ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS 8ª. Série Inteligência Artificial Ciência da Computação A Atividade Prática Supervisionada (ATPS) é um procedimento metodológico de ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de etapas, acompanhadas pelo professor, e que tem por objetivos: Favorecer a autoaprendizagem do aluno. Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo seu aprendizado. Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo. Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas para o exercício profissional. Promover a aplicação da teoria na solução de situações que simulam a realidade. Oferecer diferenciados ambientes de aprendizagem Para atingir estes objetivos, a ATPS propõe um desafio e indica os passos a serem percorridos ao longo do semestre para a sua solução. Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida profissional. AUTORIA: Faculdade Anhanguera de Santa Bábara
Pág. 2 de 10 COMPETÊNCIAS E HABILIDADES Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competências e habilidades que constam, nas Diretrizes Curriculares Nacionais, descritas a seguir. Conehecer os aspectos teóricos, científicos, e tecnológicos relacionados à computação. Ter competência e compromisso com a utilização de princípios e ferramentas que otimizem o processo de desenvolvimento e implementação de um projeto. Identificar, analisar, documentar e solucionar problemas e necessidades passíveis de solução via computação. Compreender a importância de se valorizar o usuário no processo de interação com sistemas computacionais. Produção Acadêmica Relatório de Resolução de Problemas na Etapa 1. Relatório de Aquisição do Conhecimento na Etapa 2. Relatório de Modelagem de Análise de Conhecimento na Etapa 3. Relatório Final na Etapa 4. Participação Para a elaboração dessa atividade, os alunos deverão previamente organizar-se em equipes com um número de participantes definida pelo professor e entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina. Essas equipes serão mantidas durante todas as etapas. DESAFIO A Inteligência Artificial é uma ciência recente com início logo após a Segunda Guerra Mundial com o nome definido em 1956. Atualmente, a Inteligência Artificial abrange uma enorme variedade de subcampos, desde áreas de uso geral até tarefas específicas como jogos de xadrez, demonstração de teoremas matemáticos, criação de poesia e diagnóstico de doenças. De acordo com Luger (2004), a Inteligência Artificial (IA) pode ser definida como o ramo da Ciência da Computação que trata da automação do comportamento inteligente. Esse desafio contempla o desenvolvimento de dois sistemas, sendo um Agente de Solução de Problemas, utilizando as técnicas de mecanismo de busca e heurística aceitável; e um Sistema Especialista, para o qual será necessário utilizar as técnicas de aquisição e representação do conhecimento. O Agente de Solução de Problemas deve resolver o problema de um viajante que pretende se deslocar de uma cidade A (Arad) para uma cidade B (Bucharest). Para o deslocamento há vários caminhos a serem percorridos e o agente deve, através da heurística (técnica que melhora a eficiência de um processo de busca), escolher o melhor caminho a seguir. O Sistema Especialista deve se comportar como um especialista humano e a equipe deve utilizar as técnicas para aquisição de conhecimento, representação do conhecimento e implementação do sistema especialista.
Pág. 3 de 10 Objetivo do Desafio Elaborar dois sistemas de informação, sendo um Agente de Solução de Problemas e um Sistema Especialista. Livro Texto da Disciplina A produção desta ATPS é fundamentada no livro-texto da disciplina, que deverá ser utilizado para solução do desafio: RUSSELL, Stuart J.. Inteligência Artificial. 2ª Ed. Rio de Janeiro: Campus, 2004. ETAPA 1 (tempo de realização: 5 horas) Aula-tema: Resolução de Problemas: Tipos de Problemas e Representação de Problemas. Mecanismos de Busca, Heurística Aceitável e Algoritmo A*. Essa atividade é importante para poder desenvolver um agente de resolução de problemas, identificando os componentes, os mecanismos de busca, definindo a heurística para o agente e implementando o agente de resolução de problemas através da linguagem de programação C. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Fazer um estudo sobre a Estrutura de Dados: Grafos e sua implementação através da linguagem de programação C. Fazer um estudo do material chamado Grafos e suas Aplicações, 2011. Disponível em: <https://docs.google.com/document/d/1scfpz1rji4ltppbmvf9qrb_jykdssqzh8sh9bb- QwHk/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011. Passo 2 (Equipe) Determinar para o agente de Solução de Problemas os seguintes componentes: Formulação do Objetivo Problema Estado Inicial Ações Espaço de Estados Caminho Teste do Estado Objetivo Custo do Caminho Estado Final.
