Evolução Gramatical - 5a. Escola Luso
Transcrição
Evolução Gramatical - 5a. Escola Luso
Evolução Gramatical 5a. Escola Luso-Brasileira de Computação Evolutiva Laboratório Nacional de Computação Cientı́fica (LNCC/MCTI) Heder S. Bernardino Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF) 18/02/2014 Heder S. Bernardino Evolução Gramatical Sumário 1 Introdução 2 Gramática Formal 3 Evolução Gramatical 4 Inferência de Modelos Exemplos 5 Conclusões Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (2) Introdução Introdução Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (3) Introdução Introdução I I I I I As metaheurı́sticas são métodos em que pouco conhecimento do problema é necessário Seu nome é a combinação da palavra meta (maior generalidade) com heurı́stica (descobrir) Não há garantia de se obter a melhor solução para o problema Metaheurı́sticas bio-inspiradas baseiam-se em comportamentos observados na natureza Exemplos I I I I I I I Algoritmos Genéticos Estratégias Evolutivas Programação Genética Evolução Gramatical Sistemas Imunológicos Artificiais Colônia de Formigas Enxame de Partı́culas Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (4) Introdução Introdução – Algoritmos Genéticos (AGs) I Algoritmo populacional I I Os “cromossomos” são representados por vetores binários I I AGs não estão presos a essa representação Melhora soluções candidatas inspirado pela teoria da evolução das espécies [Darwin, 1859] I I I I Soluções candidatas são chamadas de indivı́duos Seleção Recombinação ou cruzamento Mutação Requisitos sobre o problema I I Saber recombinar e/ou modificar soluções candidatas Ser capaz de comparar indivı́duos Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (5) Introdução Introdução Simulador I onde x pode representar um I I I I vetor de variáveis discretas vetor de variáveis contı́nuas .. . Seria possı́vel utilizar um AG para evoluir estruturas mais complexas? Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (6) Introdução Introdução Simulador I onde x pode representar um I I I I vetor de variáveis discretas vetor de variáveis contı́nuas .. . Seria possı́vel utilizar um AG para evoluir estruturas mais complexas? Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (6) Introdução Introdução – Algoritmos Genéticos (AGs) I Seria possı́vel utilizar um AG para evoluir? I Expressões aritméticas em forma simbólica 0 y1 = 15y3 y5−0.1 − 10y12 y20 = 10y12 − 10y22 y30 = 10y2−0.1 − 10y2−0.1 y32 y 0 = 8y12 y5−1 − 10y42 40 y5 = 10y42 − 10y52 Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (7) Introdução Introdução – Algoritmos Genéticos (AGs) I Seria possı́vel utilizar um AG para evoluir? I Classificadores if (College percentage > 70.15 and Analytical Skills 3 > 45) or (Domain Skills 1 > 45 and State 6= D) then return best-performer; else if Quantitative Ability 3 + Domain Skills 1 < Domain Test 4 + 20 then return low-performer; else return mid-performer; Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (8) Introdução Introdução – Algoritmos Genéticos (AGs) I Seria possı́vel utilizar um AG para evoluir? I Projetos estruturais Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (9) Introdução Introdução – Algoritmos Genéticos (AGs) I Seria possı́vel utilizar um AG para evoluir? I Arte Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (10) Introdução Introdução – Algoritmos Genéticos (AGs) I Seria possı́vel utilizar um AG para evoluir? I Programas... I Criação I Reparo Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (11) Introdução Introdução – Algoritmos Genéticos (AGs) inicializa população avalia termina sim critério de parada substitui não avalia seleciona muta recombina Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (12) Introdução Introdução – Algoritmos Genéticos (AGs) Figure : Crossover uniforme Figure : Operador de mutação Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (13) Introdução