Pesquisa Aplicada à Computação

Pesquisa Aplicada à Computação Prof. Vivek Nigam Aula 1 Introdução ao Curso Estes slides foram baseados nos slides feitos pelos Professores Natasha Correia Queiroz Lino, Iguatemi E. Fonseca e Christian Azambuja Pagot

Bem vindos ao curso! Algumas Informações Práticas Vivek Nigam vivek.nigam@gmail.com Sala: LARQSS (Laboratório de Arquitetura e Sistemas de Software) Página Web www.nigam.info/pesquisa/pesquisa.html

Tarefas Vocês precisam fazer um trabalho de pesquisa Vocês precisam escrever um projeto para angariar fundos para esta pesquisa. Voces precisam escrever uma patente sobre as técnicas desenvolvidas durante a pesquisa. Como fazer isso?!

Objetivos do Curso Esta disciplina tem o objetivo de orientar o aluno em como conduzir pesquisa científica na área da Ciência da Computação, englobando diferentes aspectos referentes a esta tarefa. Saber avaliar criticamente um trabalho científico. Saber como elaborar uma hipótese; Saber como validar uma hipótese; Saber como comunicar os resultados obtidos; As aulas serão menos expositivas e terão mais atividades práticas.

Ementa do Curso Trabalhos de pesquisa: Quais os tipos? Como preparar para um tipo de pesquisa? Monografias: TCCs, TGIs, Dissertações e Teses Elaboração e Apresentaçao de artigos científico; Escrita de Proposta de Projeto de Pesquisa para Financiamento Atividades Práticas

Blibliografia do Curso Metodologia de Pesquisa para Ciência da Computação. Raul Sidnei Wazlawick. Editora Campus. Como Fazer Projetos, Relatórios, Monografias, Dissertações e Teses (2005). Maria Marly de Oliveira. Editora Campos/Elsevier. How to Guides. Alan Bundy. Disponível online.

Método de Avaliação Escrita e Apresentação de um Artigo Científico Survey/Overview Estudos Teóricos ou empíricos/analíticos Escrita e Apresentação de um Projeto de Pesquisa Atividades Práticas

Possíveis Temas para o Artigo Científico SAT Solvers Verificação de Circuitos Lógicos Protocolos de Segurança Datalog Linguagens de Programação Funcionais Robótica Visualização Representação de Conhecimento Lambda-Prolog Lógicas Temporais Lógicas Módais Isomorfismo Curry-Howard

Conflitos Dia 21 de dezembro, eu estarei fora para uma colaboração. Portanto, não haverá aula de Pesquisa Aplicada à Computação neste dia. Por favor discutam qual o melhor horário para repor esta aula.

Conflitos Dia 21 de dezembro, eu estarei fora para uma colaboração. Portanto, não haverá aula de Pesquisa Aplicada à Computação neste dia. Por favor discutam qual o melhor horário para repor esta aula. Eu gostaria que você elegessem um representante da turma. Para discutir horários de provas, etc.

Construção do Saber Foi a partir de múltiplas obervações, experiências e reflexões que Newton acabou por enunciar a lei da gravidade universal.

Construção do Saber Não se trata apenas de encontrar uma explicação ainda que geral, do fenômeno estudado, mas definir o princípio que fundamenta essa explicação geral. Informação Experiência Conhecimento Sabedoria Análise Crítica

Construção do Saber É necessária muita leitura e fundamentação / embasamento teórico. Na página do Canegie-Mellon

Tipos de Pesquisa em Ciência da Computação Apresentação de um Produto Apresentação de Algo Diferente Apresentação de Algo Presumivelmente Melhor Apresentação de Algo Reconhecidamente Melhor Apresentação de uma Prova De acordo com WAZLAWICK, 2009.

Apresentação de um Produto Geralmente acontece em áreas novas da Ciência da Computação Pesquisa eminentemente exploratória Difícil comparar com trabalhos anteriores no tema, pois estes podem não existir Áreas mais maduras, como Eng. de Software ou Lógica Computacional, podem não aceitar pesquisa desse tipo Resultados da pesquisa: Fiz algo novo Exemplos: Ferramentas, protótipos, etc. Tipicamente o que um analista em uma empresa faz, mas não necessariamente um cientista!

Apresentação de um Produto Observações: É importante que a pesquisa demonstre que se está resolvendo um problema relevante. Por ser relevante, deve haver pessoas que investigaram este problema. Um pesquisador precisa fazer uma comparação com estes outros trabalhos! Precisa apresentar algum conhecimento novo, não apenas descrever um tutorial de ferramenta. Este tipo de trabalho seria mais aceito como trabalho de graduação, mas dificilmente seria aceito como trabalho de mestrado e doutorado

Apresentação de um Produto Não significa que não seja divertido desenvolver produtos também.

