Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Major de Telecomunicações. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio realizado na Universidade de Aveiro e orientado pelo Prof. Doutor Nuno Lau / Tese de mestrado integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Tese de doutoramento. Engenharia Informática. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

Este documento apresenta uma investigação sobre os relacionamentos entre os problemas de planejamento em inteligência artificial e de alcançabilidade em redes de Petri. O trabalho trata da análise de algumas maneiras de se representar um problema de planejamento como uma rede de Petri e da comparação da rede obtida com o grafo de planos. São destacadas as principais vantagens e desvantagens do uso das redes de Petri em comparação com o grafo de planos. Procura-se argumentar em favor da primeira, pois ela permite representar de maneira ao mesmo tempo precisa e econômica os mesmos relacionamentos contidos na segunda estrutura. Um dos focos da pesquisa é encontrar a melhor maneira de substituir as redundâncias presentes no grafo de planos pela dinâmica da rede de Petri. Em particular, na rede, consegue-se uma melhor representação para as relações de inconsistência e de exclusão mútua entre ações. / This thesis dissertation reports on the investigation of the relationships between the problems of planning, in the sense of Artificial Intelligence, and that of reachability, in the sense of Petri nets. The research approaches different ways to represent a planning problem as a Petri net, as well as the comparison of the given net with the plan graph. The main advantages and disadvantages in applying Petri nets compared to the plan graph method. We claim that, the use of Petri nets allows more precise and compact representation of action relationships than those obtained with the counter part method. One of the main research aims is to eliminate representational redundancies of the plan graph by projecting them against the dynamic aspects of the net. Examples of the comparative improvements are shown in the text, particularly for the relationships of inconsistency and the mutual exclusion of actions.

Neste trabalho será descrita uma arquitetura de agente robótico autônomo projetada para ser capaz de criar uma representação de estado do ambiente e de realizar o aprendizado de tarefas simples em cima desta representação. A rede GTSOM (BASTOS, 2007) foi selecionada como método para classificação de estados. Sua tarefa é transformar os dados multidimensionais e contínuos lidos dos sensores em uma representação discreta, permitindo o uso de aprendizado por reforço convencional. Algumas modificações no algoritmo da rede foram necessárias para que pudesse ser aplicada neste contexto. Juntamente com esta rede, foi utilizado um mapa de grade que permite associar as experiências sensoriais com sua localização espacial. Enquanto a rede GTSOM é o ponto central de um sistema de classificação de estados, o algoritmo Q-Learning de aprendizado por reforço foi utilizado para a realização da tarefa. Utilizando a representação compacta de estado criada pela rede auto-organizável, o agente aprende as ações que devem ser executadas em cada ponto, para atingimento de seus objetivos. O modelo foi testado com um experimento que consiste em encontrar um objeto em um labirinto. Os resultados obtidos nos testes mostraram que o modelo consegue segmentar adequadamente o espaço de estados, e realiza o aprendizado da tarefa. O agente consegue aprender a evitar colisões e memorizar a localização do alvo, podendo chegar até ele independentemente de sua posição inicial. Além disso, é capaz de expandir sua representação sempre que se depara com situações não conhecidas, ao mesmo tempo que gradualmente remove da memória estados associados a experiências que não se repetem. / This work describes an architecture for an autonomous robotic agent that is capable of creating a state representation of its environment and learning how to execute simple tasks using this representation. The GTSOM Neural Network was chosen as the method for state clustering. It is used to transform the multidimensional and continuous state signal into a discrete representation, allowing the use of conventional reinforcement learning techniques. Some modifications on the algorithm were necessary so that it could be used in this project. This network is used together with a grid map algorithm that allows the model to associate the sensor readings with the places where they ocurred. While the GTSOM network is the main component of a state clustering system, the Q-Learning reinforcement learning method was chosen for the task execution. Using the compact state representation created by the self-organizing network, the agent learns which actions to execute at each state in order to achieve its objectives. The model was tested in an experiment that consists in finding the path in a maze. The results show that it can divide the state space in an useful way, and is capable of executing the task. It learns to avoid collisions and remembers the location of the target, even when the robot’s initial position is changed. Furthermore, the representation is expanded when the agent faces an unknown situation, and at the same time, states associated with old experiences are forgotten.