Introdução Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (14) Introdução Introdução inicializa população avalia termina sim critério de parada substitui não avalia seleciona muta recombina Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (15) Introdução Introdução inicializa população avalia termina sim critério de parada substitui não avalia seleciona muta recombina I Mapeamento utilizando uma gramática formal Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (16) Introdução Introdução inicializa população avalia termina sim critério de parada substitui não avalia seleciona muta recombina I Mapeamento utilizando uma gramática formal Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (16) Introdução Introdução – Evolução Gramatical (EG) inicializa população avalia termina sim critério de parada substitui não avalia seleciona muta recombina I Evolução Gramatical Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (17) Gramática Formal Gramática Formal Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (18) Gramática Formal Gramática Formal I Gramática é um mecanismo para produção de cadeias de sı́mbolos de uma linguagem [Harrison, 1978] I Uma gramática formal G pode ser definida como [Chomsky, 2002] G = {N , Σ, R, S }, I I N é o conjunto finito de não-terminais Σ é um conjunto finito de terminais (sı́mbolos da linguagem) I I I (1) Exemplos: x , 1, +, − e sin R é um conjunto finito de regras (ou produções) S ∈ N é o sı́mbolo inicial Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (19) Gramática Formal Gramática Formal I Para uma gramática livre de contexto, temos simplesmente <nao terminal> ::= expressao, I I (2) <nao terminal> ∈ N ∗ expressao = (Σ ∪ N ) I ∪ denota a união de conjuntos I O sı́mbolo utilizadas I Se o lado direito da expressão é composto por mais de uma sequência, as possibilidades são delimitadas pelo sı́mbolo “|” I Pode-se utilizar recursividade ∗ denota que quaisquer sequências em (Σ ∪ N ) podem ser Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (20) Gramática Formal Exemplo I Exemplo de uma gramática livre de contexto definindo expressões matemáticas G ={N , Σ, R, S } N = {<expr>, <op>, <uop>, <var>} √ Σ = {sin, cos, log, exp, , x , y, 1, 2, 3, +, −, ×, ÷, pow, (, )} S =<expr> Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (21) Gramática Formal Exemplo - Definição de R <expr> ::= (<expr> <op> <expr>) | <uop> (<expr>) | <var> <op> ::= + (1) (2) (0) |− (1) |× (2) |÷ (3) | pow (4) <uop> ::= sin (0) | cos (1) | log (2) | exp √ | (4) <var> ::= x (3) (0) |y (1) |1 (2) |2 (3) |3 Heder S. Bernardino (0) (4) Evolução Gramatical (22) Evolução Gramatical Evolução Gramatical Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (23) Evolução Gramatical Evolução Gramatical I Evolução Gramatical (Grammatical Evolution, GE) é um algoritmo evolutivo para evoluir programas através de uma gramática I O genótipo é uma representação binária de um vetor de inteiros I Os valores inteiros são usados para selecionar regras na gramática regra = (int)mod (nr ) I I I int é o próximo número inteiro na sequência nr é o número de regras do não-terminal corrente mod denota o resto da divisão inteira Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (24) Evolução Gramatical Exemplo I Exemplo de uma gramática livre de contexto definindo expressões matemáticas G ={N , Σ, R, S } N = {<expr>, <op>, <uop>, <var>} √ Σ = {sin, cos, log, exp, , x , y, 1, 2, 3, +, −, ×, ÷, pow, (, )} S =<expr> Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (25) Evolução Gramatical Exemplo - Definição de R <expr> ::= (<expr> <op> <expr>) | <uop> (<expr>) | <var> <op> ::= + (1) (2) (0) |− (1) |× (2) |÷ (3) | pow (4) <uop> ::= sin (0) | cos (1) | log (2) | exp √ | (4) <var> ::= x (3) (0) |y (1) |1 (2) |2 (3) |3 Heder S. Bernardino (0) (4) Evolução Gramatical (26) Evolução Gramatical Evolução Gramatical 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 Exemplo de genótipo 1 0 0 0 2 0 1 ... Vetor de inteiros codificado com 2 bits passo 1 2 entrada regra resultado <expr> (2) mod (3) = 2 <var> <var> (0) mod (5) = 0 x Processo de geração de um programa Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (27) ... Evolução Gramatical Evolução Gramatical { { { { { 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 ... 