Apresentação de Algo Diferente Tipo de pesquisa mais amadurecida. Consiste na apresentação de uma forma diferente de resolver um problema. Também característico de áreas emergentes. Trabalhos apresentados como simples comparação entre técnicas, em que não se exige muito rigor científico. Mais comparações qualitativas que quantitativas. Geralmente o trabalho não contém muitos experimentos nem provas formais.

Apresentação de Algo Diferente Observações: Pode ser aceito para publicação desde que argumentos sejam convincentes. Estudo de caso não prova muita coisa, e possibilidade de generalizar o resultado é responsabilidade do autor, não do leitor. Estudo de caso pode servir para identificar falhas em situações. Resultado interessante se claramente identificado e solução for proposta. Trabalho típico de áreas que não tem grandes bases de dados para testar teorias empiricamente, ou quando tempo e recursos são inviáveis

Apresentação de Algo Diferente É necessário para que funcione: Hipótese: Ter uma boa hipótese de trabalho, Uma boa teoria construída para sustentar a hipótese, Uma boa argumentação para convencer o leitor da validade da teoria. É o coração do trabalho, norteia o trabalho, e será testada; Se for mal escolhida, o trabalho pode não alcançar objetivo; Hipótese é uma teoria provável, mas ainda não demonstrada, ou suposição admissível Trabalho precisa mostrar que apresenta alguma melhoria em relação a outras propostas semelhantes existentes

Apresentação de Algo Diferente Fundamentar a hipótese com estruturação do trabalho em uma tabela comparativa; Precisa de boa pesquisa bibliográfica para descobrir quais as formas correntes usuais para resolver o problema em questão. Prop. 1 Prop. 2 Prop. 3 Prop. 4 Produto 1 Produto 2 Produto 3 Novo Artefato X X X X X X X X X X

Apresentação de Algo Diferente Áreas mais amadurecidas de pesquisa Exige que qualquer abordagem apresentada seja comparada quantitativamente com outras da literatura Para tal: Usa bases de dados para testes (benchmark) internacionalmente aceitos ou acessíveis, ou Cria dados para teste para mostrar que sua abordagem é melhor que outras. Mas ai você precisa justificar por que os dados de teste são realmente melhores.

Apresentação de Algo Diferente Autor precisa: Deixar claro como aplicou cada uma das técnicas; Isolar todos os fatores que possam afetar os resultados; Comparar sua abordagem com abordagens estado da arte ; Na maioria dos ramos da ciência da computação, não faz sentido comparar como trabalhos propostos 15 anos atrás; O novo método proposto não precisa ser melhor que o estado da arte em toda e qualquer situação, mas em em determinada(s) situação(ções); Precisa ter uma métrica para comparação.

Apresentação de Algo Diferente O que é ser melhor? [Alan Bundy] Comportamento tem uma taxa de exito maior ou produzir resultados de melhor qualidade Respostas mais exatas; Respostas mais fáceis de entender; Aplicabilidade Pode ser usado em um maior número de situações. Eficiência É mais rápido ou usa menos espaço. Dependência É mais confiável, ou mais seguro. Manutenção Pode ser atualizado ou extendido de forma mais fácil; Usabilidade Pode ser usado mais facilmente.

Apresentação de Algo Diferente Nível mais maduro de pesquisa nessa linha Apresentação de dados empíricos é relevante para a aceitação dos resultados Trabalho é desenvolvido e seus resultados são apresentados em função de testes padronizados e internacionalmente aceitos. Autor não precisa testar outras abordagens, pois seus resultados já estão publicados Autor deverá buscar dados de entrada para testar sua abordagem em banco de dados conhecidos e apresentar resultados usando métrica aceita pela comunidade; Experimentos podem ser repetidos

Apresentação de Algo Diferente Se abordagem melhor que anteriores, ela será considerada estado da arte. Típicas de boas teses de doutorado; Fácil de executar desde que o autor tenha uma boa hipótese de trabalho (não é trivial): Estudo do estado da arte Exige muita reflexão

Apresentação de Algo Diferente Formas anteriores baseadas em evidências empíricas, argumentações ou estudos de caso. Outras pesquisas exigem provas matemáticas, de acordo com as regras da lógica; Métodos Formais Compiladores Deve ser construída uma teoria, afirmando claramente quais são os conceitos utilizados, e mostrando que aplicações desses conceitos leva a determinados resultados; Experimentos empíricos viram obsoletos muito rapidamente, enquanto um teorema sobrevive para sempre!

Apresentação de Algo Diferente Exemplo: Teorema de Fermat Existe um n > 2 tal que a fórmula x n + y n = z n seja válida para todo x, y, z > 0?

Apresentação de Algo Diferente Exemplo: Teorema de Fermat Andrew Wiles

Estilos de Pesquisa em Computação Pesquisas Formais É exigida a elaboração de uma teoria e uma prova formal de que essa teoria é melhor (lógica formal). Pesquisas empíricas: Uma nova abordagem apresentada é comparada com outras através de testes aceitos pela comunidade (métodos estatísticos). Pesquisas exploratórias (Position Papers): Não se consegue provar uma teoria nem apresentar resultados estatisticamente aceitos. Estudos de caso, análises qualitativas e pesquisas exploratórias em áreas emergentes (argumentação).

