Fred Freitas - [email protected] Engenharia de Conhecimento Fred Freitas CIn - UFPE.

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  • Fred Freitas - [email protected] Engenharia de Conhecimento Fred Freitas CIn - UFPE
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  • Fred Freitas - [email protected] Como construir SBCs?? Sabemos como funcionam Regras de produo ou programao em lgica... O que possuem Motor de inferncia Mas no sabemos de mtodos para Adquirir o conhecimento Do domnio => como construir ontologias Das tarefas => como construir uma boa base de regras Item importante Reuso => em especial para ontologias
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  • Fred Freitas - [email protected] Etapas da Engenharia do Conhecimento Nvel de Conhecimento Nvel Lgico Nvel de Implementao BC AQUISIO FORMALIZAO IMPLEMENTAO REFINAMENTO linguagem natural linguagem de representao de conhecimento linguagens de programao
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  • Fred Freitas - [email protected] Aquisio de Conhecimento
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  • Fred Freitas - [email protected] Ciclo de Desenvolvimento de um Sistema Especialista Inicializao Anlise Prototipagem Desenvolvi- mento Implemen- tao Manuteno Definio do Problema, Requisitos Projeto, Identificao das fontes de conhecimento Definio e Representao do Conhecimento, Prottipos, Mdulos, Interface, Testes Fechamento da Base de Conhecimento e dos mdulos, Testes, Avaliao Validao pelos usurios, Treinamento, Documentao Operao, Upgrades, Avaliao periodica Aquisio de Conhecimento, o Gargalo !
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  • Fred Freitas - [email protected] Solues para os Problemas de Aquisio Mtodos de aquisio Manuais Semi-automticos Automticos Sistemas Especialistas de 2. gerao
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  • Fred Freitas - [email protected] Mtodos Manuais de Aquisio Entrevistas Desestruturada Estruturada: agendas, formulrios, casos, etc Rastreamento cognitivo Gravaes de descries detalhadas do especialista Engenheiro faz regras e valida com o especialista especialista Base de conhecimento Engenheiro de conhecimento documentao codificao explicitao
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  • Fred Freitas - [email protected] Entrevistas mtodo de aquisio de conhecimento mais usado informao e o conhecimento so recolhidos atravs de diversos meios questionrios, anotaes, gravaes posteriormente transcritos, analisados e codificados normalmente so necessrias vrias entrevistas ou sesses de trabalho o espaamento entre as entrevistas dever permitir: que o Engenheiro do Conhecimento possa processar todo o conhecimento adquirido na entrevista anterior que o conhecimento adquirido seja representado, codificado e testado por um prottipo do sistema
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  • Fred Freitas - [email protected] Entrevistas Desestruturadas Pode-se estabelecer uma relao professor/aluno entre o Especialista e o Engenheiro de Conhecimento. O Especialista : faz o acompanhamento de casos explica o que faz e porque o faz explicita conceitos, habilidades e estratgias que usa aconselha a leitura de documentos, bibliografia Freqentemente as descries dos processos cognitivos do perito parecem incompletas ou desorganizadas complexidade do domnio faltam os relacionamentos dos diversos itens de informao e conhecimento falta de treino dos Engenheiros do Conhecimento na conduo das entrevistas
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  • Fred Freitas - [email protected] Entrevistas Estruturadas processo sistemtico orientado a objetivos a comunicao entre o Engenheiro do Conhecimento e o especialista previamente organizada o Engenheiro do Conhecimento prepara as sesses de aquisio do conhecimento identificando as questes mais relevantes uso de formulrios, documentos, atas, protocolos,...
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  • Fred Freitas - [email protected] Aquisio de Conhecimento usando Acompanhamento do Raciocnio tcnica popular na Psicologia Cognitiva na qual se tenta rastrear o raciocnio do especialista concluir como ele raciocina os mtodos podem ser mais ou menos formais Anlise do Protocolo - mtodo formal mais conhecido o especialista solicitado a resolver problemas concretos e a verbalizar o raciocnio que utiliza na resoluo desse problema fica registado o o processo de tomada de deciso efetuado pelo especialista passo-a-passo pode ser efetuada a gravao da sesso processo essencialmente unilateral, ao contrrio das entrevistas
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  • Fred Freitas - [email protected] Aquisio de Conhecimento com observao do especialista modo mais natural de efetuar a aquisio pode ser complexo O especialista pode dirigir uma equipe de vrias pessoas O especialista pode resolver vrios problemas simultaneamente Comportamento do especialista pode ser diferente pelo fato de saber que est sendo observado o conhecimento que se adquire pode no corresponder exatamente
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  • Fred Freitas - [email protected] Aquisio de Conhecimento guiada pelo especialista os Engenheiros do Conhecimento costumam no cobrir bem o conhecimento do domnio podem surgir problemas na comunicao com o perito aquisio de conhecimento pode ser um processo demorado, com vrias iteraes Os especialistas podem agir tambm como Engenheiros, codificando diretamente o seu conhecimento Manualmente: atravs de relatrios e questionrios Automaticamente: atravs de uma ferramenta computacional que ajuda o perito a introduzir o conhecimento e procura detectar falhas nesse mesmo conhecimento (incoerncias, ambiguidades, redundncias, etc).
