11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 1

UPE – Caruaru – Sistemas de InformaçãoDisciplina: Inteligência ArtificialProf.: Paulemir G. Campos

Sistemas Especialistas

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 2

Roteiro da Aula Representando e Usando o

Conhecimento de Domínio; Shells de Sistemas Especialistas; Explanação; Aquisição de Conhecimento; Aplicações; Referências.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 3

Representando e Usando o Conhecimento de Domínio

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 4

Introdução Sistemas Especialistas (SE)

podem ser definidos como programas de computador desenvolvidos para representar o conhecimento humano num domínio específico;

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 5

Introdução Sistemas Especialistas (SE)

ou ainda, são programas computacionais que empregam o conhecimento para resolver tarefas que necessitam da presença de um especialista.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 6

Introdução Sistemas Especialistas são

programas complexos de IA;

A técnica de representação de conhecimento de domínio mais largamente usada em SE é através de regras de produção tipo “Se/Então”.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 7

Primeiros SE No início da década de 1970,

pesquisadores em IA perceberam limitações: dos métodos gerais de solução de

problemas; e, das técnicas de busca

desenvolvidas na década anterior.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 8

Primeiros SE Estes pesquisadores notaram que

para resolver determinados problemas complexos era requerido conhecimento específico sobre o domínio de aplicação de interesse, em lugar de conhecimento amplo e geral que se aplica a inúmeros domínios.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 9

Primeiros SE

O primeiro SE bem sucedido foi o DENDRAL (1969): Inferia sobre estruturas moleculares

de dados coletados por um espectrômetro.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 10

Primeiros SE

Já o segundo SE que destacou-se foi o MYCIN (1971): Continha regras para diagnosticar

infecções de bactérias no sangue e meningite.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 11

SE Comerciais A partir dos anos 1980, os SE

construídos eram principalmente de uso comercial, como o: CATS-1 (General Electric): auxiliava o

pessoal de manutenção de locomotivas;

e, o XCON (DEC): ajudava a configurar sistemas de computadores.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 12

Shells de Sistemas Especialistas

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 13

Introdução Os primeiros SE foram construídos

usando alguma linguagem de programação:

declarativa, como Prolog; ou, funcional, como LISP.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 14

Introdução Percebeu-se que os SE

desenvolvidos têm em comum: Um conjunto de representações

declarativas, principalmente regras; E, um interpretador para essas

representações.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 15

Introdução Assim, foi possível separar o

interpretador da representação do conhecimento de domínio específico, permitindo criar um sistema para construir novos SE por adicionar o conhecimento relativo ao novo domínio.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 16

Introdução Esse sistema para criar SE é

denominado de shell. Um influente exemplo de shell é o

EMYCIN (Empty MYCIN) derivado do MYCIN.

Outro exemplo de shell é o Expert SINTA.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 17

Estrutura de um SE O desenvolvimento de um típico

SE é constituído dos seguintes elementos básicos: Interface: um SE deve possuir duas

interfaces: interface com o usuário; e, interface de desenvolvimento.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 18

Estrutura de um SE O desenvolvimento de um típico

SE é constituído dos seguintes elementos básicos (Cont.): Aquisição de Conhecimento: é o

módulo do SE responsável por acumular, transferir e transformar o expertise do especialista para a Base de Conhecimento;

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 19

Estrutura de um SE O desenvolvimento de um típico

SE é constituído dos seguintes elementos básicos (Cont.): Base de Conhecimento: todo o

conhecimento de domínio está representado neste módulo;

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 20

Estrutura de um SE O desenvolvimento de um típico

SE é constituído dos seguintes elementos básicos (Cont.): Motor de Inferência: contém o

conjunto de métodos que selecionam e aplicam o conhecimento contido na Base de Conhecimento do SE.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 21

Estrutura de um SE Personagens envolvidos no

desenvolvimento de um SE:

Engenheiro do Conhecimento: responsável por administrar o desenvolvimento de um SE;

Especialista: tem o conhecimento de domínio, formula problemas e propõe soluções;

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 22

Estrutura de um SE Personagens envolvidos no

desenvolvimento de um SE (Cont.):

Programador: codifica o SE; Usuário: é o cliente do SE; e, Equipe Técnica: fornece suporte

técnico ao usuário.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 23

Estrutura de um SE

Diagrama de Desenvolvimento de um Sistema Especialista

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 24

Explanação

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 25

Introdução Objetivando que um SE seja uma

ferramenta efetiva, deve-se prover uma fácil interação entre usuário e sistema;

Para facilitar esta interação, um SE deve ter as seguintes capacidades: Explanação; E, Atualização de Conhecimento.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 26

Explanação Significa basicamente a capacidade

que um SE deve ter de explicar com clareza o raciocínio empregado na obtenção de uma solução.

