Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original
INDIVÍDUOS
E
RELAÇÕES
Lógica
Proposicional
-‐
Fraquezas
2
¨ A
lógica
proposicional
é
suficiente
para
ilustrar
os
conceitos
básicos
da
lógica.
¨ Mas
é
muito
fraca
para
representar
ambientes
complexos
de
forma
concisa.
¤ Ex.:
para
descrever
o
mundo
do
Wumpus
somos
forçados
a
escrever
uma
regra
separada
p/
brisas
e
poços
p/
cada
quadrado.
Formas
de
Representação
3
¨ C++,
Java
ou
Lisp:
¤ Representam
processos
computacionais.
¤ Não
têm
um
mecanismo
geral
para
derivar
fatos
a
parWr
de
outros
fatos.
n Cada
atualização
em
uma
ED
é
feita
por
um
procedimento
específico
do
domínio
cujos
detalhes
são
derivados
pelo
programador
a
parWr
de
seu
próprio
conhecimento
do
domínio.
¤ Abordagem
(ou
processual).
:
¤ Abordagem
è
conhecimento
separado
da
inferência
(inferência
independente
do
domínio).
Formas
de
Representação
4
¨ “Existe
um
poço
em
[2,2]
ou
[3,1]”
¨ “Se
o
Wumpus
está
em
[1,1],
então
ele
não
está
em
[2,2]”
¨ As
sentenças
acima
são
mais
dieceis
de
expressar
usando
linguagens
de
programação.
¨ A
lógica
proposicional:
¤ Tem
capacidade
expressiva
suficiente
para
lidar
com
informações
parciais
usando
disjunções
e
conjunções.
¤ É
uma
linguagem
:
O
significado
de
uma
sentença
é
uma
função
do
significado
de
suas
partes.
Formas
de
Representação
5
¨ Lógica
proposicional:
¤ Falta
de
capacidade
de
expressão
para
descrever
de
forma
concisa
um
ambiente
com
muitos
objetos.
¤ Somos
forçados
a
escrever
uma
sentença
sobre
brisas
e
poços
para
cada
quadrado
do
mundo
do
Wumpus.
¨ Linguagem
natural:
¤ Fácil
de
expressar:
“Quadrados
adjacentes
a
poços
te
brisa”.
¤ São
mais
expressivas.
¤ É
melhor
como
meio
de
comunicação
pois
a
semânWca
de
uma
sentença
depende
do
.
¤ Sofrem
de
.
Objetos
relações
¨ Muitas
vezes
os
atributos
são
originários
de
relações
entre
objetos
e
funções
de
objetos.
¨ É
úWl
ver
o
mundo
como
consisWndo
de
objetos
e
as
relações
entre
os
objetos.
¨ Raciocinar
em
termos
de
objetos
e
relacionamentos
pode
ser
mais
simples
do
que
raciocinar
em
termos
de
atributos,
uma
vez
que
você
pode
expressar
conhecimentos
gerais
que
cobrem
todos
os
indivíduos.
¨ Às
vezes
você
pode
saber
que
algum
indivíduo
existe,
mas
não
qual
é
ele.
¨ Às
vezes
há
um
número
infinito
de
objetos
que
você
deseja
fazer
referência
(e.g.,
o
conjunto
de
todos
os
inteiros,
ou
o
conjunto
de
todas
as
pilhas
de
blocos).
O
papel
de
semânWca
no
raciocínio
automaWzado
Role of Semantics in Automated Reasoning
����������
��������
�������������
����������������
���������
����� ��k�
������������
� ��
���������
��
���
����
����
���
�������
�������
������������
���������
c�D. Poole and A. Mackworth 2010 Artificial Intelligence, Lecture 12.1, Page 2
CaracterísWcas
do
raciocínio
automaWzado
¨ O
usuário
pode
ter
significados
para
símbolos
em
sua
cabeça.
¨ O
computador
não
precisa
conhecer
estes
significados
para
derivar
a
consequência
lógica.
¨ O
usuário
pode
interpretar
as
respostas
de
acordo
com
o
seu
significado.
