Programa de computador mimetiza evolução humana

16/08/2012

Por Karina Toledo

Agência FAPESP – Árvores de Decisão são ferramentas computacionais que conferem às máquinas a capacidade de fazer previsões com base na análise de dados históricos. A técnica pode, por exemplo, auxiliar o diagnóstico médico ou a análise de risco de aplicações financeiras.

Mas, para ter a melhor previsão, é necessário o melhor programa gerador de Árvores de Decisão. Para alcançar esse objetivo, pesquisadores do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da Universidade de São Paulo (USP), em São Carlos, e do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT) da Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), em São José dos Campos, se inspiraram na teoria evolucionista de Charles Darwin.
“Desenvolvemos um algoritmo evolutivo, ou seja, que mimetiza o processo de evolução humana para gerar soluções”, disse Rodrigo Coelho Barros, doutorando do Laboratório de Computação Bioinspirada (BioCom) do ICMC e bolsista da FAPESP.
A computação evolutiva, explicou Barros, é uma das várias técnicas bioinspiradas, ou seja, que buscam na natureza soluções para problemas computacionais. “É notável como a natureza encontra soluções para problemas extremamente complicados. Não há dúvidas de que precisamos aprender com ela”, disse Barros.
Segundo Barros, o software desenvolvido em seu doutorado é capaz de criar automaticamente programas geradores de Árvores de Decisão. Para isso, faz cruzamentos aleatórios entre os códigos de programas já existentes gerando “filhos”.

“Esses ‘filhos’ podem eventualmente sofrer mutações e evoluir. Após um tempo, é esperado que os programas de geração de Árvores de Decisão evoluídos sejam cada vez melhores e nosso algoritmo seleciona o melhor de todos”, afirmou Barros.
Mas enquanto o processo de seleção natural na espécie humana leva centenas ou até milhares de anos, na computação dura apenas algumas horas, dependendo do problema a ser resolvido. “Estabelecemos cem gerações como limite do processo evolutivo”, contou Barros.

Inteligência artificial

Em Ciência da Computação, é denominada heurística a capacidade de um sistema fazer inovações e desenvolver técnicas para alcançar um determinado fim.
O software desenvolvido por Barros se insere na área de hiper-heurísticas, tópico recente na área de computação evolutiva que tem como objetivo a geração automática de heurísticas personalizadas para uma determinada aplicação ou conjunto de aplicações.
“É um passo preliminar em direção ao grande objetivo da inteligência artificial: o de criar máquinas capazes de desenvolver soluções para problemas sem que sejam explicitamente programadas para tal”, detalhou Barros.
O trabalho deu origem ao artigo A Hyper-Heuristic Evolutionary Algorithm for Automatically Designing Decision-Tree Algorithms, premiado em três categorias na Genetic and Evolutionary Computation Conference (GECCO), maior evento da área de computação evolutiva do mundo, realizado em julho na Filadélfia, Estados Unidos.

Além de Barros, também são autores do artigo os professores André Carlos Ponce de Leon Ferreira de Carvalho, orientador da pesquisa no ICMC, Márcio Porto Basgalupp, da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), e Alex Freitas, da University of Kent, no Reino Unido, que assumiu a co-orientação.
Os resultados do artigo premiado são, também, resultado do projeto de pesquisa "Programação Genética para evolução de algoritmos de indução de árvores de decisão", conduzido por Basgalupp com apoio da FAPESP por meio do Programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes.

Os autores foram convidados a submeter o artigo para a revista Evolutionary Computation Journal, publicada pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). “O trabalho ainda passará por revisão, mas, como foi submetido a convite, tem grande chance de ser aceito”, disse Barros.
A pesquisa, que deve ser concluída somente em 2013, também deu origem a um artigo publicado a convite no Journal of the Brazilian Computer Society, após ser eleito como melhor trabalho no Encontro Nacional de Inteligência Artificial de 2011.

Outro artigo, apresentado na 11ª International Conference on Intelligent Systems Design and Applications, realizada na Espanha em 2011, rendeu convite para publicação na revista Neurocomputing.