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Universidade do Sul de Santa CatarinaCiência da Computação
Técnicas de Inteligência Artificial
Aula 05Sistemas Especialistas
Max Pereira
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Sistemas Especialistas
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• Pesquisadores de IA queriam desenvolver programas que pudessem “pensar”
• Ou seja, resolver problemas de uma maneira que seria considerada inteligente se fosse feita pelo homem
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S.E. ou Sistemas baseados em conhecimento
São sistemas que reproduzem o conhecimento de um especialista adquirido ao longo do tempo.
Portanto, o especialista é fundamental para fornecer informações específicas do domínio.
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Sistemas especialistas:
Modelam o conhecimento humano em áreas específicas.
• Podem resolver problemas melhor que os humanos;
• aplicam o conhecimento humano a problemas bem compreendidos;
• são capazes de informar como chegaram a decisão;
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• Setor bancário e financeiro de um modo geral, para análise de crédito
• Análise química-qualitativa de minerais
• Projeto SINTA (Sistemas Inteligentes Aplicados): diagnóstico de pragas e doenças do cajueiro
• Gerência de redes
• Código Penal
Aplicações
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● Podem explicar seu raciocínio ou decisões sugeridas.
Ex.: Aprovação de crédito;
● Podem exibir um comportamento inteligente. Ex.:
Diagnóstico médico;
● Podem esboçar conclusões em relacionamentos
complexos. Ex.: Sugerir melhorias em processos
produtivos;
● Podem fornecer conhecimento portátil. Ex.:
Manutenção de equipamentos
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Base de Conhecimento
Regras
Fatos
Memória de Trabalho
Motor de Inferência:Controle e Inferência
Subsistema de aquisição de conhecimento
Subsistema de explanação
Interface com o usuário
UsuárioEspecialista / Eng. Conhecimento
ARQUITETURA
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• Especialistas têm dificuldade em explicitar seu modo de raciocínio de uma maneira analítica
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• A base de conhecimento pode ser construída com diversos formalismos, estruturas e linguagens:
– Regras
– Frames ou quadros
– Redes semânticas
– Scripts ou roteiros
– Lógica
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• Campo de doenças infecciosas
• Projetado para auxiliar no diagnóstico e tratamento de meningite e bacteriemia (infecção bacteriana no sangue)
• Formalismo de Representação do conhecimento: regras
• Uso de fatores de certeza (probabilidade)
MYCIN
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Se a infecção é meningite
E organismos não foram vistos na cultura
E o tipo de infecção é bacterial
E o paciente não tem lesões na cabeça
E a idade do paciente está entre 15 e 55 anos
ENTÃO
Os organismos que podem estar causando a infecção são diplococcus-pneumoniae (0.75) Eneisseria-meningitidis (0.74)
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• Mecanismo que procura as respostas na BC
• Busca as regras necessárias a serem avaliadas e ordenadas de uma maneira lógica
• Define a busca das regras, comparando a entrada do usuário com as regras da BC buscando “combinações”
• No Prolog este processo é denominado “matching” ou unificação
Máquina de Inferência
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• Regras
1. A Λ B → C
2. A → D
3. C Λ D → E
4. B Λ E Λ F → G
5. A Λ E → H
6. D Λ E Λ H → I
• Fatos
1. A
2. B
3. F
• Meta
• H
Forward Chaining
Fatos Objetivos Regras
Disparadas
A,B,F
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• Regras
1. A Λ B → C
2. A → D
3. C Λ D → E
4. B Λ E Λ F → G
5. A Λ E → H
6. D Λ E Λ H → I
• Fatos
1. A
2. B
3. F
• Meta
• H
Backward Chaining
Fatos Objetivos Regras
Disparadas
A,B,F
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Shell (OPS, ExpertSinta, KAS, ...) : é o mais utilizado
Linguagens de programação para IA (Prolog)
Linguagens de programação gerais (OOP)
Linguagens híbridas (componentes de IA): regras + objetos (CLIPS, JESS, NeOpus, JEOPS, etc.)
Desenvolvimento
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Criação de repositório de conhecimento
Crescimento de produtividade e qualidade
Habilidade de resolver problemas complexos
Flexibilidade e modularidade
Operação em ambientes arriscados
Credibilidade
Habilidade de trabalhar com informações incompletas ou
incertas
Fornecimento de treinamento
Pontos positivos
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Avaliação de desempenho difícil
É difícil extrair conhecimento especialista
Só trabalham muito bem em domínios estreitos
Engenheiros de Conhecimento são raros e caros
Transferência de conhecimento está sujeito a um grande número de preconceitos
Pontos negativos
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Expert Sinta
É um shell que permite construir SE
www.lia.ufc.br/~bezerra/exsinta
Como utilizar:
1. Estabelecer variáveis
2. Estabelecer objetivos (variáveis de saída)
3. Estabelecer interfaces (perguntas a serem feitas)
4. Criar as regras
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Para que serve o Expert Sinta?
