Inteligência Artificial
Aula 7
1
Redes Semânticas
• Não existe uma distinção clara entre rede
semântica e um sistema de frames ;
– rede semântica é um caso particular de sistema
de frames;
• redes semânticas constitui uma classe de
formalismos de representação do
conhecimento:
– utiliza nós para representar objetos, conceitos
ou situações;
– ligado por arcos orientados (representam
relacionamentos entre eles);
2
– O significado de um conceito depende do modo
como ele é associado a outros conceitos;
– nós e arcos podem ser rotulados, formando um
grafo rotulado direcionado;
• as redes semânticas são baseadas no modelo
psicológico explícito da memória
associativa humana:
– reconhecimento de objetos através do
reconhecimento de classes:
• os atributos ou características de um objeto
ou classe podem conter várias informações
para melhor representá-los;
3
• Nós representam objetos, conceitos ou
situações:
– em especial indivíduos, conjuntos, predicados,
etc;
– nó genérico = nó que representa uma classe de
objetos;
– nó individual = nó que representa uma
instância;
• existem arcos especiais =denominados é-um
que transmitem a noção de herança de
atributos de uma classe de elementos para
subclasses ou quaisquer instâncias da classe
4
ou subclasse;
– Podemos definir propriedades de objetos
individuais a partir de propriedades definidas
para classe a qual pertence o objeto;
– através da herança, fatos podem ser inferidos
sem terem sido explicitamente representados;
– para inibir este mecanismo podemos associar o
novo atributo ao nó que e quebra a herança,
mantendo o mesmo nome (polimorfismo);
– exemplo: meio de locomoção;
– o arco é-um é utilizado para representar relação
de generalização ou especialização entre nós
genéricos e os arcos instância de ou membrode para representar a relação de classificação
entre um nó individual e o nó genérico
5
correspondente;
– O arco é-parte-de representa a relação de
agregação entre um objeto e suas partes e
define um componente de uma instância ou
classe;
• Interpretando o exemplo:
– relação de agregação = todas as aves tem asas;
– o arco valor não define nova entidade, mas uma
relação entre entidades existentes;
– o uso do nó P1 e do arco valor ao invés de ligar
o nó 52.r gramas ao arco peso permite
representar fatos como “ peso de PIUPIU
aumentou” porque o valor da propriedade peso
pode aumentar mas o número 52,5 não;
6
• os outros arcos definem relações específicas
para aquela rede;
• pode ser especificados valores “default” para
atributos (se atributos não tiverem um valor
especificado, assumem valores default);
• o fato que PIUPIU voa não está explicitamente
representado na rede semântica, mas é inferido
devido ao mecanismo de herança da subclasse
pardal, do meio de locomoção da classe ave;
• se um atributo não está definido para um objeto,
ele pode se herdado da classe mais próxima,
acessível a partir do objeto, através de arcos é7
um;
• Objeto herda valores de atributos de todas
as classes das quais é membro, sendo que
um valor de uma classe mais restrita tem
precedência sobre um valor de uma classe
mais ampla;
• há uma quebra de herança para a subclasse
pingüim, pois o atributo meio-de-locomoção
foi redefinido como andar;
• está representado que Darwin estudou
animais e pelo mecanismo de herança
podemos concluir que PIUPIU ou ALCEU
foram estudados por Darwin, o que não é
8
necessariamente verdadeiro;
• O fato anterior é derivado da não distinção
entre um indivíduo e uma classe de
indivíduos, nesse formalismo;
• o raciocínio baseado apenas em percorrer as
ligações de uma rede semântica pode
desenvolver inferências que não são
necessariamente válidas, como vimos
através do exemplo, “PIUPIU ou ALCEU
foram estudados por Darwin”;
• o significado de uma rede semântica é
estabelecido também pelos procedimentos
que a interpretam e não somente pela rede
9
em si;
• não há nenhuma convenção sobre a
semântica das suas estruturas, assim as
inferências obtidas pela manipulação da
rede não são garantidamente válidas;
• redes semânticas constituem um exemplo de
esquema de representação de conhecimento
que utiliza o sistema de representação
declarativo;
10
Sistema de Frames
• É uma coleção de locais nonde armazenar
conhecimento, em geral chamados de
“slots” e valores a ele associados ( e
possivelmente restrições a estes valores)
que descrevem alguma entidade do mundo;
• podem descrever um objeto prototípico,
representante de uma classe de objetos,
conceito ou situação;
11
• Pessoas possuem, a habilidade de reagirem