Pág. 4 de 10 Para determinar esses componentes, considerar o mapa de estados da Figura 1 a seguir. Figura 1 Mapa de Estados Fonte: RUSSEL, Stuart J.. Inteligência Artificial. 2.ed. Rio de Janeiro: CAMPUS, 2004. Considerar as seguintes informações para o Agente de Solução de Problemas: O objetivo do agente de solução de problemas é viajar da cidade inicial Arad e chegar até a cidade final Bucharest. O custo do caminho é a distância acumulada entre as cidades. Passo 3 (Equipe) Fazer a proposta de uma função heurística para que o agente possa escolher o melhor caminho para se deslocar da cidade de Arad até Bucharest. A heurística é uma técnica que melhora a eficiência de um processo de busca. Ela é como um guia turístico, apontando para direções normalmente interessantes. Uma heurística pode levar um algoritmo de busca a uma solução ótima ou, levá-lo a não conseguir encontrar uma solução. Uma função heurística é uma função que mapeia descrições do estado de um problema até medidas de conveniência, normalmente representadas como números. Os aspectos do estado do problema que são considerados, o modo como esses aspectos são avaliados e os pesos atribuídos a aspectos isolados são escolhidos de forma a que o valor da função heurística em um determinado nó no processo de busca forneça a melhor estimativa possível sobre se o nó está ou não no caminho desejado para uma solução. Passo 4 (Equipe) Implementar em Linguagem C o problema apresentado na Figura 1 apresentada. O programa deve permitir:
Pág. 5 de 10 Cadastrar as Cidades Cadastrar as distâncias entre as cidades Determinar os possíveis caminhos entre uma cidade A até uma cidade B Determinar, através da função heurística, o melhor caminho entre uma cidade A até uma cidade B. Ao término dos quatro passos, o grupo deve reunir todas as informações em um único documento chamado Relatório do Agente de Resolução de Problemas e entregá-lo ao professor da disciplina. ETAPA 2 (tempo de realização: 5 horas) Aula-tema: Representação do Conhecimento: Representação Lógica e Regras de Produção. Aquisição de Conhecimento: Introdução. O Processo de Aquisição de Conhecimento e Linguagens usadas no Processo de Aquisição. Essa atividade é importante para iniciar o processo de aquisição de conhecimento para o desenvolvimento do Sistema Especialista, identificando o modelo organizacional, modelo da aplicação, entrevistas para a aquisição de conhecimento e a análise de custo benefício. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Escolher um sistema especialista a ser desenvolvido seja para um sistema Desktop, sistema Web ou sistema Móvel. Para a etapa de Aquisição do conhecimento, determinar: 1. Aquisição do Conhecimento 1.1. Modelo Organizacional 1.1.1. Tipo da Organização 1.1.2. Principais Problemas Enfrentados 1.2. Modelo da Aplicação. Para realizar a Aquisição do Conhecimento é utilizada a metodologia KADS (Knowledge Analisys and Desing of Systems) para a construção de sistemas especialistas. Essa metodologia afirma que sistemas especialistas são processos estruturados de desenvolvimento de sistemas com um ciclo de vida especificado e estágios definidos. O Quadro 1 apresenta um exemplo de Sistema Especialista com as etapas da Aquisição do Conhecimento: Sistema Especialista: Sistema Especialista de Academia de Exercícios Físicos 1. Aquisição do Conhecimento 1.1. Elaborar Modelo Organizacional 1.1.1. Tipo da Organização A organização é uma Academia de Atividade Física que tem por finalidade proporcionar uma melhora na qualidade de vida e saúde de seus frequentadores, buscando oferecer atividades variadas para todas as idades e gostos.
