Adquisición

del

Conocimiento

(2010/2011)

Luis Valencia Cabrera

lvalencia@us.es

(http://www.cs.us.es/~lvalencia)

Ciencias de la Computacion e IA

(http://www.cs.us.es/)

Universidad de Sevilla

Introducción

Técnicas de adquisición

Enfoques

Tipos de conocimiento

Método estructurado

Ejemplo

Índice

Paradoja de la experiencia “El éxito de los científicos, y puede

extenderse a cualquier verdadero experto, depende básicamente de un conocimiento tácito; es decir, el adquirido a través de la práctica y la experiencia, y no puede expresarse de manera implícita”. (Polanyi)

La paradoja de la experiencia:

Los expertos más competentes son incapaces de describir el conocimiento que usan para resolver los problemas

Mecanización La Ingeniería del Conocimiento ofrece una

alternativa al azaroso y artesanal proceso de construir y mejorar las bases de conocimiento mecanizando en la medida de lo posible esta tarea.

Tres pasos: El usuario genera una representación formal básica del

conocimiento que va a incorporarse a la base de conocimiento

A continuación, un asistente informático toma la información contenida en esa representación, la analiza y agrupa en distintas categorías.

Por último, estas categorías se comparan frente a la base de conocimientos existente y genera expectativas.

Dificultades Obtención del conocimiento mediante la interacción

directa con el experto. La interacción consiste en una serie prolongada de

intensas y sistemáticas entrevistas. Raramente es efectivo preguntar al experto directamente

acerca de qué reglas o métodos usa para resolver un tipo de problema particular en el dominio.

Los elementos del conocimiento básico se le suponen y los combina tan rápidamente que es difícil describir el proceso.

Cuando un experto examina un problema, no puede articular fácilmente cada paso y puede incluso ignorar cada uno de los pasos individuales dados para alcanzar una solución.

Técnicas de adquisición (I) El conocimiento de un experto parece compilado,

es decir, rehecho y reducido a una forma mínima y eficiente, que lo hace más difícil de extraer.

Sin embargo, cuando los expertos se enfrentan con situaciones nuevas, se comportan como novatos inteligentes. Tienden a aplicar principios generales y procesos deductivos que proporcionan enlaces causales entre varias etapas de una sucesión de sub-problemas.

Método del protocolo:

Presentar situaciones nuevas, tal vez sugeridas por otro experto, y anotar el proceso que sigue el experto para resolver el problema.

Técnicas de adquisición (II) Método inductivo:

El ordenador induce procedimientos de solución generales a partir de soluciones dadas por los expertos a casos particulares.

Aprendizaje automático

El dominio del conocimiento puede caracterizarse a través de ejemplos de soluciones dadas por el experto humano.

El ejemplo humano puede dar esos ejemplos en función de los atributos o los descriptores que llevan a la solución.

Técnicas de adquisición (III) Método experimental:

Observar al experto resolviendo problemas realistas, siendo cuidadoso en no decir o hacer algo que pueda influenciar el enfoque del experto en resolver el problema.

Un enfoque común es usar protocolos de pensamiento en voz alta para probar los mecanismos de solución de problemas.

Tales protocolos pueden proporcionar información acerca de la organización de la base de conocimientos del experto, el conocimiento real que contiene y las estructuras de control empleadas para aplicar selectivamente ese conocimiento.

Después de terminar la sesión, el protocolo es analizado, posiblemente con la ayuda del experto.

Técnicas de adquisición (IV)

Método intuitivo:

El ingeniero del conocimiento estudia o interactúa con los expertos y la literatura del campo con el fin de familiarizarse con sus principales métodos de solución de problemas, llegando a convertirse en un pseudo-experto.

Actuando de esta manera, el investigador desarrolla una representación de la experiencia que luego es verificada frente a la opinión de otros expertos y eventualmente incorporada en un programa.

Enfoques (I) Enfoques para la extracción y verificación del

conocimiento:

Observación pasiva.

Disección del problema. La meta es determinar de qué manera el experto: organiza el conocimiento acerca de cada

problema

representa los conceptos e hipótesis

maneja el conocimiento y los datos inconsistentes, inexactos o imprecisos relativos al problema.

Enfoques (II) Entre las cuestiones que pueden surgir, están:

¿En qué difiere el problema en curso de solución de los problemas típicos en el dominio?

¿Qué tipos de datos necesita el problema?