Lógica
de
Primeira
Ordem
(LPO)
9
¨ Usa
fundamentos
da
lógica
proposicional:
¤ SemânWca
declaraWva,
composicional,
independente
de
contexto
e
não-‐ambígua.
¨ Melhora
a
expressividade
da
LP
emprestando
idéias
de
representação
da
linguagem
natural,
mas
evitando
suas
desvantagens.
¨ É
suficientemente
expressiva
para
representar
de
forma
saWsfatória
nosso
conhecimento
comum.
¨ É
o
alicerce
de
muitas
outras
linguagens
de
representação.
Lógica
de
Primeira
Ordem
(LPO)
10
¨ Examinando
a
sintaxe
da
linguagem
natural
podemos
idenWficar:
¤ SubstanWvos
e
sentenças
nominais
-‐>
objetos:
n Quadrados,
poços,
wumpus...
¤ Verbos
e
sentenças
verbais
-‐>
relações
entre
objetos:
n é
arejado,
é
adjacente,
aWra...
¤ Relações
podem
ser:
n Propriedades
(relações
unárias):
vermelho,
redondo,
falso,
primo...
n n-‐árias
mais
gerais:
irmão
de,
maior
que,
interior
a,
parte
de...
n Funções
(relações
com
um
só
valor
p/
uma
dada
entrada):
Pai
de,
melhor
amigo,
início
de...
Compromissos
11
:
O
que
cada
linguagem
pressupõe
sobre
a
natureza
da
realidade
(o
que
existe
no
mundo)
¤ Lógica
Proposicional:
existem
fatos
que
são
válidos
ou
não
são
válidos
no
mundo
¤ Lógica
de
Primeira
Ordem:
o
mundo
consiste
em
objetos
com
certas
relações
entre
eles
que
são
ou
não
são
válidas
:
Os
estados
possíveis
de
conhecimento
que
a
linguagem
permite
para
cada
fato
¤ Lógica
Proposicional
e
Lógica
de
Primeira
Ordem:
verdadeiro,
falso
ou
desconhecido
Linguagens
Formais
12
Valor de intervalo conhecido Fatos com graus de verdade
entre 0 e 1
Lógica difusa
Grau de crença entre 0 e 1 Fatos Teoria da probb
Verdadeiro/falso/desconhecido Fatos, objetos, relações,
tempos
Lógica Temporal
Verdadeiro/falso/desconhecido Fatos, objetos, relações LPO
Verdadeiro/falso/desconhecido Fatos Lógica Proposicional
Comp. Epistemológico
(a crença do agente sobre
os fatos)
Comp. Ontológico
(O que existe no mundo)
Linguagem
Modelos
em
LPO
13
¨ Modelos
em
lógica
proposicional:
¤ Conjuntos
de
valores-‐verdades
para
os
símbolos
proposicionais.
¨ Modelos
em
LPO:
¤ Contém
objetos.
¤ O
de
um
modelo
é
o
conjunto
de
objetos
que
ele
contém.
¤ Objetos
também
chamados
de
.
Exemplo
de
modelo
em
LPO
14
coroa
pessoa pessoa
rei
irmão
irmão
perna
esquerda
perna
esquerda
irmão irmão
Na cabeça
Exemplo
de
modelo
em
LPO
15
:
¤ Ricardo
Coração
de
Leão
(rei
da
Inglaterra
1189-‐1199)
¤ Rei
João
(rei
da
Inglaterra
1199-‐1215)
n Irmão
mais
novo
de
Ricardo
n Perverso
¤ Perna
esquerda
de
Ricardo
¤ Perna
esquerda
de
João
¤ Uma
Coroa
Exemplo
de
modelo
em
LPO
16
:
¤ Uma
relação
é
um
conjunto
de
tuplas
de
objetos
inter-‐relacionados.