33, 29, 10, 20, 91, 32, 92, 66, ... passo 1 2 3 4 5 6 7 8 entrada <expr> (<expr> <op> <expr>) (<var> <op> <expr>) (x <op> <expr>) (x + <expr>) (x + <uop>(<expr>)) (x + exp(<expr>)) (x + exp(<var>)) Heder S. Bernardino 33 29 10 20 91 32 92 66 regra mod (3) = 0 mod (3) = 2 mod (5) = 0 mod (5) = 0 mod (3) = 1 mod (5) = 2 mod (3) = 2 mod (5) = 1 resultado (<expr> <op> <expr>) (<var> <op> <expr>) (x <op> <expr>) (x + <expr>) (x + <uop>(<expr>)) (x + exp(<expr>)) (x + exp(<var>)) (x + exp(y)) Evolução Gramatical (28) Evolução Gramatical Evolução Gramatical I Não é necessário que todos os números inteiros sejam utilizados I Degeneração do código genético 2 0 1 ... Vetor de inteiros codificado com 2 bits passo 1 2 entrada regra resultado <expr> (2) mod (3) = 2 <var> <var> (0) mod (4) = 0 x Processo de geração de um programa Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (29) Evolução Gramatical Evolução Gramatical regra 33 mod (3) = 0 96 mod (3) = 0 12 mod (3) = 0 .. . I resultado (<expr> <op> <expr>) ((<expr> <op> <expr>) <op> <expr>) (((<expr> <op> <expr>) <op> <expr>) <op> <expr>) .. . O processo de mapeamento do genótipo para o fenótipo pode requerer inteiros adicionais I A estratégia original é re-utilizar os valores inteiros (wrap-around) I I I I I O processo de mapeamento genótipo-fenótipo pode ser infinito Solução: Limitar a quantidade de wraps Se uma solução candidata (programa) não pertence à linguagem então é sugerido que sua aptidão seja o pior valor possı́vel Segundo [O’Neill and Ryan, 2003], o processo evolutivo tende a eliminar esses indivı́duos inválidos Reparar a solução [Bernardino and Barbosa, 2009] I [Bernardino and Barbosa, 2010a] mostrou haver melhora nas soluções encontradas quando o método de reparo é utilizado Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (30) Evolução Gramatical Evolução Gramatical inicializa população avalia termina sim critério de parada substitui não avalia seleciona muta recombina Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (31) Evolução Gramatical Evolução Gramatical 0101...10 {17, 4, 82, ..., 3 } f(x) = cos( x + y ) binário (genótipo) vetor inteiros programa (fenótipo) Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (32) Evolução Gramatical Avaliação dos Programas Candidatos I Inferência de modelos I Minimizar a discrepância entre o valores esperado e o valor obtido pela execução do programa candidato m X f ( programa ) = |yi − programa(xi )| i=1 I I I I I m é o número de pontos xi ∈ Rn é o i -ésimo ponto “programa” é a função/programa codificada por um indivı́duo yi ∈ R é o valor esperado para o i -ésimo ponto Adequações são necessárias para o caso dinâmico I I diferenciação dos valores observados integração do modelo dinâmico Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (33) Evolução Gramatical Avaliação - Regressão xi -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 aptidão= m X yi 2.0 0.5 0.0 0.5 2.0 |yi − f (xi )| i=1 f (x ) = 2x → aptidão = |2−(−2)|+|0.5−(−1)|+|0−0|+|0.5−1|+|2−2| = 4 f (x ) = 2x 2 → aptidão = |2−2|+|0.5−0.5|+|0−0|+|0.5−0.5|+|2−2| = 0 Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (34) Evolução Gramatical Evolução Gramatical I Processo de mapeamento I I Diferentes técnicas de busca podem ser adotadas Gramáticas formais I Asseguram que programas possam ser executados I Quando decodificados completamente I Possibilita a introdução de viés I Facilita a combinação com outras técnicas I Coeficientes numéricos