É uma ferramenta computacional:
utiliza técnicas de Inteligência Artificial
realiza a geração automática de sistemas especialistas.
Modelo de representação do conhecimento:
Regras de produção
Probabilidades
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Para que serve o Expert Sinta?
Simplifica a implementação de sistemas especialistas
Utiliza máquina de inferência compartilhada
Possui construção automática de telas e menus do tratamento probabilístico das regras de produção
Utilização explicações sensíveis ao contexto da base de conhecimento modelada
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Para que serve o Expert Sinta?
O usuário responde a uma sequência de menus, e o sistema se encarrega de fornecer respostas que se encaixem no quadro apontado pelo usuário.
Exemplos:
sistemas de diagnósticos médicos
configuração de redes de computadores
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Planejando um sistema especialista
Os sistemas especialistas (SE) gerados no Expert SINTA seguem a arquitetura abaixo:
•base de conhecimentos representa a informação
(fatos e regras) que um especialista utiliza,
representada computacionalmente;
•editor de bases é o meio pelo qual a shell permite
a implementação das bases desejadas;
•máquina de inferência é a parte do SE
responsável pelas deduções sobre a base de
conhecimentos;
•banco de dados global são as evidências
apontadas pelo usuário do sistema especialista
durante uma consulta.
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Utilizando regras de produção
As regras de produção são populares por possuírem as seguintes vantagens:
Modularidade: cada regra, por si mesma, pode ser considerada como uma peça de conhecimento independente;
Facilidade de edição (uma conseqüência da modularidade): novas regras podem ser acrescentadas e antigas podem ser modificadas com relativa independência;
Transparência do sistema: garante maior legibilidade da base de conhecimentos.
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Regra de Produção
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Regra de Produção
A estrutura de cada cauda (premissa) deve obedecer ao seguinte modelo:
<conectivo> <atributo> <operador> <valor>
Conectivo: NÃO, E, OU (une as premissas) Atributo: é uma variável capaz de assumir uma ou múltiplas
instanciações no decorrer da consulta à base de conhecimentos.
Operador: une o atributo e o valor da premissa que define o tipo de comparação a ser realizada. São operadores relacionais: =, >, <=, <>, entre outros;
Valor: é um item de uma lista a qual foi previamente criada e relacionada a um atributo.
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Regra de Produção
A estrutura de cada cauda (premissa) deve obedecer ao seguinte modelo:
<atributo>=<valor><grau de confiança>
Atributo: é uma variável capaz de assumir uma ou múltiplas instanciações no decorrer da consulta à base de conhecimentos.
“=”: é um operador de atribuição (o novo valor substituíra o antigo ou será empilhado com os demais).
Valor: é um item de uma lista a qual foi previamente criada e relacionada a um atributo.
Grau de confiança: é uma porcentagem indicando a confiabilidade. O grau de confiança varia de 0% a 100%.
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Base de Conhecimento
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Base de Conhecimento
Regra 1. Se ASPECTO = nuvens então JOGAR = sim
Regra 2. Se ASPECTO = sol e UMIDADE = elevada então JOGAR = não
Regra 3. Se ASPECTO = sol e UMIDADE = normal então JOGAR = sim
Regra 4. Se ASPECTO = chuva e VENTO = fraco então JOGAR = não
Regra 5. Se ASPECTO = chuva e VENTO = forte então JOGAR = sim
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Usando o Expert Sinta
1. Estabelecer variáveis
2. Estabelecer objetivos (variáveis de saída)
3. Estabelecer interfaces (perguntas a serem feitas)
4. Criar as regras
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Criando uma nova base
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Inserindo as variáveis
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Incluindo uma variável
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Incluindo uma variável
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Incluindo valores para uma variável
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Incluindo valores para uma variável
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Inclusão de todas as variáveis
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Definindo objetivo(s)
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Definindo objetivo(s)
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Construindo a interface (perguntas)
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Definindo as regras(Base de Conhecimento)
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Definindo as regras(Base de Conhecimento)
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Definindo as regras(Base de Conhecimento)
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Definindo as regras(Base de Conhecimento)
Definindo as regras
(Base de Conhecimento)
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Definindo as regras(Base de Conhecimento)
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Definindo as regras(Base de Conhecimento)
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Definindo as regras(Base de Conhecimento)
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Definindo as regras(Base de Conhecimento)
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Visualizando as regras
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Visualizando as regras
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Executando (consulta)
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Executando (consulta)