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Heurística

Autor: Leandro Alegsa

28-02-2021

Um heurístico é uma maneira prática de resolver um problema. É melhor que o acaso, mas nem sempre funciona. Uma pessoa desenvolve um heurístico usando inteligência, experiência e senso comum. O julgamento e o erro é o heurístico mais simples, mas um dos mais fracos. Regra de ouro e "palpites educados" são outros nomes para a heurística simples. Uma vez que um heurístico não tem certeza de obter um resultado, sempre há exceções.

Às vezes a heurística é bastante vaga: "olhe antes de pular" é um guia de comportamento, mas "pense sobre as conseqüências" é um pouco mais claro. Às vezes, uma heurística é todo um conjunto de etapas. Quando os médicos examinam um paciente, eles passam por todo um conjunto de testes e observações. Eles podem não descobrir o que está errado, mas dão a si mesmos a melhor chance de sucesso. Isto é chamado de diagnóstico.

Na informática, um 'heurístico' é uma espécie de algoritmo. Algoritmos são escritos para obter uma boa solução para um problema. Um algoritmo heurístico pode normalmente encontrar soluções muito boas, mas não há garantia ou prova de que as soluções estejam corretas. O tempo que leva para executar o algoritmo é outra consideração.

Antecedentes

A heurística é a arte de encontrar uma solução adequada para um problema, utilizando conhecimento limitado e pouco tempo. Mais formalmente, a heurística é baseada na experiência; eles podem acelerar a busca de uma solução usando regras simples. Uma busca completa pode levar muito tempo, ou pode ser muito difícil de ser feita.

Em termos mais precisos, as heurísticas são estratégias que utilizam informações facilmente acessíveis, embora de aplicação livre, para controlar a resolução de problemas em seres humanos e máquinas.

A heurística pode ser usada em alguns campos da ciência, mas não em outros: Para a economia, uma solução com 1% de desconto é freqüentemente aceitável; um telescópio que tenha um erro de um grau é provavelmente inutilizável se for dirigido a um objeto distante. O mesmo telescópio apontado para a janela do outro lado da rua provavelmente tolerará este erro; a falta de um grau não terá um grande impacto em uma curta distância.

A heurística pode ser usada para estimar uma resposta que é então tornada mais clara através de uma solução exata em uma escala muito pequena, talvez para economizar tempo, dinheiro ou mão-de-obra em um projeto - por exemplo, um palpite heurístico sobre o peso que se espera que uma ponte possa ser usada para determinar se a ponte deve ser feita de madeira, pedra ou aço, e quantidades apropriadas do material necessário podem ser adquiridas enquanto o projeto exato da ponte está sendo concluído.

Entretanto, o uso da heurística em certos campos muito técnicos pode ser prejudicial - a informática é um exemplo. Programar um computador para realizar mais ou menos as ações desejadas pode resultar em graves falhas. Portanto, as tarefas do computador geralmente devem ser bastante exatas. Entretanto, existem certas áreas nas quais os computadores podem calcular soluções heurísticas com segurança - por exemplo, a tecnologia de busca do Google depende muito da heurística, produzindo "quase" combinações com uma consulta de busca quando não é possível encontrar uma combinação exata. Isto permite ao usuário corrigir quaisquer erros que a busca produza. Exemplo: Ao pesquisar pelo nome "Peter Smith" e não conseguir encontrar esse nome exato, o mecanismo de busca corresponde heuristicamente a "Pete Smith", e a pessoa que usa o mecanismo de busca deve decidir se Pete e Peter são a mesma pessoa.

Exemplos

Polya

Aqui estão algumas outras heurísticas comumente usadas, do livro de Polya de 1945, How to Solve It (Como resolvê-lo):

Se você estiver tendo dificuldade para entender um problema, tente fazer um desenho.
Se você não conseguir encontrar uma solução, tente assumir que você tem uma solução e ver o que pode derivar disso ("trabalhar para trás").
Se o problema for abstrato, tente examinar um exemplo concreto.
Tente resolver primeiro um problema mais geral: o "paradoxo do inventor": o plano mais ambicioso pode ter mais chances de sucesso.

Problema de embalagem

Um exemplo em que a heurística é útil é um tipo de problema de embalagem. O problema consiste na embalagem de uma série de itens. Há regras que precisam ser respeitadas. Por exemplo, cada item tem um valor e um peso. O problema agora é obter os itens mais valiosos, com o menor peso possível. Outro exemplo é encaixar uma série de itens de tamanhos diferentes em um espaço confinado, como o porta-malas de um carro.

Para obter a solução perfeita para o problema, todas as possibilidades devem ser tentadas. Muitas vezes esta não é uma boa opção, pois experimentá-las leva muito tempo e, em média, metade das possibilidades deve ser tentada até que uma solução seja encontrada. Portanto, o que a maioria das pessoas fará é começar com o maior item, encaixá-lo e depois tentar organizar os outros itens em torno dele. Isto dará uma boa solução, a maior parte do tempo. Há casos, porém, em que tal solução é muito ruim e outra técnica deve ser usada.

Portanto, esta é uma solução heurística.

Exemplo de um problema de embalagem. Este é um problema unidimensional (restrição) de mochila: quais caixas devem ser escolhidas para maximizar a quantidade de dinheiro e manter o peso total abaixo de 15 kg? Um problema multi-dimensional poderia considerar a densidade ou dimensões das caixas, sendo esta última um problema típico de embalagem. (A solução, neste caso, é escolher todas as caixas além da verde).

Perguntas e Respostas

P: O que é uma heurística?

R: Uma heurística é uma maneira prática de resolver um problema que é melhor do que o acaso, mas nem sempre funciona.

P: Como as heurísticas são desenvolvidas?

R: Uma pessoa desenvolve uma heurística usando inteligência, experiência e bom senso.

P: Qual é a heurística mais simples?

R: A heurística mais simples é a tentativa e erro.

P: Quais são os outros nomes para heurística simples?

R: Outros nomes para heurística simples incluem regra prática e "palpites educados".

P: Há sempre exceções à heurística?

R: Sim, como uma heurística não tem certeza de obter um resultado, sempre há exceções.

P: O que é um diagnóstico na área médica?

R: Um diagnóstico é todo um conjunto de etapas que os médicos percorrem ao examinar um paciente para ter a melhor chance de sucesso.

P: O que é uma "heurística" na ciência da computação?

R: Na ciência da computação, uma heurística é um tipo de algoritmo que geralmente pode encontrar soluções muito boas, mas não há garantia ou prova de que as soluções estejam corretas.