Conhecimento

Conhecimento e sua Representação.
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Conhecimento
Termo abstracto usado para capturar a compreensão de um indivíduo
num domínio específico.
 área de conhecimento bem delimitada, focalizada.
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Níveis de Conhecimento
Conhecimento Superficial
• faz uma descrição básica (superficial) do conhecimento
Exemplo
SE o depósito de gasolina está vazio ENTÃO o carro não irá funcionar
• é muito limitado, por exemplo, explicar a alguém os fenómenos
que se passam
• não traz valor acrescentado por ser demasiadamente genérico e
básico
• é um tipo de conhecimento que tira relações causa-efeito - “caixa
preta” (no sentido de não se observar o interior dos sistemas)
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Níveis de Conhecimento
Conhecimento Profundo
• Considera a estrutura causal e interna de um sistema e contempla
a interacção entre os componentes desse sistema
• É mais difícil de adquirir, representar e validar
• A representação com redes semânticas ou enquadramentos
(frames) é a mais adequada.
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Representação do Conhecimento
Segundo Davis, Shrobe e Szolovits (1993)
* Uma RC é “algo que substitui o objeto ou fenômeno real, de modo
a permitir a uma entidade determinar as consequências de um ato
pelo pensamento ao invés da sua realização”
* Uma RC pode ser entendida como uma forma sistemática de
estruturar e codificar o que se sabe sobre uma determinada
aplicação.
Não existe uma representação única ideal para todos os tipos de conhecimento
Representação
sentenças
implica
fatos
semântica
Mundo
semântica
fatos
segue-se
sentenças
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Representação do Conhecimento
Deve apresentar as seguintes características:
− ser compreensível ao ser humano
− abstrair-se dos detalhes de com funciona o processo de raciocínio
− ser robusta, isto é, permitir sua utilização mesmo que não aborde todas as
situações possíveis
− ser generalizável – vários pontos de vista do mesmo conhecimento
Não existe uma teoria geral de RC
Muitas técnicas/formalismos de RC têm sido estudadas pelos pesquisadores
− Lógica, regras de procução, redes semânticas, Frames, OO...
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Técnicas para Representação do
Conhecimento
Alguns formalismos de representação do conhecimento mais
vocacionados para o desenvolvimento de Sistemas Periciais :
•
•
•
•
•
•
•
Tripletos Objecto-Atributo-Valor e Listas de Propriedades
Relações de Classificação e Pertença (IS-A e IS-PART)
Redes Semânticas
Frames (Enquadramentos)
Guiões
Regras
Lógica
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Tripletos Objecto-Atributo-Valor (O-A-V)
Caracterizam os valores de determinados atributos de um dado
objecto
O objecto pode ser uma entidade física (carro) ou uma entidade
conceptual (empréstimo)
Objecto
has
Atributo
is
Valor
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Tripletos Objecto-Atributo-Valor (O-A-V)
Exemplo
Tripletos associados a um carro
carro-marca-opel
carro-modelo-astra
carro-cilindrada-1400
carro-nºportas-4
carro-côr-verde
...
Os tripletos podem vir afectados de valores numéricos que expressam a
certeza, ou incerteza, que se tem no conhecimento em causa.
Exemplo
Previsão do tempo é de chuva com 60% de certeza
(previsão- tempo-chuva – CF = 0.6)
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Listas de Propriedades
No exemplo
carro-marca-opel
carro-modelo-astra
carro-cilindrada-1400
carro-nºportas-4
carro-côr-verde
...
O nome do objecto aparece muitas vezes, visto que temos muitos
atributos para o mesmo objecto.
Nessas situações podemos usar listas de propriedades, nas quais
para um dado objecto temos uma lista de pares atributo‑valor.
Lista de propriedades para o carro:
carro-[marca-opel, modelo-astra, cilindrada-1400, nºportas-4, côr-verde,...].
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Relações de Classificação (IS-A)
Animal Selvagem
IS-A
IS-A
Animal
IS-A
IS-A
IS-A
IS-A
Animal Doméstico
Canino
IS-A
Lobo
IS-A
IS-A
Cão
IS-A
Gato
Felino
IS-A
IS-A
Tigre
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Relações de Pertença (IS-PART)
As relações de pertença (IS-PART) organizam o conhecimento através da
composição ou decomposição de componentes.
Mobiliário de
Cozinha
IS-PART
IS-PART
Cadeira
Mesa
IS-PART
IS-PART
IS-PART
IS-PART
IS-PART
Pernas da Cadeira
Encosto
Assento
Tampo
Pernas da Mesa
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Relações de Classificação (IS-A) e de
Pertença (IS-PART)
As relações IS-A e IS-PART podem ser combinadas na mesma
representação.
