Sistemas de Informação – UNISUL

Aran Bey Tcholakian Morales, Dr. Eng.(Apostila 2)

Paradigma Simbólico

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Podemos associar o termo IA com:

• Parte da ciência da computação que faz que os sistemas

(máquinas) exibam atributos considerados como parte da

inteligência humana: aprender, adquirir conhecimentos,

entender linguagens, raciocinar, resolver problemas, entre

outros;

Revisão da aula anterior: definição de IA

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• O objetivo central da IA, é a criação de modelos para a

inteligência e a construção de sistemas computacionais

baseados nesses modelos.

• Este objetivo é simultaneamente teórico, (a criação de teorias e

modelos para a capacidade cognitiva), e prático, a implementação de

sistemas computacionais baseados nestes modelos. Em outras palavras,

a IA tem se destacado na busca por compreender a inteligência e por

englobar diversos campos do conhecimento com o objetivo prático de

simular a inteligência.

• O caráter dual deste objetivo levou, naturalmente, a pesquisa e

desenvolvimento em IA cristalizarem-se em torno de três linhas de

pesquisa:

Revisão da aula anterior: objetivos da IA

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• IA cognitiva: desenvolvimento de modelos formais para a

inteligência humana, tema da ciência cognitiva, também

chamada de psicologia computacional;

• IA básica: exploração e experimentação de técnicas

computacionais que apresentem potencial para a simulação do

comportamento inteligente;

• IA aplicada: desenvolvimento de aplicações educacionais,

comerciais ou industriais utilizando técnicas de IA.

Revisão da aula anterior: objetivos da IA

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Baseado nos diversos campos de estudo que auxiliaram na

fundamentação dos princípios teóricos da inteligência artificial

surgiram duas abordagens:

• Abordagem Simbólica (ou cognitiva): dá ênfase aos processoscognitivos, ou seja, os métodos simbólicos em IA, procuramemular o raciocínio do ser humano na solução de problema.

• Abordagem Biológica: dá ênfase aos modelos naturais (porexemplo, o funcionamento do cérebro, dos neurônios e das suas conexões e o

processo de evolução natural), para construir técnicas que tenhampotencial de emular o comportamento inteligente.

Abordagem Simbólica

Paradigma Simbólico

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Baseado nos diversos campos de estudo que auxiliaram na

fundamentação dos princípios teóricos da inteligência artificial

surgiram duas abordagens:

• Abordagem Simbólica (ou cognitiva): dá ênfase aos processoscognitivos, ou seja, a forma como o ser humano raciocina.

• Abordagem Biológica: dá ênfase aos modelos naturais (porexemplo, o funcionamento do cérebro, dos neurônios e das suas conexões e o

processo de evolução natural), para construir técnicas que tenhampotencial de emular o comportamento inteligente.

Abordagem Simbólica

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• A linguajem é um exemplo de sistema simbólico. As palavras são

símbolos que representam:

- objetos

- relações

- eventos

Quando as palavras são combinadas, podem descrever, explicar

situações do mundo real.

Abordagem simbólica

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• Abordagem Simbólica ou Cognitiva: dá ênfase aos processos

cognitivos, ou seja, os métodos simbólicos em IA, procuram emular o

ser humano na solução de problema.

Para isso, são baseados em técnicas de representação do

conhecimento necessário para resolver o problema e em mecanismos

capazes de inferir soluções ou novos conhecimentos através da

manipulação do conhecimento representado.

Abordagem simbólica

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A construção de sistemas de IA (na visão simbólica), está baseado no

desenvolvimento de adequadas representações do conhecimento e

estratégias de manipulação.

• Que é conhecimento ?

• Como se pode representar o conhecimento ?

• Como se poderia manipular o conhecimento ?

Conhecimento

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Definição

Conhecimento, pode ser definido como estratégias (modelos,

métodos, regras, técnicas, mecanismos) usados por uma pessoa

ou máquina para interpretar, e responder apropriadamente a

um assunto ou problema específico.

Conhecimento

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Pode-se dizer que o conhecimento é subjetivo e depende muito das

pessoas que tem vivência sobre o assunto, entendimento sobre um

domínio e tem alto grau de refinamento.

O conhecimento , envolve fatores intangíveis como, crenças pessoais,

perspectivas, insights, intuições e interpretações, é de difícil estruturação,

captura, apresentação e transferência e compartilhamento.

Por esse motivo, o conhecimento deve ser adquirido de forma

construtivista, em que o processo de descoberta é guiado por hipóteses,

num processo interativo entre o especialista e o assunto em questão.

Conhecimento

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Representação do Conhecimento

• Uma representação é alguma coisa que está no lugar de outra.

Conclusões podem ser tiradas sobre as coisas representadas,

olhando-se apenas para o modelo.

• Na IA simbólica, a representação do conhecimento é feita através de

uma coleção de símbolos e com procedimentos de

interpretação. Existem diferentes tipos de representação: Lógica;

Redes Semânticas; Frames; Regras de produção.

As primeiras modelagens da inteligência surgiram na década de 50 e

tiveram como base as regras de produção e a lógica dos predicados.

