Approche qualitative en intelligence artificielle

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Information about Approche qualitative en intelligence artificielle
Technology

Published on November 23, 2009

Author: effrem

Source: slideshare.net

Description

Le document présente une revue des approches qualitatives utilisées en intelligence artificielle pour le résonnement et la représentation de l'espace.

Approche qualitative Jimmy Perron Patrick Pelletier Benjamin Rivalland

Plan général de l’exposé Raisonnement qualitatif Représentation qualitative de l’espace Raisonnement qualitatif spatial Démonstration

Raisonnement qualitatif

Représentation qualitative de l’espace

Raisonnement qualitatif spatial

Démonstration

Raisonnement qualitatif Définition Pourquoi ? Objectifs Différentes approches

Définition

Pourquoi ?

Objectifs

Différentes approches

Raisonnement qualitatif Abstraction d’une réalité Discrétisation des valeurs continues Dérivation des comportements à partir de l’abstraction

Abstraction d’une réalité

Discrétisation des valeurs continues

Dérivation des comportements à partir de l’abstraction

Pourquoi ? Perception humaine qualitative  + naturel de modéliser qualitativement Manque de données quantitatives Traitement des données trop coûteux  Construction d’un modèle quantitatif complet impossible Manque de raisonnement de bon sens {

Perception humaine qualitative

 + naturel de modéliser qualitativement

Manque de données quantitatives

Traitement des données trop coûteux

 Construction d’un modèle quantitatif complet impossible

Manque de raisonnement de bon sens

Objectifs Dégager les modèles qualitatifs des lois physiques, économiques… Prédire des comportements à partir d'une description qualitative Expliciter les relations causales dans les systèmes physiques

Dégager les modèles qualitatifs des lois physiques, économiques…

Prédire des comportements à partir d'une description qualitative

Expliciter les relations causales dans les systèmes physiques

Objectifs Fournir des modèles pour l’IA Fournir des modèles de fonctionnement pour les systèmes experts Combiner les modèles qualitatifs et quantitatifs.

Fournir des modèles pour l’IA

Fournir des modèles de fonctionnement pour les systèmes experts

Combiner les modèles qualitatifs et quantitatifs.

Raisonnement qualitatif Définition Pourquoi ? Objectifs Différentes approches Approche centrée contraintes Approche centrée composants Approche centrée processus Comparaisons & limitations

Définition

Pourquoi ?

Objectifs

Différentes approches

Approche centrée contraintes

Approche centrée composants

Approche centrée processus

Comparaisons & limitations

Approche centrée contraintes Abstraction du système paramètres + contraintes Algorithme QSIM déterminer les transitions légales des états qualitatifs de chacun des paramètres filtre les combinaisons résultantes à l’aide des contraintes calcule incrémentalement les instants limites séquence alternée d'instants et d'intervalles ouverts d'instants consécutifs

Abstraction du système

paramètres + contraintes

Algorithme QSIM

déterminer les transitions légales des états qualitatifs de chacun des paramètres

filtre les combinaisons résultantes à l’aide des contraintes

calcule incrémentalement les instants limites

séquence alternée d'instants et d'intervalles ouverts d'instants consécutifs

États & transitions Exemple : boule de neige lancée vers le haut QS(x,(ti,ti+1)) P QS(x, ti+1) I QS(x, (ti+1,ti+2)) <qval,qdir>  <qval,qdir>  <qval,qdir> <(h,h+1),inc>  <h+1,std>  <(h+1,h),dec> QS(x, ti+2) I QS(x, (ti+2,ti+3)) <(h,h-1),dec>  <(h-1),std>

Exemple : boule de neige lancée vers le haut

QS(x,(ti,ti+1)) P QS(x, ti+1) I QS(x,

(ti+1,ti+2))

<qval,qdir>  <qval,qdir>  <qval,qdir>

<(h,h+1),inc>  <h+1,std>  <(h+1,h),dec>

QS(x, ti+2) I QS(x,

(ti+2,ti+3))

<(h,h-1),dec>  <(h-1),std>

Les contraintes arithmétiques ADD(f, g, h) MULT(f, g, h) MINUS(f, g)

ADD(f, g, h)

MULT(f, g, h)

MINUS(f, g)

