2015 1 Sistemas de Informacao 7 Inteligencia Artificial

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S

UPERVISIONADAS

Sistemas de Informação

7ª. Série

Inteligência Artificial

A Atividade Prática Supervisionada (ATPS) é um procedimento metodológico de ensino-aprendizagem desenvolvido por meio de etapas, acompanhadas pelo professor, e que tem por objetivos:

 Favorecer a autoaprendizagem do aluno.

 Estimular a corresponsabilidade do aluno pelo seu aprendizado.  Promover o estudo, a convivência e o trabalho em grupo.

 Auxiliar no desenvolvimento das competências requeridas para o exercício profissional.

 Promover a aplicação da teoria na solução de situações que simulam a realidade.

 Oferecer diferenciados ambientes de aprendizagem

Para atingir estes objetivos, a ATPS propõe um desafio e indica os passos a serem percorridos ao longo do semestre para a sua solução.

Aproveite esta oportunidade de estudar e aprender com desafios da vida profissional.

AUTORIA: Thiago Salhab Alves

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COMPETÊNCIAS E HABILIDADES

Ao concluir as etapas propostas neste desafio, você terá desenvolvido as competências e habilidades que constam, nas Diretrizes Curriculares Nacionais, descritas a seguir.

 Conhecer os aspectos teóricos, científicos, e tecnológicos relacionados à computação.

 Utilizar princípios e ferramentas que otimizem o processo de desenvolvimento e

implementação de um projeto.

 Identificar, analisar, documentar e solucionar problemas e necessidades passíveis de

solução via computação.

 Valorizar o usuário no processo de interação com sistemas computacionais.

Produção Acadêmica

 Relatório de Resolução de Problemas na Etapa 1.

 Relatório de Aquisição do Conhecimento na Etapa 2.

 Relatório de Modelagem de Análise de Conhecimento na Etapa 3.

 Relatório Final na Etapa 4.

Participação

Para a elaboração dessa atividade, os alunos deverão previamente organizar-se em equipes com um número de participantes definida pelo professor e entregar seus nomes, RAs e e-mails ao professor da disciplina. Essas equipes serão mantidas durante todas as etapas.

DESAFIO

A Inteligência Artificial é uma ciência recente com início logo após a Segunda Guerra Mundial com o nome definido em 1956. Atualmente, a Inteligência Artificial abrange uma enorme variedade de subcampos, desde áreas de uso geral até tarefas específicas como jogos de xadrez, demonstração de teoremas matemáticos, criação de poesia e diagnóstico de doenças.

De acordo com Luger (2004), a Inteligência Artificial (IA) pode ser definida como o ramo da Ciência da Computação que trata da automação do comportamento inteligente.

Esse desafio contempla o desenvolvimento de dois sistemas, sendo um Agente de Solução de Problemas, utilizando as técnicas de mecanismo de busca e heurística aceitável; e um Sistema Especialista, para o qual será necessário utilizar as técnicas de aquisição e representação do conhecimento.

O Agente de Solução de Problemas deve resolver o problema de um viajante que pretende se deslocar de uma cidade A (Arad) para uma cidade B (Bucharest). Para o deslocamento há vários caminhos a serem percorridos e o agente deve, através da heurística (técnica que melhora a eficiência de um processo de busca), escolher o melhor caminho a seguir.

O Sistema Especialista deve se comportar como um especialista humano e a equipe deve utilizar as técnicas para aquisição de conhecimento, representação do conhecimento e implementação do sistema especialista.

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Objetivo do Desafio

Elaborar dois sistemas de informação, sendo um Agente de Solução de Problemas e um Sistema Especialista.

Livro Texto da Disciplina

A produção desta ATPS é fundamentada no livro-texto da disciplina, que deverá ser utilizado para solução do desafio:

RUSSELL, Stuart J.. Inteligencia Artificial. 3ª ed. Rio de Janeiro: Campus - Elsevier, 2013.