Os pioneiros dessa corrente foram Jonh McCarthy, Marvin Minsky,

Newell e Simon.

Conhecimento

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Manipulação do Conhecimento

Alguns paradigmas tradicionais para a resolução de problemas em IA.

• Programação Heurística: baseada no modelo de comportamento

humano e seu estilo para resolver problemas.

• Evolução Artificial: modelo baseado no processo genético da

evolução natural, proposto por Charles Darwin.

• Redes Neurais Artificiais: é uma representação abstraída do

modelo neural do cérebro humano.

Cada paradigma compreende uma coleção de métodos, configurações

e técnicas desenvolvidas para manipular o conhecimento.

Conhecimento

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Exercício 1 - Folha 1

Dois jogadores escolhem alternativamente números do 1 até o 9.

Um número escolhido pôr um dos jogadores, não pode ser escolhido

pelo outro jogador.

O jogador que tenha 3 números com soma 15 ganha o jogo.

Representar o problema e encontrar uma estratégia para jogar.

Conhecimento

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Métodos de Busca em

Espaço de Estados

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Resolução de Problemas

A maioria dos problemas interessantes do ponto de vista da IA, não

dispõe de soluções algorítmicas, ou quando tem solução, são

complexas de serem implementadas (exemplo: jogos).

As características deste tipo de problemas são:

a. São resolvidos pôr seres humanos.

b. A complexidade é variável ( simples como o jogo da velha, e

complexo como xadrez).

c. São problemas de conhecimento total, tudo o que é necessário saber

para solucioná-los é conhecido.

d. A solução é uma seqüência de situações.

Métodos de Busca em Espaços de Estados

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Resolução de Problemas

• Frente a falta de solução algorítmica viável, um método de solução

possível é a busca.

• Definição busca: uma sequência de movimentos que levam de um

estado inicial a um estado final.

• A definição do problema como uma busca no espaço de estados

forma a base de muitos métodos usados na solução de problemas em

IA, ( isto é chamado de Resolução de Problemas através da

Busca).

Métodos de Busca em Espaços de Estados

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Resolução de Problemas

Para descrever uma solução de um problema através da busca no

espaço de estados, é necessário considerar os seguintes elementos:

a. Espaço de estados

O espaço de estados (estados do sistema) de um problema, são

representações que contem o conjunto configurações possíveis do

problema, isto é, toda a informação que descreve a situação atual do

sistema.

Métodos de Busca em Espaços de Estados

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Resolução de Problemas

b. Definir um ou mais estados iniciais e um ou mais estados finais.

c. Descrever um conjunto de regras (operadores), que permitirá

passar de um estado a outro estado, e que a solução caminhe de um

estado inicial até algum estado final.

d. Uma estratégia ou mecanismo de controle do processo de busca

que determinará qual operador aplicar em um determinado estado e

uma função custo ou avaliação da solução final, que permitira

avaliar a estratégia ou mecanismo escolhido para controle da busca.

Métodos de Busca em Espaços de Estados

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Sistemas simbólicos inteligentesExercício 2 - Folha 1

O problema das Torres de Hanói consiste em mover os 3 discos da primeira torre para a

ultima torra, tal que em cada movimento pode-se mover somente um disco e um disco de

tamanho maior nunca pode ficar acima de um disco de tamanho menor.

a. Definir os estados iniciais, finais.

b. Determinar o tamanho do espaço de estados com 3 discos. Qual é o tamanho de

espaços com 4 discos? Dica: calcular o tamanho de espaço com 1 disco e com 2 discos,

para depois calcular para 3 e 4 discos.

c. Qual é o menor número de movimentos para encontrar a solução? Calcular para 3

discos e para 4 discos.

d. Encontrar uma representação adequada (para 3 discos) que permita “visualizar” as

soluções possíveis (estratégia para jogar).

e. Diz a lenda, que quando Deus fez o mundo, deu aos monges de um monastério a tarefa

de resolver o problema das torres com 64 discos, e quando os monges movam os 64

discos da primeira para a terceira torre, o mundo vai acabar. Quantos anos estão faltando

para o mundo acabar (considere que em 1 segundo é possível fazer 1 movimento de disco

e que os monges realizam o menor número de movimentos possíveis)?

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• Os primeiros sistemas de IA foram os sistemas para resolver

problemas. A programação deste tipo de sistema requer uma

especificação precisa do problema em termos de estados e

operações sobre os estados.

• O conjunto de passos a serem realizados do estado inicial ao final,

representa a solução do problema.

• A solução de um problema é dada ao atingir-se o estado final

especificado a partir da aplicação de um conjunto de operações

sobre o estado inicial.

Sistemas simbólicos inteligentes

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Sistemas simbólicos inteligentesExercício 3 - Folha 1

Seja o problema conhecido como o “mundo dos blocos”, onde os

operadores possíveis são:

a. colocar um bloco sobre a mesa ou

b. colocar um bloco encima de outro bloco.

Os blocos que podem ser “movidos” não podem ter outro bloco encima

deles.

Determinar o tamanho do espaço de estados para 3 blocos e encontrar

uma representação adequada que permita “visualizar” as soluções possíveis.

Qual é o tamanho de espaço de estados para 4 blocos?