Les contraintes fonctionnelles M+(f, g) f(t) = H(g(t)) H'(t) > 0  t   M-(f, g) f(t) = H(g(t)) H'(t) < 0  t

M+(f, g)

f(t) = H(g(t))

H'(t) > 0  t  

M-(f, g)

f(t) = H(g(t))

H'(t) < 0  t

Les contraintes dérivées DERIV(f, g) f'(t) = g(t)  t

DERIV(f, g)

f'(t) = g(t)  t

Approche centrée composants Modèle qualitatif de la physique Composants + connexions Principes : No-function-in-structure Localité Hypothèses de la classe générale

Modèle qualitatif de la physique

Composants + connexions

Principes :

No-function-in-structure

Localité

Hypothèses de la classe générale

Approche centrée composants Comportement dérivé par l’interaction des comportements des composants Notion de causalité

Comportement dérivé par l’interaction des comportements des composants

Notion de causalité

Approche centrée processus Vues individuelles États possibles du système 3 attributs composants de la vue conditions internes ou externes relations entre les composants Processus Vue individuelle Description des influences qui causent les changements d’une quantité

Vues individuelles

États possibles du système

3 attributs

composants de la vue

conditions internes ou externes

relations entre les composants

Processus

Vue individuelle

Description des influences qui causent les changements d’une quantité

Approche centrée processus I+(q, n) q influe positivement sur la quantité n I-(q, n) q influe négativement sur la quantité n I±(q, n) q influence n sans en spécifier le sens

I+(q, n)

q influe positivement sur la quantité n

I-(q, n)

q influe négativement sur la quantité n

I±(q, n)

q influence n sans en spécifier le sens

Approche centrée processus Prédiction Instanciation et activation d'une vue individuelle lorsqu'un ensemble d'individus satisfait les conditions individuelles Changements d’états par des processus Effets sur les composants

Prédiction

Instanciation et activation d'une vue individuelle lorsqu'un ensemble d'individus satisfait les conditions individuelles

Changements d’états par des processus

Effets sur les composants

Comparaisons & limitations Espace des quantités Même espace qualitatif discret Perte d’information  ?! Abstractions différentes Paramètres + contraintes Composants + connexions Vues individuelles

Espace des quantités

Même espace qualitatif discret

Perte d’information  ?!

Abstractions différentes

Paramètres + contraintes

Composants + connexions

Vues individuelles

Comparaisons & limitations Approche centrée contraintes  délaisse la modélisation 2 autres approches modélisation mieux structurée 3è : difficile d’identifier les processus Limitation du raisonnement sur le temps

Approche centrée contraintes 

délaisse la modélisation

2 autres approches

modélisation mieux structurée

3è : difficile d’identifier les processus

Limitation du raisonnement sur le temps

Application pour les SE Heuristiques Limitation dans les explications

Heuristiques

Limitation dans les explications

Systèmes experts de seconde génération Ajout de métaconnaissance Intégration de la causalité

Ajout de métaconnaissance

Intégration de la causalité

Plan général de l’exposé Raisonnement qualitatif Représentation qualitative de l’espace Raisonnement qualitatif spatial

Raisonnement qualitatif

Représentation qualitative de l’espace

Raisonnement qualitatif spatial

Plan de la section Propriétés du monde réel Notion de point de vue Facteurs déterminant la position Topologie Orientation Objets avec extension Extension du modèle

Propriétés du monde réel

Notion de point de vue

Facteurs déterminant la position

Topologie

Orientation

Objets avec extension

Extension du modèle

Le monde à représenter Propriétés de l’espace physique : Continue et homogène Les objets ont une extension positive Concept d’identité Concept de localisation Mouvements possibles : seulement dans les environs de l’objet

Propriétés de l’espace physique :

Continue et homogène

Les objets ont une extension positive

Concept d’identité

Concept de localisation

Mouvements possibles : seulement dans les environs de l’objet

Représentation qualitative Point de vue Point de vue Chaque observateur perçoit différemment la scène A B C

Point de vue

Représentation qualitative « Frame » de référence L’expression d’une position relative comprend : L’objet primaire L’objet de référence Le point de vue

L’expression d’une position relative comprend :

L’objet primaire

L’objet de référence

Le point de vue

Représentation qualitative « Frame » de référence Déictique Décrit la relation à partir de l’observateur Intrinsèque Décrit la relation à partir d’une propriété de l’objet de référence

