2010: Computação Natural e Aplicações

Computação Natural e Computação Natural e AplicaçõesAplicações

NATCOMP – From Nature to BusinessNATCOMP – From Nature to Business

TUILUX – Inteligência em RecomendaçãoTUILUX – Inteligência em Recomendação

LCoN, PPGEE – MackenzieLCoN, PPGEE – MackenzieLeandro Nunes de Castro ([email protected])

Fones: (13) 3797 1003; (13) 8126 1184

Leandro Nunes de CastroLeandro Nunes de Castro

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““Imagine uma computação inspirada na Imagine uma computação inspirada na natureza, na qual cérebros, insetos, sistemas natureza, na qual cérebros, insetos, sistemas imunológicos e cromossomos são usados para imunológicos e cromossomos são usados para construir algoritmos de solução para construir algoritmos de solução para problemas complexos; imagine o uso da problemas complexos; imagine o uso da computação para sintetizar fenômenos da computação para sintetizar fenômenos da natureza, como montanhas, plantas, nuvens e natureza, como montanhas, plantas, nuvens e animais; imagine uma computação com animais; imagine uma computação com moléculas ou elétrons ... Agora pare de moléculas ou elétrons ... Agora pare de imaginar e Seja Bem Vindo à Computação imaginar e Seja Bem Vindo à Computação Natural!”Natural!”

(Computação Natural: Uma Jornada Ilustrada, L. N. de Castro, Livraria da Física, 2010)(Computação Natural: Uma Jornada Ilustrada, L. N. de Castro, Livraria da Física, 2010)


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• Parte I: Introdução a Computação Natural– O que é Computação Natural?– Quando usá-la?

• Parte II: Algumas Abordagens de Computação Natural– Redes Neurais, Sistemas Imunológicos Artificiais, Inteligência de

Enxame

• Parte III: Computação Natural Aplicada à Industria– Case 1: Siderurgia– Case 2: Planejamento Operacional e Logística para Meio-Ambiente

• Parte IV: Computação Natural em Aplicações Web– Case 3: Aplicação em Redes Sociais– Case 4: Aplicação em Comércio Eletrônico

• Parte V: Discussão Final– Os Grandes Desafios da Computação– Perspectivas

Agenda


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Linha de pesquisa que, baseada ou Linha de pesquisa que, baseada ou inspirada na natureza, permite o inspirada na natureza, permite o desenvolvimento de novas ferramentas de desenvolvimento de novas ferramentas de computação para a solução de problemas computação para a solução de problemas complexos; resulta na síntese de complexos; resulta na síntese de fenômenos (formas e comportamentos) fenômenos (formas e comportamentos) naturais; e utiliza matéria-prima natural naturais; e utiliza matéria-prima natural para o desenvolvimento de novas formas para o desenvolvimento de novas formas de computar.de computar.

Parte I: Introdução a Computação NaturalO Que é Computação Natural?


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Em problemas complexos: muitas Em problemas complexos: muitas variáveis, muitas soluções, ambientes variáveis, muitas soluções, ambientes dinâmicos, problemas não-lineares, etc.dinâmicos, problemas não-lineares, etc.

Não é possível garantir otimalidade;Não é possível garantir otimalidade;Não é possível modelar o problema, mas Não é possível modelar o problema, mas

há histórico;há histórico;Modelagem realística e de baixo custo da Modelagem realística e de baixo custo da

natureza;natureza;Desejarmos ou precisarmos ir além dos Desejarmos ou precisarmos ir além dos

limites da tecnologia computacional atual.limites da tecnologia computacional atual.

Parte I: Introdução a Computação NaturalQuando Usar a Computação Natural?