Esta funcionalidade é imprescindível para a aceitação de SE em aplicações críticas, como domínios médicos, usinas nucleares, etc.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 27

Atualização de Conhecimento Envolve a aquisição de novos

conhecimentos e modificação do conhecimento antigo do SE;

Isto é muito importante para manter a base de conhecimento de um SE tão completa e correta quanto possível.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 28

TEIRESIAS Foi o primeiro programa contendo:

Explanação; E, Aquisição de Conhecimento.

Serviu como front-end para o SE MYCIN.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 29

Aquisição de Conhecimento

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 30

Introdução Em SE, aquisição de conhecimento é:

um processo de extração, transformação e transferência de informação de uma fonte de conhecimento para um programa de computador.

A principal fonte de conhecimento de um SE é um especialista de domínio.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 31

Introdução É um estágio fundamental no

desenvolvimento de um SE, e também o mais problemático.

Isto porquê, extrair conhecimento de um especialista de domínio não é uma tarefa fácil.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 32

Principais Técnicas de Aquisição de Conhecimento As principais técnicas de aquisição

de conhecimento são:

Entrevistas; Protocolos; Análise; Aquisição Automática.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 33

Entrevistas Existem dois tipos básicos de

entrevistas para aquisição de conhecimento:

as estruturadas; e, as desestruturadas.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 34

Entrevistas Desestruturadas Entrevistas desestruturadas

apresentam uma série de problemas: 1. Raramente fornecem descrições

completas ou bem estruturadas do processo cognitivo;

2. Os especialistas no domínio comumente encontram dificuldade para se expressar devido à falta de estrutura do processo;

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 35

Entrevistas Desestruturadas Entrevistas desestruturadas

apresentam uma série de problemas (Cont.): 3. Os dados obtidos neste tipo

entrevistas de aquisição de conhecimento não são relacionados, aumentando assim o trabalho de estruturação, organização e análise de conhecimento realizados pelo engenheiro de conhecimento.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 36

Entrevistas Estruturadas Resultam em conhecimento

melhor relacionado e organizado. As principais diretrizes são:

1. O engenheiro de conhecimento deve estudar previamente o domínio especialista para estar mais familiarizado e melhor preparado com os conceitos para a entrevista;

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 37

Entrevistas Estruturadas As principais diretrizes são (Cont.):

2. O engenheiro de conhecimento deve analisar o estado atual do sistema especialista identificando os conceitos que faltam ser melhor aprofundados;

3. O engenheiro de conhecimento deve preparar previamente questões importantes a serem utilizadas além de utilizar técnicas de questionamento;

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 38

Entrevistas Estruturadas As principais diretrizes são (Cont.):

4. O engenheiro de conhecimento deve, antes da entrevista, expor ao especialista do domínio os pontos principais que serão elucidados. Desta forma, o especialista do domínio pode estruturar, com antecedência, os requisitos das principais questões;

5. O engenheiro de conhecimento deve utilizar técnicas de questionamento para conduzir de maneira lógica e estruturada as entrevistas para aquisição de conhecimento.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 39

Protocolos Em aquisição de conhecimento,

protocolos devem ser entendidos como registros externos usualmente em vídeo ou áudio, em tempo real ou retrospectivamente.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 40

Protocolos Pode-se ter protocolos de descrição

padrão de uma tarefa, como:

a descrição da realização de uma tarefa;

o que foi dito durante a realização da tarefa;

e, os artefatos utilizados.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 41

Protocolos Os principais modos de geração de

protocolos são: pensar alto ou falar alto (relata

conversas internas); redução comportamental (baseando-se

em observações); e, registro retrospectivo (relatando

aspectos lembrados de uma atividade).

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 42

Análise O objetivo da análise de material

fornecedor de conhecimento é: construir representações de

conhecimento para validação e construção do sistema.

É usada para esclarecer situações problemáticas, considerações alternativas e conjuntos de soluções apropriadas.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 43

Aquisição Automática Emprega técnicas de aprendizado de

máquina (como RNAs, Regressão Logística, etc), para buscar novos conhecimentos a partir de bases de dados, textos, periódicos que serão digitalizados, analisados, sintetizados e incorporados a uma base de conhecimento inicial.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 44

Aplicações

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 45

Algumas Aplicações de SE Os SE podem ser aplicados para:

Estabelecer metas estratégicas; Alcançar objetivos gerais; Auxiliar em projetos de vários

produtos; e, Buscar causas e soluções para

problemas de diagnóstico.

11/04/23 IA - Prof. Paulemir Campos 46

Referências Rich, E. e Knight, K. Artificial

Intelligence. McGraw-Hill, 1991. (Capítulo 20).

Notas de aulas da Profa. Lourdes Mattos Brasil sobre Sistemas Especialistas.