Inteligência Artificial

Prof. Angel Alberto Vazquez Sánchez

Métodos de resolução de problemas

Objetivos

I N T E L I G E N C I A A R T I F I C I A L

Caracterizar a busca como um método para resolver problemas a partir de seus elementos fundamentais

BibliografíaBello, Rafael, Curso de Métodos de

Solución de Problemas para la Inteligencia Artificial, 1998.

Tyugu, Enn, Algorithms and Architectures of Artificial Intelligence, , 2007.

Konar, Amit, Artificial Intelligence and Soft Computing , Behavioral and Cognitive Modeling of the Human Brain, , 2000.

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Jogos

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8 puzzle

8 queensMissionários contra canibales

Outras questões de interesse

Reconheça personagens

Diagnosticando uma doença

Descubra o conhecimento implícito

em bases de dados.

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Características dos problemas anteriores

Não existe uma solução algorítmica conhecida, ou

A solução conhecida é tão complexa que uma implementação computacional prática não é possível

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Solução de problemas

A resolução de problemas é uma forma

muito complexa de raciocínio que

requer a geração e assimilação de

novas estruturas de memória para

responder a uma pergunta.

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Solução de problemas

No processamento da informação, a

abordagem dada à resolução de

problemas foi tentar traçar o gráfico da

seqüência de eventos desde a

formulação do problema até sua

solução final.

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Métodos

1. A aplicação de uma fórmula explícita que dá a solução.

2. O uso de uma definição recursiva.3. O uso de um algoritmo que converge

para a solução.4. A aplicação de outros processos, em

especial de tentativa e erro.

Sempre que possível, o primeiro método é o melhor.

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Métodos

1. A aplicação de uma fórmula explícita que dá a solução.

2. O uso de uma definição recursiva.3. O uso de um algoritmo que

converge para a solução.4. A aplicação de outros processos, em

especial de tentativa e erro.

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Métodos

1. A aplicação de uma fórmula explícita que dá a solução.

2. O uso de uma definição recursiva.3. O uso de um algoritmo que

converge para a solução.4. A aplicação de outros processos, em

especial de tentativa e erro.

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A busca

A resposta foi desenvolver novas

técnicas de resolução de problemas,

semelhantes às humanas, uma das

mais importantes foi a busca.

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A buscaA busca por I.A. procura uma maneira

que conecta a descrição inicial do

problema com uma descrição do estado

desejado para o problema, ou seja, o

problema foi resolvido. Esse caminho

representa os passos para resolver o

problema.

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Métodos de Búsqueda

Métodos relatados heuristicamente (Hill Climbing, Best-First, A*,Recursive Breadth First Search).

Métodos Locais (Simulated Annealing, Local Beam Search, Búsqueda Tabú).

Métodos populacionais. Algoritmos genéticos, Swarm Intelligence.

Busca com adversários.

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Algoritmo general

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function General_Search(Problem, Strategy) return Solução;Inicialize a árvore de pesquisa usando o estado inicial ou FailLoop do if nenhum nó para expandir e retornar Fails Selecione um nó de folha para expandir de acordo com a Estratégia. if o nó contém um estado meta then return Solução else expanda o nó e adicionar nós resultantes espaço de busca.end loop.

end

Busca

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Existem diferentes alternativas para realizar a pesquisa. Do ponto de vista, podemos apreciar três alternativas:

aleatório,cego edirigido.

Buscas

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Em relação à direção de busca

Dirigido por dados (para frente)Direção dirigida (para trás)

Definição formal

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•Estado inicial•Possíveis ações (operador)

•Espaço de estado•Caminho no espaço de estado •Critério objetivo (meta?)

•Custo de um caminho•Solução (caminho)

•Custo da busca (tempo e memória)

•Custo total da busca (custo caminho + busca)

Exemplos

8 puzzleMissionários e canibais

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Estratégia de busca (EB)O EB define os critérios para selecionar o próximo nó a ser expandido. É avaliado por:

Completude: A estratégia garante a busca de uma solução quando existe?

Complexidade do tempo: quanto tempo demora para encontrar uma solução?

Complexidade do espaço: quanto memória é necessária para realizar a pesquisa?

Optimalidade: A melhor solução é alcançada mesmo quando há várias soluções diferentes?

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Classificação

Em geral e muitas vezes as estratégias de busca são:● busca exaustiva, (examine o espaço do estado completamente)

● busca cega (não existe informação para decidir qual nó se expandirá)

● busca informada ("algumas informações" estão disponíveis na proximidade de cada estado em um estado objetivo).

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Busca Cega

Exploração sistemática da árvore de busca sem informações.

Tipos de busca: Busca (primeiro) em profundidade

(depth first search). Busca (primeiro) em amplitude

(breadth first search).

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Busca em profundidad

Estratégia: expandir os nós mais profundos

primeiro

se alguém chegar a um nó sem sucessores, recuar e expandir o próximo nó mais profundo

Resultado: o método está explorando um

"caminho atual"

nem sempre o nó está profundidade mínima

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Secuencia: a, b, d, h, d, b, e, i, e, j

a

b c

d e f g

i jh k

f

h

d

ih

Busca em profundidad

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Vantagens● Memória baixa: apenas armazena nós do caminho atual.

● Ele pode encontrar uma solução sem examinar muito do espaço estadual.

Desvantagens● Pode cair em ciclos infinitos, se não controlados.

● Você pode explorar desnecessariamente estradas longínquas e não promissoras.

Busca em profundidad

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Pesquisando a árvore por níveis, a Pesquisando a árvore por níveis, a partir do nó raiz.partir do nó raiz.

Explore progressivamente em Explore progressivamente em camadas do mesmo gráfico de camadas do mesmo gráfico de profundidade.profundidade.

Busca em amplitude

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Busca em amplitude:

Estratégia: gerar a árvore por níveis de

profundidade

expandir todos os nós do nível i, antes de expandir os nós do nível i + 1

Resultado: primeiro considere todos os

caminhos do longitude 1, então os caminhos do longitude 2, etc.

O estado alvo de menor profundidade é encontrado

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Eles levam várias estradas. Se qualquer solução atual for objetivo: FIN

Se nenhum for: Formule todos os caminhos novos dos

atuais (adicionando um arco) e siga a pesquisa

Não há necessidade de se retratar.

Busca em aplitude

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CONCLUSÕES

I N T E L I G E N C I A A R T I F I C I A L m l i c e a @ u c i . c u

Estudo Independente

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Faça uma definição formal do problema tic-tac-toe (3 em uma linha) para ser resolvido por um método de busca.