Módulo XII
Inteligência artificial
Profs:
Dr. Alexandre Rosa dos Santos
Dr. Geraldo Regis Mauri
ENG05207 - Informática
Introdução
 A IA é uma das ciências mais recentes.
 O trabalho começou logo após a Segunda Guerra Mundial, e
o próprio nome foi cunhado em 1956.
 Seus principais idealizadores foram os cientistas Marvin
Minsky, Herbert Simon, Allen Newell, John MacCarthy,
Warren MuCulloch e Walter Pitts, entre outros.
 A construção de máquinas inteligentes fascina a humanidade
desde tempos imemoriais.
 Apenas recentemente, com o surgimento do computador
moderno, é que a inteligência artificial ganhou meios e massa
crítica para se estabelecer como ciência integral.
...Introdução
 Seu
desenvolvimento
tem
extrapolado
os
clássicos
programas de xadrez ou de conversão e envolvido áreas
como visão computacional, análise e síntese da voz, lógica
difusa, redes neurais artificiais e muitas outras.
 Inicialmente a IA visava reproduzir o pensamento humano.
 A Inteligência Artificial abraçou a idéia de reproduzir
faculdades
humanas
como
criatividade,
auto-
aperfeiçoamento e uso da linguagem.
 Porém, o conceito de inteligência artificial é bastante difícil de
se definir.
Visão geral




A questão sobre o que é inteligência artificial, mesmo como
definida anteriormente, pode ser separada em duas partes:
"qual a natureza do artificial" e "o que é inteligência".
A primeira questão é de resolução relativamente fácil,
apontando no entanto, para a questão de o que poderá o
homem construir.
A segunda questão é consideravelmente mais difícil,
levantando a questão da consciência, identidade e mente
(incluindo a mente inconsciente) juntamente com a questão
de que componentes estão envolvidos no único tipo de
inteligência que universalmente se aceita como estando ao
alcance do nosso estudo: a inteligência do ser humano.
O estudo de animais e de sistemas artificiais que não são
modelos triviais começa a ser considerados como matéria de
estudo na área da inteligência.
Aplicações: Planejamento autônomo
 A uma centena de milhões de quilômetros da Terra, o
programa Remote Agent da NASA se tornou o primeiro
programa de planejamento autônomo de bordo a controlar o
escalonamento de operações de uma nave espacial.
 O Remote Agent gerou planos de metas de alto nível
especificadas a partir do solo e monitorou a operação da
nave espacial à medida que os planos eram executados –
efetuando a detecção, o diagnóstico e a recuperação de
problemas conforme eles ocorriam.
Aplicações: Jogos
 O Deep Blue da IBM se tornou o primeiro programa de
computador a derrotar o campeão mundial em uma partida de
xadrez, ao vencer Garry Kasparov por um placar de 3,5 a 2,5
em uma partida de exibição.
 Kasparov disse que sentiu “uma nova espécie de inteligência”
do outro lado do tabuleiro.
 O valor das ações da IBM teve um aumento de 18 bilhões de
dólares.
Aplicações: Controle autônomo
 O sistema de visão de computador ALVINN foi treinado para
dirigir um automóvel, mantendo-o na pista.
 Ele foi colocado na minivan controlada por computador
NAVLAB da CMU e foi utilizado para percorrer os Estados
Unidos – ao longo de quase 4.600 Km o ALVINN manteve o
controle da direção do veículo durante 98% do tempo.
 Um ser humano assumiu o comando nos outros 2%,
principalmente na saída de declives.
 A NAVLAB tem câmeras e vídeo que transmitem imagens da
estrada para ALVINN, que então calcula a melhor forma de
guiar, baseado na experiência obtida em sessões de
treinamento anteriores.
Aplicações: Planejamento logístico
 Durante a crise do Golfo Pérsico em 1991, as forças armadas
dos Estados Unidos distribuíram uma ferramenta denominada
DART, a fim de realizar o planejamento logístico
automatizado e a programação de execução do transporte.
 50.000 veículos, transporte de carga aérea e de pessoal ao
mesmo tempo
 Pontos de partida, destinos, rotas e resolução de conflitos
entre todos os parâmetros.
 Permitiu a geração em algumas horas de um plano que
exigiria semanas com outros métodos.
 A Defense Advanced Research Project Agency (DARPA)
declarou que essa única aplicação compensou com folga os
30 anos de investimentos da DARPA em IA.
Outras aplicações

Chinook foi declarado o campeão Homem-Máquina em
Damas em 1994.

