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O Estudo do Conhecimento

Aprender - ato que produz um comportamento diferente a um estímulo externo devido a excitações recebidas no passado e é, de uma certa forma, sinônimo de aquisição de conhecimento.

• Mas se aprendizado pode ser considerado como parte do estudo do conhecimento, o que é conhecimento?

• Conhecimento - é o que faz com que seja possível o encadeamento e desenvolvimento da inteligência.

• Raciocínio ou Inferência – é o processo de chegar a conclusões a partir de conhecimentos armazenados na memória.

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• A Lógica, desde o pensamento Aristotélico, é um dos mais tradicionais e eficazes instrumentos do raciocínio humano para inferência racional de conclusões.

– Aristóteles (384 a.C. – 322 a.C.) é a quem se deve o primeiro

estudo formal do raciocínio. Escreveu os primeiros grandes trabalhos de lógica: Coleção de regras para raciocínio dedutivo.

– Leibniz (1646-1716) propõe o uso de simbolos para mecanizar o raciocínio dedutivo.

– Boole (1815-1864) e De Morgan (1806-1871) propõem as bases da lógica simbólica moderna.

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– Frege (1848-1925) formaliza a Lógica, prentendia mostrar que a matemática, em particular a aritmética, se desenvolve a partir da lógica.

– Russell (1872-1970) foi além de Frege, afirmou que todas as verdades matemáticas, não apenas as da aritmética, poderiam ser deduzidas a partir de umas poucas verdades lógicas, e todos os conceitos matemáticos reduzidos a uns poucos conceitos lógicos primitivos.

– Gödel (1906-1978) apresentou seu “Teorema da incompletude”, no qual afirma que qualquer sistema axiomático suficiente para incluir a aritmética dos números inteiros não pode ser simultaneamente completo e consistente.

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A ciência e o Conhecimento

Inferência Dedutiva

Inferência Dedutiva

• Modus ponens (Latim: modo que afirma):

“Se X implica Y, e, X é verdade , então , Y é verdade”

– Todo homem é mortal

– João é homem

– Inferência: João é mortal

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Inferência Indutiva

Inferência Indutiva

“Se para um conjunto de objetos, X={a,b,c,d,...}, a propriedade P é verdade para a; para b; para c,.., para n, então P é verdade para todo X.”

– Caso 1:

• Bactéria 1 é gram-positiva

• Bactéria 1 tem coloração violeta ou azul escura através da técnica de Gram.

– Caso 2:



– Caso 3:



• Lei geral: Bactérias gram-positivas tem coloração violeta ou azul escura através da técnica de Gram.

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Inferência Abdutiva

Inferência Abdutiva

“Se Y é verdade, e, X implica Y, então, X é verdade”

– José morreu de câncer de pulmão

– Se eu leio que fumar causa câncer de pulmão.

– Inferência: José era um fumante.

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Inferência Dedutiva Indutiva e Abdutiva

• O conhecimento novo baseado no raciocínio dedutivo é sempre verdade se as suposições são verdadeiras

• O conhecimento novo baseado em vários casos (indução) é geralmente verdadeiro desde que os sistemas estudados sejam bem comportados.

• Uma inferência baseada na abdução pode ser plausível mas deve carregar um fator de confiança para indicar a probabilidade de estar correta.

Conhecimento-Raciocínio-Aprendizado

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Conhecimento-Raciocínio-Aprendizado

• A maquina precisa – Adquirir e Armazenar o conhecimento para poder realizar

Inferências.

• Características do conhecimento que devem ser analisadas:

– Volumoso: possui diversos aspectos, características e detalhes. A cada momento, novos conhecimentos são gerados.

– Difícil caracterização: não sabemos explicar com formalismo como, quando e de que forma o conhecimento foi adquirido, também temos dificuldade de explicá-lo.

– Em constante mudança: é aperfeiçoado sistematicamente, crescendo e se modificando permanentemente.