a uma nova situação, aplicando expectativas
baseadas em experiências passadas. A
menos que existam, evidências em
contrário, elas esperam que as suas
expectativas sejam verdadeiras para a nova
situação e mantêm como “default “ para as
características correspondentes;
• frames proporcionam uma estrutura na qual
novos dados são interpretados em termos de
conceitos adquiridos através de experiência
prévia;
12
• De forma análoga a redes semânticas, sistemas
de frames constituem uma classe de esquemas
de representação de conhecimento, não
existindo uma notação padrão;
• podemos criar sistemas de frames a partir de
coleções de frames conectados entre si
atribuindo um outro frame ao valor de um
“slot”;
• Slots podem armazenar valores, lista de valores,
restrição sobre valores válidos, tipo de dado,
indicação de valor não especificado, unidades
de medidas, ponteiros...
13
• Frames é uma exemplo do sistema de
representação estrutural, mas a inclusão de
procedimentos nos “slots” permite o uso de
representação procedimental do
conhecimento;
• a atribuição de um valor estático a um
“slot” permite o uso de representação
declarativa do conhecimento:
• os relacionamentos podem ser do tipo:
– é-um(isa) - relação de
especialização/generalização, relaciona
superclasses com suas subclasses,. Permite
definir uma hierarquia de frames formando uma
14
taxonomia de classes;
– Instânica - corresponde a relação elemento-de da teoria
de conjuntos;
– mutualmente-disjunto-de - relaciona uma classe a uma ou
mais classes que garantidamente não têm elementos em
comum;
– é-coberto-por - relaciona uma classe a um conjunto de
subclasses, cuja união é igual a ela. Se o conjunto de
subclasses é formado por subclasses mutualmente
disjuntas, é denominado uma partição da classe coberta
por ele;
• todos os frames em um sistema de frames devem
estar relacionados entre si e ligados direta ou
indiretamente a um frame inicial chamado raiz. A
partir do raiz, os frames são criados e relacionados
15
através do “slot” é-um;
• Na base de conhecimentos, os frames são
classificados como construtores ou
instâncias:
– Construtores: definem a estrutura que as
informações devem ter para serem incluídas na
base de conhecimentos, de forma análoga ao
esquema conceitual de um banco de dados.
Dessa forma, não correspondem a objetos do
mundo real, mas a um estereótipo de como
estes objetos são e como se relacionam com os
demais;
– frames instâncias: correspondem aos objetos do
mundo real, representados na base de
16
conhecimentos;
• Não é possível a representação de qualquer
conceito, através de frames, que não possa
ser representado por meio da lógica de
primeira ordem, mas a integração de toda a
informação (sobre uma entidade do
domínio) em um frame e os mecanismos de
suporte disponíveis o tornam um
formalismo poderoso;
• os relacionamentos é-um e instância
transmitem a noção de herança de
propriedades de uma classe de elementos
para subclasses ou quaisquer instâncias da
17
classe ou subclasse;
• Pode-se definir propriedades de objetos
individuais a partir de propriedades
definidas para a classe a qual pertence o
objeto;
• o uso de “default” e de valores de atributos
herdados, permite raciocínio eficiente pois
desobriga a necessidade de realizar
inferências para redescobrir fatos velhos em
novas situações, de maneira similar a que as
pessoas utilizam o conhecimento de
experiências passadas;
18
• Para responder a pergunta “fifi voa?” deve-se aplicar
o algoritmo de herança de propriedades aos frames
do exemplo. Obtém-se a resposta não associdaa ao
frame Avestruz e a resposta sim associada ao frame
Pássaro. Como Avestruz tem mento distância
infêrencial até Fifi do que pássaro, conclui-se que
Fifi não voa;
• para verificar se Toni é pacifista, aplicando-se o
algoritmo de herança de propriedades (b), obtêm-se
duas respostas: não associada ao frame Xenófobo e
sim associada ao frame Ecologista. Como nenhuma
delas está mais perto de Toni do que a outra,
identifica-se corretamente uma contradição
19
• Frames e redes semânticas permitem
raciocínio (parcial) quando a informação
disponível é incompleta e inferir
rapidamente, através dos mecanismos de
herança, fatos que não são observados
diretamente na base de conhecimentos;
• para guiar o processo de raciocínio pode-se
classificar os atributos de um objeto em
propriedades essenciais, complementares,
negativas e “trigger”:
– Essenciais são aquelas que necessariamente
devem existir para que o objeto seja
identificado como pertencente a uma
determinada classe.
