Resolução de um Problema

Resolução de um Problema
Perito Alguém que detém competência - conhecimento especializado acerca de um dado domínio Conhecimento do domínio Como age um Perito ? obtém factos acerca do problema armazena-os na sua “Memória de Curto Termo” (MCT) raciocina sobre o problema: combina os factos armazenados na sua MCT com o conhecimento contido na sua “Memória de Longo Termo” (MLT) neste processo o perito infere novas informações acerca do problema e eventualmente chega a uma conclusão acerca do problema Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

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Exemplo Problema com o automóvel Perito (Mecânico): Detém na sua MLT conhecimento necessário ao diagnóstico dos mais variados problemas com automóveis Utilizador informa o mecânico: Automóvel não pega. Mecânico: armazena esta informação na sua MCT e começa a raciocinar sobre o problema Combina a informação dada pelo cliente com o seu conhecimento do domínio o mecânico infere: “o problema pode ser no sistema eléctrico” adiciona este novo facto na sua MCT e continua a raciocinar sobre o problema Coloca questões relativas a testes na bateria do automóvel Estes testes levam o mecânico a concluir: bateria descarregada Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Perito versus Sistema Pericial
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Componentes de um Sistema Pericial
Base de Conhecimento – é o local onde reside o conhecimento do domínio visado pelo Sistema Pericial Memória de Trabalho - armazena dados, informação ou conhecimento específicos do problema em solução com vista a auxiliar no funcionamento dos outros módulos Motor de Inferência – responsável pelo controlo do sistema Módulo de Explicações – onde se constróem as razões porque uma dada conclusão foi ou não obtida, ou, ainda, porque se está a efectuar determinada pergunta Interface – contém os écrans do Sistema Pericial desenvolvidos para interagir com utilizadores Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Arquitectura de um Sistema Pericial
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Base de Conhecimento Módulo do Sistema Pericial que contém o Conhecimento do Domínio Base de Regras (Estática) contém regras que permitem tirar conclusões em função de condições As condições podem ser validadas: por factos básicos da base de factos por conclusões de outras regras Exemplo: Regra1: Se automóvel não pega Então o problema pode ser no sistema eléctrico Regra2: Se o problema pode ser no sistema eléctrico E carga da bateria < 10 Volts Então bateria descarregada Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Base de Conhecimento Base de Regras Regra r1: SE Bot_1=actuado E Bot_2=actuado ENTÃO Sistema_A=activado Regra r2: SE Bot_3=actuado OU NÃO(Bot_4=actuado) ENTÃO Sistema_B=activado Regra r3: SE Bot_5=actuado E NÃO(Bot_6=actuado) ENTÃO Sistema_C=activado Regra r4: SE Bot_7=actuado OU Bot_8=actuado ENTÃO Sistema_D=activado Regra r5: SE Sistema_A=activado E Sistema_B=activado ENTÃO Conj_AB=operacional Regra r6: SE Sistema_C=activado E Sistema_D=activado ENTÃO Conj_CD=operacional Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Regras SE Bot_1=actuado E Bot_2=actuado ENTÃO Sistema_A=activado Bot_1, Bot_2, ... Bot_8  termos que só aparecem do lado esquerdo da regra  factos básicos Conj_AB=operacional Conj_CD=operacional  termos que só aparecem do lado direito  conclusões finais Sistema_A=activado  termos que aparecem no lado esquerdo de umas regras e no lado direito de outras Sistema_D=activado  conclusões intermédias (ou hipóteses) LHS RHS Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Diferentes maneiras de expressar o mesmo Conhecimento
Se as conclusões intermédias não forem importantes podem ser eliminadas. Base de Conhecimento anterior: Regra r5a: SE (Bot_1=actuado E Bot_2=actuado) E (Bot_3=actuado OU NÃO(Bot_4=actuado)) ENTÃO Conj_AB=operacional Regra r6a: SE (Bot_5=actuado E NÃO(Bot_6=actuado)) E (Bot_7=actuado OU Bot_8=actuado) ENTÃO Conj_CD=operacional Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Certas equivalências também podem ser assumidas: Regra r4: SE Bot_7=actuado OU Bot_8=actuado ENTÃO Sistema_D=activado Regra r4a: SE Bot_7=actuado ENTÃO Sistema_D=activado. Regra r4b: SE Bot_8=actuado ENTÃO Sistema_D=activado. Mais do que uma regra pode conduzir à mesma conclusão Vantagem: mais fácil o acompanhamento da inferência Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