Estilos de Pesquisa em Computação Pesquisas Formais Difíceis de Realizar e de Refutar Pesquisas Empíricas: Pesquisas Exploratórias Fáceis de Realizar e de Refutar

Artigos de Pesquisa Busca Wikis (Wikipedia) são úteis e interessantes: Mas ainda não são fontes científicas; Servem como ponto de partida para uma pesquisa sobre determinado tema. Artigos de Pesquisa: Workshop (Oficina): Trabalhos ainda exploratórios ou com uma pequena contribuição. Conferências: Trabalhos contendo uma contribuição importante. Contudo devido a limitações de espaço, podem não conter todos os detalhes, mas o suficiente para convencer alguem. Estes são os mais importantes na Ciência da Computação. Revista: Trabalhos completos com uma contribuição importante. Geralmente, baseado num artigo de conferênca.

Artigos de Pesquisa Busca Máquinas de Busca CiteSeerX (Scientific Literature Digital Library and Search Engine) http://citeseerx.ist.psu.edu/ The DBLP Computer Science Bibliography http://www.informatik.uni-trier.de/ ley/db/ Google Scholar http://scholar.google.com.br/ Microsoft Academic Search http://academic.research.microsoft.com/ Editoras: ACM, IEEE, Springer, Dagstuhl LIPIcs, Elsevier, Oxford, Cambridge, MIT, etc. Melhor: Na página pessoal do (co-)author.

Avaliação Vários Indices Impact Factor (de revista, conferência) h-index (de author) Qualis Bom para conferência, mas ainda muito ruim para jornais. Crítica: Ainda não existe um método confiável de avaliação de pesquisa. Artigos Teóricos vs Artigos Empírico/Experimentais. Melhor: Pergunte a um especialista da área, e.g., o seu orientador.

Atividades Para a próxima aula: Navegue pelos portais e sites de artigos. Defina com o seu grupo o tema sobre o qual irão pesquisar. Comece a procurar Revistas (Journals), Conferências, Simpósios, Workshops sobre o tema. Elabore uma lista dos mais interessantes Procure artigos dentre os itens selecionados. Aqueles que são interessantes para a pesquisa temática que pretende realizar. Selecione os artigos mais relevantes para ler e fazer resumo (mínimo de 1 por participante do grupo).

Possíveis Temas para o Artigo Científico SAT Solvers Verificação de Circuitos Lógicos Protocolos de Segurança Datalog Linguagens de Programação Funcionais Robótica Visualização Representação de Conhecimento Lambda-Prolog Lógicas Temporais Lógicas Módais Isomorfismo Curry-Howard

Atividades Classifique com relação ao estilo: Apresentação de um Produto Apresentação de Algo Diferente Apresentação de Algo Presumivelmente Melhor Apresentação de Algo Reconhecidamente Melhor Apresentação de uma Prova Classifique com relação ao grupo de pesquisa: Pesquisa Formais Pesquisa Empíricas Pesquisa Exploratórias

Um pouco sobre Vivek Nigam 1999 2003: Graduação em Engenharia Eletrônica no ITA; 2004 (8 meses): Engenherio na SMAR Equipamentos Eletrônicos; 2004 2006: Mestrado duplo em Lógica Computacional na Alemanha e em Portugal; 2006 2009: Doutorado em Lógica Computacional na École Polytechnique na França ; 2009 2010: Pós-Doutorado em Sistemas Collaborativos na UPENN nos EUA; 2010 2012: Pós-Doutorado em Linguagens de Programação na LMU na Alemanha;

Um pouco sobre Vivek Nigam Teoria da Computaçao: Sistemas de provas, Frameworks Lógicos Segurança de Protocolos: Modelos Formais para a especificação e verificação de protocolos de segurança; Informática na Saúde: Aplicação de Métodos Formais em Investigações Clínicas. Semântica de Linguagem de Programação: Modelos que justifiquem a equivalência de dois programas. Alunos de Iniciação Científica são muito bem vindos!

Muitos Projetos envolvendo uma equipe de renome internacional Pesquisadores Prof. Andre Scedrov da Universidade da Pennsylvania (Filadélfia): Mais de 60 publicações A1 B1. Prof. Carolyn Talcott da SRI International (São Francisco): Mais de 50 publicações A1 B1. Prof. Max Kanovich da Queen Mary University (Londres): Mais de 20 publicações A1 B1.

Grupo Internacional e Produção de Alta Qualidade Publicações envolvendo Vivek Nigam Últimos dois anos: Revista Information and Computation A2 (Aceito). Revista Transactions on Networking A1 (Aceito). Conferência LICS A2 (2012). Conferência RTA B1 (2012). Conferência IHI B4 (2012). Conferência LSFA (ENTCS) B1 (2011). Conferência PPDP B1 (2011). Revista COMLAN B3 (2011).