gerados pelo Método dos Mı́nimos Quadrados Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (35) Evolução Gramatical Evolução Gramatical I Processo de mapeamento I I Diferentes técnicas de busca podem ser adotadas Gramáticas formais I Asseguram que programas possam ser executados I Quando decodificados completamente I Possibilita a introdução de viés I Facilita a combinação com outras técnicas I Coeficientes numéricos gerados pelo Método dos Mı́nimos Quadrados Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (35) Inferência de Modelos Inferência de Modelos Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (36) Inferência de Modelos Inferência de Modelos I I A geração automática de novos conhecimentos é uma utopia buscada há tempos pelo homem Passos para uma descoberta cientı́fica I I I I Coletar dados Descobrir (formular) leis (ou teorias) explicatórias Testar as teorias Etapas podem ocorrer ciclicamente descobrir coletar dados testar eureca!!! I Dados I I Observação de eventos “Produção” através de experimentos Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (37) Inferência de Modelos Inferência de Modelos I I A geração automática de novos conhecimentos é uma utopia buscada há tempos pelo homem Passos para uma descoberta cientı́fica I I I I Coletar dados Descobrir (formular) leis (ou teorias) explicatórias Testar as teorias Etapas podem ocorrer ciclicamente descobrir coletar dados testar eureca!!! I Dados I I Observação de eventos “Produção” através de experimentos Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (38) Inferência de Modelos Inferência de Modelos I Inferência de modelos I O objetivo é encontrar uma forma simbólica que explique um dado conjunto de observações (xi , yi ) Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (39) Inferência de Modelos Inferência de Modelos I Inferência de modelos I O objetivo é encontrar uma forma simbólica que explique um dado conjunto de observações (xi , yi ) Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (39) Inferência de Modelos Regressão I Pode ser considerado como identificação de sistemas I Podendo envolver a determinação I Parâmetros numéricos Ex.: f (x ) = a2 x 2 + a1 x + a0 I Estrutura do sistema Ex.: 0 y1 =? .. . 0 ys =? Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (40) Inferência de Modelos Regressão I Ajuste de curvas I I I Encontrar uma função y = f (x ) que melhor se ajuste a um conjunto de observações (xi , yi ), i = 1, 2, . . . , m O objetivo é entender/explicar relações entre as variáveis Uma maneira de se medir a qualidade de tal ajuste é E= m X !1/p |yi − f (xi )| p i=1 sendo o objetivo encontrar a função f (x ) que minimize esta grandeza Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (41) Inferência de Modelos Identificação Paramétrica I Na prática é comum introduzir-se restrições (ou conhecimento prévio) ao problema a fim de torná-lo mais tratável (viés indutivo) I Identificação Paramétrica I Forma da função é especificada a priori e apenas alguns coeficientes a1 , a2 , . . . , an são deixados livres f (x ) = g(x ; a1 , a2 , . . . , an ) I O espaço de busca se reduz a Rn I O objetivo é minimizar a função de n variáveis Ψ(a1 , a2 , . . . , an ) = m X !1/p p |yi − g(xi ; a1 , a2 , . . . , an )| i=1 I O caso em que p = 2 corresponde ao ajuste por mı́nimos quadrados Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (42) Inferência de Modelos Identificação Paramétrica I Uma condição necessária de mı́nimo de Ψ é ∂Ψ =0 ∂ai i = 1, 2, . . . , n originando um sistema de n equações não-lineares I Pode-se utilizar o algoritmo de Newton I I I Explora o conhecimento de que Ψ(x ) é diferenciável Não ocorre, por exemplo, se p = 1 Se f (x ) é uma combinação linear de funções base φi (x ) f (x ) = m X ai φi (x ) i=1 o sistema obtido é linear (se p = 2) Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (43) Inferência de Modelos Regressão I Os modelos podem ser escritos como combinação linear de bases ? I Como definir uma melhor f (x ) para se ajustar aos dados ? I Quais informações podem ser geradas ? I Há como descobrir mais ? Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (44) Inferência de Modelos Regressão I Os modelos podem ser escritos como combinação linear de bases ? I Como definir uma melhor f (x ) para se ajustar aos dados ? I Quais informações podem ser geradas ? I Há como descobrir mais ? Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (44) Inferência de Modelos Regressão I Os modelos podem ser escritos como combinação linear de bases ? I Como definir uma melhor f (x ) para se ajustar aos dados ? I Quais informações podem ser geradas ? I Há como descobrir mais ? Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (44) Inferência de Modelos Regressão I Os modelos podem ser escritos como combinação linear de bases ? I Como definir uma melhor f (x ) para se ajustar aos dados ? I Quais informações podem ser geradas ? I Há como descobrir mais ? Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (44) Inferência de Modelos Regressão I Os modelos podem ser escritos como combinação linear de bases ? I Como definir uma melhor f (x ) para se ajustar aos dados ? I Quais informações podem ser geradas ? I Há como descobrir mais ? Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (44) Inferência de Modelos Identificação Estrutural I A forma, ou estrutura, de f (x ) não é pré-especificada I O espaço de busca é o conjunto de quaisquer funções I I Complexo Exemplo 0 y1 = −1.4y1 y 0 = 1.4y1 − 4.2y2 20 y3 = 4.2y2 I A Evolução Gramatical surge como ferramenta da Inteligência Computacional para esta situação I Programação Genética Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (45) Inferência de Modelos Inferência de Modelos I Inferência de modelos dinâmicos I Uma forma de descrever matematicamente fenômenos fı́sicos ou biológicos é através de um conjunto de equações diferenciais ordinárias (EDOs) I I EDOs descrevem a derivada temporal de uma posição fı́sica (ou concentração quı́mica, etc) como uma função do seu estado corrente O objetivo é encontrar um modelo em equações diferenciais y 0 = f (x , y) que descreva o comportamento dos pares (xi , yi ) observados I I I y = y(x ), i = 1, . . . , m m é o número de pares observados Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (46) Inferência de Modelos Inferência de Modelos I Existem duas formas de se resolver esse problema usando técnicas de regressão simbólica [Schmidt and Lipson, 2009] I I I I Obter uma aproximação ȳi0 ≈ yi0 através de derivação numericamente e encontrar uma representação simbólica para encontrar f (x , y) que minimize a distância entre f (xi , yi ) e ȳi0 Integrar numericamente uma solução candidata dada por uma EDO y 0 = f (x , y) e compará-la com os pares (xi , yi ) observados A segunda opção foi utilizada em [Bernardino and Barbosa, 2010b] I Maior acurácia I Maior custo computacional Ambas ideias foram combinadas em [Bernardino and Barbosa, 2011] Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (47) Inferência de Modelos Inferência de Modelos I A mesma idéia pode ser aplicada a sistemas de EDOs [Bernardino and Barbosa, 2011] I Equações diferenciais ordinárias de ordem superior I Decompõe-se o modelo em um sistema de EDOs de primeira ordem ( y10 = y2 y 00 = f (x , y, y 0 ) ⇒ y20 = f (x , y1 , y2 ) Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (48) Inferência de Modelos Inferência de Modelos I Principais dificuldades I Grande demanda computacional I Dificuldade na relação acurácia/complexidade das soluções Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (49) Inferência de Modelos Inferência de Modelos I Grande demanda computacional Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (50) Inferência de Modelos Inferência de Modelos I Dificuldade na