RACIO - Raciocínios incertos e incompletos em programação em lógica

Resumo

Este projecto pretende sustentar uma nova linha de investigação de futuro a iniciar pelo candidato a financiamento. Contempla o estudo integrado de raciocínios incertos e incompletos num dos grandes paradigmas computacionais: a programação em lógica. O trabalho a realizar resulta de explorações promissoras já efectuadas pelo proponente. O projecto de pendor teórico terá muitas dificuldades de financiamento por parte das entidades oficiais habituais, motivando a submissão a este concurso. Espera-se que esta fase de fundamentos redunde em projectos e aplicações a médio prazo. Para tal é imprescindível a constituição de uma equipa, o grande propósito desta proposta.

Enquadramento e Objectivos

O responsável pelo projecto ingressou recentemente (Março 1999) no Departamento de Informática da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa, onde realizou o seu Doutoramento em 1996. Durante este hiato permaneceu ligado ao Centro de Inteligência Artificial (CENTRIA), tendo também participado no Mestrado de Inteligência Artificial Aplicada (MIAA).

Com este projecto espera-se desencadear a constituição de uma nova equipa agregada à volta de um jovem Doutor, que não estava prevista ainda nos planos do Centro pois o seu ingresso no DI foi muito recente. Tal passa pela formação pós-graduada de 2 Mestres conducentes ao seu doutoramento num prazo de cinco a seis anos. Não se descarta à partida a possibilidade a contribuição de alunos do quinto ano da Licenciatura em Engenharia Informática através, por exemplo, de projectos de fim de curso.

Deve-se ainda salientar que se deseja alicerçar uma nova linha de investigação no CENTRIA, à custa da fertilização cruzada de duas linhas de investigação basilares pré-existentes do Centro. Esta ponte corresponde a uma fertilização científica inovadora em termos internacionais, pretendendo combinar os avanços recentes em raciocínios lógicos não-monótonos baseados na programação lógica e suas implementações, com os avanços separados nas lógicas da incerteza, fuzzy, quantitativas, e possibilísticas, abrindo o caminho a toda uma vasta gama de novos domínios de aplicação de ambos os campos até agora separados. Espera-se uma cooperação frutífera com outros doutorados do centro, assim como o despertar de interesses comuns com outros investigadores ainda em trabalho de doutoramento.

Com estes objectivos em mente, são quatro as grandes contribuições científicas do projecto RACIO:

1. Definição de uma semântica de ponto fixo e respectiva teoria de modelos para programas anotados, capaz de integrar raciocínios não-monótonos, incertos e paraconsistentes;

2.  Relações com os grandes formalismos aceites pela comunidade científica, com especial ênfase nos raciocínios incertos e imprecisos.

3.  Implementação de sistemas de dedução integrados.

4.  Estudo de novas áreas de aplicação e identificação de problemas pendentes.

Descrição

A Inteligência Artificial (IA) visa a construção de programas/artefactos que capturam ou simulam comportamentos e raciocínios inteligentes. A demanda deste objectivo passa pela modelação e representação de conhecimento assim como das formas de raciocínio associadas. Neste campo a IA tem tido alguns sucessos e contribuições importantes, indo desde as lógicas vagas ou difusas de Zadeh, à lógica possibilística, aos sistemas probabilísticos, redes bayesianas, lógicas por omissão, lógicas auto-epistémicas, lógicas não-monótonas e, às semânticas de programação em lógica[1]. No entanto, todas elas abarcam apenas algumas vertentes dos raciocínios humanos ou dos raciocínios formais debaixo de dois aspectos: ou exploram os raciocínios incertos e imprecisos ou os raciocínios incompletos e contraditórios. A necessidade de um formalismo que funda harmoniosamente estes dois aspectos é premente.

A lógica de amalgamação [2] endereça e aponta um caminho para a integração de todas estas facetas de uma forma geral e abrangente. Esta construção nasce do cruzamento das semânticas de programas em lógica com lógicas multi-valor, e é complementada com procedimentos de derivação baseados em restrições. As teorias desta lógica, os programas anotados generalizados, permitem a descrição de modelos contendo referências a valores lógicos de um reticulado fornecido, assim como a funções sobre eles. Por exemplo, este reticulado pode ser formado por intervalos de probabilidade. Além disso, incorpora o que de mais recente existe em termos de semânticas de negação supletiva (ou “por falta”) para programas em lógica. Tal mecanismo permite a realização de raciocínios não-monótonos, podendo-se lidar dessa forma com informação incompleta.