Computador
IS-PART
CPU
IS-PART
teclado
monitor
.......
IS-A
Pentium 4
IS-PART
.......
.......
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Redes Semânticas
• São um método de representação do conhecimento através de um
grafo rotulado directo composto por nós e arcos
• Os nós representam objectos (físicos ou abstractos), as suas
propriedades e valores
• Os arcos representam relações entre os nós
• As relações IS-A e IS-PART são vulgarmente usadas como
etiquetas dos arcos, podem ser usadas outras etiquetas à nossa
escolha (tem, desloca-se, respira, etc) que capturam conhecimento
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Redes Semânticas
A sas
Ar
r e s p ir a
te m
A m a r e lu s
IS -A
IS -A
C a n á r io
A ve
IS -A
A n im a l
d e s lo c a ç ã o
B la c k & W h it e
IS -A
IS -A
P in g u im
Voo
d e s lo c a ç ã o
Andar
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Modo de Operação
Quando se coloca uma questão a um Nó,
este procura nos seus arcos locais por uma etiqueta que coincida
com a questão
se não existir procura a resposta via as suas ligações IS_A, ou seja,
passa a questão até um Nó que contenha um arco com a resposta.
deslocação Amarelus ?
deslocação
Utilizador
vôo
deslocação
Amarelus
vôo
deslocação
Canário
Ave
vôo
deslocação
Vôo
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Frames (Enquadramentos)
• Introduzido em 1975 por Marvin Minsky
• Permitem representar conhecimento de um conceito ou objecto
• O frame possui um nome que identifica o conceito por ele definido
e consiste de um conjunto de atributos chamados slots
• São análogos a registros em bases de dados, porém são mais
poderosos e expressivos.
• Um enquadramento é uma versão enriquecida de um registo ou de
um objecto pois tem :
• Propriedades
• Herança: características, comportamentos
• É possível criar Instâncias dos Enquadramentos
• Adequados para sistemas complexos, de larga escala, envolvendo
valores por defeito e quantidades elevadas de dados conhecidos apriori
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Frames - Campos
• Identificador
• Slots
– são representados em gavetas (slots)
– correspondem aos atributos
– Cada slot tem
• identificação
• valor que toma por defeito (quando nenhum valor foi ainda atribuído)
• valor actual (espaço onde são guardadas as alterações ao atributo)
Nome do frame
Nome do slot 1
Valor por defeito - slot 1
Valor actual slot 1
Nome do slot 2
Valor por defeito - slot 2
Valor actual slot 2
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Regras: Forma Geral
Se Antecedente Então Consequente1
Senão Consequente2
Ou
Se Condição1 E ... E CondiçãoN
Então Conclusão11 E ... E Conclusão 1M
Senão Conclusão21 E ... E Conclusão 2M
As condições do antecedente podem também estar ligadas por OU:
Condição1 E ... E CondiçãoN
OU CondiçãoN1 E ....
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Forma Geral
Formato das regras
regra Identificador : se LHS então RHS1
Exemplo
Regra r1: SE Bot_1=actuado E Bot_2=actuado ENTÃO Sistema_A=activado
LHS
RHS
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Lógica
Lógica - forma de representação de conhecimento mais usada ao
nível de computação.
Exemplo
Na compreensão de texto em Língua Natural é usual transformar
frases em representações em lógica
Lógicas mais usuais:
Lógica Proposicional
Lógica de Predicados (ou Cálculo de Predicados)
Outras Lógicas:
Lógica Modal
Lógica Temporal
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Lógica
Em Lógica os símbolos representam conhecimento e os operadores
são aplicados aos símbolos para dar origem a raciocínios lógicos
Operador
Conjunção (AND)
Disjunção (OR)
Negação (NOT)
Implicação
Equivalência
Símbolos
∧, &, ∩, .
∨, ∪ , +
¬,∼
→, ⊃
≡
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Lógica Proposicional
Usa proposições para a representação do conhecimento e raciocínio
sobre esse mesmo conhecimento.
Exemplo
Representar através de A a proposição que indica:
hoje está a chover
→ A = hoje está a chover.
Se quisermos provar a verdade da proposição hoje está a chover
É necessário provar a verdade da variável A.
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Lógica Proposicional
Tabela de Verdade da Conjunção
A
B
C=A∧ B
F
F
F
F
V
F
V
F
F
V
V
V
Tabela de Verdade da Negação
A
C=¬A
F
V
V
F
Tabela de Verdade da Disjunção
Tabela de Verdade da Equivalência
A
F
F
V
V
B
F
V
F
V
C=A∨ B
F
V
V
V
A
F
F
V
V
A≡ B
V
F
F
V
B
F
V
F
V
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Lógica Proposicional
Tabela de Verdade da Implicação
A
F
F
V
V
B
F
V
F
V
AB ≡ ¬ A ∨ B
C=A→B
V
V
F
V
Exemplo
SE a bateria está em baixo
ENTÃO o carro não vai arrancar
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Limitação da Lógica Proposicional
Dificuldade em expressar conhecimento que necessite de quantificadores
(todos, alguns).