relação acurácia/complexidade das soluções Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (51) Inferência de Modelos Exemplos Exemplos Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (52) Inferência de Modelos Exemplos Exemplo 1 – Equação Diferencial I Recuperar a equação diferencial y 0 = f (x , y) = −6y + 6 a partir das observações (xi , yi ), i = 1, . . . , m I xi são pontos igualmente espaçados no intervalo [0; 10] I yi obtidos da expressão exata do sinal yi = y(xi ) = 1 + e −6xi I A solução candidata f (x , y) é integrada via Runge-Kutta de quarta ordem com passo h = 0.1 I A qualidade de f (x , y) é medida pela discrepância entre o sinal observado e o obtido pela integração Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (53) Inferência de Modelos Exemplos Exemplo 1 – Equação Diferencial 100 Fronteira de Pareto 1 log(erro) 0.01 0.0001 1e-06 1 1e-08 1e-10 2 3 4 5 6 7 profundidade Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (54) Inferência de Modelos Exemplos Exemplo 2 – Reação Quı́mica I Inferir um modelo para a seguinte reação quı́mica HCHO + (NH2 )2 CO → H2 N · CO · NH · CH2 OH H2 N · CO · NH · CH2 OH + (NH2 )2 CO → (NH2 CONH )2 CH2 I Por reações consecutivas, as concentrações de HCHO (y1 ), H2 N · CO · NH · CH2 OH (y2 ) e (NH2 CONH )2 CH2 (y3 ) satisfazem o sistema de EDOs 0 y1 = −1.4y1 y 0 = 1.4y1 − 4.2y2 20 y3 = 4.2y2 I 101 pares de dados com x ∈ [0, 1] condição inicial dada por y(0) = (0.1, 0, 0) I Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (55) Inferência de Modelos Exemplos Exemplo 2 – Reação Quı́mica 0.1 y1 y2 y3 approximated y1 approximated y2 approximated y3 0.08 yi(x) 0.06 0.04 0.02 0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 x Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (56) Inferência de Modelos Exemplos Exemplo 3 – Deformações em Dutos I Inferir uma relação funcional entre os dados de entrada e a deformação longitudinal de membrana em amassamentos I Base de dados com 554 análises usando método de elementos finitos I I I I I I I I diâmetro externo (D) espessura da parede (t) diâmetro do indentador (Φ) profundidade da indentação (d ) tamanho da deformação em 0.5 d (l ) tamanho da deformação em 2% D (L) tensão circunferencial (σθ ) tensão de escoamento do material (σy ) Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (57) Inferência de Modelos Exemplos Exemplo 3 – Deformações em Dutos I Com base em análises prévias realizadas por especialistas as seguintes variáveis adimensionais foram definidas I I I I I I I I x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 = t/D = σθ /σy = d /D = Φ/D = ν, where ν is the Poisson coefficient = ET /E , where E is the Young modulus and ET is a tangent modulus = d /l = d /L Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (58) Inferência de Modelos Exemplos Exemplo 3 – Deformações em Dutos I Com base em análises prévias realizadas por especialistas as seguintes variáveis adimensionais foram definidas I I I I I I I I x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 = t/D = σθ /σy = d /D = Φ/D = ν, where ν is the Poisson coefficient = ET /E , where E is the Young modulus and ET is a tangent modulus = d /l = d /L Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (59) Inferência de Modelos Exemplos Exemplo 3 – Deformações em Dutos Resultados obtidos utilizando gramática que restrigia o espaço de soluções (“cg+s+ls+trad”) Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (60) Conclusões Conclusões Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (61) Conclusões Conclusões I Evolução Gramatical I A implementação é simples I Algoritmo Genético I Gramática formal I Evolui estruturas complexas I Programação Genética I Otimização Multiobjetivo I Computação Paralela Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (62) Conclusões Conclusões I Segundo [Shea, 2012] I I As pesquisas em inteligência artificial