Sistemas Basados en Conocimiento oSistemas ExpertosInteligencia Artificial

ContenidosDefinicinEvolucinCaractersticas de los SESE v/s Sistemas ConvencionalesVentajas de un SE sobre un experto humanoVentajas del experto humano sobre el SEArquitectura de un SECondiciones para el desarrollo de un SEJustificacin para el desarrollo de un SECuando un SE es la herramienta adecuada?Tipos de sistemas expertos

DefinicinD1 Los Sistemas Expertos son sistemas, que emulan el comportamiento de un experto humano para resolver un problema, en un rea de conocimiento especfica.D2 Sistema que resuelve problemas utilizando una representacin simblica del conocimiento humano.D3 Es un sistema computarizado capaz de resolver problemas en el dominio en el cual posee conocimiento especfico.

Evolucin1956 Se maneja la idea de que es posible descubrir mtodos generales de resolucin de problemas por expertos y se pueden implementar en un computador (Marvin Minsky, Jhon Mac Carthy).1965 Se trabaja la idea que en lugar de generalidad, propone preocuparse de capturar el conocimiento humano y los procedimientos utilizados para resolver una tarea especfica. (Edward Feigenbaum).1987 Como conclusin de las posturas anteriores, al existir requerimientos comunes, se pueden programar sistemas expertos vacos.

Caractersticas de los SERepresentan y utilizan conocimiento especializado de un determinado dominioCapacidad de razonarMuestra el mismo comportamiento del expertoRepresenta el conocimiento simblicamenteManipula smbolosManeja problemas de dominio difcilAlto rendimiento en un dominio especficoExamina su propio razonamiento y explica

...Caractersticas de los SEExiste una separacin entre el conocimiento y la forma de utilizarloUtiliza la naturaleza heurstica del conocimiento antes que el algortmico

SE v/s Sistemas ConvencionalesRepresentacin y uso de conocimientoHeursticoProceso InferencialExamina su propio razonamientoExplica su operacinDifcil de predecir la cantidad de esfuerzo total requerido para producir un SERepresenta y usa datosAlgortmicoProceso repetitivoNo examinaNo explicaNaturaleza y cantidad de conocimiento requerido puede ser bien estimado

Ventajas del SE sobre el experto humanoExperto humanoPerecibleDifcil de documentarDifcil de transferirImpredecibleMs caroExperto ArtificialPermanenteFcil de transferirFcil de documentarConsistenteMenos caroResuelve problemas para los que no existe un modelo matemtico adecuado o solucin complejaPreserva el conocimiento del experto y hacerlo accesible a ms personas

Ventajas del experto humano sobre el SEExperto humanoCreativoAdaptableExperiencia sensorialConocimiento de sentido comnExperto ArtificialNo creativoRequiere mantencinEntrada simblicaConocimiento tcnicoSe basa en un conocimiento heurstico (impreciso, mal definido, amplio)Hay prdidas en la transferencia del Experto humano al sistema

Arquitectura de un SEBase de conocimientoMotor de InferenciaIngeniero del conocimientoy experto HumanoSubsistema de adquisicin delconocimientoSubsistema de explicacionesInterfaz UsuarioUsuarioShellBase de Hechos

Motor de InferenciaPuede simular la estrategia de solucin de un expertoUnidad lgica con la que se extraen conclusiones de la base de conocimientos Una conclusin se produce mediante aplicacin de las reglas sobre los hechos presentesDecide que se debe aplicar, que se debe hacer, resuelve conflictos nuevos, hace uso de la base de conocimiento.

...Motor de InferenciaLas funciones del mecanismo de inferencia son: Determinacin de las acciones que tendrn lugar, el orden en que lo harn y cmo lo harn entre las diferentes partes del Sistema Experto.Determinar cmo y cundo se procesarn las reglas, y dado el caso tambin la eleccin de qu reglas debern procesarse.Control del dilogo con el usuario.

En este ambiente es fundamental el tipo de bsqueda implementado

...Motor de InferenciaEst caracterizado por:El lenguaje en que ha sido escrito. La velocidad de trabajo: Inferencias/segundo. Las estrategias de bsqueda de soluciones: No Ordenada: aleatoria, heurstica.Ordenada:Encadenamiento hacia adelante (deductivo), encadenamiento hacia atrs (inductivo).La forma en que elige el conocimiento. La posibilidad de incorporar metaconocimiento. El tipo de lgica que emplea en el razonamiento: Booleana, difusa, etc.El mtodo que utiliza para la evaluacin del conocimiento incompleto o incierto: (Determinstico, Probabilstico, Aproximado, Difuso).

Base de ConocimientoRepresenta parte del universo donde se inserta el sistemaContiene todos los hechos, las reglas y los procedimientos del dominio de aplicacin que son importantes para la solucin del problema.Se espera que la representacin sea:Sencilla; Independiente; Fcil de modificar; Transparente (justificacin de soluciones y explicacin de los procesos); Relacional; Potente (poder expresivo y eficiencia de clculo)Importante es su capacidad, expresada sobre la base del nmero de reglas que posee:Demostracin interesante: 50 reglas. Prototipo funcional: 250 reglas. SE operacional medio: 500 - 1000 reglas. SE operacional especial: 4000 reglas. Una base de conocimientos debe ser coherente, rpida, modular, fcil de desarrollar y mantener.