– É individual e único: cada indivíduo interpreta seu conhecimento de forma única.

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Representação do Conhecimento

• Para que um sistema computacional possa utilizar aspectos do conhecimento existe a necessidade de estruturação daquilo que será empregado pelo sistema.

• Essa estruturação é conhecida pelo nome de Representação do Conhecimento

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• Características que deve ter a Representação do Conhecimento:

– Generalizável: vários pontos de vista do mesmo conhecimento concebem uma representação de modo que possa ser atribuído a diversas situações e interpretações.

– Representação passível de atualização/correção: o conhecimento é dinâmico, portanto, existe a necessidade permanente de atualização e ajustes do mesmo

– Robusta: de tal forma que seja possível a sua utilização mesmo não abordando todas as situações possíveis, ou seja, mesmo sendo incompleta e imprecisa.

– Compreensível: compreensível ao ser humano e também que seja possível a sua interpretação.

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• Quando se discute representação do conhecimento, se

lida com dois tipos diferentes de entidades:

Fatos: Verdades em algum mundo relevante. Essas

são as coisas que queremos representar.

Representação de fatos: com algum formalismo

escolhido. Essas são as coisas que efetivamente

seremos capazes de manipular.

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• Regras – Formato condição/ação.

• Redes Semânticas

• Frames (Quadros)

• Scripts (Roteiros) – é uma representação estruturada que descreve uma seqüência estereotipada de eventos em um contexto particular. Criada por Schank como um meio de organizar estruturas conceituais.

• Casos – uma experiência passada, acumulando casos e tentando descobrir, por analogia, soluções para outros problemas.

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Redes Semânticas

• Propostas em 1913 por Selz: explicação de fenômenos psicológicos.

• Quillian implementou em 1966 as redes: conhecimento semântico pode ser representado como relacionamento entre dois objetos.

• Uma rede semântica é uma representação na qual: – Existem nós que representam entidades e links (predicados)

que representam relacionamentos entre essas entidades; – Cada link conecta um nó origem até um nó destino; – Normalmente, os nós e links denotam entidades de domínio

específico.

Redes Semânticas

• Rede semântica desenvolvida por Collins & Quillian: Pesquisa sobre o armazenamento de informação pelo homem e seu tempo de resposta.

Redes Semânticas

• Forma mais flexível e intuitiva de representar conhecimento.

• Suportam herança de propriedades. • Relações:

– Ako (a-kind-of): relações entre classes – é-um (is-a): relações entre classes e instâncias. Uma entidade

pertence a uma classe mais alta ou uma categoria de objetos. – tem-um (has-a): identifica características ou atributos das

entidades – parte-de (part-of): identifica características ou atributos das

entidades – variados: identifica características gerais

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Redes Semânticas

• Provar a declaração “Cães comem”:

• Busca a partir do nó “Cão”, temos: – “Cão é-um mamífero”

– “Mamífero é-um animal”

– “Animal faz comer”

– Isto é uma prova para “Cães comem”

• Para derivar todo o conhecimento sobre “câes”

• Busca em largura a partir do nó “Cão”:

– “Cães são Mamíferos” – “Cães têm Pêlos” – “Cães são Animais” – “Cães Comem”

Redes Semânticas

• Vantagens:

– Representação visual fácil de entender.

– Flexibilidade na manipulação de nós e links: adição, exclusão, modificação

– Economia: herança via relações “é-um” e “ako”.

– Capta “senso-comum”: semelhante ao armazenamento de informações no cérebro.

Redes Semânticas

• Desvantagens: – Busca em redes semânticas grandes pode ser muito

ineficiente.

– Não há homogeneidade na definição de nós e links.

– Hereditariedade pode causar dificuldades no tratamento de exceções.

– Pode haver conflito entre características herdadas.

– É difícil representar conhecimento procedimental: seqüenciamento e tempo não estão explícitos.

