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Fred Freitas - Engenharia de Conhecimento Fred Freitas CIn - UFPE.

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Apresentação em tema: "Fred Freitas - Engenharia de Conhecimento Fred Freitas CIn - UFPE."— Transcrição da apresentação:

1 Fred Freitas - Engenharia de Conhecimento Fred Freitas CIn - UFPE

2 Fred Freitas - Como construir SBCs?? Sabemos como funcionam –Regras de produção ou programação em lógica... O que possuem –Motor de inferência Mas não sabemos de métodos para –Adquirir o conhecimento Do domínio => como construir ontologias Das tarefas => como construir uma boa base de regras Item importante –Reuso => em especial para ontologias

3 Fred Freitas - Etapas da Engenharia do Conhecimento Nível de Conhecimento Nível Lógico Nível de Implementação BC AQUISIÇÃO FORMALIZAÇÃO IMPLEMENTAÇÃO REFINAMENTO linguagem natural linguagem de representação de conhecimento linguagens de programação

4 Fred Freitas - Aquisição de Conhecimento

5 Fred Freitas - Ciclo de Desenvolvimento de um Sistema Especialista Inicialização Análise Prototipagem Desenvolvi- mento Implemen- tação Manutenção Definição do Problema, Requisitos Projeto, Identificação das fontes de conhecimento Definição e Representação do Conhecimento, Protótipos, Módulos, Interface, Testes Fechamento da Base de Conhecimento e dos módulos, Testes, Avaliação Validação pelos usuários, Treinamento, Documentação Operação, Upgrades, Avaliação periodica Aquisição de Conhecimento, o Gargalo !

6 Fred Freitas - Soluções para os Problemas de Aquisição Métodos de aquisição –Manuais –Semi-automáticos –Automáticos Sistemas Especialistas de 2ª. geração

7 Fred Freitas - Métodos Manuais de Aquisição Entrevistas –Desestruturada –Estruturada: agendas, formulários, casos, etc Rastreamento cognitivo –Gravações de descrições detalhadas do especialista Engenheiro faz regras e valida com o especialista especialista Base de conhecimento Engenheiro de conhecimento documentação codificação explicitação

8 Fred Freitas - Entrevistas método de aquisição de conhecimento mais usado informação e o conhecimento são recolhidos através de diversos meios –questionários, anotações, gravações –posteriormente transcritos, analisados e codificados normalmente são necessárias várias entrevistas ou sessões de trabalho o espaçamento entre as entrevistas deverá permitir: –que o Engenheiro do Conhecimento possa processar todo o conhecimento adquirido na entrevista anterior –que o conhecimento adquirido seja representado, codificado e testado por um protótipo do sistema

9 Fred Freitas - Entrevistas Desestruturadas –Pode-se estabelecer uma relação professor/aluno entre o Especialista e o Engenheiro de Conhecimento. –O Especialista : faz o acompanhamento de casos explica o que faz e porque o faz explicita conceitos, habilidades e estratégias que usa aconselha a leitura de documentos, bibliografia –Freqüentemente as descrições dos processos cognitivos do perito parecem incompletas ou desorganizadas complexidade do domínio faltam os relacionamentos dos diversos itens de informação e conhecimento falta de treino dos Engenheiros do Conhecimento na condução das entrevistas

10 Fred Freitas - Entrevistas Estruturadas processo sistemático orientado a objetivos a comunicação entre o Engenheiro do Conhecimento e o especialista é previamente organizada o Engenheiro do Conhecimento prepara as sessões de aquisição do conhecimento identificando as questões mais relevantes uso de formulários, documentos, atas, protocolos,...

11 Fred Freitas - Aquisição de Conhecimento usando Acompanhamento do Raciocínio técnica popular na Psicologia Cognitiva na qual se tenta rastrear o raciocínio do especialista –concluir como ele raciocina os métodos podem ser mais ou menos formais –Análise do Protocolo - método formal mais conhecido –o especialista é solicitado a resolver problemas concretos e a verbalizar o raciocínio que utiliza na resolução desse problema –fica registado o o processo de tomada de decisão efetuado pelo especialista passo-a-passo pode ser efetuada a gravação da sessão processo essencialmente unilateral, ao contrário das entrevistas

12 Fred Freitas - Aquisição de Conhecimento com observação do especialista modo mais natural de efetuar a aquisição pode ser complexo – O especialista pode dirigir uma equipe de várias pessoas – O especialista pode resolver vários problemas simultaneamente –Comportamento do especialista pode ser diferente pelo fato de saber que está sendo observado o conhecimento que se adquire pode não corresponder exatamente

13 Fred Freitas - Aquisição de Conhecimento guiada pelo especialista os Engenheiros do Conhecimento costumam não cobrir bem o conhecimento do domínio podem surgir problemas na comunicação com o perito aquisição de conhecimento pode ser um processo demorado, com várias iterações Os especialistas podem agir também como Engenheiros, codificando diretamente o seu conhecimento –Manualmente: através de relatórios e questionários –Automaticamente: através de uma ferramenta computacional que ajuda o perito a introduzir o conhecimento e procura detectar falhas nesse mesmo conhecimento (incoerências, ambiguidades, redundâncias, etc).

