1Representao de Conhecimento

Solange O. RezendeThiago A. S. Pardo

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Representao de Conhecimento

O papel da representao de conhecimento em Inteligncia Artificial o de reduzir problemas de ao inteligente a problemas de busca

3RC - Definies Conjunto de sentenas em uma linguagem formal

para a qual foram definidas uma semntica e um conjunto de regras de inferncia capazes de gerar novas sentenas a partir das sentenas disponveis

Conjunto de convenes sobre como descrever uma classe de objetos Uma descrio faz uso das convenes de uma

representao para descrever um objeto em particular.

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Toda representao deve possibilitar representar Objetos Seus atributos Relacionamentos entre objetos

RC - Definies

5Caractersticas desejveis em RC Definir explicitamente os objetos e relaes Expor restries naturais (expressar a forma

como um objeto ou relao influencia um(a) outro(a))

Mostrar objetos e relaes juntos, permitindo que as informaes necessrias sejam vistas com uma olhada rpida

Suprimir detalhes irrelevantes (detalhes raramente utilizados podem ser postos de lado, mas podem ser obtidos quando necessrios)

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Uma boa representao deve ser

Transparente, permitindo o entendimento do que est sendo dito

Rpida, possibilitando o armazenamento e a recuperao de informaes em tempo curto

Computvel, possibilitando a sua criao, utilizando um procedimento computacional existente

7Uma RC composta por quatro partes principais

Lxica: determina que smbolos so permitidos no vocabulrio de representao

Estrutural: descreve as restries sobre como os smbolos podem ser combinados

Procedural: especifica como os smbolos podem ser manipulados, definindo procedimentos de acesso que possibilitam criar descries, modificar descries e responder questes utilizando descries

Semntica: estabelece uma forma de associar significado s descries

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Linguagens de Representao de Conhecimento

Lgica Redes semnticas Frames Scripts Regras de produo ...

Qual a linguagem de representao nativa do Prolog?

9Tecnicamente, representaes computacionalmente tratveis podem ser equivalentes, s que algumas representaes so mais convenientes.

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Redes Semnticas Redes Semnticas so uma tentativa de se formalizar

como nosso conhecimento organizado na memria

Redes Semnticas so compostas de ns e links rotulados

Cada n representa um objeto ou propriedade de um objeto

Cada link representa o relacionamento entre dois ns

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Histria das Redes Semnticas Originalmente a idia de redes semnticas foi

proposta em 1913 por Selz como uma explicao de fenmenos psicolgicos

Em 1966, Quillian implementou aquelas idias e mostrou como o significado poderia ser representado como relacionamento entre dois objetos

Representaes mais complicadas tais como frames so realces desta idia

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Ex: Rede Semntica Simples

Redes Semnticas explicitam o relacionamento entre objetos e propriedades

Por exemplo, considere algumas coisas que sabemos sobre animais Animais comem Mamferos e pssaros so animais Mamferos tm plos Ces so mamferos

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Ex: Rede Semntica Simples (cont.)

Animal Comerfaz

Animal e Comer so representados por ns O relacionamento entre eles (este animal come)

representado pelo link rotulado faz Simploriamente, pode-se ler como Animal faz

Comer

A sentea Animais comem pode ser representada pela seguinte rede:

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Rede Semntica Simples (cont.) Mamferos e Pssaros so animais pode, agora,

ser acrescentada usando-se o link _um:

Animal

MamferosPssaros

Comer

_um _um

faz

Pode-se ler esta nova sentena como: Pssaro um Animal e Mamfero um Animal

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Uma Rede Semntica Simples (cont.)

Tambm pode-se acrescentar rede a sentena Mamferos tm plos :

Animal

MamferoPssaro

Come

Plos

_um _um

faz

tem

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Uma Rede Semntica Simples (cont)

E, por ltimo, pode-se acrescentar Ces so mamferos:

Animal

MamferoPssaro

Comer

Plos

Co

_um _um

_um

faz

tem

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Transitividade em Redes Semnticas

Redes Semnticas so naturalmente transitivas

Podemos concluir da rede desenvolvida que se Co um Mamfero e Mamfero um Animal ento Co um Animal

Entretanto, no possvel concluir que: Co um Pssaro Pssaro tem pelos

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Busca em Redes Semnticas

A Busca em Redes Semnticas pode ser usada de vrias maneiras para se extrair informaes

Por exemplo, a busca pode ser usada: como uma ferramenta explicativa para explorar um tpico exaustivamente para encontrar o relacionamento entre dois objetos

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Busca como uma ferramenta Explanatria

Podemos supor que ces comem, e usar buscasobre a rede para explicar isto (se ele pode)

Buscando partir do n Co , podemos dizer que Co um Mamfero, Mamfero um Animal e Animal faz Comer. Isto uma explicao para ces comem.