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k

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jjkjkk bxwfufy

1

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ym+1 = fm+1 (Wm+1ym + bm+1)

Parte II: Abordagens de Computação NaturalRedes Neurais Artificiais (RNAs)


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while t < max_it do, for j from 1 to N do, i vet_permut(j) i(x) arg minj ||xi wj(t)|| hji(x) = exp(||rj ri(x)||2/22) wi(t+1) = wi(t) + (t) hji(x)(t) [x(t) wi(t)] end for reduce() reduce() t t + 1end while

Parte II: Abordagens de Computação NaturalRNAs: Um Modelo do Córtex


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Parte II: Abordagens de Computação NaturalRNAs: Uma Aplicação em Categorização de Veículos


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Inteligência de Enxame

(c)

(a)

(b)

Parte II: Abordagens de Computação NaturalInteligência de Enxame


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casos outros0

se][η.)]([τ

][η.)]([τ

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casos outros0

)(),( se)(/)(τ

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Parte II: Abordagens de Computação NaturalIE: Um Modelo de Forrageamento

Baseado em Baseado em Teoria dos GrafosTeoria dos Grafos


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Parte II: Abordagens de Computação NaturalIE: Uma Aplicação em Logística


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Seleção ClonalSeleção Clonal

Rede ImunológicaRede Imunológica

Parte II: Abordagens de Computação NaturalSistemas Imunológicos Artificiais (SIA)

O Sistema Imunológico é o mecanismo de defesa O Sistema Imunológico é o mecanismo de defesa contra ataques de microorganismos causadores de contra ataques de microorganismos causadores de doenças, mas também contribui para a homeostasedoenças, mas também contribui para a homeostasedo organismodo organismo


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Parte II: Abordagens de Computação NaturalSIA: Um Modelo de Rede Imunológica

Parte II: Abordagens de Computação NaturalSIA: Uma Aplicação em Navegação Autônoma de Robôs 14/35

• Sublança para medir o teor de carbono e temperatura do aço durante o sopro de oxigênio e retirar uma amostra para análise da composição química do aço.

Parte III: Computação Natural Aplicada à IndústriaSiderurgia: Análise de Fim de Sopro

http://www.youtube.com/watch?v=9zDa_mEI0N0&feature=related

• Medição e amostragem realizada de 2 a 3 minutos antes do final de sopro, fazendo com que modelos matemáticos baseados nesta informação estimem a composição química.

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Método capaz de prever os principais elementos Método capaz de prever os principais elementos (carbono, manganês, fósforo e enxofre) da (carbono, manganês, fósforo e enxofre) da análise de final de sopro sem utilizar os análise de final de sopro sem utilizar os resultados da amostra da sublançaresultados da amostra da sublança..

Parte III: Computação Natural Aplicada à IndústriaSiderurgia: Solução baseada em RNA


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O modelo matemático depende da análise da O modelo matemático depende da análise da sublança.sublança.

Redução do tempo de espera entre o recebimento Redução do tempo de espera entre o recebimento do resultado da análise do laboratório e a execução do resultado da análise do laboratório e a execução do modelo de vazamento e pesagem das ferroligas. do modelo de vazamento e pesagem das ferroligas.

Antecipação do vazamento (fim de tratamento nos Antecipação do vazamento (fim de tratamento nos conversores).conversores).

Padronização do conhecimento entre os Padronização do conhecimento entre os operadores.operadores.

Redução do tempo de tratamento do conversor de Redução do tempo de tratamento do conversor de 31 para 29 minutos.31 para 29 minutos.

Aumento da produção em até 10.630 toneladas de Aumento da produção em até 10.630 toneladas de aço por anoaço por ano.**.**

Parte III: Computação Natural Aplicada à IndústriaSiderurgia: Resultados e Benefícios


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• Três Etapas para Automação:Três Etapas para Automação:– Planejamento Mensal de AmostragemPlanejamento Mensal de Amostragem– Planejamento Diário de AmostragemPlanejamento Diário de Amostragem– Logística de AmostragemLogística de Amostragem

Parte III: Computação Natural Aplicada à IndústriaMeio Ambiente: Planejamento e Logística


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Planejamento Mensal de Amostragem:Planejamento Mensal de Amostragem: Planejamento Diário de AmostragemPlanejamento Diário de Amostragem

Redes Neurais + Sistema Imunológico Artificial + Redes Neurais + Sistema Imunológico Artificial + Método Exato de Busca LocalMétodo Exato de Busca Local

Logística de AmostragemLogística de AmostragemAlgoritmo de Inteligência de Enxame + Método Exato Algoritmo de Inteligência de Enxame + Método Exato

de Busca Localde Busca Local

Parte III: Computação Natural Aplicada à IndústriaPLANAM: Solução baseada em Computação Natural

http://www.youtube.com/watch?v=n0t9rV16F2s&feature=related


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Parte III: Computação Natural Aplicada à IndústriaPLANAM em Operação


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Levantamento operacional de todo o processo Levantamento operacional de todo o processo de Programação de Amostragem (PA) e de Programação de Amostragem (PA) e desenvolvimento de uma solução desenvolvimento de uma solução computacional para a automação e computacional para a automação e otimização da PA.otimização da PA.