ETAPA 1 (tempo de realização: 5 horas)

 Aula-tema: Resolução de Problemas: Tipos de Problemas e Representação de

Problemas. Mecanismos de Busca, Heurística Aceitável e Algoritmo A*.

Essa atividade é importante para poder desenvolver um agente de resolução de problemas, identificando os componentes, os mecanismos de busca, definindo a heurística para o agente e implementando o agente de resolução de problemas através da linguagem de programação C.

Para realizá-la, devem ser seguidos os passos descritos.

PASSOS

Passo 1 (Equipe)

Fazer um estudo sobre a Estrutura de Dados: Grafos e sua implementação através da linguagem de programação C. Fazer um estudo do material chamado Grafos e suas

Aplicações, 2011. Disponível em:

< https://docs.google.com/document/d/1sCfPz1RJI4LTpPBMvf9qRB_jykDssqzh8Sh9bB-QwHk/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011.

Determinar para o agente de Solução de Problemas os seguintes componentes:

 Formulação do Objetivo  Problema  Estado Inicial  Ações  Espaço de Estados  Caminho

 Teste do Estado Objetivo

 Custo do Caminho

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Para determinar esses componentes, considerar o mapa de estados da Figura 1 a seguir.

Figura 1 – Mapa de Estados

Fonte: RUSSEL, Stuart J.. Inteligência Artificial. 2.ed. Rio de Janeiro: CAMPUS, 2004.

Considerar as seguintes informações para o Agente de Solução de Problemas:

 O objetivo do agente de solução de problemas é viajar da cidade inicial Arad e chegar

até a cidade final Bucharest.

 O custo do caminho é a distância acumulada entre as cidades.

Fazer a proposta de uma função heurística para que o agente possa escolher o melhor caminho para se deslocar da cidade de Arad até Bucharest. A heurística é uma técnica que melhora a eficiência de um processo de busca. Ela é como um guia turístico, apontando para direções normalmente interessantes. Uma heurística pode levar um algoritmo de busca a uma solução ótima ou, levá-lo a não conseguir encontrar uma solução. Uma função heurística é uma função que mapeia descrições do estado de um problema até medidas de conveniência, normalmente representadas como números. Os aspectos do estado do problema que são considerados, o modo como esses aspectos são avaliados e os pesos atribuídos a aspectos isolados são escolhidos de forma a que o valor da função heurística em um determinado nó no processo de busca forneça a melhor estimativa possível sobre se o nó está ou não no caminho desejado para uma solução.

Implementar em Linguagem C o problema apresentado na Figura 1 apresentada. O programa deve permitir:

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 Cadastrar as Cidades

 Cadastrar as distâncias entre as cidades

 Determinar os possíveis caminhos entre uma cidade A até uma cidade B

 Determinar, através da função heurística, o melhor caminho entre uma cidade A até

uma cidade B.

Ao término dos quatro passos, o grupo deve reunir todas as informações em um único documento chamado Relatório do Agente de Resolução de Problemas e entregá-lo ao professor da disciplina.

ETAPA 2 (tempo de realização: 5 horas)

 Aula-tema: Representação do Conhecimento: Representação Lógica e Regras de

Produção; Aquisição de Conhecimento: Introdução. O Processo de Aquisição de Conhecimento e Linguagens usadas no Processo de Aquisição.

Essa atividade é importante para iniciar o processo de aquisição de conhecimento para o desenvolvimento do Sistema Especialista, identificando o modelo organizacional, modelo da aplicação, entrevistas para a aquisição de conhecimento e a análise de custo benefício.

PASSOS

Escolher um sistema especialista a ser desenvolvido seja para um sistema Desktop, sistema

Web ou sistema Móvel. Para a etapa de Aquisição do conhecimento, determinar:

1. Aquisição do Conhecimento 1.1. Modelo Organizacional

1.1.1. Tipo da Organização

1.1.2. Principais Problemas Enfrentados 1.2. Modelo da Aplicação.

Para realizar a Aquisição do Conhecimento é utilizada a metodologia KADS (Knowledge Analisys and Desing of Systems) para a construção de sistemas especialistas. Essa metodologia afirma que sistemas especialistas são processos estruturados de desenvolvimento de sistemas com um ciclo de vida especificado e estágios definidos.