Pág. 6 de 10 As atividades físicas oferecidas pela academia são: natação, hidroginástica, ginásticas aeróbicas, ginástica localizada, musculação e artes marciais. 1.1.2. Principais problemas enfrentados Grande procura por atividades esportivas. Dúvidas de futuros praticantes na escolha de uma atividade física. Dificuldades em estar auxiliando o futuro praticante na escolha certa. Receios dos profissionais pela não adaptação dos praticantes. Preocupações dos profissionais para com a satisfação dos praticantes. 1.2. Elaborar o Modelo de Aplicação Ajudar o aluno e especialista na escolha da atividade física correta, mediante uma análise feita através de perguntas pelo sistema. Quadro 1 Sistema Especialista com etapas da aquisição do conhecimento Passo 2 (Equipe) Fazer para o Sistema Especialista proposto, as entrevistas não estruturadas, semiestruturadas e estruturadas com o especialista do sistema escolhido para obtenção das informações referentes à especialidade a ser atendida. Dessa forma, determinem: 1.1. Tópicos Envolvidos no Modelo de Aplicação: 1.1.1. Entrevistas. Uma das técnicas de obtenção de conhecimento de um especialista é através da Entrevista. As entrevistas podem ser: Não Estruturada Semiestruturada Estruturada. Uma entrevista não estruturada dá mais controle da entrevista ao especialista do que ao Engenheiro de Conhecimento 1. Faz do Engenheiro de Conhecimento mais um ouvinte que um entrevistador. Pode ser utilizada para buscar conceitos gerais sobre o domínio de conhecimento. O Quadro 2 apresenta um exemplo de entrevista não estruturada. Quais são os objetivos de uma academia de exercícios físicos? Os objetivos de uma academia de exercícios físicos são proporcionar uma melhora na qualidade de vida e saúde de seus frequentadores, buscando oferecer atividades variadas para todas as idades e gostos. A academia também tem por finalidade oferecer atividades para todas as pessoas, objetivando uma forma de distração, relaxamento, principalmente para pessoas que tiveram um dia conturbado de trabalho. Quadro 2 Entrevista Não Estruturada 1 Engenheiro de Conhecimento: pessoa que deve estar envolvida em todas as fases do desenvolvimento do sistema. Responsável pela elicitação, análise e representação do conhecimento
Pág. 7 de 10 Uma entrevista Semiestruturada possui perguntas mais detalhadas e as respostas do Especialista devem ser analisadas com maior rigor. O Quadro 3 apresenta um exemplo de entrevista Semiestruturada. Que tipo de alimentação deve ser adotado para a prática de cada atividade física? Para todas as atividades físicas citadas, devemos adotar uma alimentação adequada capaz de repor as energias, as vitaminas e os sais minerais perdidos. Os especialistas recomendam uma dieta balanceada com 50 a 60% de carboidratos (massas, cereais, frutas, verduras e legumes), 15 a 30% de proteínas (carne, aves, peixes, ovos e frutos do mar) e o restante de gorduras (manteiga e bacon). É importante tomar muito líquido, tais como água, sucos em geral, pois mantêm as quantidades de sais minerais, vitaminas e nutrientes que são eliminados com a respiração. Quadro 3 Entrevista Semiestruturada A entrevista Estruturada demanda do Engenheiro de Conhecimento e do Especialista um nível mais alto de conhecimento sobre a área do domínio. O Engenheiro de Conhecimento pergunta continuamente por explicações, consequências e justificativas de um mesmo conceito, até que o conceito esteja claramente definido. O Quadro 4 apresenta um exemplo de entrevista Estruturada. Como a natação vai ajudar a desenvolver o sistema cardiorrespiratório? A natação ajuda a desenvolver o sistema cardiorrespiratório, porque para nadar a pessoa depende dos músculos do corpo e esses músculos irão fazer com que a pessoa se movimente. Para isso, é necessário gerar energia, queimando glicose, carboidratos e utilizando O2. A natação fará com que aumente a captação de O2 e isso faz com que desenvolva os brônquios, pulmões e alvéolos, aumentando assim a resistência. Esse aumento de consumo de O2 faz com que o coração aumente o volume de sangue bombeado, chegando mais rápido aos músculos. Passo 3 (Equipe) Fazer uma análise do Custo e Benefício do desenvolvimento do Sistema Especialista, considerando os seguintes itens: 1.2. Análise de Custo e Benefício: 1.2.1. Linguagem 1.2.2. Sistema Gerenciador de Banco de Dados 1.2.3. Equipe de Desenvolvimento 1.2.4. Compra de Equipamentos 1.2.5. Instalação de Software. Passo 4 (Equipe) Quadro 4 Entrevista Estruturada Reunir todas as informações em um único documento chamado Relatório de Aquisição do Conhecimento e entregá-lo ao seu professor.
Pág. 8 de 10 ETAPA 3 (tempo de realização: 5 horas) Aula-tema: Aquisição de Conhecimento: Introdução. O Processo de Aquisição de Conhecimento e Linguagens usadas no Processo de Aquisição. Essa atividade é importante para realizar a modelagem da análise do conhecimento através da Análise de Discurso, Dicionário de Conhecimento, Camada de Domínio e Inferência e Representação por Regras. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos. PASSOS Passo 1 (Equipe) Fazer as atividades a seguir. 1. Fazer a Análise de Discurso da entrevista Semiestruturada realizada com o Especialista e reunir as informações na seguinte estrutura de tópicos: 2. Modelagem de Análise do Conhecimento: 2.1. Análise de Discurso. Uma das técnicas para a análise de conhecimento através de dados verbais transcritos é a Análise de Discurso. Consiste em dividir o conhecimento verbal em partes que correspondam a frases que expressem algum conhecimento. Essa transcrição é normalmente resultado de uma entrevista feita com o especialista. O objetivo da Análise de Discurso é obter uma representação mais detalhada do domínio do conhecimento. 2. Fazer a leitura do documento: Análise de Discurso, 2011. Disponível em: <https://docs.google.com/document/d/1sjnv2kenziyddlzlnxfus0x8jfvkf4hlsfj0t3wpym/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011. Passo 2 (Equipe) Fazer as atividades a seguir. 1. Fazer a leitura do documento: Dicionário de Conhecimento, 2011. Disponível em: <https://docs.google.com/document/d/1sq7nrowqo8zpcdngtkii3ejr5pmrkcofic72ne62xl c/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011. O Dicionário de Conhecimento é o local no qual o conhecimento é definido, ou seja, o significado dos conceitos da área de conhecimento é explicado. Deve conter todos os conceitos que serão utilizados no sistema especialista. O dicionário ajuda o Engenheiro de Conhecimento a esclarecer dúvidas a respeito do domínio do problema. 2. Elaborar o Dicionário de Conhecimento com os significados dos conceitos da área de conhecimento do Sistema Especialista escolhido. Reunir as informações na estrutura de tópicos abaixo: 2.2. Dicionário de Conhecimento. Passo 3 (Equipe) Fazer as atividades a seguir.