Redução de custo do planejador em 25%.Redução de custo do planejador em 25%.Redução de custo com combustível, tempo de Redução de custo com combustível, tempo de

amostragem, etc. de 8,4%amostragem, etc. de 8,4%..Redução da emissão de carbono na Redução da emissão de carbono na

atmosfera, gerando créditos de carbono para atmosfera, gerando créditos de carbono para a empresa.a empresa.

Parte III: Computação Natural Aplicada à IndústriaPLANAM: Resultados e Benefícios


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“Muitas vezes as pessoas só sabem o que querem depois que você mostra a elas.”

“Estamos saindo da era da Informação e entrando na era da

Recomendação.”

Steve Jobs

Cris Anderson, no livro “A Cauda Longa”

90% dos consumidores confiam em recomendações.

41% dos comerciantes afirmam que a recomendação

personalizada aumenta em até 40% as vendas e 25% as vendas cruzadas.

Parte IV: Computação Natural em Aplicações WebFerramentas de Recomendação: Importância


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Como identificar automaticamente Como identificar automaticamente produtos e serviços interrelacionados?produtos e serviços interrelacionados?

Como fazer gestão do conhecimento (p. Como fazer gestão do conhecimento (p. ex., em redes sociais ou coorporativas)?ex., em redes sociais ou coorporativas)?

Como identificar usuários com perfis Como identificar usuários com perfis similares?similares?

Como entender o comportamento de cada Como entender o comportamento de cada usuário e usar esse conhecimento para usuário e usar esse conhecimento para gerar resultados?gerar resultados?

Como prever consumo, fraudes, etc.?Como prever consumo, fraudes, etc.?

Parte IV: Computação Natural em Aplicações WebQuestões Importantes na Web


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Usando técnicas baseadas em Usando técnicas baseadas em computação natural, estatística, computação natural, estatística, programação matemática, análise programação matemática, análise multivariada de dados, mineração de multivariada de dados, mineração de dados, web semântica, etc.dados, web semântica, etc.

Em todos os casos deve ser possível Em todos os casos deve ser possível descobrir conhecimento útil, não-trivial e descobrir conhecimento útil, não-trivial e que seja relevante sob o ponto de vista de que seja relevante sob o ponto de vista de automação e tomada de decisão automação e tomada de decisão estratégica do seu e-business.estratégica do seu e-business.

Parte IV: Computação Natural em Aplicações WebAlgumas Respostas


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São ferramentas computacionais capazes de São ferramentas computacionais capazes de extrair conhecimento de um ambiente web extrair conhecimento de um ambiente web (p. ex., loja virtual, rede social, portal de (p. ex., loja virtual, rede social, portal de conteúdo, etc.) e sugerir (recomendar) conteúdo, etc.) e sugerir (recomendar) ações (p. ex., produtos, serviços, ações (p. ex., produtos, serviços, navegação, parceiro, candidato, etc.) para navegação, parceiro, candidato, etc.) para os usuários de forma que eles sejam os usuários de forma que eles sejam capazes de filtrar o excesso de dados capazes de filtrar o excesso de dados disponível (e as vezes retornado por disponível (e as vezes retornado por motores de busca).motores de busca).

Parte IV: Computação Natural em Aplicações WebFerramentas de Recomendação: O Que São


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Vendas cruzadas.Vendas cruzadas.Aumento de vendas e tíquete médio.Aumento de vendas e tíquete médio.Retenção de usuários em lojas virtuais ou Retenção de usuários em lojas virtuais ou

redes sociais.redes sociais.Consolidação da marca/portal/loja.Consolidação da marca/portal/loja.Melhor experiência do usuário.Melhor experiência do usuário.Redução de intervenção manual na Redução de intervenção manual na

loja/site.loja/site.Marketing direcionado.Marketing direcionado.