¿Qué tipos de soluciones son adecuadas para el problema?

¿Puede el problema reducirse a sub-problemas?

¿Qué clase de conocimiento se necesita para solucionar el problema?

¿Qué constituye una adecuada explicación o justificación de la solución del problema?

Enfoques (III) Descripción del problema.

Descripción de un problema típico para cada categoría importante que pueda surgir. Funciona particularmente bien para problemas de diagnóstico médico y mecánico.

Análisis del problema. Se le pide al experto que resuelva una serie de problemas,

probando el razonamiento a medida que se resuelven los problemas. Debe resolver problemas realistas, describiendo el proceso de solución en voz alta y dando los pasos intermedios. El ingeniero del conocimiento cuestiona cada paso para determinar la razón fundamental de cada uno.

Otros enfoques: Refinamiento del sistema Examen del sistema Validación del sistema

Tipos de conocimiento La clasificación del conocimiento en base a un

principio general es una tarea difícil. Una aproximación puede ser:

Conocimiento de conceptos. Se describen las principales entidades y relaciones del

dominio.

Conocimiento de procedimientos rutinarios. Son técnicas estándar y procedimientos de trabajo.

Heurísticas. Reglas prácticas utilizadas en la realización de tareas.

Conocimiento clasificatorio. Distinción fina entre conceptos similares.

Método estructurado de

adquisición de conocimiento por

etapas

Inicial: observar el trabajo del experto e influir lo menos posible. Es bastante similar a la investigación antropológica. A continuación el trabajo del experto es analizado conjuntamente por el ingeniero y el experto.

Metodológica: El conocimiento y las reglas recopiladas en la 1ª etapa son colocadas en distintas partes del proceso de diseño. Se necesita una metodología para el diseño global del sistema.

Estructurada: Al romper el diseño en etapas, el trabajo se puede realizar en paralelo sobre cada una de las etapas. Para cada etapa se define un posible formato de entrada y salida.

Evaluación: Después de implementar los prototipos para cada etapa, se inicia el proceso de integración y evaluación. La evaluación continúa a lo largo de toda la vida del sistema.

Fases de la adquisición de

conocimiento (I)

Fases de la

adquisición de conocimiento.

Identificación Se ha de determinar si el problema se puede/debe abordar mediante SBC:

No debe ser un problema trivialmente resoluble de manera algorítmica

Se ha de tener acceso a las fuentes de conocimiento suficientes para completar la tarea

El problema ha de tener un tamaño adecuado no inabordable por su complejidad.

A continuación buscar las fuentes de conocimiento para el desarrollo del sistema: Expertos humanos en el dominio del problema.

Libros y manuales que expliciten el problema y técnicas de resolución.

Ejemplos de casos resueltos (importantes en la última fase de validación, pero también para adquisición automática del conocimiento obteniendo los elementos básicos y sus relaciones).

Con ello determinar los datos para resolver el problema y los criterios que determinen la solución.

El IC y el experto podrán realizar una primera descripción del problema, especificando: Los objetivos

Motivaciones

Las estrategias de resolución y su justificación

Fuentes de conocimiento

Tipos de tareas que son necesarias

Este esquema será el punto de partida para plantear las siguientes fases.

Fases de la

adquisición de conocimiento.

Conceptualización Antes de entrar en las características globales del problema, es

necesario detallar los elementos básicos y descubrir las relaciones entre ellos. Es necesario observar cómo el experto resuelve problemas típicos y abstrae principios generales aplicables en diferentes contextos.

Hay también que obtener una descomposición del problema en sub-problemas, realizando un análisis por refinamientos sucesivos hasta que el IC comprenda la relación jerárquica de las diferentes fases de resolución hasta los operadores de razonamiento más elementales.

Otro elemento necesario es descubrir el flujo del razonamiento en la resolución del problema y especificar cuándo y cómo son necesarios los elementos de conocimiento.

Con esta descomposición jerárquica y el flujo del razonamiento, el IC puede caracterizar los bloques de razonamiento superiores y los principales conceptos que definen el problema. Hará falta distinguir entre evidencias, hipótesis y acciones necesarias en cada uno de los bloques y determinar la dificultad de cada una de las sub-tareas de resolución. De esta manera se conseguirá captar la estructura del dominio y las diferentes relaciones entre sus elementos.

Fases de la

adquisición de conocimiento.

Formalización Considerar diferentes esquemas de razonamiento que se

pueden utilizar para modelizar las diferentes necesidades de resolución de problemas identificadas.