Exemplo
“todos os seres humanos são mortais”
e sabendo que
“alguém é um ser humano”
inferir que esse
“alguém é mortal”
Não é possível representar algo como:
∀C [ser_humano(C) → mortal(C)]
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Lógica de Predicados
• Baseada no trabalho de Gottfried Frege
• Opera com predicados e argumentos
• As frases estabelecem relações entre objectos - pessoas, entidades
físicas, conceitos
• Os predicados têm a ver com as relações
• Os argumentos têm a ver com os objectos
• Inclui os quantificadores:
universal (∀ - qualquer) e existencial (∃ - existe)
Exemplo
Em vez de representar uma proposição através de um simbolo
P = Portugal é um país europeu
fica(portugal, europa) → predicado
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Símbolos da Lógica de Predicados
Constantes - usadas para designar objectos ou propriedades dos predicados
Ex. temperatura, maria, ...
Predicados - dividem-se em duas partes: o predicado (asserção acerca do
objecto) e o argumento (representa o(s) objectos(s) da proposição)
Ex: gosta (joão, maria)
Variáveis – usadas para representar classes gerais de objectos ou propriedades
Ex: gosta (X, Y)
Funções - permitem relacionar entidades de um conjunto com um elemento
único de um outro conjunto.
Ex:
pai (joão) = antónio
mãe (joana) = maria
amigos(pai (joão), mãe (joana)) = amigos (antónio, maria)
Estes símbolos são manipulados usando os
operadores da Lógica Proposicional
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Representação de Frases em
Lógica de Predicados
Todas as crianças gostam de gelados
∀C [criança(C) → gosta(C, gelado)]
Há um oceano que banha Portugal
∃O [oceano(O) → banha(O,portugal)]
Algumas aves migram
∃A [ave(A) → migra(A)]
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Raciocínio
Capacidade humana em trabalhar com conhecimento, factos e
estratégias de resolução de problemas por forma a obter conclusões
Entender
– como os humanos raciocínam
– como trabalham com a informação relativa a um dado problema
Permite
delinear o processo de inferência num Sistema Pericial
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Mecanismos de Raciocínio
Indução
(do particular para o geral)
Dados
Hipóteses
Dedução
(do geral para o particular)
Abdução
(gerando explicações)
Evidências
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O problema do capitão West...
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 de classificação?
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
Solucionando o caso do cap. West (Linguagem Natural)
J) West é americano
K) Existem mísseis em Cuba
L) Os mísseis de Cuba foram vendidos por West
novo
conhecimento
M) Cuba possui um míssel M1
N) M1 é um míssil
O) M1 é uma arma
P) Cuba é hostil aos USA
Q) M1 foi vendido a Cuba por West
R) West é crimonoso
- de K
- de K
- de D e N
- de F, G, H e C
- de L, M e N
- de A, J, O, P e Q
do problema
conhecimento prévio
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
Solucionando o caso do cap. West (em LPO)
J) Americano(West)
K) ∃ x Possui(Cuba,x) ∧ Míssil(x)
L) ∀ x Possui(Cuba,x) ∧ Míssil(x) ⇒ Vende(West, Cuba,x)
novo
conhecimento
M) Possui(Cuba,M1)
N) Míssil(M1)
O) Arma(M1)
P) Hostil(Cuba)
Q) Vende(West,Cuba,M1)
R) Criminoso(West)
do problema
conhecimento prévio
A) ∀ x,y,z Americano(x) ∧ Arma(y) ∧ Nação(z) ∧ Hostil(z) ∧ Vende(x,z,y)
⇒ Criminoso(x)
B) ∀ x Guerra(x,USA) ⇒ Hostil(x)
C) ∀ x InimigoPolítico(x,USA) ⇒ Hostil(x)
D) ∀ x Míssil(x) ⇒ Arma(x)
E) ∀ x Bomba(x) ⇒ Arma(x)
F) Nação(Cuba)
G) Nação(USA)
H) InimigoPolítico(Cuba,USA)
I) InimigoPolítico(Irã,USA)
- Eliminação: quantificador existencial e
conjunção de K
- Modus Ponens a partir de D e N
- Modus Ponens a partir de C e H
- Modus Ponens a partir de L, M e N
- Modus Ponens a partir de A, J, O, F, P e Q