20
– Complementares representam características
que podem auxiliar no reconhecimento do
objeto como pertencente a classe em questão;
– Negativas representam características que,
quando existem, indica que o objeto não
pertence a classe em questão;
– “trigger” representa uma característica
marcante que, quando presente, permite a
imediata identificação do objeto;
• como visto em redes semânticas, o
raciocínio baseado em apenas percorrer a
hierarquia dos frames também pode
desenvolver inferências que não são
necessariamente válidas;
21
• o significado de um sistema de frames é
estabelecido pelos procedimentos que o
interpretam e não somente pelos frames em
si;
• os frames podem ser desenvolvidos em
diversas linguagens específicas (permitem
meios eficientes para representação do
conhecimento declarativo):
–
–
–
–
krl - Knowledge Representation Language;
KL-ONE ;
FRL-0 (Frame),...;
também podem ser desenvolvidos em Lisp ou
Prolog (maior carga);
22
Vantagens e Desvantagens
• o esquema de representação de
conhecimento por redes semânticas permite
representar relações estruturais através dos
arcos é-um e parte-de;
• frames representam relações estruturais
através dos diversos tipos de
relacionamentos, tais como é-um, instância,
etc;
• em ambos toda a informação sobre um
objeto está distribuída ao seu redor e é
23
diretamente acessível a partir dele.
• O uso de defaults e da herança de
propriedades permitem raciocínio eficiente
e minimizam redundâncias no
armazenamento de dados, bastando
representá-los na classe e não nos seus
membros;
• é possível deduzir de uma forma fácil e
direta, fatos que não estão explicitamente
representados;
• frames são úteis para projeto de grande
sistemas baseados em regras de produção;
24
– Representando-se regras através de frames, elas
podem ser agrupadas em classes de forma a
facilitar a organização e indexação de
conjuntos modulares de regras;
• o uso de frames pode facilitar a elicitação
do conhecimento, por utilizar uma forma de
representação de conhecimento similar a
utilizado por muitos especialistas, para
representação do conhecimento em
domínios estruturados como biologia;
• Desvantagens:
25
• Difícil associar comportamento dependente do
domínio aos frames (procedimentos nos slots), já
as redes semânticas utilizam apenas conhecimento
declarativo;
• falta de uma semântica formal e de uma
terminologia padrâo;
• não existem regras rígidas e rápidas sobre a que
tipos de objetos e relacionamentos o uso desse
esquemas se presta melhor para representar
conhecimento;
• pode ser difícil avaliar a correção das inferências
realizadas, com base no conhecimento
26
armazenado na rede semântica ou nos frames;
• Os esquemas de representação do
conhecimento redes semânticas e frames
são genéricos, possuem ligações e
procedimentos de inferência especializados
e rápidos, mas não existem regras estritas
sobre que tipos de objetos e
relacionamentos são bons, em geral, para
representa
• ção do conhecimento, cabendo a quem está
usando esses esquemas tomar estas
decisões;
27