Parte IV: Computação Natural em Aplicações WebBenefícios da Recomendação


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Parte IV: Computação Natural em Aplicações WebCases de Sucesso: Recomendação em Redes Sociais


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Parte IV: Computação Natural em Aplicações WebCases de Sucesso: Recomendação em Redes Sociais

“O número de acessos por páginas aumentou, assim como o tempo de permanência por página. Os usuários estão clicando na aba de recomendações e conhecendo novos filmes.”

Marcus Mansur/Diretor do CineMenuMarcus Mansur/Diretor do CineMenu

25% de filmes únicos recomendados clicados25% de filmes únicos recomendados clicadosMais de 300 mil recomendações em seis mesesMais de 300 mil recomendações em seis mesesRedução de 56% nas Entregas CanceladasRedução de 56% nas Entregas CanceladasAumento de até 13,75% nas “vendas”Aumento de até 13,75% nas “vendas”Conversão da recomendação até 8,2 vezes maior que a Conversão da recomendação até 8,2 vezes maior que a conversão sem recomendaçãoconversão sem recomendação


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Parte IV: Computação Natural em Aplicações WebFerramentas de Recomendação


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Parte IV: Computação Natural em Aplicações WebOportunidades Desperdiçadas


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Parte IV: Computação Natural em Aplicações WebCases de Sucesso: Recomendação em eCommerce

Até 20% de aumento Até 20% de aumento de vendasde vendasMais de 90 mil rec. Mais de 90 mil rec. em 4 mesesem 4 mesesConversão da Conversão da recomendação até 3,2 vezes maior que a conversão sem recomendação até 3,2 vezes maior que a conversão sem recomendaçãorecomendação


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Planejamento de marketingPlanejamento de marketing Planejamento operacional, inclusive logísticoPlanejamento operacional, inclusive logístico Planejamento de promoçõesPlanejamento de promoções Sugestão de produtos, serviços, contatos, redes, Sugestão de produtos, serviços, contatos, redes,

conteúdo, etc.conteúdo, etc. Detecção de fraudesDetecção de fraudes Behavioral targetingBehavioral targeting Filtragem colaborativaFiltragem colaborativa

Parte V: Discussão e PerspectivasAplicações Potenciais


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Seminário “Grandes Desafios de Pesquisa em Seminário “Grandes Desafios de Pesquisa em Computação no Brasil” 2006 – 2016 (SP, maio Computação no Brasil” 2006 – 2016 (SP, maio 2006).2006).

ObjetivosObjetivos: Definir questões de pesquisa que : Definir questões de pesquisa que serão importantes para a ciência e para o país serão importantes para a ciência e para o país no longo prazo. Questões centrais que geram no longo prazo. Questões centrais que geram pesquisas capazes de produzir avanços pesquisas capazes de produzir avanços significativos no campo científico, com significativos no campo científico, com aplicações sociais e tecnológicas de grande aplicações sociais e tecnológicas de grande valor.valor.

Parte V: Discussão e PerspectivasOs Grandes Desafios da Computação


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Gestão da Informação em grandes volumes de Gestão da Informação em grandes volumes de dados multimídia distribuídosdados multimídia distribuídos

Modelagem computacional de sistemas Modelagem computacional de sistemas complexos artificiais, naturais e socioculturais complexos artificiais, naturais e socioculturais e da interação homem-naturezae da interação homem-natureza

Impactos para a área da computação da transição Impactos para a área da computação da transição do silício para novas tecnologiasdo silício para novas tecnologias

Acesso participativo e universal do cidadão Acesso participativo e universal do cidadão brasileiro ao conhecimentobrasileiro ao conhecimento

Desenvolvimento tecnológico de qualidade: Desenvolvimento tecnológico de qualidade: sistemas disponíveis, corretos, seguros, sistemas disponíveis, corretos, seguros, escalados, persistentes e ubíquosescalados, persistentes e ubíquos

Parte V: Discussão e PerspectivasOs Grandes Desafios da Computação


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Parte V: Discussão e PerspectivasReferências


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Muito Obrigado!Muito Obrigado!

Leandro Nunes de [email protected]

[email protected]

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