Lógica incerta, uma técnica para raciocinar dentro de
incertezas, tem sido amplamento usada em sistemas de
controles industriais.

Sistemas especialistas vêm sendo usados a uma certa escala
industrial.

Sistemas tradutores, tais como SYSTRAN, têm sido
largamente usados (no entanto, os resultados não são ainda
comparáveis com tradutores humanos).

Redes Neurais vêm sendo usadas em uma larga variedade
de tarefas, de sistemas de detecção de intrusos a jogos de
computadores.
...Outras aplicações

Sistemas de reconhecimento óptico de caracteres (OCR)
podem traduzir letra escrita de forma arbitrária em texto.

Reconhecimento de escrita a mão é usada em milhões de
Assistentes Pessoais Digitais.

Reconhecimento de voz está disponível comercialmente e é
amplamente usado.

Sistemas de álgebra computacional, tais como Mathematica e
Macsyma, são bons exemplos de aplicações de IA na solução
de problemas algébricos.

Sistemas com Visão computacional são usados em muitas
aplicações industriais.
...Outras aplicações

Aplicações utilizando Vida Artificial são utilizados na indústria
de entretenimento e no desenvolvimento da Computação
Gráfica.

Sistemas baseados na idéia de agentes artificiais,
denominados Sistemas Multiagentes, têm se tornado comuns
para a resolução de problemas complexos.

Chatter bots (robôs de software para conversação),
personagens virtuais que conversam em linguagem natural
como se fossem humanos de verdade, são cada vez mais
comuns na internet.
Redes neurais
 Uma rede neural pode ser vista como um modelo matemático
simplificado do funcionamento do cérebro humano.
 Este consiste de um número muito grande de unidades
elementares de processamento, ou neurônios, que recebem
e enviam estímulos elétricos uns aos outros, formando uma
rede altamente interconectada.
 No processamento, são compostos os estímulos recebidos
conforme a intensidade de cada ligação, produzindo um único
estímulo de saída.
Sistemas especialistas

Um sistema convencional é baseado em um algoritmo, emite
um resultado final correto e processa um volume de dados de
maneira repetitiva enquanto que um Sistema Especialista é
baseado em uma busca heurística e trabalha com problemas
para os quais não existe uma solução convencional
organizada de forma algorítmica disponível ou é muito
demorada.

Os sistemas especialistas agem ou comportam-se como um
ser humano em um campo ou área. Os sistemas
especialistas computadorizados têm sido desenvolvidos para
diagnosticar problemas, prever eventos futuros e auxiliar no
projeto de novos produtos e sistemas.
...Sistemas especialistas


Definições:

Sistema – “Conjunto de elementos, materiais ou idéias,
entre os quais se possa encontrar ou definir alguma
relação”.

Especialista – “Pessoa que se consagra com particular
interesse e cuidado a certo estudo. Conhecedor, perito”.
Algumas definições sobre sistemas especialistas:

Sistemas Especialistas são sistemas que solucionam
problemas que são resolvíveis apenas por pessoas
especialistas (que acumularam conhecimento exigido) na
resolução destes problemas.
...Sistemas especialistas

Um Sistema especialista é uma classe de programa de
computador desenvolvido por pesquisadores de Inteligência
artificial durante os anos 70 (1970) e aplicado
comercialmente durante os anos 80 (1980). Em síntese, são
programas constituídos por uma série de regras que analisam
informações (normalmente fornecidas pelo usuário do
sistema) sobre uma classe específica de problema (ou
domínio de problema).

Programas de computador que tentam resolver problemas
que os seres humanos resolveriam emulando o raciocínio de
um especialista, aplicando conhecimentos específicos e
inferências são ditos Sistemas Especialistas.
...Sistemas especialistas

Tipos de problemas
especialistas
solucionados
por
sistemas

Tipicamente, os problemas que podem ser solucionados
por um sistema especialista são do tipo que seria atendido
por um especialista humano - um médico ou outro
profissional (na maioria dos casos).