O Quadro 1 apresenta um exemplo de Sistema Especialista com as etapas da Aquisição do Conhecimento:

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Sistema Especialista: Sistema Especialista de Academia de Exercícios Físicos 1. Aquisição do Conhecimento

1.1. Elaborar Modelo Organizacional 1.1.1. Tipo da Organização

A organização é uma Academia de Atividade Física que tem por finalidade proporcionar uma melhora na qualidade de vida e saúde de seus frequentadores, buscando oferecer atividades variadas para todas as idades e gostos.

As atividades físicas oferecidas pela academia são: natação, hidroginástica, ginásticas aeróbicas, ginástica localizada, musculação e artes marciais.

1.1.2. Principais problemas enfrentados Grande procura por atividades esportivas.

Dúvidas de futuros praticantes na escolha de uma atividade física. Dificuldades em estar auxiliando o futuro praticante na escolha certa. Receios dos profissionais pela não adaptação dos praticantes.

Preocupações dos profissionais para com a satisfação dos praticantes. 1.2. Elaborar o Modelo de Aplicação

Ajudar o aluno e especialista na escolha da atividade física correta, mediante uma análise feita através de perguntas pelo sistema.

Quadro 1 – Sistema Especialista com etapas da aquisição do conhecimento Passo 2 (Equipe)

Fazer para o Sistema Especialista proposto, as entrevistas não estruturadas, semiestruturadas e estruturadas com o especialista do sistema escolhido para obtenção das informações referentes à especialidade a ser atendida. Dessa forma, determinar:

1.1. Tópicos Envolvidos no Modelo de Aplicação: 1.1.1. Entrevistas.

Uma das técnicas de obtenção de conhecimento de um especialista é através da Entrevista. As entrevistas podem ser:

 Não Estruturada

 Semiestruturada

 Estruturada.

Uma entrevista não estruturada dá mais controle da entrevista ao especialista do que

ao Engenheiro de Conhecimento1_{. Faz do Engenheiro de Conhecimento mais um ouvinte que}

um entrevistador. Pode ser utilizada para buscar conceitos gerais sobre o domínio de conhecimento. O Quadro 2 apresenta um exemplo de entrevista não estruturada.

1_{Engenheiro de Conhecimento: pessoa que deve estar envolvida em todas as fases do desenvolvimento do sistema.}

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Quais são os objetivos de uma academia de exercícios físicos?

Os objetivos de uma academia de exercícios físicos são proporcionar uma melhora na qualidade de vida e saúde de seus frequentadores, buscando oferecer atividades variadas para todas as idades e gostos.

A academia também tem por finalidade oferecer atividades para todas as pessoas, objetivando uma forma de distração, relaxamento, principalmente para pessoas que tiveram um dia conturbado de trabalho.

Quadro 2 – Entrevista Não Estruturada

Uma entrevista Semiestruturada possui perguntas mais detalhadas e as respostas do Especialista devem ser analisadas com maior rigor. O Quadro 3 apresenta um exemplo de entrevista Semiestruturada.

Que tipo de alimentação deve ser adotado para a prática de cada atividade física?

Para todas as atividades físicas citadas, devemos adotar uma alimentação adequada capaz de repor as energias, as vitaminas e os sais minerais perdidos.

Os especialistas recomendam uma dieta balanceada com 50 a 60% de carboidratos (massas, cereais, frutas, verduras e legumes), 15 a 30% de proteínas (carne, aves, peixes, ovos e frutos do mar) e o restante de gorduras (manteiga e bacon).

É importante tomar muito líquido, tais como água, sucos em geral, pois mantêm as quantidades de sais minerais, vitaminas e nutrientes que são eliminados com a respiração.

