Sistema Especialista Exemplos de Sucesso de Sistemas Especialistas MARVEL sistema especialista que a monitora um vasto conjunto de dados enviados pela nave Voyager para o Centro do Jet Propulsion Laboratory efetua tarefas de rotina alertando os analistas do centro para problemas mais sérios que ocorram com a nave ARCA sistema especialista para diagnóstico de arritmias cardíacas toma como entrada o resultado oriundo de um sistema de processamento de sinal ligado a um eletrocardiógrafo

30 Sistema Especialista Quando usar? - Análise de Viabilidade A falta de um Especialista afeta A tarefa? Solucionar a tarefa é altamente remunerativo A tarefa tem um Domínio bem Delimitado? e/ou Justificável o Desenvolvimento de um SBC Especialistas são Necessários em Vários locais? É preciso a Retenção de conhecimento

31 Sistema Especialista O que se espera de um Sistema Especialista? Resolução de problemas para o domínio para o qual foi concebido Facilidade de manutenção incremental da sua base de conhecimento Desempenho semelhante a um especialista capacidade de explicar como chegou a uma dada conclusão porque razão não foi possível chegar a uma dada conclusão

32 Sistema Especialista O que se espera de um Sistema Especialista? Mecanismo de raciocínio eficiente em domínios nos quais a quantidade de conhecimento seja elevada Interface que se adapte ao tipo de utilizador (especialista ou novato) e à situação em causa (normal ou crítica) Capacidade de efetuar raciocínios considerando incertezas e imprecisões: Raciocínio Bayesiano Fatores de Certeza Lógica fuzzy

33 Sistema Especialista Vantagens dos Sistemas Especialistas Explicação Rapidez de resposta Respostas: estáveis, completas e não emocionais Boa confiabilidade Pode ser usado como: Tutor inteligente Treinamento: Estagiários ou Pessoas em uma atividade ou sobre uma organização

34 Sistema Especialista Problemas e Limitações Dificuldade para representar o conhecimento Múltiplos especialistas (abordagens diferentes) Trabalha bem em apenas um domínio restrito Engenharia de conhecimento é custosa

35 Sistema Especialista Problemas e Limitações Falta de confiança do usuário Sistemas especialistas podem cometer erros ou não chegar a conclusões Fragilidade (somente têm acesso a conhecimento altamente específicos do seu domínio, não possuem conhecimentos mais genéricos quando a necessidade surge)

36 Sistema Especialista Exemplo: O Shell Expert SINTA Ferramenta para desenvolvimento de Sistemas Especialistas Utiliza um modelo de representação do conhecimento baseado em regras de produção e fatores de confiança Desenvolvido no Ceará pelo grupo SINTA (Sistemas INTeligentes Aplicados), atuando junto ao Laboratório de Inteligência Artifical (LIA) da Universidade Federal do Ceará. Fonte:

37 Sistema Especialista Exemplo: Escolha de Vinhos (Expert SINTA)

38 Sistema Especialista Exemplo: Escolha de Vinhos (Expert SINTA)

39 Sistema Especialista Exemplo: Escolha de Vinhos (Expert SINTA)

40 Sistema Especialista Exemplo: Escolha de Vinhos (Expert SINTA) Após responder as demais perguntas...

41 Sistemas Especialista: Thermostat Objetivo: selecionar a temperatura adequada para o sistema de calefação Mes do ano, dia da semana e horário do dia Dia Mes Hoje Horário Estação Operação Temperatura

42 Regra 01: Se Dia = Seg ou Dia = Ter ou Dia = Qua ou Dia = Qui ou Dia = Sex Então Hoje = DT Regra 02: Se Dia = Sab ou Dia = Dom Então Hoje = FS Regra 03: Se Hoje = DT & 9 < Horario < 17 Então Operação = DHT Regra 04: Se Hoje = DT & Horario < 9 Então Operação = FHT Regra 05: Se Hoje = DT & Horario > 17 Então Operação = FHT Regra 06: Se Hoje = FS Então Operação = FHT Regra 07: Se Mes = Jan ou Mes = Fev ou Mes = Dez Então estação = ver Regra 08: Se Mes = Mar ou Mes = Abr ou Mes = Mai Então estação = out Regra 09: Se Mes = Jun ou Mes = Jul ou Mes = Ago Então estação = Inv Regra 10: Se Mes = Set ou Mes = Out ou Mes = Nov Então estação = Pri Regra 11: Se estação = Pri e Operação = DHT Então Temp = 20 Regra 12: Se estação = Pri e Operação = FHT Então Temp = 15 Regra 13: Se estação = Ver e Operação = DHT Então Temp = 24 Regra 14: Se estação = Ver e Operação = FHT Então Temp = 27 Regra 15: Se estação = Out e Operação = DHT Então Temp = 20 Regra 16: Se estação = Out e Operação = FHT Então Temp = 16 Regra 17: Se estação = Inv e Operação = DHT Então Temp = 18 Regra 18: Se estação = Inv e Operação = FHT Então Temp = 15