A máquina universal, ideia proposta por Alan Turing em 1936, seria uma máquina capaz de computar e executar qualquer máquina computável, vindo a ser tomada como um dos modelos abstratos do computador. Colocamos como problema a questão de saber o que pode uma máquina universal. Propomos dois modos de abordar a constituição de um pensamento sobre máquinas universais. O primeiro modo será desenvolvido através da construção de redes, no sentido que lhes é dado pela Teoria Ator-Rede. Com as redes teceremos uma narrativa histórica da máquina universal, com o intuito de mostrar que não há uma máquina universal, mas uma multiplicidade de máquinas, cada uma ligada e produzida por determinados coletivos que agregam as mais diversas forças, alianças e controvérsias envolvendo atores humanos e não-humanos. Esta história será realizada, primeiro, no âmbito de lógica e da matemática, e posteriormente em sua relação com linguagens de programação, engenharia de software e software livre. O segundo modo de constituição de um pensamento acerca de máquinas universais será dado por dobras, entendidas como procedimentos pelos quais o tempo dobrado, aproximando problemas, temporalidades e conceitos. Nas dobras a máquina universal será problematizada primeiro em sua relação com o pensamento na obra de Turing, segundo com o problema da interação e seus paralelos com as mônadas fechadas e abertas e, em terceiro, na relação estabelecida com a subjetividade através da figura do daemon e da concepção de uma cognição estendida. / The idea of "universal machine" was proposed by Alan Turing in 1936. The universal machine would be a machine able of computing and executing any computable machine, being taken as one abstract model of the computer. As a problem, we put the question about what can a universal machine do. We propose two ways to approach the creation of a thought about universal machines. The first mode will be developed through the construction of networks, in the sense given to them by the Actor-Network Theory. With the networks we will weave a historical narrative of the universal machine, in order to show that there is not a universal machine, but a multitude of machines, each linked and produced by certain groups that congregate the most diverse forces, alliances and disputes involving human and nohuman actors. This history will be made, first, in the context of logic and mathematics, and later in its relation to programming languages, software engineering and open source software. The second mode of thinking about universal machines will be made through folds, understood them as procedures by which time is folded, approaching problems, concepts and temporality. In the folds the universal machine will be problematized first in its relationship with the thought in the work of Turing, second, with the problem of interaction and its parallels with the open and closed monads and, thirdly, the relationship established with the subjectivity through the daemon figure and the concept of extended cognition.

Este trabalho situa-se na área de Sistemas Multiagente, que é uma sub-área da Inteligência Artificial Distribuída. Em particular, o problema abordado nesta dissertação é o da modelagem de ambientes, um aspecto importante na criação de simulações baseadas em sociedades de agentes cognitivos, no entanto pouco tratado na literatura da área. A principal contribuição deste trabalho é a concepção de uma linguagem, chamada ELMS, própria para a definição de ambientes multiagente, e a implementação de um protótipo de interpretador para esta linguagem. O resultado da interpretação é um processo que simula o ambiente descrito em alto nível, e é apropriado para a interação com os agentes cognitivos que irão compartilhar o ambiente. Esta linguagem foi desenvolvida no contexto do projeto MASSOC, que tem como objetivo a criação de simulações sociais com agentes cognitivos. A abordagem deste projeto dá ênfase ao uso da arquitetura BDI para agentes cognitivos, a comunicação inter-agente de alto nível (ou seja, baseada em atos de fala) e a modelagem de ambientes com a linguagem ELMS, que é proposta neste trabalho. Os ambientes e agentes que podem ser usados na criação de simulaçõpes, bem como a comunicação entre eles utilizando a ferramenta SACI, são definidos ou gerenciados a partir de uma interface gráfica, que facilita a criação e controle de simulações com a plataforma MASSOC. Além de apresentar a linguagem ELMS e seu interpretador, esta dissertação menciona ainda, como breve estudo de caso, uma simulação de aspectos sociais do crescimento urbano. Esta simulação social auxiliou na concepção e avaliação da linguagem ELMS.