14 Fred Freitas - Métodos Semi-automáticos de Aquisição Ferramentas para o engenheiro –Editores, ambientes integrados (ex: Protégé), ferramentas visuais Ferramentas para o especialista –Análise de grades de características (repertory grid analysis) especialistaFerramentas de apoioBase de conhecimento Engenheiro de conhecimento

15 Fred Freitas - Métodos Automáticos de Aquisição Técnicas de Aprendizado Automático –É preciso gerar conhecimento explícito, muitas vezes em forma de regras! Por isso... –Técnicas simbólicas de aprendizado Árvores de Decisão Espaço de Versões,... Casos e exemplosIndução automáticaRegras

16 Fred Freitas - Engenharia de ontologias

17 Fred Freitas - Princípios de construção Clareza Legibilidade Coerência Extensibilidade Mínima codificação Mínimo compromisso ontológico

18 Fred Freitas - Ontologia Ciência Reusada a partir da ontologia do projeto europeu (KA)2 [Benjamins et al 98] do espelho da Ontolingua na Universidade de Madri Refinada em granularidade e engajamento ontológico Inclui ontologias auxiliares de tempo, locais e turismo [Freitas 2001]

19 Fred Freitas - Princípios usados Clareza e legibilidade – Jargão empregado Mínimo compromisso ontológico – na classe Documento Científico, não há restrições desnecessárias para o slot Autores (qualquer subclasse da classe Pessoa inclusive a subclasse Pesquisador) Extensibilidade - novas classes puderam ser definidas a partir das já existentes Coerência - a relação parte-todo entre artigos de um proceedings, ou entre capítulos de um livro, não estava explicitada

20 Fred Freitas - Knowledge Process Use of the Ontology Knowledge Meta-process Design, Implementation, Evolution of the Ontology O uso e a engenharia de ontologias estão atrelados...

21 Fred Freitas - Use Find Create Import Navigation Context Concepts Attributes, Rules Semantic - Syntactic Bridge Context Rules Common Language Capture Organize Ont-O-Mat Reverse Ont-O-Mat Semantic Miner Portals & Portal Generation Crawling / Syndication Ontobroker Metaprocesso de construção

22 Fred Freitas - Metodologias de desenvolvimento Processo iterativo, com revisões constantes Nas metodologias propostas, são considerados passos similares aos de engenharia de software: –Especificação –Conceitualização –Implementação Atividades de suporte são executadas concomitantemente com o desenvolvimento –Aquisição –Avaliação –Documentação –Integração com ontologias existentes [Gómez-Perez 99]

23 Fred Freitas - Metodologias de desenvolvimento (cont.)

24 Fred Freitas - Especificação Determina o propósito e escopo da ontologia Deve incluir uma análise para decidir se é possível, necessário ou adequado o reuso de ontologias Sugere-se elaborar uma lista de questões de competência [Uschold & Gruninger 96] –Servirão para a avaliação da ontologia durante o desenvolvimento –Ex: “Jornais científicos são considerados eventos científicos?”

25 Fred Freitas - Conceitualização Fase crítica, nela ocorrem a maior parte das atividades de suporte de aquisição e avaliação Passos e dicas: –Enumerar os termos do domínio –Definir as classes - não confundir nomes de um conceito com o próprio conceito –Definir a hierarquia das classes - passo capcioso –Definir os slots e facetas de cada classe, interagindo com os dois passos anteriores –Criar as instâncias - Se elas não possuem uma hierarquia natural, é preciso revisar a hierarquia das classes –Usar convenções de nomes e nomes facilmente compreensíveis [Noy 97]

26 Fred Freitas - Especificação © York Sure

27 Fred Freitas - Fontes de Conhecimento © York Sure

28 Fred Freitas - Questões de Competência © York Sure

29 Fred Freitas - Rastreamento © York Sure

30 Fred Freitas - Definir a hierarquia das classes Observar a clareza e consistência da hierarquia Evitar subclasses demais pelo uso de classes intermediárias Ver se não há poucas subclasses - a informação dos slots pode tornar-se insuficiente para refletir diferenças entre as instâncias. Abordagens para a definição de hierarquias [Uschold & Gruninger 96]: –top-down, classes mais gerais e depois as específicas –bottom-up –middle-out, que começa por classes intermediárias que vão sendo especializadas (para baixo) e generalizadas (para cima)

31 Fred Freitas - Definir os slots e facetas Slots intrínsecos – ex: número de pernas Slots extrínsecos – ex: nome de uma pessoa Partes de uma classe – ex: partes do corpo: cabeça, tronco e membros Relacionamentos - instâncias de outras classes. –Especificar a classe mais geral possível –EX: a faceta classes-permitidas do slot Participantes da classe Projeto são instâncias da classe Pesquisadores Pesquisadores incluem estudantes de pós-graduação, professores, etc