Intefaz con el UsuarioRequisitos o Caractersticas de la interface:1. El aprendizaje del manejo debe ser rpido. El usuario no debe dedicar mucho tiempo al manejo del sistema , debe ser intuitivo , fcil en su manejo. No se debe olvidar que el SE simula al comportamiento de un experto. Debe sernos cmodo y relativamente sencillo en cuanto al manejo.2. Debe evitarse en lo posible la entrada de datos errnea.3. Los resultados deben presentarse en una forma clara para el usuario.4. Las preguntas y explicaciones deben ser comprensibles.

Subsistema de AdquisicinUn buen componente de adquisicin ayudar considerablemente la labor del Ingeniero del Conocimiento. Este puede concentrarse principalmente en la estructuracin del conocimiento sin tener que dedicar tanto tiempo en la actividad de programacin. Requisitos o caractersticas:1. El conocimiento, es decir, las reglas, los hechos, las relaciones entre los hechos, etc., debe poder introducirse de la forma ms sencilla posible.2. Posibilidades de representacin clara de todas las informaciones contenidas en una base de conocimientos.3. Comprobacin automtica de la sintaxis.4. Posibilidad constante de acceso al lenguaje de programacin.

Subsistema de ExplicacionesLas soluciones descubiertas por los expertos deben poder ser repetibles tanto por el ingeniero del conocimiento en la fase de comprobacin as como por el usuario. La exactitud de los resultados slo podr ser controlada, naturalmente, por los expertos. Siempre es deseable que durante el trabajo de desarrollo del sistema se conozca el grado de progreso en el procesamiento del problema. Difcil lograr un buen componente explicativoMuchos representan el progreso de la consulta al sistema de forma grfica. Justifican su funcin rastreando hacia atrs el camino de la solucin.Es difcil representar en un texto inteligible las relaciones encontradas.

Base de HechosLa base de hechos es el conjunto de informacin invariable de una a otra resolucin. Los hechos se diferencian de los datos en el sentido que los hechos forman parte del SBC, mientras que los datos, al poder variar de una solucin a otra, conviene agruparlos en archivos externos al SBC. Algunos autores no consideran a la base de hechos en forma independiente. Los conocimientos y los hechos pueden aparecer conjuntamente en una sola base, la de conocimientos.

Shell Un Shell (de forma resumida) es un Sistema Experto que contiene una base de conocimientos vaca No existe ningn Shell para todas las aplicaciones Permite una manera racional y rpida para el desarrollar SE:Separa la base de conocimiento de las procedimientos que usan el conocimiento.La base de reglas y hechos deben cumplir cierto formalismo, para ser entendidos por la shell.Los resultados son aceptables en el mismo dominio de aplicacin.Disminuye el trabajo de programacin.

Condiciones para el desarrollo de un SE. Un SE es posible de desarrollar si se cumple cada una de las siguientes condiciones:Tarea no requiere demasiado del sentido comnTarea requiere solamente habilidad cognitivaExiste un expertoExperto esta de acuerdoExperto debe ser capaz de explicarTarea no es demasiado fcilTarea esta bien definida

Justificacin para el desarrollo de un SE. Se justifica un SE, en algunas de las siguientes situaciones:Descubrimientos rentables.Hay perdida de experto.Faltan expertos.Expertos presentes en varios lugares.Trabajo en ambiente hostil.

Cuando un SE es la herramienta apropiada? Un SE es la herramienta adecuada si se cumple cada una de las siguientes condiciones:Tarea requiere manipulacin de smbolos.Tarea requiere solucin heurstica.Tarea no es demasiado fcil.Tarea tiene valor prctico.Tarea es de tamao manejable.

Algunos ejemplos de SEMYCIN: Desarrollado por Feigenbaum, Universidad de Stanford. Diagnostico de bacteria y meningitis3500 reglas.XCON: Desarrollado por Univ. de Carnegie Mellon y DEC (Digital Equipament Corporation)Configuracin de computadores.6000 reglasHasta 1988 90.000 sistemas vax configurados.

Tipos de sistemas expertosSistemas de Interpretacin.Sistemas de prediccin.Sistemas de diagnstico.Sistemas de diseo.Sistemas de planificacinSistemas de monitores.Sistemas de depuracin.Sistemas de reparacin.Sistemas de instruccin.Sistemas de control.

Sistemas de Interpretacin Infieren descripciones de situaciones a partir de observaciones provenientes de sensores ejemplos:Anlisis de imgenes.Interpretacin de seales de audio, de radar, radio etc.Comprensin de voz.Anlisis de tipos de grietas.

Sistemas de prediccinInfieren las consecuencias probables a partir de un conjunto de situaciones dadas. Prediccin:Demogrfica.Trfico.Daos a cosechas por algn tipo de insecto, peste, etc.Conflictos armados basados en informes de inteligencia.Demanda de algn insumo (petrleo, cobre), dada una situacin (geopoltica, econmica, desarrollo).