Quadro 3 – Entrevista Semiestruturada

A entrevista Estruturada demanda do Engenheiro de Conhecimento e do Especialista um nível mais alto de conhecimento sobre a área do domínio. O Engenheiro de Conhecimento pergunta continuamente por explicações, consequências e justificativas de um mesmo conceito, até que o conceito esteja claramente definido. O Quadro 4 apresenta um exemplo de entrevista Estruturada.

Como a natação vai ajudar a desenvolver o sistema cardiorrespiratório?

A natação ajuda a desenvolver o sistema cardiorrespiratório, porque para nadar a pessoa depende dos músculos do corpo e esses músculos irão fazer com que a pessoa se movimente. Para isso, é necessário gerar energia, queimando glicose, carboidratos e utilizando O2.

A natação fará com que aumente a captação de O2 e isso faz com que desenvolva os brônquios, pulmões e alvéolos, aumentando assim a resistência.

Esse aumento de consumo de O2 faz com que o coração aumente o volume de sangue bombeado, chegando mais rápido aos músculos.

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Fazer uma análise do Custo e Benefício do desenvolvimento do Sistema Especialista, considerando os seguintes itens:

1.2. Análise de Custo e Benefício: 1.2.1. Linguagem

1.2.2. Sistema Gerenciador de Banco de Dados 1.2.3. Equipe de Desenvolvimento

1.2.4. Compra de Equipamentos 1.2.5. Instalação de Software. Passo 4 (Equipe)

Reunir todas as informações em um único documento chamado Relatório de Aquisição do Conhecimento e entregá-lo ao seu professor.

ETAPA 3 (tempo de realização: 5 horas)

 Aula-tema: Aquisição de Conhecimento: Introdução. O Processo de Aquisição de

Conhecimento e Linguagens usadas no Processo de Aquisição.

Essa atividade é importante para realizar a modelagem da análise do

conhecimento através da Análise de Discurso, Dicionário de Conhecimento, Camada de Domínio e Inferência e Representação por Regras.

PASSOS

Fazer as atividades a seguir.

1 Fazer a Análise de Discurso da entrevista Semiestruturada realizada com o Especialista e reúnam as informações na seguinte estrutura de tópicos:

2. Modelagem de Análise do Conhecimento: 2.1. Análise de Discurso.

Uma das técnicas para a análise de conhecimento através de dados verbais transcritos é a Análise de Discurso. Consiste em dividir o conhecimento verbal em partes que correspondam a frases que expressem algum conhecimento. Essa transcrição é normalmente resultado de uma entrevista feita com o especialista. O objetivo da Análise de Discurso é obter uma representação mais detalhada do domínio do conhecimento.

2 Fazer a leitura do documento: Análise de Discurso, 2011. Disponível em: <

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1. Fazer a leitura do documento: Dicionário de Conhecimento, 2011. Disponível em: <https://docs.google.com/document/d/1sq7NrOWqo8ZpCDnGTKII3eJr5PmRkcOFIC72nE62xl c/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011.

O Dicionário de Conhecimento é o local no qual o conhecimento é definido, ou seja, o significado dos conceitos da área de conhecimento é explicado. Deve conter todos os conceitos que serão utilizados no sistema especialista. O dicionário ajuda o Engenheiro de Conhecimento a esclarecer dúvidas a respeito do domínio do problema.

2. Elaborar o Dicionário de Conhecimento com os significados dos conceitos da área de conhecimento do Sistema Especialista escolhido. Reunir as informações na estrutura de tópicos abaixo:

2.2. Dicionário de Conhecimento. Passo 3 (Equipe)

1. Fazer a Camada de Domínio e a Camada de Inferência para o Sistema Especialista escolhido, considerando os seguintes itens:

2.3. Camada de Domínio 2.4. Camada de Inferência.

O Modelo de Especialidade é composto da Camada de Domínio e Camada de Inferência. A Camada de Domínio é formada pelos conceitos do campo do conhecimento utilizados e pelos relacionamentos entre esses conceitos. A Camada de Inferência é composta por metaclasses, que descrevem o papel do conhecimento no processo de resolução do problema. Como metaclasses tem-se as Observações que são transformadas em Evidências que são verificadas pelas Hipóteses e que geram as Soluções.