Déictique

Décrit la relation à partir de l’observateur

Intrinsèque

Décrit la relation à partir d’une propriété de l’objet de référence

Représentation qualitative « Frame » de référence Extrinsèque ou Environnementale Décrit la relation à partir de facteurs externes : Point cardinaux : Nord, Sud, Est, Ouest Mouvement d’un autre objet Direction de la gravité de la terre

Extrinsèque ou Environnementale

Décrit la relation à partir de facteurs externes :

Point cardinaux : Nord, Sud, Est, Ouest

Mouvement d’un autre objet

Direction de la gravité de la terre

Plan de la section Propriétés du monde réel Notion de point de vue Facteurs déterminant la position Topologie Orientation Objets avec extension Extension du modèle

Propriétés du monde réel

Notion de point de vue

Facteurs déterminant la position

Topologie

Orientation

Objets avec extension

Extension du modèle

Facteurs déterminant la position relative d’un objet Relations Topologiques

Relations Topologiques

Relations topologiques Description de la relation entre les contours Ils sont loin Ils sont près Ils se touchent Il se recouvrent L’un est inclus dans l’autre La relation décrivant deux objets égaux n’apparaît pas

Description de la relation entre les contours

Ils sont loin

Ils sont près

Ils se touchent

Il se recouvrent

L’un est inclus dans l’autre

La relation décrivant deux objets égaux n’apparaît pas

Relations topologiques Egenhofer et Franzosa (1991)

Facteurs déterminant la position relative d’un objet Relation d’orientation

Relation d’orientation

Relation d’orientation Orientation de niveau 1  Limitée à 2 orientations : gauche ou droite

Relation d’orientation Orientation de Niveau 3 Beaucoup plus explicite

Orientation de Niveau 3

Beaucoup plus explicite

Relation d’orientation Exemple Lorsqu’on entre dans la pièce, la première chose que nous voyons est une table de billard (B) sur la droite et en face, un tableau (BB). Sur la gauche, à l’arrière d’un paravent (P), il y a un groupe de bureaux (Ds). Un photocopieur (C) sur le côté des bureaux.

Lorsqu’on entre dans la pièce, la première chose que nous voyons est une table de billard (B) sur la droite et en face, un tableau (BB).

Sur la gauche, à l’arrière d’un paravent (P), il y a un groupe de bureaux (Ds).

Un photocopieur (C) sur le côté des bureaux.

Relation d’orientation Exemple <B, [d, r], M> <B, [d, f], BB, {intrinsèque}> <P, [d, l], M> <Ds, [d, b], P> <C, [{d, t}, {r, l}], Ds> Ici nous avons une ambiguïté

<B, [d, r], M>

<B, [d, f], BB, {intrinsèque}>

<P, [d, l], M>

<Ds, [d, b], P>

<C, [{d, t}, {r, l}], Ds>

Ici nous avons une ambiguïté

Plan de la section Propriétés du monde réel Notion de point de vue Facteurs déterminant la position Topologie Orientation Objets avec extension Extension du modèle

Propriétés du monde réel

Notion de point de vue

Facteurs déterminant la position

Topologie

Orientation

Objets avec extension

Extension du modèle

Objets avec extension Avec extension Sans extension Des ambiguïtés peuvent se produire

Objets avec extension Solution 1 Les espaces d’orientation s’entrecoupent

Objets avec extension Solution 2 Un objet peut avoir plus d’une orientation

Objets avec extension Solution 3 Les zones d’orientations se modifient selon la forme de l’objet Cette méthode ne permet pas la superposition des objets

Plan de la section Propriétés du monde réel Notion de point de vue Facteurs déterminant la position Topologie Orientation Objets avec extension Extension du modèle

Propriétés du monde réel

Notion de point de vue

Facteurs déterminant la position

Topologie

Orientation

Objets avec extension

Extension du modèle

Extension du Modèle Taille Distance Forme 2D 3D

Taille

Distance

Forme

2D

3D

Taille A << B : A est beaucoup plus petit que B A -< B : A est modérément plus petit que B A ~< B : A est un peu plus petit que B A == B : A est égal à B A >~ B : A est un peu plus grand que B A >- B : A est modérément plus grand que B A >> B : A est beaucoup plus grand que B