¤ Relações
binárias:
n Relação
de
fraternidade
do
modelo
“irmão
de”:
n {<Ricardo
Coração
de
Leão,
Rei
Jõao>
n <Rei
Jõao,
Ricardo
Coração
de
Leão>}
n Relação
“na
cabeça”:
n {<coroa,
Rei
João>}
Exemplo
de
modelo
em
LPO
17
¤ Relações
unárias
ou
propriedades:
n “pessoa”:
{<Ricardo>,
<João>}
n “rei”:
{<João>}
n “coroa”:
{<coroa>}
¤ Relações
–
funções
unárias:
n “perna
esquerda”:
{<Ricardo
Coração
de
Leão>,
<Rei
João>}
LPO
–
Sintaxe
18
¨ Símbolos
que
representam
objetos,
relações
e
funções:
¤ Símbolos
de
–
representam
objetos.
n Ex.:
ricardo
e
joão
¤ Símbolos
de
–
representam
relações.
n Ex.:
irmão,
naCabeça,
pessoa,
rei
e
coroa
¤ Símbolos
de
–
representam
funções.
n Ex.:
pernaEsquerda
¤ Onde
a
escolha
dos
nomes
cabe
ao
usuário
do
modelo.
¤ Cada
símbolo
de
predicado
e
de
função
vem
com
uma
aridade
que
fixa
o
número
de
argumentos.
LPO
–
SemânWca
19
¨ Relaciona
sentenças
a
modelos
para
determinar
a
verdade.
¨ Interpretação
possível
para
o
exemplo
=
.
¤ ricardo
se
refere
a
Ricardo
Coração
de
Leão
¤ joão
se
refere
ao
perverso
rei
João
¤ irmão
se
refere
à
relação
de
fraternidade
¤ naCabeça
se
refere
à
relação
“na
cabeça”
que
é
valida
entre
a
coroa
e
o
rei
João
¤ pessoa,
rei
e
coroa
se
referem
a
objetos
que
são
pessoas,
reis
e
coroas
¤ pernaEsquerda
se
refere
á
função
“perna
esquerda”
Interpretações
possíveis
20
¨ Existem
muitas
outras
interpretações
possíveis
relacionando
esses
símbolos
a
esse
modelo
específico:
¤ Ex.:
uma
interpretação
que
mapeia
Ricardo
à
coroa
e
João
à
perna
esquerda
do
rei
João.
¤ Com
5
objetos
no
modelo
existem
25
interpretações
possíveis
apenas
para
os
símbolos
de
constantes
Ricardo
e
João.
¨ A
verdade
de
qualquer
sentença
é
determinada
por
um
modelo
e
uma
interpretação
para
os
símbolos
da
sentença.
¨ Consequência
lógica,
validade,
saWsfaWbilidade...
¤ São
definidas
em
termos
de
e
.
Verificação
de
Modelos
para
LPO
21
¨ O
número
de
elementos
do
domínio
em
cada
modelo
pode
ser
ilimitado.
Então
o
número
de
modelos
é
ilimitado.
¨ A
verificação
de
consequência
lógica
pela
verificação
de
modelos
é
uma
opção
quando
se
trata
de
LPO.
¨ Ainda
que
o
número
de
objetos
seja
restrito,
o
número
de
combinações
pode
ser
muito
grande.
¤ Com
os
símbolos
do
exemplo
existe
aproximadamente
1025
combinações
para
um
domínio
com
5
objetos.
LPO
–
Sintaxe
22
rda...PernaEsque | Pai | Mãe Função
.Chovendo.. | TemCor | Antes Predicado
s... |x | a Variável
João... | X | A Constante
| dorQuantifica
| | | Conectivo
Variável |
Constante |
Termo,...Função Termo
Termo Termo | ... Termo,Predicado ômicaSentençaAt
Sentença ... Variável, dorQuantifica |
Sentença Conectivo Sentença |
ômicaSentençaAt Sentença
1
→
→
→
→
∃∀→
<=>∨∧=>→
→
=→
→
)(
)(
)(
LPO
–
Termo
23
¨ É
uma
expressão
lógica
que
se
refere
a
um
objeto.
¤ Símbolos
de
constantes
são
termos.