2. Ler, para melhorar o entendimento da Camada de Domínio, o documento: Modelo de

Especialidade – Camada de Domínio, 2011. Disponível em:

<https://docs.google.com/document/d/1YHmn2E8YWbWHzM0R0JnHmhgs4dEJF7KIDa77pw 52q5E/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011.

3. Ler, para melhorar o entendimento da Camada de Inferência, o documento: Modelo de

Especialidade – Camada de Inferência, 2011. Disponível em:

< https://docs.google.com/document/d/1e0Kx64DU-UbeSLNi5knB-LL1VsnkhDrOLgDyInwDNpg/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011. Passo 4 (Equipe)

1. Fazer a Representação por Regras para o Sistema Especialista escolhido, considerando o seguinte item:

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Uma das formas mais amplamente utilizadas para representar o conhecimento do domínio da aplicação de Sistemas Especialistas é com um conjunto de regras de produção. As regras são simplesmente um conjunto de condições no estilo SE... ENTÃO..., com a possibilidade de inclusão de conectivos lógicos, relacionando os atributos no escopo do conhecimento e uso de probabilidades.

2. Ler o documento Representação por Regras, 2011. Disponível em:

< https://docs.google.com/document/d/1ksOU1Nq6BiD3VTeyp32B4vUq-NROcaPS2WBQYwnlbEc/edit?hl=en#>. Acesso em: 13 ago. 2011.

3. Reunir todas as informações em um único documento chamado Relatório de Modelagem de Análise de Conhecimento e entregar ao seu professor.

ETAPA 4 (tempo de realização: 5 horas)

 Aula-tema: Sistemas Especialistas: Conceitos; Sistemas Especialistas:

Desenvolvimento de Aplicativo.

Essa atividade é importante para poder desenvolver o Sistema Especialista em que foi determinada e modelada a análise do conhecimento do sistema.

PASSOS

Fazer a implementação do Sistema Especialista escolhido, utilizando a linguagem determinada pela equipe. O Sistema Especialista deve ter uma base de conhecimento formada por Fatos e Regras e se comportar como um Especialista na tomada de decisões. Um Sistema Especialista é um programa de computador que representa e raciocina com conhecimento de alguma especialidade com o objetivo de resolver problemas e fornecer recomendações.

Elaborar o Relatório Final do Sistema Especialista que deve reunir em um único documento as etapas de Aquisição de Conhecimento, Modelagem de Análise do Conhecimento e Implementação.

Referências Bibliográficas

LUGER, G.F.. Inteligência Artificial. 4ª ed. São Paulo: Bookman, 2004.

FERNANDES, Anita M. R. Inteligência Artificial: Noções Gerais. 1ª ed. Florianópolis: Visual Books, 2005.

BARONE, Dante. Sociedades Artificiais: A nova fronteira da inteligência nas máquinas. 1ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2003.

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Padronização

O material escrito solicitado nesta atividade deve ser produzido de acordo com as normas da ABNT, com o seguinte padrão (exceto para produções finais não textuais):

 em papel branco, formato A4;

 com margens esquerda e superior de 3cm, direita e inferior de 2cm;

 fonte Times New Roman tamanho 12, cor preta;

 espaçamento de 1,5 entre linhas;

 se houver citações com mais de três linhas, devem ser em fonte tamanho 10, com

um recuo de 4cm da margem esquerda e espaçamento simples entre linhas;

 com capa, contendo:

 nome de sua Unidade de Ensino, Curso e Disciplina;

 nome e RA de cada participante;

 título da atividade;

 nome do professor da disciplina;

 cidade e data da entrega, apresentação ou publicação.

Para consulta completa das normas ABNT, acesse a Normalização de Trabalhos Acadêmicos

Anhanguera. Disponível em:

<http://issuu.com/normalizacao/docs/normaliza____o_de_trabalhos_acad__m>. Acesso