Sistemas simples utilizam uma lógica verdadeiro/falso
simples para analisar os dados. Por outro lado, sistemas
mais sofisticados são capazes de realizar pelo menos
alguma avaliação levando em consideração incertezas do
mundo real, utilizando métodos como lógica fuzzy. Tal
sofisticação é de desenvolvimento difícil e ainda
extremamente imperfeita.
SE’s de cuidados específicos

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

Acorn: auxilia no atendimento de pacientes com esquemia
cardíaca. É baseado em sistemas Baesyanos e utilizado
pelas enfermeiras-chefe no auxílio da administração destes
pacientes.
POEMS (Post Operative Expert Medical Sistems): sistemas
de suporte de decisão para tratamento pós-operatório. Auxilia
no monitoramento dos aparelhos.
SETH: é um sistema especialista usado para ajudar em
exames de toxologia clínica.
VIE-PNN: sistema especialista de representação do
conhecimento clínico e teórico sobre a composição da
nutrição dos pais para recém-nascidos que são tratados na
incubadora.
NeoGanesh: usado para monitorar a respiração dos
pacientes internados em UTI’s. Interpreta dados em tempo
real. Desenvolve uma estratégia terapêutica para reeducar
gradualmente os músculos respiratórios do paciente.
SE’s laboratoriais
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

GermWatcher:
procura
por
infecções
hospitalares,
monitorando dados de uma cultura microbiológica do sistema
do laboratório do hospital.
Hepaxpert: este sistema faz a interpretação automática de
testes para hepatite A e B
Interpretação de distúrbios ácido-básicos: como o próprio
nome já diz, responsável por interpretar dados para distúrbios
ácido-básicos
PEIRS (Pathology Expert Interpretative Reporting): interpreta
relatórios com 95% de acertos. Estes relatórios podem ser:
testes de função da tireóide, gases arteriais sangüíneos,
testes de tolerância de glicose, etc.
PUFF: são sistemas para interpretação automática de
funções pulmonares
Coulter Facility: funciona como um consultor e também como
ferramenta educacional no laboratório de hematologia.
SE’s de suporte à decisão

SEC: O Projeto SEC foi concebido junto com a Fundação
Bahiana de Cardiologia - FBC, com objetivo de apoiar o
médico, não cardiologista, no diagnóstico de eventos agudos
da cardiopatia isquêmica. Seus usuários serão, portanto,
médicos não especialistas em cardiologia em unidades
periféricas urbanas de atendimento, de natureza primária da
rede pública de saúde. O SEC poderá, ainda, ser utilizado por
estudantes de medicina para fins de aprendizado, sem no
entanto ter as características de um tutorial.

Dxplain: auxilia no diagnóstico, tomando um conjunto de
descobertas clínicas, como sinais, sintomas e dados
laboratoriais HELP: suporta aplicações de rotina de um
sistema de informação de um hospital e também provê
função de suporte à decisão

MEDAS: sistema de suporte de decisão para emergências
médicas. Segue avaliação sobre seu desempenho.
Outros SE’s

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
Educacional:
 Cancer, Me??: dá conselhos individuais sobre como
reduzir os riscos de câncer.
Garantia de Qualidade e administração:
 ADE Monitor (Adverse Drug Event Monitor): auxilia
farmacêuticos com monitoramento de dados clínicos do
paciente para ocorrência de drogas adversas.
Imagem médica:
 PHOENIX: auxilia na escolha dos melhores procedimentos
radiológicos
Sistema para eletromiografia:
 ESPRIT P599: Desenvolvido a partir de um assistente
especialista para eletromiografia (EMG). O assistente
(sistema de suporte à decisão) deveria ser capaz de dar
sugestões de diagnóstico e também para tratamento.
...Outros SE’s

Sistema Especialista Aplicado à Recomendação de
Adubação e Calagem nas Principais Culturas do Estado
de São Paulo

O Sistema Especialista para Recomendação de Adubação
e Calagem para as principais culturas do Estado de São
Paulo tem a função de à partir de dados obtidos através da
análise de solo de um determinado terreno (P, K, T e V) e
de uma dada cultura, auxiliar profissionais da área de
Agronomia darem um diagnóstico sobre a adubação e
calagem para este terreno.
...Outros SE’s

TOMEX-UFV: Um sistema especialista para diagnose de
doenças do tomateiro

O TOMEX-UFV é um sistema especialista (SE) construído
a partir da organização do conhecimento de especialistas
na diagnose de doenças do tomateiro.