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Busca exaustiva de informao

Se quisermos encontrar tudo o que podemos aprender sobre ces, somente necessitamos usar Busca em Largura partir de Co

Dessa maneira, poderamos encontrar que ces so mamferos, ces tem pelos, ces so animais e ces comem

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Interseco de Busca Se quisermos encontrar se Ces e Pssaros esto

relacionados, ento podemos executar, partir de ambos os ns, uma busca em largura (busca bidirecional)

A interseco nos d uma pista sobre o relacionamento entre os ns

Isto chamado ativao distribuda ou interseco de busca

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Interseco de Busca(cont) Partindo de Co e Pssaro podemos

encontrar que ambos so animais:

Animal

MamferoPssaro

Comer

Plos

Co

_um _um

_um

faz

tem

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Obs.: tem que diferenciar conceitos de instncias, seno fica

impossvel relacionar deferentes instncias de um mesmo conceito

Ex.: meu carro preto

Eu Carro Preto possuidor cor

REDE SEMNTICA

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Acrescenta o carro da Maria azul

Eu Carro Preto possuidor cor

Maria Azul

possuidor cor

Qual o cor do meu carro ???

REDE SEMNTICA

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REDE SEMNTICA

C1

Carro

Eu

Preto

instance-of

possuidor

cor

instnciasparticulares

conceito

Soluo: para detectar uma instancia de uma classe, usa-se a

ligao instance-of

C2

possuidorMaria

cor Azulinstance-of

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REDE SEMNTICA

Preto

Carro1

Roda

cor

Carro possuidor

Joo

-um Veiculoinstance-of

Meio-transp

-parte -um

O sentido da relao instance-of est invertido em relao ao slide anterior. Isso permitido?

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Outro exemplo

Cadeira - X

Cadeira

Mvel

Ana Preta

Couro

AssentoPessoa

um

um

estofado

cor

parte

dono um conceito

herana

instanciado conceitocadeira

transitividade

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Lngua natural: exemplo Joo deu um livro a Maria

Deu

Dar

Joo

LivroMaria

Livro-x

um

beneficirio

objetoagenteconceito

instnciasparticulares

um

conceito

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Teste psicolgico Evidncias psicolgicas

Humanos organizam conhecimento hierarquicamente Associam conceitos

Teste indica que, ao fazer inferncias mais gerais (mais altas na hierarquia, portanto), humanos demoram mais

Responder pergunta Mamferos tm plos? mais rpido do que responder pergunta Mamferos comem?

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Exerccio

Construir a rede semntica para o trecho de texto:

Planta usada em qualquer processo industrial. Tambm pode significar o ato de colocar uma semente ou planta na terra para crescer. O mais comum que uma estrutura viva que no um animal, frequentemente com folhas, retira seu alimento do ar, da gua e da terra.

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Exerccio

Esboar um algoritmo que construa a rede semntica automaticamente a partir de um texto

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Vantagens

representao natural

oferece viso global do problema representado

Desvantagens

nmero de ns pode crescer muito para representar uma idia

simples

difcil representar coisas que no so fatos, mas idias, crenas,

tempo

representao no estruturada

REDE SEMNTICA

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Frames

Estruturas de dados estticas usado para representar situaes estereotipadas bem compreendidas (Minsky, 1975)

Representa objetos do domnio

um animalMamfero

tem pelos Quais as diferenas em relaos redes semnticas?

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Frames Frames so mais poderosos que redes

semnticas porque: Eles fornecem uma representao mais estruturada

que a rede semntica Tanto informao como relacionamento podem ser

especificados em um frame Eles tambm podem conter procedimentos

Frames podem ser representados numa forma grfica similar a redes semnticas

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Redes Semnticas como Frames

Podemos representar a rede semntica mostrada como frames

faz ComerAnimal

umPssaro

umMamfero

umCo

tem pelos

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O Frame Co O frame Co poderia ser expandido

acrescentando-se novos slots e valores para o frame

Co

Nome

Raa

Plo

Sexo

Default: Longo

Macho ou Fmea

Slots ValoresDefault: Mongrel

um Mamfero

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Aspectos Gerais de um Frame Slots so atributos do frame que podem ter valores

particulares

Valores podem ser um valor absoluto, um intervaloou um valor default

Um frame genrico, tal como o frame Co, uma classe frame

Uma instncia de uma classe frame simplesmente um frame com valores especficos, assim como Rex, o co, uma instncia da classe de ces