A regra x é equivalente às regras y e z. Regra x: SE a E b ENTÃO c,d. Regra y: SE a E b ENTÃO c. Regra z: SE a E b ENTÃO d. Uma regra pode apresentar mais do que uma conclusão Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Problemas com a Junção de Regras
A junção das regras r1, r2 e r5 na seguinte regra: Regra r5b: SE (Bot_1=actuado E Bot_2=actuado) E (Bot_3=actuado OU NÃO(Bot_4=actuado)) ENTÃO Sistema_A=activado,Sistema_B=activado,Conj_AB=operacional Perante esta nova formulação: o Sistema_A também fica a depender de Bot_3 e Bot_4 o Sistema_B fica a depender de Bot_1 e Bot_2 Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Problemas em Bases de Conhecimento
Circularidade Regra c1: SE a E b ENTÃO c. Regra c2: SE c E d ENTÃO e. Regra c3: SE e E f ENTÃO a. Inconsistência Regra i1: SE a E b ENTÃO c. Regra i2: SE c E d ENTÃO e. Regra i3: SE e E b E d ENTÃO (NÃO e). Estes problemas podem ser detectados com recurso a Técnicas de Verificação Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Problemas em Bases de Conhecimento
Mesmo que a Base de Conhecimento esteja correcta do ponto formal (ou seja, não tenha problemas detectados ao nível da Verificação) nada garante que ela esteja de facto correcta. Base de Conhecimento pode ter incorrecções devidas: conhecimento mal especificado conhecimento incompleto .... Estes problemas são resolvidos com recurso a Técnicas de Validação Avalia-se o desempenho do sistema perante casos que são resolvidos pelo Sistema Pericial e pelo Perito. Se não houver concordância faz-se a análise do problema, vulgarmente o problema encontra-se na falta de uma condição numa regra ou na ausência de uma regra. Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Memória de Trabalho Base de Factos (dinâmica) contém asserções ou assunções (factos básicos verdadeiros) descobertas durante uma sessão em ficheiro em memória originadas: por eventos através da resposta de um utilizador carregada a partir de bases de dados externas, folhas de cálculo, sensores através de conclusões das regras Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Motor de Inferência Responsável pela modelação do Processo de Raciocínio. Combina os factos da Memória de Trabalho com o conhecimento do domínio contido na Base de Conhecimento Gera conclusões Para tal o Motor de Inferência deve usar a estratégia de raciocínio mais apropriada: Encadeamento Directo Encadeamento Inverso Encadeamento Misto Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Estratégia de Raciocínio - Encadeamento Directo Sistema Pericial Problema com o automóvel ? Utilizador Automóvel não pega. Base de Factos F1: Automóvel não pega. Motor de Inferência Facto F1 dispara Regra1 Regra1 gera 1ª conclusão intermédia (F2) que é inserida na Base de Factos F2: Problema pode ser no sistema eléctrico Carga da bateria < 10 Volts? Verdadeiro F2: Problema pode ser no sistema eléctrico. F3: Carga da bateria < 10 Volts. Factos F2 e F3 disparam Regra2 Regra2 gera conclusão final que é inserida na Base de Factos F4: Bateria descarregada A sessão termina – Não há mais regras a considerar Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Cadeia de Inferência Directa Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Estratégia de Raciocínio - Encadeamento Inverso Sistema Pericial Problema com o automóvel ? Utilizador Automóvel não pega. Base de Factos F1: Automóvel não pega. Base de Regras Regra2: Se o problema pode ser no sistema eléctrico E carga da bateria < 10 V Então bateria descarregada Motor de Inferência O problema pode ser no sistema eléctrico E Carga da bateria < 10 Volts Facto F1 suporta a regra R1 conclusão intermédia ci1 (o problema pode ser no sistema eléctrico ) conclusão intermédia é inserida na Base de Factos – F2 F2: Problema pode ser no sistema eléctrico. Carga da bateria < 10 Volts? Verdadeiro F3: Carga da bateria < 10 Volts. Factos F2 e F3 suportam Regra bateria descarregada Verd Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Cadeia de Inferência Inversa Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Base de Conhecimento regra r1 : se [tipo(Veículo,passageiros) e classe(Veículo,ligeiro)] então ligeiro(Veículo,carro). regra r3 : Se [tipo(Veículo,passageiros) e classe(Veículo,pesado)] então pesado(Veículo,autocarro). regra r5 : se [lotação(Veículo,>,9) ou peso(Veículo,>,3500)] então classe(Veículo,pesado). regra r7 : se [tipo(Veículo,mercadorias) e tipo(Veículo,passageiros)] então tipo(Veículo,misto). regra r2 : se [tipo(Veículo,mercadorias) e classe(Veículo,pesado)] então pesado(Veículo,camião). regra r4 : se [tipo(Veículo,misto) e classe(Veículo,pesado)] então pesado(Veículo,camioneta). regra r6 : se [não lotação(Veículo,>,9) e não peso(Veículo,>,3500)] então classe(Veículo,ligeiro). Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Memória de Trabalho Factos básicos f1: A lotação do veículo é de 3 lugares; f2: O peso do veículo é de 4500 kg; f3: O tipo de veículo é de mercadorias. Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Encadeamento Directo os factos básicos vão “disparar” regras, por validação dos LHS originam conclusões intermédias que estão nos RHS. as conclusões intermédias em conjunto com outros factos básicos dão origem às conclusões finais, após o estabelecimento de uma cadeia de inferência com 1 ou mais níveis Objectivo: Provar pesado(Veículo,camião) Usando a Base de Conhecimento de veículos e os factos da Memória de Trabalho Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Encadeamento Directo f2 valida o LHS da regra r5 originando uma conclusão intermédia c1 classe(Veículo,pesado) f3 e c1 validam a regra r2 originando uma conclusão final c2 pesado(Veículo,camião) conclusão c2 (pesado(Veículo,camião)) obtida com base nos factos f2 e f3 e por aplicação das regras r5 e r2 Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Encadeamento Inverso Tenta-se provar uma conclusão que esteja no RHS, o que implica provar o que está no LHS, e isso pode ser feito com base em factos básicos ou com base numa prova de uma possível conclusão intermédia (recursividade). Objectivo Provar (pesado(Veículo,camioneta)) é Verdadeiro Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Encadeamento Inverso para que (pesado(Veículo,camioneta)) seja verdade é necessário provar a regra r4 Para que a regra r4 seja disparada com sucesso implica provar tipo(Veículo,misto) e classe(Veículo,pesado) o termo tipo(Veículo,misto) é uma conclusão intermédia (ci’) o termo classe(Veículo,pesado) é outra conclusão intermédia (ci’’) ci’’ pode ser provada pela regra r5, o que implica provar lotação(Veículo,>,9) ou peso(Veículo,>,3500) lotação(Veículo,>,9) não é suportada pelos factos básicos peso(Veículo,>,3500) é suportado pelo facto f2 como temos uma disjunção (ou) a conclusão da regra r5 (ci’’) fica provada; (tipo(Veículo,misto)) pode ser provado pela regra r7 o que implica provar tipo(Veículo,mercadorias) e tipo(Veículo,passageiros) tipo(Veículo, mercadorias) é suportado pelo facto f3, contudo, não há nenhum facto que suporte tipo(Veículo, passageiros), logo não se pode provar ci’; apesar de se poder provar ci’’, não podemos provar ci’, logo também não podemos provar (pesado(Veículo,camioneta)) Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Encadeamento Inverso Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Motor de Inferência A eficiência do mecanismo de inferência pode ser aumentada: com Metaconhecimento - codificado no formato de Metaregras através de questões sobre a veracidade de uma possível condição À medida que o Motor de Inferência vai tirando conclusões deve ir guardando justificações para tais conclusões. Por forma a explicar o raciocínio que utilizou (explicações). Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Módulo de Explicações As explicações podem ser dirigidas aos seguintes tipos de pessoas: Engenheiro do Conhecimento ou Implementador do Sistema identificar possíveis problemas na Base de Conhecimento: falta de condições nas regras condições em excesso, valores incorrectos ambiguidades Perito comparar o seu raciocínio com o do Sistema Pericial, Proceder à Validação do Sistema Pericial Utilizador por que razão faz uma dada pergunta porque não foi obtida uma dada conclusão aprender algo sobre o domínio em causa - Tutor Inteligente. Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Principais Tipos de Explicações
Explicações “Como? (How)” servem para que o Sistema Pericial justifique o caminho que seguiu para obter uma dada conclusão Explicações “Porque não? (Why not)” servem para que o Sistema Pericial justifique a razão pela qual uma determinada conclusão não foi obtida Explicações “Porquê? (Why)” servem para que o Sistema Pericial justifique por que razão põe uma determinada questão ao utilizador. Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Exemplos de Explicações
Sistema Pericial : Bateria Descarregada Como ? Dado que o automóvel não pega Assume-se que o problema pode ser no sistema eléctrico Como a carga da bateria < 10 Volt Pode-se concluir que a Bateria está descarregada Sistema Pericial: Carga da bateria < 10 Volts? Utilizador: Porquê ? Porque se o automóvel não pega, o problema pode ser no sistema eléctrico e se a carga da bateria < 10 Volts então a bateria está descarregada Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Exemplos de Explicações
Nó Activo Nós a expandir. Disparo de regras ou mensagens SCADA Janela de expansão do nó Activo Identificação da regra Conclusões Premissas Explicação em hipertexto fornecida pelo Sistema Pericial SPARSE Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Interface com o Utilizador
A Interface do Sistema Pericial deve estar adaptada ao seu tipo de utilizador: a apenas um utilizador a um tipo homogéneo de utilizadores  a tarefa de modelação fica mais simplificada a um tipo heterogéneo de utilizadores  devem ser definidos perfis de utilizadores: as interfaces os diálogos, questões colocadas pelo sistema as explicações, os conceitos dados pelo sistema  devem ser adaptados aos perfis de utilizadores Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Exemplo de Interface Interface textual e gráfica do Sistema Pericial SPARSE Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