O SE objetiva dar apoio a técnicos da extensão na tomada
de decisão, e auxiliar docentes e pesquisadores, como
ferramenta educativa.
...Outros SE’s

Sistema Especialista Chave para a Ordem de Insetos –
SECHORIN

São aplicadas técnicas de desenvolvimento de sistemas
especialistas para transformar a chave para ordem dos
insetos em uma base de conhecimento.
...Outros SE’s

Sistema de diagnóstico de deficiências e nematóides



Um sistema especialista (SE) foi construído para
diagnóstico de doenças, deficiências, pragas e nematóides
do cafeeiro, com objetivo de adquirir e organizar
conhecimento, dar suporte a extensionistas na tomada de
decisões e auxiliar no ensino de graduação.
Para construção da base de conhecimento, foram
consultados três especialistas em fitopatologia, um em
entomologia e outro em nutrição mineral.
O sistema, denominado "Doctor Coffee", contém 229
regras, 182 fotos e abrange 13 doenças, 8 deficiências
nutricionais, 9 pragas, 4 espécies de nematóides e 12
desordens fisiológicas e danos diversos.
Algoritmos genéticos

Os algoritmos Genéticos formam a parte da área dos
Sistemas Inspirados na Natureza; simulando os processos
naturais e aplicando-os à solução de problemas reais.

São métodos generalizados de busca e otimização que
simulam os processos naturais de evolução, aplicando a idéia
darwiniana de seleção.

De acordo com a aptidão e a combinação com outros
operadores genéticos, são produzidos métodos de grande
robustez e aplicabilidade.

Estes algoritmos estão baseados nos processos genéticos
dos organismos biológicos, codificando uma possível solução
para um problema de "cromossomo" composto por cadeia de
bits e caracteres.
...Algoritmos genéticos

Estes cromossomos representam indivíduos que são levados
ao longo de várias gerações, na forma similar aos problemas
naturais, evoluindo de acordo com os princípios de seleção
natural e sobrevivência dos mais aptos, descritos pela
primeira vez por Charles Darwin em seu livro "Origem das
Espécies".

Emulando estes processos, os Algoritmos Genéticos são
capazes de "evoluir" soluções de problemas do mundo real.
Aplicações de AG’s

Multiprocessor Scheduling: A aplicação de AG's no problema
de associação ótima de processos e processadores. Objetivo
e diminuir o custo que deriva da comunicação entre
processos em um ordenador paralelo de memória distribuída.
Multiprocessor Scheduling podem ser relacionados com
problemas de robótica.

Biologia Molecular e Físicoquímica: Existe uma hipótese de
trabalho que sustentaria a utilização de técnicas baseadas
em populações devido a estrutura da função objetivo. Em
problemas relacionados com estrutura molecular existem
experimentos que dão indícios claros sobre a validez dessa
hipótese. Assim é fácil observar que são cada vez mais
numerosas as aplicações de AG's neste campo.
Aplicações de AG’s

Busca em Base de Dados

Geofísica: Para o problema chamado de Seismic Waveform
Inversion, geralmente se utiliza a estatística Bayesiana na
qual se combina a informação que "a priori" sobre o modelo,
com os dados obtidos. Surgem assim funções que requerem
métodos de otimização global. Outro aplicação nessa área é
no problema de Inversion for seismic anisotropy.

Redes Neurais: Alguns autores tem buscado encontrar uma
relação entre Redes Neurais e AG´s . De alguma maneira
eles tem tentado correlacionado com a aprendizagem em
Redes Neurais eles tem estudado problemas de otimização
relacionados com a busca de funções lineares discriminantes
em problemas de classificação.
Aplicações de AG’s

Compressão de Dados: A compressão de dados em geral, e
a compressão de imagens sólidas em particular. Esta
aplicação consiste em encontrar um método que utiliza os
AG's para encontrar um sistema de funções locais iteradas
(LIFS) para a codificação de imagens. Produzindo como
resultado final uma imagem com qualidade similar a utilização
do método convencional de compressão fractal, com um
tempo 30% menor.

Engenharia em Construções: Os AG's tem ganhado aceitação
em um grande número de problemas de engenharia. Uma
aplicação é na otimização discreta de estruturas.
Outros sistemas adaptativos

Controle de Sistemas Dinâmicos;

Indução e Otimização de Bases de Regras;

Encontrar Novas Topologias Conexionistas: Engenharia de
Sistemas Neurais Artificiais, Modelagem de Estruturas
Neurais Biológicas;

Simulação de Modelos Biológicos;

Evolução Interativa de Imagens;

Composição Musical.