A << B : A est beaucoup plus petit que B

A -< B : A est modérément plus petit que B

A ~< B : A est un peu plus petit que B

A == B : A est égal à B

A >~ B : A est un peu plus grand que B

A >- B : A est modérément plus grand que B

A >> B : A est beaucoup plus grand que B

Distance Très Près Près Loin Très loin A est près de R B est loin de A  B est loin de R R A B

Très Près

Près

Loin

Très loin

A est près de R

B est loin de A

 B est loin de R

Formes 2D Formes primitives Cercle Rectangle Triangle Ces formes peuvent être transformées : Représentation axiale Angle de croisement des axes Position de l’intersection des axes

Formes primitives

Cercle

Rectangle

Triangle

Ces formes peuvent être transformées :

Représentation axiale

Angle de croisement des axes

Position de l’intersection des axes

Formes 2D

Formes 3D Composées de plusieurs formes 2D Relations entre les primitives qui composent l’objet  qualitatif

Composées de plusieurs formes 2D

Plan général de l’exposé Raisonnement qualitatif Représentation qualitative de l’espace Raisonnement qualitatif spatial

Raisonnement qualitatif

Représentation qualitative de l’espace

Raisonnement qualitatif spatial

Plan de la section Composition de relations spatiales Transformation entre « frames » de références Composition de relations topologiques Composition de relations d'orientations Composition de relation topologique / orientation Raisonnement à partir de relations Classification des verbes Classifications antérieurs Les verbes de déplacement

Plan de la section

Composition de relations spatiales

Transformation entre « frames » de références

Composition de relations topologiques

Composition de relations d'orientations

Composition de relation topologique / orientation

Raisonnement à partir de relations

Classification des verbes

Classifications antérieurs

Les verbes de déplacement

Composition de relations spatiales Transformation entre frames de références L’orientation de l’objet parent peut être intrinsèque, extrinsèque ou déictique. La « frame » de référence implicite est donné par l’orientation de l’objet parent.

Transformation entre frames de références

L’orientation de l’objet parent peut être intrinsèque, extrinsèque ou déictique.

La « frame » de référence implicite est donné par l’orientation de l’objet parent.

Composition de relations spatiales Composition de relations topologiques

Composition de relations topologiques

Composition de relations spatiales Composition de relations d'orientations A[]B B[]C b lb l lf f rf r rb b {b} {b,lb} {b,lb,l} {b,lb,l,lf} { ?} {b,rb,r,rf} {b,rb,r} {b,rb} lb {lb,b} {lb} {lb,l} {lb,l,lf} {lb,l,lf,f} { ?} {lb,b,rb,r} {lb,b,rb} l {l,lb,b} {l,lb} {l} {l,lf} {l,lf,f} {l,lf,f,rf} { ?} {l,lb,b,rb} lf {lf,l,lb,b} {lf,l,lb} {lf ,l} {lf} {lf,f} {lf,f,rf} {lf,f,rf,r} { ?} f { ?} {f,lf,l,lb} {f,lf,l} {f,lf} {f} {f,rf} {f,rf,r} {f,rf,r,rb} rf {rf,r,rb,b} { ?} {rf,f,lf,l} {rf,f,lf} {rf,f} {rf} {rf,r} {rf,r,rb} r {r,rb,b} {r,rb,b,lb} { ?} {r,rf,f,lf} {r,rf,f} {r,rf} {r} {r,rb} rb {rb,b} {rb,b,lb} {rb,b,lb,l} { ?} {rb,r,rf,f} {rb,r,rf} {rb,r} {rb}

Composition de relations d'orientations

Composition de relations spatiales Composition de relations topologique/orientation

Composition de relations topologique/orientation

Composition de relations spatiales Composition de relations topologique/orientation A[]B B[]C [t,b] [t,l] [t,f] [t,r] [d,b] [d,b] [{d,t,o},{b,l}] [{d,t,o},{l,b,r}] [{d,t,o},{b,r}] [d,l] [{d,t,o},{l,b}] [d,l] [{d,t,o},{l,f}] [{d,t,o},{l,f,b}] [d,f] [{d,t,o},{l,f,r}] [{d,t,o},{l,f}] [d,f] [{d,t,o},{f,r}] [d,r] [{d,t,o},{r,b}] [{d,t,o},{r,f,b}] [{d,t,o},{f,r}] [d,r]