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  • Fred Freitas - [email protected] Mtodos Semi-automticos de Aquisio Ferramentas para o engenheiro Editores, ambientes integrados (ex: Protg), ferramentas visuais Ferramentas para o especialista Anlise de grades de caractersticas (repertory grid analysis) especialistaFerramentas de apoioBase de conhecimento Engenheiro de conhecimento
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  • Fred Freitas - [email protected] Mtodos Automticos de Aquisio Tcnicas de Aprendizado Automtico preciso gerar conhecimento explcito, muitas vezes em forma de regras! Por isso... Tcnicas simblicas de aprendizado rvores de Deciso Espao de Verses,... Casos e exemplosInduo automticaRegras
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  • Fred Freitas - [email protected] Engenharia de ontologias
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  • Fred Freitas - [email protected] Princpios de construo Clareza Legibilidade Coerncia Extensibilidade Mnima codificao Mnimo compromisso ontolgico
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  • Fred Freitas - [email protected] Ontologia Cincia Reusada a partir da ontologia do projeto europeu (KA)2 [Benjamins et al 98] do espelho da Ontolingua na Universidade de Madri Refinada em granularidade e engajamento ontolgico Inclui ontologias auxiliares de tempo, locais e turismo [Freitas 2001]
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  • Fred Freitas - [email protected] Princpios usados Clareza e legibilidade Jargo empregado Mnimo compromisso ontolgico na classe Documento Cientfico, no h restries desnecessrias para o slot Autores (qualquer subclasse da classe Pessoa inclusive a subclasse Pesquisador) Extensibilidade - novas classes puderam ser definidas a partir das j existentes Coerncia - a relao parte-todo entre artigos de um proceedings, ou entre captulos de um livro, no estava explicitada
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  • Fred Freitas - [email protected] Knowledge Process Use of the Ontology Knowledge Meta-process Design, Implementation, Evolution of the Ontology O uso e a engenharia de ontologias esto atrelados...
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  • Fred Freitas - [email protected] Use Find Create Import Navigation Context Concepts Attributes, Rules Semantic - Syntactic Bridge Context Rules Common Language Capture Organize Ont-O-Mat Reverse Ont-O-Mat Semantic Miner Portals & Portal Generation Crawling / Syndication Ontobroker Metaprocesso de construo
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  • Fred Freitas - [email protected] Metodologias de desenvolvimento Processo iterativo, com revises constantes Nas metodologias propostas, so considerados passos similares aos de engenharia de software: Especificao Conceitualizao Implementao Atividades de suporte so executadas concomitantemente com o desenvolvimento Aquisio Avaliao Documentao Integrao com ontologias existentes [Gmez-Perez 99]
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  • Fred Freitas - [email protected] Metodologias de desenvolvimento (cont.)
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  • Fred Freitas - [email protected] Especificao Determina o propsito e escopo da ontologia Deve incluir uma anlise para decidir se possvel, necessrio ou adequado o reuso de ontologias Sugere-se elaborar uma lista de questes de competncia [Uschold & Gruninger 96] Serviro para a avaliao da ontologia durante o desenvolvimento Ex: Jornais cientficos so considerados eventos cientficos?
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  • Fred Freitas - [email protected] Conceitualizao Fase crtica, nela ocorrem a maior parte das atividades de suporte de aquisio e avaliao Passos e dicas: Enumerar os termos do domnio Definir as classes - no confundir nomes de um conceito com o prprio conceito Definir a hierarquia das classes - passo capcioso Definir os slots e facetas de cada classe, interagindo com os dois passos anteriores Criar as instncias - Se elas no possuem uma hierarquia natural, preciso revisar a hierarquia das classes Usar convenes de nomes e nomes facilmente compreensveis [Noy 97]
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  • Fred Freitas - [email protected] Especificao York Sure
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  • Fred Freitas - [email protected] Fontes de Conhecimento York Sure
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  • Fred Freitas - [email protected] Questes de Competncia York Sure
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  • Fred Freitas - [email protected] Rastreamento York Sure
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  • Fred Freitas - [email protected] Definir a hierarquia das classes Observar a clareza e consistncia da hierarquia Evitar subclasses demais pelo uso de classes intermedirias Ver se no h poucas subclasses - a informao dos slots pode tornar-se insuficiente para refletir diferenas entre as instncias. Abordagens para a definio de hierarquias [Uschold & Gruninger 96]: top-down, classes mais gerais e depois as especficas bottom-up middle-out, que comea por classes intermedirias que vo sendo especializadas (para baixo) e generalizadas (para cima)
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  • Fred Freitas - [email protected] Definir os slots e facetas Slots intrnsecos ex: nmero de pernas Slots extrnsecos ex: nome de uma pessoa Partes de uma classe ex: partes do corpo: cabea, tronco e membros Relacionamentos - instncias de outras classes. Especificar a classe mais geral possvel EX: a faceta classes-permitidas do slot Participantes da classe Projeto so instncias da classe Pesquisadores Pesquisadores incluem estudantes de ps-graduao, professores, etc
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  • Fred Freitas - [email protected] Implementao e Avaliao Objetivo: transformar a ontologia em algo computvel Na fase de implementao, a ontologia escrita numa linguagem de representao de conhecimento Na fase de avaliao, so executados testes para verificar se a ontologia atende aos requisitos especificados na fase de especificao Testes freqentemente provocam mudanas na implementao
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  • Fred Freitas - [email protected] Ontology Engineering: OTK Methodology (EU Project: On-To-Knowledge) Applications [Studer & Volz 2003]
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  • Fred Freitas - [email protected] Tool Support for Methodology OntoEdit OntoMat-Annotizer KAON Ontology Evolution Applications
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  • Fred Freitas - [email protected] Ontology Evolution Process Semantics of change Propagation RepresentationImplementation Core component ValidationDiscovery Refinement requirement Refinement requirement Functional & Guidance requirement Semantics of change RepresentationImplementation How to resolve a change? How to discover a change? How to ensure the consistency?