– Menos expressiva que a Lógica de Primeira Ordem

Frames (Quadros)

• Um frame é identificado por um nome e descreve um objeto complexo através de um conjunto de atributos

• Um Sistema de Frames é um conjunto de frames organizados hierarquicamente (Semelhante a Redes Semânticas).

• São uma evolução das Redes Semânticas: – nós são substituídos por frames

– arcos são substituídos por atributos (slots)

– procedimentos podem ser anexados a um frame

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Frames (Quadros)

• Possuem pelo menos dois atributos: – Nome – Ako ou is-a

• Para melhorar a estruturação (hierarquia), privilegiam dois tipos de relações: – ako: relação entre classe e sub-classe – is-a: relação entre classe e instância.

• Cada atributo – aponta para um outro frame ou para um tipo primitivo, ex.

string; – consiste em um conjunto de facetas (atributos de

atributos).

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Frames (Quadros)

• Classes e Instâncias

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Frames (Quadros)

• Facetas: Descrevem conhecimento ou algum procedimento relativo ao atributo.

• Propriedades – Valor: especifica o único valor possível. – Valor default: especifica o valor

assumido pelo atributo caso não haja nenhuma informação a esse respeito.

– Tipo: indica o tipo de dado do valor. – Domínio: descreve os valores possíveis

para o atributo. – Procedimentos Demons: procedimentos

anexados aos frames, disparados por consultas ou atualizações.

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Frames (Quadros)

• Procedimento Demons

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Frames (Quadros)

• Tipos de herança: – Herança simples

• existe uma única superclasse para cada classe

– Herança múltipla • uma classe pode ter mais de uma superclasse, podendo

herdar propriedades ao longo de diversos caminhos diferentes (= o caos)

• Herança pode ser eficiente em domínios que apresentem uma taxonomia natural de conceitos (biologia).

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Sistemas baseados em conhecimento

• Dois componentes principais (separados):

– Base de Conhecimento: contém o conhecimento do domínio do problema (utiliza formalismos de representação e linguagens específicas)

– Mecanismo de Inferência: programa para a manipulação da base de conhecimento.

Sistemas baseados em conhecimento

• Exemplo: West é criminoso ou não? – “A lei americana diz que é proibido vender armas a uma nação hostil.

Cuba possui alguns mísseis, e todos eles foram vendidos pelo Capitão West, que é americano”

• Como você resolveria este problema? – Linguagem: você entende o que está escrito em português

– Conhecimento: você sabe um pouco de geopolítica e armas

– inferência: você é capaz de raciocinar usando este conhecimento descrito em português

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Solucionando o problema

A) Todo americano que vende uma arma a uma nação hostil é criminoso

B) Todo país em guerra com uma nação X é hostil a X

C) Todo país inimigo político de uma nação X é hostil a X

D) Todo míssil é um arma

E) Toda bomba é um arma

F) Cuba é uma nação

G) USA é uma nação

H) Cuba é inimigo político dos USA

I) Irã é inimigo político dos USA

co

nh

ecim

en

to p

révio

J) West é americano

K) Existem mísseis em cuba

L) Os mísseis de cuba foram vendidos por West conhecim

ento

do p

roble

ma

no

vo

con

he

cim

en

to

M) Cuba possui um míssel M1 - de K

N) M1 [e um míssil - de K

O) M1 é uma arma - de D e N

P) Cuba é hostil aos USA - de F, G, H e C

Q) M1 foi vendido a Cuba por West - de L, M e N

R) West é crimonoso - de A, J, O, P e Q

Como uma máquina resolveria este problema?

• Segundo a IA... – Identificar o conhecimento do domínio

– Representá-lo em uma linguagem formal

– Implementar um mecanismo de inferência

• Questões-chave – Como adquirir esse conhecimento?

– Como representá-lo adequadamente?

– Como raciocinar com ele correta e eficientemente?

Arquitetura de Sistema baseado em conhecimento

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