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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