Paralelamente, o proponente tem vindo a realizar trabalho na área da programação lógica estendida paraconsistente, na sequência do seu doutoramento.  A necessidade de representar conhecimento falso é óbvia. No entanto, na maioria das semânticas de programação em lógica, o único conhecimento falso é aquele que se assume falso através da negação supletiva[2]. Este handicap foi resolvido com a introdução de uma nova forma de negação, dita explícita, que  permite a representação de conhecimento falso. Surgem com isso novos problemas, nomeadamente o problema da contradição e o da relação entre ambas as negações.

A tese de doutoramento do responsável [1] deste projecto gira à volta desta temática. Aí define-se uma semântica paraconsistente (que pode raciocinar sobre contradições) e respectivos procedimentos para programas em lógica estendidos baseada na semântica bem-fundada. Adopta-se o princípio fundamental da coerência ligando ambas as negações: tudo o que é explicitamente falso deve ser acreditado (assumido) falso. Como consequência, a semântica proposta dispõe de mecanismos para detectar o suporte de afirmações em contradição, essencial em aplicações reais.

A lógica de amalgamação permite os raciocínios paraconsistentes, mas não adopta o princípio da coerência. Surge assim a oportunidade de confluência do trabalho de investigação que tem vindo a ser desenvolvido no CENTRIA com as lógicas de amalgamação. Esta direcção foi prosseguida muito recentemente resultando num artigo já submetido onde se define a semântica bem-fundada anotada e coerente. A linha de investigação foi trilhada, sendo o objectivo deste projecto a sua exploração. As grandes balizas foram apontadas anteriormente.

Planeamento das actividades

O projecto terá a duração de dois anos. No primeiro ano vai-se proceder à análise das propostas existentes na literatura para lidar com conhecimento incerto. Far-se-á uma extracção das suas característica gerais mais importantes, visando a sua inclusão na semântica para programas anotados coerentes. A definição da teoria de modelos associada é essencial ao estudo de propriedades genéricas. A semântica deverá ser “afinada” para capturar quaisquer aspectos imprevistos. Após este esforço de abstracção será feito o exercício inverso, concretizando-se a semântica de programas anotados para capturar os formalismos mais importantes. Tal será acompanhado de implementações e aplicações prototípicas dos sistemas de prova desenvolvidos. Este conjunto de tópicos será coberto por um aluno de mestrado. O responsável do projecto pode desde já garantir o grande interesse nestes tópicos por parte de um estudante da edição corrente do Mestrado em Inteligência Artificial Aplicada. Atingem-se assim os dois primeiros objectivos.

Durante o segundo ano ir-se-á continuar o desenvolvimento dos procedimentos de derivação para a semântica, com preocupações de eficiência e implementação.  A identificação de áreas e problemas para as quais estas semânticas e técnicas de programação correspondentes sejam vantajosas, constituirão as direcções de investigação fundamentais nesta segunda fase do projecto.  Prevê-se a colaboração do Mestre formado no primeiro ano do projecto, com um segundo mestrando, a recrutar, que colaborará na parte mais prática e engenheirística do projecto. Esta estratégia visa dar coesão à equipa, estimulando a produção científica conjunta. Todos os objectivos deverão ser alcançados no final do segundo ano de projecto.

No término dos dois anos o responsável do projecto produzirá um relatório final de actividades, acompanhado de todas as publicações resultantes e disponibilização do software elaborado. Esperam-se que aquelas sejam submetidas a revistas e conferências internacionais com avaliação.

 Bibliografia

[1]    Carlos Viegas Damásio. Paraconsistent Logic Programming with Constraints. Tese de Doutoramento, Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa. 375 páginas. Outubro 1996.

[2]     V. S. Subrahmanian. Amalgamating Knowledge Bases. ACM Transactions on Database Systems, 19(2): 291-331, 1994.