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  • Fred Freitas - [email protected] Evolution Strategies Semantics of change Required change Required and derived changes Evolution strategy An evolution strategy unambiguously defines the way how changes will be resolved X reconnect to the parent reconnect to the root delete
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  • Fred Freitas - [email protected] Revendo os passos rapidamente...
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  • Fred Freitas - [email protected] Engenharia de Conhecimento 1) Decida sobre o que falar 2) Escolha o vocabulrio de predicados, funes e constantes (Ontologia do Domnio) 3) Codifique o conhecimento genrico sobre o domnio (axiomas) x,y,z Americano(x) Arma(y) Nao(z) Hostil(z) Vende(x,z,y) Criminoso(x) 4) Codifique uma descrio de uma instncia especfica do problema Nao(Cuba), Nao(USA), Vende(West,Arma1,Cuba) 5) Proponha questes para o procedimento de inferncia e obtenha respostas ou decises West criminoso?
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  • Fred Freitas - [email protected] Um Exemplo: Circuitos Digitais Estabelecer o objetivo: determinar se o circuito est de acordo com sua especificao (o circuito acima um somador) responder a perguntas sobre o valor da corrente em qualquer ponto do circuito
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  • Fred Freitas - [email protected] Decida sobre o que falar Para alcanar o objetivo, relevante falar sobre circuitos, terminais, sinais nos terminais, conexes entre terminais Para determinar quais sero esses sinais, precisamos saber sobre: portas e tipos de portas: AND, OR, XOR e NOT No relevante falar sobre: fios, caminhos dos fios, cor e tamanho dos fios, etc Tudo isso tem de estar na ontologia!
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  • Fred Freitas - [email protected] Decida qual vocabulrio usar Nomear os objetos e relaes do domnio com funes, predicados e constantes constantes distinguir as portas : X1, X2... distinguir os tipos de porta: AND, OR, XOR... funes e predicados tipo de uma porta: Tipo(X1) = XOR, Tipo(X1, XOR), XOR(X1) indicar entradas e sadas: Out(1, X1), In(1, X2) indicar conectividade entre portas: Conectado(Out(1, X1), In(1, X2))
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  • Fred Freitas - [email protected] Codifique regras genricas (1) (1) Dois terminais conectados tm o mesmo sinal: t1, t2 Conectado(t1, t2) Sinal(t1) = Sinal(t2) (2) O sinal de um terminal On ou Off (nunca ambos) t Sinal(t) = On Sinal(t) = Off, On Off (3) Conectado um predicado comutativo t1,t 2 Conectado(t1, t2) Conectado(t2, t1) (4) Uma porta OR est On sse qualquer das suas entradas est On: g Tipo(g) = OR Sinal(Out(1,g)) = On n Sinal(In(n,g))=On (5) etc...
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  • Fred Freitas - [email protected] Codifique a instncia especfica Portas: Tipo(X1) = XOR Tipo(X2) = XOR Tipo(A1) = AND Tipo(A2) = AND Tipo(O1) = OR Conexes: Conectado(Out(1,X1),In(1,X2)) Conectado(Out(1,X1),In(2,A2)) Conectado(Out(1,A2),In(1,O1))...
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  • Fred Freitas - [email protected] Proponha questes ao Procedimento de Inferncia Que entradas causam Out(1,C1) = Off e Out(2, C1) = On? i1, i2, i3, o1, o2 Sinal(In(1,C1)) = i1 Sinal(In(2,C1)) = i2 Sinal(In(3,C1)) = i3 Sinal(Out(1,C1)) = o1 Sinal(Out(2,C1) = o2. Resposta: (i1 = On i2 = On i3 = Off) (i1 = On i2 = Off i3 = On) (i1 = Off i2 = On i3 = On)
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  • Fred Freitas - [email protected] Proponha questes ao Procedimento de Inferncia Quais so os conjuntos de valores possveis para todos os terminais do circuito? i1, i2, i3 Sinal(In(1,C1)) = i1 Sinal(In(2,C1)) = i2 Sinal(In(3,C1)) = i3 Sinal(Out(1,C1)) = Off Sinal(Out(2,C1) = On Resposta o objetivo do agente!