SPs Baseados em Regras Vantagens: Regras oferecem forma de representação intuitiva de muito conhecimento Mecanismos de Inferência aproximam-se de estratégias comuns de resolução de problemas Estrutura de Controlo simples e intuitiva Muitas Conchas de desenvolvimento

Limitação Fulcral: Outras limitações: Aquisição de Conhecimento é difícil Outras limitações: As Regras não constituem sempre a forma mais natural de representação do conhecimento Em certos domínios pouco estruturados, não existe um corpo explícito de conhecimento estabelecido que permita a construção de uma base de regras Experiência Regras

Os Peritos... Exemplificam com Casos Citam Casos para persuadir Extrapolam a partir de Casos Interpretam regras com Casos Testam estratégias confrontando com Casos Aprendem com os Casos Ensinam novatos com Casos

Solução CBR Experiência Experiência

CBR Adaptar soluções antigas a problemas novos Sistemas Baseados em Casos: Representação explícita de experiências documentadas  CASOS Técnica particularmente apropriada quando existe um historial bem documentado de Casos resolvidos Representação de Conhecimento a um nível operacional

Definição Características “resolver um novo problema recordando uma situação velha semelhante e reutilizando informação e conhecimento dessa situação” [Aamodt&Plaza94] CBR is a methodolçogy that uses past experience to solve new probles. There are several possible definitions, but the methodology involves problem solving (by remembering) and learning (including knowledge acquisition) Características Resolução de problemas por recordação de sutiações específicas, concretas antigas (casos) Aprendizagem por adaptação dos casos Aquisição de Conhecimento por retenção de novos casos

O Ciclo do CBR • Os 4Rs: Retrieve,Reuse,Revise,Retain (Aamodt and Plaza, 94) Retrieve Suggested Solution Revise Retain Retrieved case(s) Reuse Solved case New Problem Tested, Repaired Confirmed Solution Previous cases Case memory General Knowledge A CBR system works in a cycle with four actions (the 4REs): - RETRIEVE similar cases - REUSE these cases for the new situation - REVISE the solution if it does not work well - RETAIN the new pair problem/solution for further use.

O modelo Espaço do Problema Espaço das Soluções Problema novo Retrieve Revise Reuse Problema novo Retrieve Retain Another way of seing the 4RE cycle. Espaço das Soluções

O algoritmo Dado - um conjunto de casos C (case memory), (opcional) conhecimento genérico K um novo problema P Determinar - uma solução S para P, usando K e elementos adaptados de C, Ci; transformar S+P num novo caso. The algorithms just implements the four mentioned actions. 1.(Retrieve) recolha de caso(s) relevante(s) para P; 2. Repete 2.1- (Reuse) reutilização dos caso(s) Ci, produzindo S’; 2.2- (Revise) Revisão de S’  S até estar_satisfeito 3. (Retain) Reter S+P, como novo caso, em C

Exemplo: escolher um computador P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 17” 4G 56Kb S: ???? Revise Retain Retrieve Reuse Inthis simple example the problem is to choose a PC based on some specification for the CPU type, Memory (RAM and main), Monitor and Modem. P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 17” 4G 34Kb S: Interstar 300 P: CPU RAM Monitor Disco Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 15” 4G 34Kb S: interstar 200 Case Memory

Exemplo Revise Retain Retrieve Reuse CaseMemory P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 17” 4G 56Kb S: ???? Revise Retain Retrieve Reuse RETRIEVE phase. Using a similarity metric. P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 17” 4G 34Kb S: Interstar 300 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 15” 4G 34Kb S: interstar 200 CaseMemory

Exemplo Revise Retain Retrieve Reuse CaseMemory P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 17” 4G 56Kb S: ???? Revise Retain Retrieve Reuse Choosing the best. P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 17” 4G 34Kb S: Interstar 300 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 15” 4G 34Kb S: interstar 200 CaseMemory

Exemplo Revise Retain Retrieve Reuse CaseMemory P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 17” 4G 56Kb S: ???? Revise Retain Retrieve Reuse REUSE phase. P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 17” 4G 34Kb S: Interstar 300 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 15” 4G 34Kb S: interstar 200 CaseMemory

Exemplo Revise Retain Retrieve Reuse CaseMemory P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 17” 4G 56Kb S: ???? P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 Revise Retain Retrieve Reuse REUSE pkase. P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 17” 4G 34Kb S: Interstar 300 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 15” 4G 34Kb S: interstar 200 CaseMemory

Exemplo Retrieve Reuse Revise Retain CaseMemory P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 17” 4G 34Kb S: Interstar 300 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 15” 4G 34Kb S: interstar 200 PIII 128M 17” 4G 56Kb S: Megacom 500 21”->17” minus 4G P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 17” 4G 56Kb S: ???? The modified (adapted ) solution.

Exemplo Bom? Retain Retrieve Reuse Revise CaseMemory P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 17” 4G 56Kb S: Megacom 500 21”->17” minus 4G Bom? Retain Retrieve Reuse Revise It is good (REVISE)? P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 17” 4G 34Kb S: Interstar 300 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 15” 4G 34Kb S: interstar 200 CaseMemory

Exemplo SIM! Retain Retrieve Reuse Revise CaseMemory P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 17” 4G 56Kb S: Megacom 500 21”->17” minus 4G SIM! Retain Retrieve Reuse Revise OK. P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 17” 4G 34Kb S: Interstar 300 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 15” 4G 34Kb S: interstar 200 CaseMemory

Exemplo Revise Retrieve Retain Reuse CaseMemory P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 17” 4G 56Kb S: Megacom 500 21”->17” minus 4G Revise Retrieve Retain Reuse So RETAIN it in the cae memory. P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 17” 4G 34Kb S: Interstar 300 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 15” 4G 34Kb S: interstar 200 CaseMemory

Exemplo Retrieve Revise Retain Reuse CaseMemory P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 17” 4G 34Kb S: Interstar 300 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 128M 21” 4G+4G 56Kb S: Megacom 500 P: CPU RAM Monitor Disk Modem PIII 64M 15” 4G 34Kb S: interstar 200 PIII 128M 17” 4G 56Kb S: Megacom 500 21”->17” minus 4G Now we have a new Case Memory.