Composition de relations topologique/orientation

Composition de relations spatiales Composition de relations topologique/orientation E E E C D E D A C

Composition de relations topologique/orientation

Composition de relations spatiales Raisonnement à partir de relations La table (T) est au niveau de la fenêtre (F) Devant la table il y a une chaise (C) Une étagère est placé à côté de la table (E) <T, [t, f], F> <C, {[d, f], [t, f]}, T> <E, {[d, l], [d, r]}, T>

Raisonnement à partir de relations

La table (T) est au niveau de la fenêtre (F)

Devant la table il y a une chaise (C)

Une étagère est placé à côté de la table (E)

<T, [t, f], F>

<C, {[d, f], [t, f]}, T>

<E, {[d, l], [d, r]}, T>

Composition de relations spatiales Raisonnement à partir de relations R 1 TF R 1 EF R 1 CF R 1 ET R 1 CT

Raisonnement à partir de relations

Composition de relations spatiales Raisonnement à partir de relations R 1 CT R 1 CF R 2 ET R 1 TF R 1 EC R 1 ET R 1 EF R 2 EF

Raisonnement à partir de relations

Composition de relations spatiales Raisonnement à partir de relations R 1 CT R 1 CF R 2 ET R 1 TF R 1 EC R 1 ET R 1 EF R 2 EF

Raisonnement à partir de relations

Composition de relations spatiales Raisonnement à partir de relations R 1 ET R 1 CT R 1 ET R 1 EF

Raisonnement à partir de relations

Plan de la section Composition de relations spatiales Transformation entre « frames » de références Composition de relations topologiques Composition de relations d'orientations Composition de relation topologique / orientation Raisonnement à partir de relations Classifications des verbes Classifications antérieurs Les verbes de déplacement

Plan de la section

Composition de relations spatiales

Transformation entre « frames » de références

Composition de relations topologiques

Composition de relations d'orientations

Composition de relation topologique / orientation

Raisonnement à partir de relations

Classifications des verbes

Classifications antérieurs

Les verbes de déplacement

Classifications des verbes Classifications antérieures Mouvement positionnel (ex arriver) Forme de mouvement (ex zigzaguer) Evolution (accélérer) Changement de lieu Changement de position Changement de posture (ex s'asseoir) accomplissement et achèvement (pour exprimer des constructions progressives) Jayes (1993) Asher et Sablayrelles (1995)

Classifications antérieures

Mouvement positionnel (ex arriver)

Forme de mouvement (ex zigzaguer)

Evolution (accélérer)

Changement de lieu

Changement de position

Changement de posture (ex s'asseoir)

accomplissement et achèvement

(pour exprimer des constructions progressives)

Classifications des verbes Les verbes de déplacement La polarité Initial (quitter, évacuer) : I Médiane (arpenter, traverser, franchir, approcher) : M Finale (atteindre, envahir) : F Relations de localisations Interne : I Contact : C Spécifique : S Neutre : N

Les verbes de déplacement

La polarité

Initial (quitter, évacuer) : I

Médiane (arpenter, traverser, franchir, approcher) : M

Finale (atteindre, envahir) : F

Relations de localisations

Interne : I

Contact : C

Spécifique : S

Neutre : N

Classifications des verbes Les verbes de déplacement Le transitionnel (+ / -)

Les verbes de déplacement

Le transitionnel (+ / -)

Classifications des verbes Les verbes de déplacement Structure de données évacuer event ARG1 : cible Event_Str ARG2 : site procès : évacuer polarité : initiale Mvt_Str loc. rel. : interne transitionnel +

Les verbes de déplacement

Structure de données

évacuer

event

ARG1 : cible

Event_Str ARG2 : site

procès : évacuer

polarité : initiale

Mvt_Str loc. rel. : interne

transitionnel +



Classifications des verbes Les verbes de déplacement Structure de données Pour les verbes médian : monter polarité : médian Mvt_Str loc. rel. : [spécifique [ tupe : <le_bas_de, le_haut_de>] transitionnel +

Les verbes de déplacement

Structure de données

Pour les verbes médian :

monter

polarité : médian

Mvt_Str loc. rel. : [spécifique [ tupe :

<le_bas_de, le_haut_de>]

transitionnel +



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