Características dos Sistemas Periciais
conhecimento separado do controlo possui perícia resolução de problemas focada apenas na área para que foi concebido Raciocina com símbolos – conhecimento é representado numa forma simbólica Raciocina com recurso a heurísticas Permite raciocínio não exacto É limitado a problemas resolúveis Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

O que se espera de um Sistema Pericial
Resolução de problemas para o domínio para o qual foi concebido Facilidade de manutenção incremental da sua Base de Conhecimento Conhecimento apresentado de forma atraente e legível alguns Geradores de Sistemas Periciais permitem a inclusão do conhecimento numa língua quase natural Desempenho semelhante a um Perito: capacidade de explicar como chegou a uma dada conclusão porque razão não foi possível chegar a uma dada conclusão ou porquê está a pôr uma dada questão ao utilizador Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

O que se espera de um Sistema Pericial
Mecanismo de raciocínio eficiente em domínios nos quais a quantidade de conhecimento seja elevada, através de metaregras Exemplo: activação de um subconjunto de regras (rule set) em função de um facto que se sabe ser verdade ou de uma conclusão que se pretenda provar Interface que se adapte ao tipo de utilizador (especialista ou novato) e à situação em causa (normal ou crítica) Capacidade de efectuar raciocínios considerando o raciocínio com incertezas: Raciocínio Bayesiano Factores de Certeza Factores de Crença/Descrença Teoria de Dempster-Shafer Conjuntos Difusos Assistência nas fases de aquisição, estruturação e transferência de conhecimento, ou nas fases de verificação e validação do conhecimento. Arquitectura e Componentes de Sistemas Periciais

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