32 Fred Freitas - Implementação e Avaliação Objetivo: transformar a ontologia em algo computável Na fase de implementação, a ontologia é escrita numa linguagem de representação de conhecimento Na fase de avaliação, são executados testes para verificar se a ontologia atende aos requisitos especificados na fase de especificação Testes freqüentemente provocam mudanças na implementação

33 Fred Freitas - Ontology Engineering: OTK Methodology (EU Project: On-To-Knowledge) Applications [Studer & Volz 2003]

34 Fred Freitas - Tool Support for Methodology OntoEdit OntoMat-Annotizer KAON Ontology Evolution Applications

35 Fred Freitas - Ontology Evolution Process Semantics of change Propagation RepresentationImplementation Core component ValidationDiscovery Refinement requirement Refinement requirement Functional & Guidance requirement Semantics of change RepresentationImplementation How to resolve a change? How to discover a change? How to ensure the consistency?

36 Fred Freitas - Evolution Strategies Semantics of change Required change Required and derived changes Evolution strategy An evolution strategy unambiguously defines the way how changes will be resolved X reconnect to the parent reconnect to the root delete

37 Fred Freitas - Revendo os passos rapidamente...

38 Fred Freitas - Engenharia de Conhecimento 1) Decida sobre o que falar 2) Escolha o vocabulário de predicados, funções e constantes (Ontologia do Domínio) 3) Codifique o conhecimento genérico sobre o domínio (axiomas)  x,y,z Americano(x)  Arma(y)  Nação(z)  Hostil(z)  Vende(x,z,y)  Criminoso(x) 4) Codifique uma descrição de uma instância específica do problema Nação(Cuba), Nação(USA), Vende(West,Arma1,Cuba) 5) Proponha questões para o procedimento de inferência e obtenha respostas ou decisões West é criminoso?

39 Fred Freitas - Um Exemplo: Circuitos Digitais Estabelecer o objetivo: –determinar se o circuito está de acordo com sua especificação (o circuito acima é um somador) –responder a perguntas sobre o valor da corrente em qualquer ponto do circuito

40 Fred Freitas - Decida sobre o que falar Para alcançar o objetivo, é relevante falar sobre –circuitos, terminais, sinais nos terminais, conexões entre terminais Para determinar quais serão esses sinais, precisamos saber sobre: –portas e tipos de portas: AND, OR, XOR e NOT Não é relevante falar sobre: –fios, caminhos dos fios, cor e tamanho dos fios, etc Tudo isso tem de estar na ontologia!

41 Fred Freitas - Decida qual vocabulário usar Nomear os objetos e relações do domínio com funções, predicados e constantes –constantes distinguir as portas : X1, X2... distinguir os tipos de porta: AND, OR, XOR... –funções e predicados tipo de uma porta: Tipo(X1) = XOR, Tipo(X1, XOR), XOR(X1) indicar entradas e saídas: Out(1, X1), In(1, X2) indicar conectividade entre portas: Conectado(Out(1, X1), In(1, X2))

42 Fred Freitas - Codifique regras genéricas (1) (1) Dois terminais conectados têm o mesmo sinal:  t1, t2 Conectado(t1, t2)  Sinal(t1) = Sinal(t2) (2) O sinal de um terminal é On ou Off (nunca ambos)  t Sinal(t) = On  Sinal(t) = Off, On  Off (3) Conectado é um predicado comutativo  t1,t 2 Conectado(t1, t2)  Conectado(t2, t1) (4) Uma porta OR está On sse qualquer das suas entradas está On:  g Tipo(g) = OR  Sinal(Out(1,g)) = On  n Sinal(In(n,g))=On (5) etc...

43 Fred Freitas - Codifique a instância específica Portas: Tipo(X1) = XOR Tipo(X2) = XOR Tipo(A1) = AND Tipo(A2) = AND Tipo(O1) = OR Conexões: Conectado(Out(1,X1),In(1,X2)) Conectado(Out(1,X1),In(2,A2)) Conectado(Out(1,A2),In(1,O1))...

44 Fred Freitas - Proponha questões ao Procedimento de Inferência Que entradas causam Out(1,C1) = Off e Out(2, C1) = On?  i1, i2, i3, o1, o2 Sinal(In(1,C1)) = i1  Sinal(In(2,C1)) = i2  Sinal(In(3,C1)) = i3  Sinal(Out(1,C1)) = o1  Sinal(Out(2,C1) = o2. Resposta: (i1 = On  i2 = On  i3 = Off)  (i1 = On  i2 = Off  i3 = On)  (i1 = Off  i2 = On  i3 = On)

45 Fred Freitas - Proponha questões ao Procedimento de Inferência Quais são os conjuntos de valores possíveis para todos os terminais do circuito?  i1, i2, i3 Sinal(In(1,C1)) = i1  Sinal(In(2,C1)) = i2  Sinal(In(3,C1)) = i3  Sinal(Out(1,C1)) = Off  Sinal(Out(2,C1) = On Resposta é o objetivo do agente!


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