¤ Símbolos
de
função
também
são
termos
que
eliminam
a
necessidade
de
ter
um
símbolo
disWnto
para
idenWficar
cada
objeto:
n PernaEsquerda(João)
¨ Termos
complexos:
Um
símbolo
de
função
seguido
por
uma
lista
de
argumentos
entre
parênteses:
f(t1,
t2,
...,
tn)
¤ O
símbolo
de
função
f
se
refere
a
alguma
função
no
modelo
¤ Os
termos
de
argumento
se
referem
a
objetos
no
domínio
(d1,
d2,
...,
dn)
¤ O
termo
como
um
todo
se
refere
a
um
objeto
que
é
o
valor
da
função
f
aplicada
a
d1,
d2,
...,
dn
LPO
–
Sentença
Atômica
24
¨ Sentenças
atômicas
enunciam
fatos.
¨ São
formadas
por
um
símbolo
de
predicado,
seguido
por
um
lista
de
termos
entre
parênteses:
¤ irmão(ricardo,joão) à
Ricardo
coração
de
Leão
é
irmão
do
rei
João.
¨ Podem
ter
termos
complexos
como
argumentos:
¤ casado(pai(ricardo),mãe(joão)) à
O
pai
de
Ricardo
Coração
de
Leão
é
casado
com
a
mãe
do
rei
João.
¨ Uma
sentença
atômica
é
em
um
dado
modelo,
sob
uma
interpretação,
se
a
relação
referida
pelo
símbolo
de
predicado
é
válida
entre
os
objetos
referidos
pelos
argumentos.
LPO
–
Sentença
Complexa
25
¨ Sentenças
Complexas
são
construídas
uWlizando
conecWvos
lógicos.
¨ A
semânWca
é
idênWca
à
da
lógica
proposicional.
¨ Exemplo
de
sentenças
verdadeiras:
¤ ¬Irmão(PernaEsquerda(Ricardo), João)
¤ Irmão(Ricardo, João) ٨۸ Irmão(João, Ricardo)
¤ Rei(Ricardo) ٧۷ Rei(João)
¤ ¬Rei(Ricardo) =>
Rei(João)
LPO
–
QuanWficadores
26
¨ Nos
permite
expressar
propriedade
de
coleções
inteiras
de
objetos,
em
vez
de
enumerar
todos
pelo
nome.
¨ Dois
Wpos:
¤ Universal
(∀)
¤ Existencial
(∃)
QuanWficador
Universal
(∀)
27
¨ Lógica
proposicional
–
dificuldade
em
expressar
regras
gerais:
“Quadrados
vizinhos
ao
Wumpus
são
fedorentos”.
¨ Em
LPO
este
Wpo
de
regra
é
comum:
¤ ∀X rei(X) => pessoa(X)
¤ Para
todo
X,
se
X
é
um
rei,
então
X
é
uma
pessoa.
¨ São
escritas
da
forma
∀X p,
onde
X
é
chamado
de
variável
e
p
é
qualquer
expressão
lógica.
,
afirma
que
p
é
verdadeira
objeto
X.
QuanWficador
Universal
(∀)
28
¨ ∀X p,
é
em
um
dado
modelo
sob
uma
dada
interpretação
se
p
é
verdadeira
em
as
interpretações
estendidas
possíveis
construídas
a
parWr
da
interpretação
dada.
¨ Considere
o
modelo
do
exemplo.
Podemos
“instanciando”
X
para
cada
objeto:
¤ X
à
Ricardo
Coração
de
Leão
¤ X
à
rei
João
¤ X
à
perna
esquerda
de
Ricardo
¤ X
à
perna
esquerda
de
João
¤ X
à
A
coroa
QuanWficador
Universal
(∀)
29
¨ ∀X rei(X) => pessoa(X) é
verdadeira
sob
a
interpretação
original
se
ela
for
verdadeira
em
cada
uma
das
sentenças
estendidas.
¨ Assim
a
sentença
é
equivalente
a
afirmar
que:
¤ Ricardo
Coração
de
Leão
é
um
rei
=>
Ricardo
Coração
de
Leão
é
uma
pessoa
¤ O
rei
João
é
um
rei
=>
O
rei
João
é
uma
pessoa
¤ A
perna
esquerda
de
Ricardo
é
um
rei
=>
perna
esquerda
de
Ricardo
é
uma
pessoa
¤ A
perna
esquerda
de
João
é
um
rei
=>
perna
esquerda
de
João
é
uma
pessoa
¤ A
coroa
é
um
rei
=>
A
coroa
é
uma
pessoa
QuanWficador
Universal
(∀)
30
¨ Observando
a
TV
para
a
implicação
temos:
¨ Perfeito
para
escrever
regras
gerais
com
∀.