focavam em como as máquinas poderiam realizar as tarefas autonomamente Afirma que, frequentemente, a intervenção do especialista é importante Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (63) Conclusões Conclusões I Desafios da automatização da descoberta cientı́fica [Langley, 2002] I A saı́da dos sistemas de descobrimento devem ser facilmente comunicáveis com o domı́nio dos especialistas I Sistemas de descobrimento devem utilizar conhecimento prévio para restringir sua busca I Métodos computacionais para descoberta cientı́fica devem ser capazes de inferir conhecimento de conjuntos de dados pequenos I Sistemas de descobrimento devem produzir modelos que se movem através de estruturas complexas I Sistemas computacionais de descobrimento devem suportar interação com o especialista I I [Džeroski et al., 2007] espera que este torne-se um tópico mais ativo A Evolução Gramatical (e outras técnicas de Programação Genética) tem se mostrado adequadas para esse tipo de aplicação Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (64) Conclusões Conclusões I Desafios da automatização da descoberta cientı́fica [Langley, 2002] I A saı́da dos sistemas de descobrimento devem ser facilmente comunicáveis com o domı́nio dos especialistas I Sistemas de descobrimento devem utilizar conhecimento prévio para restringir sua busca I Métodos computacionais para descoberta cientı́fica devem ser capazes de inferir conhecimento de conjuntos de dados pequenos I Sistemas de descobrimento devem produzir modelos que se movem através de estruturas complexas I Sistemas computacionais de descobrimento devem suportar interação com o especialista I I [Džeroski et al., 2007] espera que este torne-se um tópico mais ativo A Evolução Gramatical (e outras técnicas de Programação Genética) tem se mostrado adequadas para esse tipo de aplicação Heder S. Bernardino Evolução Gramatical (64) Conclusões Obrigado! Evolução Gramatical Heder S. Bernardino Heder S. Bernardino Evolução Gramatical Conclusões Perguntas? Heder S. Bernardino [email protected] Heder S. Bernardino Evolução Gramatical Conclusões Bernardino, H. S. and Barbosa, H. J. (2010a). Grammar-based immune programming. Natural Computing, pages 209–241. Bernardino, H. S. and Barbosa, H. J. (2011). Inferring systems of ordinary differential equations via grammar-based immune programming. In Liò, P., Nicosia, G., and Stibor, T., editors, Artificial Immune Systems, volume 6825 of Lecture Notes in Computer Science, pages 198–211. Springer Berlin / Heidelberg. Bernardino, H. S. and Barbosa, H. J. C. (2009). Solving constrained optimization problems with opt-ainet. Bernardino, H. S. and Barbosa, H. J. C. (2010b). Grammar-based immune programming. Natural Computing. Chomsky, N. (2002). Syntactic Structures. Heder S. Bernardino Evolução Gramatical Conclusões Mouton de Gruyter. Darwin, C. (1859). On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life. Džeroski, S., Langley, P., and Todorovski, L. (2007). Computational Discovery of Scientific Knowledge, chapter Computational Discovery of Scientific Knowledge, pages 1–14. Springer. Harrison, M. (1978). Introduction to Formal Language Theory. Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc., Boston, MA, USA. Langley, P. (2002). Lessons for the computational discovery of scientific knowledge. In Proceedings of First International Workshop on Data Mining Lessons Learned, pages 9–12. O’Neill, M. and Ryan, C. (2003). Heder S. Bernardino Evolução Gramatical Conclusões Grammatical Evolution: Evolutionary Automatic Programming in an Arbitrary Language. Kluwer Academic Publishers. Schmidt, M. and Lipson, H. (2009). Distilling free-form natural laws from experimental data. Science, pages 81–85. Shea, K. (2012). Opening our worlds. Artificial Intelligence for Engineering Design, Analysis and Manufacturing, 26(1):17–17. Heder S. Bernardino Evolução Gramatical