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Uma Instncia do Frame Co

Rex - Uma instncia da classe Co:Co

Nome

Raa

Pelo

Sexo

Longo

Macho

German Shepherd

um Mamfero

Rex

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Frames e Demons Procedimentos que esto dentro de frames

so chamados demons

Um exemplo de um demon um procedimento para calcular a rea de um quadrado dado o tamanho de um dos lados (via valores de slots)

Assim o valor da rea no precisa estar representado e sim pode ser calculado a partir de outras informaes na instanciao do frame

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O Frame QuadradoQuadrado

Tam. do lado

rea

QuadradoTam. do lado

rea 25

5 Quando ele o encontra, ele

calcula a rea do quadrado

A classe frame, para quadrado, tem um demon em rea que enxerga o valor em Tam. do lado

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Frames e herana No exemplo animal/mamfero/co, o nvel mais

baixo herda as propriedades dos nveis superiores

Por exemplo: Co tem plos, pois eles so mamferos e mamferos tm plos

Herana uma caracterstica poderosa de frames, porque informaes podem ser especificadas num nvel mais genrico, evitando-se, assim, redundncia

E nas redes semnticas? H herana?

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Frames e objetos Objetos na Programao Orientada a

Objetos so muito similares aos frames

Por essa razo, Liguagens OO so uma boa opo para a implementao de sistemas de frames

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Outro exemploEx.: rede de cmodos numa casa

Cmodo* Tipo

sala estarquartocozinhabanheiro

* ...

Sala estar-um: cmodo...

Quarto -um: cmodo...

Cozinha -um: cmodo...

Banheiro -um: cmodo...

Sala estar Maria...

...

Suite...

...

Hospede ...

...

Suite Maria...

...

ako

ako

ako

ako

ako

ako

ako

ako

classe

subclasse

sub-subclasse

instncia

instncia

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Histria de Scripts Scripts (Schank e Abelson 1977) so uma

especializao de frames projetados para manipular situaes alm de objetos

Numa rede semntica ou em frames, ns so objetos, e os links entre objetos representam uma gama de relacionamentos

Em scripts, os ns so eventos, e os links entre eles so simplesmente causais

Isto , um evento provoca o prximo

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Construindo um Script Um Script como um script cinematogrfico

Como num script de cinema, precisamos considerar vrios elementos quando projetamos o script Quais so os papis dos objetos/pessoas no script Quais objetos de cena se relacionam ao script Quais so as motivaes ou entradas condicionais para

execuo do script Quais cenas esto para ocorrer Em qual ordem elas devem ocorrer

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Um Script Bsico Antes de projetarmos o script, necessitamos de uma

seqncia bsica inicial

Por exemplo, na ida a um restaurante h uma seqncia de eventos que podemos esperar:

Entrar noRestaurante

PedirRefeio

ComerRefeio

Pagarpela Refeio

Gorjeta...

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Quebra de um Script possvel quebrar cada um dos eventos numa

srie de sub-eventos. Por exemplo, com relao ao evento entrar no restaurante, pode-se esperar:

Estacionaro Carro

Entrar noRestaurante

...

Esperar por uma Mesa

Ir ata Mesa

Ler o Menu

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O Script Restaurante Colocando os eventos juntos aos demais

elementos, poderamos imaginar o scriptRestaurante assinalando apenas algumas coisas, tais como:SCRIPT RESTAURANTEPapis: Fregus, garom, cozinha...Objetos de cena: Mesas, cadeiras, garfos, facas,

pratos, copos, garrafas de vinho...Entradas condicionais: fregus est faminto; fregus

est vestido inapropriadamente; fregus tem dinheiro...

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O Script Restaurante (cont)Cena 1: Entrar

Estacionar o carro Entrar no Restaurante Esperar por uma Mesaou

Ir at a Mesa Ler o Menu

Cena 2: Pedir a Refeio...

Resultados: fregus no tem fome; fregus tem menos dinheiro...

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Scripts Scripts podem ser usados para:

Contar histrias sobre uma seqncia de eventos Responder questes tais como O que acontece se

o bife do fregus estiver queimado? Seqncia dos eventos levem a alguma deciso

Inferncias em determinadas situaes

Scripts so muito similares a frames, so codificados da mesma forma e so, s vezes, considerados como uma sub-classe de frames

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Exerccio

Script para ir ao cinema Papis, objetos, condies de entrada, cenas,

resultados

52

Questo Como representar redes semnticas, frames e

scripts em Prolog?