Se ha de comprender la naturaleza del espacio de búsqueda y el tipo de búsqueda a realizar. Se puede comparar ésta con diferentes mecanismos prototípicos de resolución de problemas como la clasificación, abstracción de datos, razonamiento temporal, estructuras causales, etc.

Tendrá que analizarse la certidumbre y completitud de la información disponible, dependencias temporales, o la fiabilidad y consistencia de la información. Se deberá descubrir qué partes del conocimiento constituyen hechos seguros y cuáles no. Para éstos últimos deberá adaptarse alguna metodología de tratamiento de la incertidumbre, de manera que ésta pueda ser modelizada dentro del sistema.

Fases de la

adquisición de conocimiento.

Implementación y prueba Implementación

Se han de tomar decisiones sobre la especificación del control de la resolución y del flujo de la información. Sobre el modo concreto de representar el conocimiento para que se adapte a las estrategias de resolución que se necesiten y las relaciones entre los diferentes conjuntos de conocimiento.

Se definirán las reglas, e inevitablemente se descubrirán problemas e incompletitudes que obligarán a revisar fases anteriores.

Prueba Se ha de elegir un conjunto de casos resueltos representativos

y comprobar el funcionamiento del sistema. Se descubrirán errores que permitirán corregir análisis anteriores; por lo general aparecerán problemas por falta de reglas, incompletitud, falta de corrección, y posibles errores en el análisis de las reglas pre-establecidas

Ejemplo. Descripción El 18 de diciembre de 1980 el demandante estaba abriendo una

botella de cava, embotellado por el asegurado, Bodegas Pepe. El demandante nunca había abierto antes una botella de cava. Rara vez bebía, y la botella le había sido regalada por un invitado. El demandante había quitado en parte la red de alambre cuando el tapón de corcho salió disparado violentamente de la botella, hiriendo al demandante en el ojo derecho. El golpe le produjo un gran dolor y ceguera inmediata en el ojo. El demandante mantenía el tapón hacia su cara cuando estaba quitando la red. El demandante fue llevado al hospital más cercano y posteriormente al oculista, quien diagnosticó que había sufrido un desprendimiento de retina. Los doctores lo operaron, pero durante cuatro días los médicos no supieron si recuperaría la visión. El estado del demandante es ahora estable. Tiene una ligera pérdida de la agudeza visual y debe llevar gafas a todas horas. El demandante es un varón de 30 años y con anterioridad no llevó gafas. Debido a la lesión, el demandante tiene un 5 ó 10 por ciento de posibilidades de sufrir glaucoma.

Daños especiales del demandante: 1.000 €.

Ejemplo. Representación

formal de conceptos (I) Afirmaciones:

f1: El demandante recibió una lesión ocular. f2: La lesión afecta sólo a un ojo. f3: La agudeza visual se reduce sensiblemente por la lesión f4: La lesión causó ceguera temporal en un ojo y asigna a

la duración de la ceguera el valor de 4 días.

f5: Los médicos del demandante no estaban seguros del carácter temporal de la ceguera.

f6: El demandante tiene posibilidad de contraer glaucoma y esa posibilidad fue causada por la lesión del demandante y asigna el valor de esa posibilidad un 10 por ciento.

f7: La lesión obliga al demandante a llevar gafas. f8: El demandante no llevaba gafas antes del accidente

Ejemplo. Representación

formal de conceptos (II) Afirmaciones:

f9: El aspecto físico del demandante es importante para su trabajo. f10: El glaucoma es una enfermedad seria. f11: Cada uno de los siguientes conceptos:

trauma de la lesión, aprensión, molestias,

pérdida de facultades, desfiguración y futuros traumas

es un factor que contribuye al valor de la lesión. Valor del caso:

Valor = pérdidas

× obligaciones ×(1 - responsabilidades) × características × contexto

Ejemplo. Reglas R1:

Si al demandante se le ocasionó una lesión ocular

y esa lesión requiere cirugía

y la agudeza visual del demandante se ve reducida sensiblemente por esa lesión

y la recuperación de la lesión es casi completa

y el estado físico del demandante es estable

entonces incrementar el factor de trauma en 20.000 €.

. . . R5:

Si la lesión del demandante requiere que lleve gafas

y el demandante no llevaba gafas antes de la lesión

entonces incrementar el factor de molestias en 4.000 €.

. . .