Sistemas de diagnsticos Infieren mal funcionamiento de sistemas a partir de observaciones. Relaciona irregularidades del comportamiento observado con causas posibles.Enfermedades a partir de un conjunto de sntomas.Componentes defectuosos de un sistema.Fallas de equipos en procesos productivos.

Sistemas de diseo Desarrollan configuraciones de objetos basados en restricciones o exigencias del problema. Despus de construidas, verifican que cumplan las especificaciones.Diseo de circuitos integrados.Diseo de edificios.Creacin de molculas orgnicas complejas.Configuracin de equipos computacionales.

Sistemas de planificacin Son sistemas destinados a disear planes de accin.Programacin de rutas.Programacin de robots. Programacin de comunicaciones.Programacin de experimentos.Creacin de planes de vuelo.

Sistemas de monitoreo Comparan el comportamiento de un sistema (observaciones) con comportamiento esperado. A partir de las diferencias sugieren acciones correctivas.Monitorear lecturas de instrumentos para detectar condiciones de fallas de equipos industriales.Detectar condiciones favorables a accidentes. Monitoreo de trfico areo.

Sistemas de depuracin Sistemas destinados a encontrar los remedios adecuados para el mal funcionamiento.Seleccin del tipo de mantencin necesaria para corregir fallas en cables telefnicos. Elegir el procedimiento de mantencin para reparar equipamiento (locomotoras, buses, maquinaria industrial,etc.)Seleccin de tratamientos de enfermedades va quimioterapia.Depuracin de programas computacionales.

Sistemas de reparacin Sistemas destinados a desarrollar y ejecutar planes para administrar un remedio para algn problema ya diagnosticado.Reparacin de automviles.Reparacin de equipos electrnicos.Calibracin de instrumentos.

Sistemas de instruccin Sistemas desarrollados para instruir en el aprendizaje independiente.Capacitacin de personas sobre la operacin de equipamiento.Desarrollo de manuales inteligentes.Manuales de diagnsticos de fallas.Instruccin sobre algn contenido especfico.

Sistemas de control Son sistemas destinados a gobernar mediante un control el comportamiento general de un sistema. Interpretan repetitivamente la situacin actual, predecir el futuro, diagnosticar las causas de los problemas, formular un plan de remedio y monitorear su ejecucin con tal de asegurar el xito del control. Interactan con modelos determinsticos provenientes de la teora de control.Control de procesos productivos.Control de operaciones.

Sistemas ExpertosSistema Experto Basado en el ConocimientoPrograma que se comporta como un experto en un dominio de aplicacinUn experto reduce rpidamente la bsqueda al reconocer situaciones (patrones) y utilizar los mtodos y reglas adecuados para descubrir la solucin.El conocimiento heurstico no representa un anlisis en profundidad del problema, sino una solucin aceptableEl nmero de posibilidades a analizar es grandeLa funcin algortmica de evaluacin de cada posibilidad es demasiado compleja o desconocida.El conocimiento heurstico en los sistemas expertos No se refiere a conocimiento general para guiar la bsquedaEs el conocimiento especfico aplicable a cada situacin especfica del dominio.

Proceso de resolucin de problemas de un experto humanoMemoria de largo plazo (MLP)Dominio del ConocimientoMemoria de corto plazo (MCP)Eventos/Hechos inferidos/ConclusionesRAZONAMIENTOConsejoEventosHechos inferidosConclusiones

Base de Conocimientos (BC)Dominio del ConocimientoMemoria de Trabajo (MT)Eventos/Hechos inferidos/ConclusionesMOTOR DE INFERENCIAUsuarioEventosHechos inferidosConclusionesProceso de resolucin de problemas de un sistema experto

Ventajas del Sistema Experto sobre el experto humanoExperto humanoPerecibleDifcil de documentarDifcil de transferirImpredecibleMs caroExperto ArtificialPermanenteFcil de transferirFcil de documentarConsistenteMenos caroResuelve problemas para los que no existe un modelo matemtico adecuado o solucin complejaPreserva el conocimiento del experto y hacerlo accesible a ms personas

Funcionamiento de un Sistema ExpertoSubsistema Adquisicin deConocimientosBase de ConocimientosBase de DatosMotor de InferenciaInterfazHombre-MaquinaSubsistemaEntrega deResultados

Proceso de Inferencia de un Sistema ExpertoREGLASSOLUCIONBsquedaINFERENCIA DE REGLAS

Proceso de desarrollo de un Sistema ExpertoPasos principales:Identificacin: Caracterizacin de los aspectos ms importantes del dominio del problema Conceptualizacin: Se extraen los conceptos, subtareas y resctricciones necesarias para resolver el problema.Ingeniero del Conocimiento: Persona que translada el conocimiento de un experto a algn formalismo.Es til un modelo conceptual (mental) entre el experto y el implementador.

Nmero de Sistemas Expertos desarrollados en diferentes disciplinas del conocimiento (U.S.A.) (Durking 1993)

*Proceso de resolucin de problemas de un experto humano*Proceso de resolucin de problemas de un sistema experto*