¨ Um
erro
muito
comum
é
escrever:
¤ ∀X rei(X) ٨۸ pessoa(X)
V V V
F F V
V V F
V F F
P => Q Q P
QuanWficador
Existencial
(∃)
31
¨ Permite
declarar
algo
sobre
algum
objeto
do
domínio
sem
nomeá-‐
lo.
¨ Exemplo:
¤ ∃X coroa(X) ٨۸ naCabeça(X,joão)
¤ O
rei
João
tem
uma
coroa
em
sua
cabeça.
¨ ∃X p afirma
que
p
é
verdadeira
para
pelo
menos
um
objeto
X
do
domínio.
é
verdadeira
sob
uma
dada
interpretação
se
p
é
verdadeira
em
interpretação
estendida
que
atribui
X
a
um
elemento
do
domínio.
QuanWficador
Existencial
(∃)
32
¨ ∃X coroa(X) ٨۸ naCabeça(X,joão) afirma
que
pelo
menos
uma
das
afirmações
deve
ser
verdadeira:
¤ Ricardo
Coração
de
Leão
é
uma
coroa
٨۸
Ricardo
Coração
de
Leão
está
na
cabeça
de
João
¤ O
rei
João
é
uma
coroa
٨۸
O
rei
João
está
na
cabeça
de
João
¤ A
perna
esquerda
de
Ricardo
é
uma
coroa
٨۸
a
perna
esquerda
de
Ricardo
está
na
cabeça
de
João
¤ A
perna
esquerda
de
João
é
uma
coroa
٨۸
a
perna
esquerda
de
João
está
na
cabeça
de
João
QuanWficador
Existencial
(∃)
33
¨ Como
vimos,
∀
deve
ser
uWlizado
com
=>,
e
¨ No
caso
do
∃,
deve
ser
uWlizado
com
o
٨.
¨ Pois
o
uso
do
∃
com
o
=>
em
geral
conduz
a
uma
declaração
muito
fraca:
¤ ∃X coroa(X) => naCabeça(X,joão)
¤ Assim
a
sentença
é
verdadeira
em
todo
modelo
que
contém
um
objeto
para
qual
a
premissa
é
falsa.
¤ Não
contempla
nosso
objeWvo
de
dizer
que
existe
pelo
menos
um
objeto
coroa
que
está
na
cabeça
de
João.
QuanWficadores
aninhados
34
¨ “Irmãos
são
parentes”:
¤ ∀X ∀Y irmão(X,Y) => parente(X,Y)
¨ “Parentesco
é
um
relacionamento
simétrico”
¤ ∀X,Y parente(X,Y) <=> parente(X,Y)
¨ “Todo
mundo
ama
alguém”
¤ ∀X ∃Y ama(X,Y)
¤ “Existe
alguém
que
é
amado
por
todo
mundo”
¤ ∃Y ∀X ama(X,Y)
¨ Devemos
tomar
cuidado
quando
usar
a
mesma
variável:
¤ ∀X [coroa(X) V ∃X irmão (ricardo,X)]
Conexões
entre
∀,
∃
e
¬
35
¨ “Todo
mundo
detesta
cenouras”:
¤ ∀X ¬gosta(X, cenouras)
¤ ¬∃X gosta(X, cenouras)
¨ “Todo
mundo
gosta
de
sorvete”:
¤ ∀X gosta(X, sorvete)
¤ ¬∃X ¬gosta(X, sorvete)
¨ Regras
de
De
Morgan
para
sentenças
quanWficadas:
¤ ∀X ¬p é
equivalente
a
¬∃X p
¤ ∀X p é
equivalente
a
¬∃X ¬p
¤ ¬∀X p é
equivalente
a
∃X ¬p
¤ ∃X p é
equivalente
a
¬∀X ¬p