Modelos BDI (ou seja, modelos Beliefs-Desires-Intentions models) de agentes têm sido utilizados já há algum tempo. O objetivo destes modelos é permitir a caracterização de agentes utilizando noções antropomórficas, tais como estados mentais e ações. Usualmente, estas noções e suas propriedades são formalmente definidas utilizandos formalismos lógicos que permitem aos teóricos analisar, especificar e verificar agentes racionais. No entanto, apesar de diversos sistemas já terem sido desenvolvidos baseados nestes modelos, é geralmente aceito que existe uma distância significativa entre esta lógicas BDI poderosas e sistemas reais. Este trabalho defende que a principal razão para a existência desta distância é que os formalismos lógicos utilizados para definir os modelos de agentes não possuem uma semântica operacional que os suporte. Por “semântica operacional” entende-se tanto procedimentos de prova que sejam corretos e completos em relação à semântica da lógica, bem como mecanismos que realizem os diferentes tipos de raciocínio necessários para se modelar agentes. Há, pelo menos, duas abordagens que podem ser utilizadas para superar esta limitação dos modelos BDI. Uma é estender as lógicas BDI existentes com a semântica operacional apropriada de maneira que as teorias de agentes se tornem computacionais. Isto pode ser alcançado através da definição daqueles procedimentos de prova para as lógicas usadas na definição dos estados mentais. A outra abordagem é definir os modelos BDI utilizando formalismos lógicos apropriados que sejam, ao mesmo tempo, suficientemente poderosos para representar estados mentais e que possuam procedimentos operacionais que permitam a utilizaçao da lógica como um formalismo para representação do conhecimento, ao se construir os agentes. Esta é a abordagem seguida neste trabalho. Assim, o propósito deste trabalho é apresentar um modelo BDI que, além de ser um modelo formal de agente, seja também adequado para ser utilizado para implementar agentes. Ao invés de definir um novo formalismo lógico, ou de estender um formalismo existente com uma semântica operacional, define-se as noções de crenças, desejos e intenções utilizando um formalismo lógico que seja, ao mesmo tempo, formalmente bem-definido e computacional. O formalismo escolhido é a Programação em Lógica Estendida com Negação Explícita (ELP) com a semântica dada pelaWFSX (Well-Founded Semantics with Explicit Negation - Semântica Bem-Fundada com Negação Explícita). ELP com a WFSX (referida apenas por ELP daqui para frente) estende programas em lógica ditos normais com uma segunda negação, a negação explícita1. Esta extensão permite que informação negativa seja explicitamente representada (como uma crença que uma propriedade P não se verifica, que uma intenção I não deva se verificar) e aumenta a expressividade da linguagem. No entanto, quando se introduz informação negativa, pode ser necessário ter que se lidar com programas contraditórios. A ELP, além de fornecer os procedimentos de prova necessários para as teorias expressas na sua linguagem, também fornece um mecanismo para determinar como alterar minimamente o programa em lógica de forma a remover as possíveis contradições. O modelo aqui proposto se beneficia destas características fornecidas pelo formalismo lógico. Como é usual neste tipo de contexto, este trabalho foca na definição formal dos estados mentais em como o agente se comporta, dados tais estados mentais. Mas, constrastando com as abordagens até hoje utilizadas, o modelo apresentanto não é apenas uma especificação de agente, mas pode tanto ser executado de forma a verificar o comportamento de um agente real, como ser utilizado como mecanismo de raciocínio pelo agente durante sua execução. Para construir este modelo, parte-se da análise tradicional realizada na psicologia de senso comum, onde além de crenças e desejos, intenções também é considerada como um estado mental fundamental. Assim, inicialmente define-se estes três estados mentais e as relações estáticas entre eles, notadamente restrições sobre a consistência entre estes estados mentais. Em seguida, parte-se para a definição de aspectos dinâmicos dos estados mentais, especificamente como um agente escolhe estas intenções, e quando e como ele revisa estas intenções. Em resumo, o modelo resultante possui duas características fundamentais:(1) ele pode ser usado como um ambiente para a especificação de agentes, onde é possível definir formalmente agentes utilizando estados mentais, definir formalmente propriedades para os agentes e verificar se estas propriedades são satifeitas pelos agentes; e (2) também como ambientes para implementar agentes.