Pág. 9 de 10 1. Fazer a Camada de Domínio e a Camada de Inferência para o Sistema Especialista escolhido, considerando os seguintes itens: 2.3. Camada de Domínio 2.4. Camada de Inferência. O Modelo de Especialidade é composto da Camada de Domínio e Camada de Inferência. A Camada de Domínio é formada pelos conceitos do campo do conhecimento utilizados e pelos relacionamentos entre esses conceitos. A Camada de Inferência é composta por metaclasses, que descrevem o papel do conhecimento no processo de resolução do problema. Como metaclasses tem-se as Observações que são transformadas em Evidências que são verificadas pelas Hipóteses e que geram as Soluções. 2. Ler, para melhorar o entendimento da Camada de Domínio, o documento: Modelo de Especialidade Camada de Domínio, 2011. Disponível em: <https://docs.google.com/document/d/1yhmn2e8ywbwhzm0r0jnhmhgs4dejf7kida77pw 52q5E/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011. 3. Ler, para melhorar o entendimento da Camada de Inferência, o documento: Modelo de Especialidade Camada de Inferência, 2011. Disponível em: <https://docs.google.com/document/d/1e0kx64du-ubeslni5knb- LL1VsnkhDrOLgDyInwDNpg/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011. Passo 4 (Equipe) Fazer as atividades a seguir. 1. Fazer a Representação por Regras para o Sistema Especialista escolhido, considerando o seguinte item: 2.5. Representação por Regras. Uma das formas mais amplamente utilizadas para representar o conhecimento do domínio da aplicação de Sistemas Especialistas é com um conjunto de regras de produção. As regras são simplesmente um conjunto de condições no estilo SE... ENTÃO..., com a possibilidade de inclusão de conectivos lógicos, relacionando os atributos no escopo do conhecimento e uso de probabilidades. 2. Ler o documento Representação por Regras, 2011. Disponível em: <https://docs.google.com/document/d/1ksou1nq6bid3vteyp32b4vuq- NROcaPS2WBQYwnlbEc/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011. 3. Reunir todas as informações em um único documento chamado Relatório de Modelagem de Análise de Conhecimento e entregar ao seu professor. ETAPA 4 (tempo de realização: 5 horas) Aula-tema: Sistemas Especialistas: Conceitos. Sistemas Especialistas: Desenvolvimento de Aplicativo. Essa atividade é importante para poder desenvolver o Sistema Especialista em que foi determinada e modelada a análise do conhecimento do sistema. Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.
Pág. 10 de 10 PASSOS Passo 1 (Equipe) Fazer a implementação do Sistema Especialista escolhido, utilizando a linguagem determinada pela equipe. O Sistema Especialista deve ter uma base de conhecimento formada por Fatos e Regras e se comportar como um Especialista na tomada de decisões. Um Sistema Especialista é um programa de computador que representa e raciocina com conhecimento de alguma especialidade com o objetivo de resolver problemas e fornecer recomendações. Passo 2 (Equipe) Elaborar o Relatório Final do Sistema Especialista que deve reunir em um único documento as etapas de Aquisição de Conhecimento, Modelagem de Análise do Conhecimento e Implementação. Padronização O material escrito solicitado nesta atividade deve ser produzido de acordo com as normas da ABNT, com o seguinte padrão (exceto para produções finais não textuais): em papel branco, formato A4; com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm; fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta; espaçamento de 1,5 entre linhas; se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com um recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre linhas; com capa, contendo: nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina; nome e RA de cada participante; título da atividade; nome do professor da disciplina; cidade e data da entrega, apresentação ou publicação. Para consulta completa das normas ABNT, acesse a Normalização de Trabalhos Acadêmicos Anhanguera. Disponível em: <http://issuu.com/normalizacao/docs/normaliza o_de_trabalhos_acad m>. Acesso em: 13 maio 2014.