Alguns Aspectos Representação de Casos Métodos de Recolha Pares Atributo/Valor Redes Semânticas Métodos de Recolha Identificar as Características Procura (por índices) Correspondência (por semelhança) Selecção (por métrica) What kind of questions do exist? -Cases can be represented in different ways. - what are the important features (possiblity for inductive methods). How do we choose the similarity measure when we have different types of attributes? Do we select one or more cases? Do we try them all or juust one? - What kind of adaptive methods should we used (possibility for Evolutionary Computation methods). Métodos de Reutilização Cópia (solução, método) Adaptação(solução, método)

Alguns aspectos Métodos de Revisão Métodos de Retenção Avaliação da Solução (por um perito, no mundo real, num modelo) Reparação (o próprio, o utilizador) - how to revise the proposed solutions? Trusting a teacher? Using backgroun knowledge? Making experiments in the environment? - To store the new cases should you do some post-processing? Métodos de Retenção Extracção (descriptores, soluções, justificações, método) Índices (quais?) Integração

Representação de Casos Caso: conhecimento contextualizado relativo a uma experiência Problema + Solução Tipos de informação num caso: Idênticos aos de uma base de dados Nome: Produções Milagre das Rosas Número de Contribuinte: 408804480 Capital Social: 5.000 contos Tempo de Actividade: 2 anos Facturação anual: 15.000 contos Pedido de Empréstimo: 3.000 contos Resultado do pedido: concedido Spread: 1,05% Problema Solução Características (features)

construção e organização da Base de Casos Conjunto representativo de Casos cobrindo os objectivos do raciocínio incluindo tentativas para atingir esses objectivos tentativas bem sucedidas  propor soluções tentativas falhadas  evitar falhas Casos: históricos desenvolvidos com um perito no domínio Tarefa crítica:  construção e organização da Base de Casos

Indexação Para acelerar o processo de Recolha demasiadameste genérica  demasiados Casos demasiadamente específica  insucesso na Recolha Nome: Belmiro Serpa Tinhas Idade: 52 anos Número de Doente: 2035 Morada: R. do Bem Viver, 7878 ANJOS Foto: Sexo: masculino Peso: 83 Kg Tipo de Sangue: A- ……………………. Características não-indexadas Características indexadas Indexação

Recolha de Casos Técnicas mais comuns: Vizinho Mais Próximo (Nearest Neighbor Retrieval) Distâncias calculadas de acordo com uma Métrica de Semelhança Indução (Inductive Retrieval) Recolha usa Árvore de Decisão criada off-line

Recolha pelo Vizinho Mais Próximo Exemplo: Empréstimos Bancários Representação gráfica das características indexadas: Rendimento Mensal Pagamento Mensal Um Caso

Recolha pelo Vizinho Mais Próximo Pagamento Mensal Casos bem sucedidos Casos mal sucedidos Rendimento Mensal Novo Caso Possível Métrica de Semelhança: A B

Recolha por Indução A Base de Casos é analisada É construída por indução uma Árvore de Decisão Algoritmo mais comum: ID3 A Árvore é usada para escolher o(s) Caso(s) a recolher

Recolha por Indução Exemplo: Empréstimos Bancários   Pagamento Mensal < 50c.? Rendimento Mensal > 250c.? Situação Laboral Não Sim Caso 1 Caso 3 Caso 2 Caso 4 Recibo Verde Assalariado  

Adaptação Tipos de Adaptação: Nenhuma (ex.: empréstimo bancário) Estrutural Usar regras ou fórmulas de adaptação para preencher ou alterar características Derivacional Reutilizar no Caso Corrente as regras ou fórmulas que produziram a solução no Caso Recolhido

Algumas aplicações Diagnóstico de Falhas em Máquinas Diagnóstico de Redes de Computadores Análise de Crédito Previsão de Depósitos Geológicops Planeamento (de batalhas...) Compreensão de Linguagem Natural Projecto Criativo

Algumas Aplicações Gestão de Redes Raciocínio Legal Atribuição de Responsabilidades em Seguros Diagnóstico médico Previsão Meteorológica Detecção de Fraudes Planeamento e Escalonamento

Introductory material Books Janet Kolodner, “Case-Based Reasoning”, Morgan Kaufmann, 1993 David B. Leake (Ed.),” Case-Based Reasoning: experiences, lessons and future directions”, MIT Press,1996 Web Links http://www.ai-cbr.org/ http://www.cbr-web.org/ Introductory material A. Aamodt & E. Plaza, Case-Based Reasoning: foundational issues, methodlogical variations ans systems approaches, AI Communications, Vol. 7, Nr. 1, March 1994, pp. 39-59. I. Watson, “An introduction to Case-Based Reasoning, in Progress in Case-Based Reasoning, I. Watson (Ed.), 1995, pp. 3-16. To know more...

História Schank 82 (MOPs) Kolodner 84 (CYRUS) Gentner 83, Carbonell 83,86 (Analogy) When you go to work by car and there is traffic jam you remember how you solve that problem previously and use that solution. You can also choose a new way that, if it was good, can be retained for further use. CBR started with the work of Schank about memory (Memory Organization Packets or MOPs). CYRUS was the first CBR system specialized in the travels of Cyrus Vance (secretary of State of the USA). Also the work on analogy by Gentner and Carbonell was very important to the area.