A participação dos usuários tem sido cada vez mais efetiva e necessária na elaboração de diversos modelos decisórios, bem como na definição de requisitos de sistemas de informação. Uma forma de intensificar a participação e contribuição dos usuários na engenharia de sistemas é a utilização de JAD (Joint Application Design) para o projeto em grupo de sistemas de informação. Através de técnicas de dinâmica de grupo e de ferramentas estruturadas, busca-se uma especificação de requisitos, elaborada pelos usuários, em padrões que permitam a comunicação mais formalizada destes com a equipe de desenvolvimento. Apesar da evolução das ferramentas de automação da engenharia de sistemas (CASE) e dos sistemas de apoio à decisão para grupos (SADG), não se verifica a existência de proposta específica para o suporte ao trabalho em grupo de especificação de requisitos de sistemas. Neste trabalho, a partir da observação da prática de desenvolvimento de sistemas baseada no uso de JAD, da análise das características de sistemas de suporte ao trabalho em grupo e de ferramentas de automação do desenvolvimento de sistemas, apresenta-se a especificação dos requisitos de um sistema de computação destinado ao apoio e coordenação a trabalhos de projeto em grupo de sistemas de informação. / The participation of the users has been progressively more effective and necessary to the development of decision models, as well as to the definition of the requirements of information systems. One way to intensify the users participation and contribution to systems engineering is the utilization of JAD (Joint Application Design) in the group process of systems design. Through group techniques and structured tools, it is searched the requirements specification, defined by the users, in such a way to allow more formal communication among them and the systems engineering staff. Despite the evolution of Computer Aided Software Engineering (CASE) and Group Decision Support Systems (GDSS) tools, there is no specific proposal to support group work in systems requirements specification. In this work, from the observation of JAD use in systems development, the analysis of the characteristics of group support systems and CASE tools, it is presented the requirements specification of a computer system to support and coordinate group work in the design of information systems.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Elétrica, 2007. / Submitted by Luanna Maia (luanna@bce.unb.br) on 2009-03-06T14:49:50Z No. of bitstreams: 1 Dissert_Leticia Toledo Maia.pdf: 1152845 bytes, checksum: 6878e5b1375515dbcaff5af07f346649 (MD5) / Approved for entry into archive by Luanna Maia(luanna@bce.unb.br) on 2009-03-06T16:08:54Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissert_Leticia Toledo Maia.pdf: 1152845 bytes, checksum: 6878e5b1375515dbcaff5af07f346649 (MD5) / Made available in DSpace on 2009-03-06T16:08:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert_Leticia Toledo Maia.pdf: 1152845 bytes, checksum: 6878e5b1375515dbcaff5af07f346649 (MD5) / Este trabalho apresenta a concepção de um sistema inteligente de supervisão (SIS) com atuação sobre sistema de automação predial. O SIS provê tomada de decisão fornecendo possíveis soluções para falhas, emergências e otimização do desempenho geral das tarefas de manutenção predial, utilizando técnicas de inteligência artificial (Sistemas Especialistas e Lógica Difusa). O SIS foi validado através da implementação de simuladores para os subsistemas de ar condicionado, iluminação e elevador. Foi utilizada uma metodologia orientada a objeto, fazendo uso dos recursos disponíveis na linguagem Java voltada à web. ______________________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents the conception of an Intelligent Supervision System (ISS) that acts on a building automation system. The ISS provides decision support for possible failure solutions, emergencies and general optimization of building maintenance using artificial intelligence (Specialist System and Fuzzy Logic). The ISS is validated through the implementation of simulators of the air conditioning, lighting and elevator subsystems. An object oriented methodology was applied using Java language tools for web application.