SISTEMAS EXPERTOS

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Sistemas Expertos o Basados en Conocimiento Inteligencia Artificial Profesor: Ing. Edecio Freitez
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  • Sistemas Expertos o Basados en Conocimiento

    Inteligencia Artificial

    Profesor: Ing. Edecio Freitez

  • ContenidosDefinicin

    Evolucin

    Caractersticas de los SE

    SE v/s Sistemas Convencionales

    Ventajas de un SE sobre un experto humano

    Ventajas del experto humano sobre el SE

    Arquitectura de un SE

    Condiciones para el desarrollo de un SE

    Justificacin para el desarrollo de un SE

    Cuando un SE es la herramienta adecuada?

    Tipos de sistemas expertos

  • Definicin

    D1 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 descubrirmtodos generales de resolucin de problemas porexpertos 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 conocimientohumano y los procedimientos utilizados para resolveruna tarea especfica. (Edward Feigenbaum).

    1987 Como conclusin de las posturas anteriores, alexistir requerimientos comunes, se puedenprogramar sistemas expertos vacos.

  • Caractersticas de los SE

    Representan y utilizan conocimiento especializado de un determinado dominio

    Capacidad de razonar

    Muestra el mismo comportamiento del experto

    Representa el conocimiento simblicamente

    Manipula smbolos

    Maneja problemas de dominio difcil

    Alto rendimiento en un dominio especfico

    Examina su propio razonamiento y explica

  • ...Caractersticas de los SE

    Existe una separacin entre el conocimiento y la forma de utilizarlo

    Utiliza la naturaleza heurstica del conocimiento antes que el algortmico

  • SE v/s Sistemas Convencionales

    Representacin y uso de conocimiento

    Heurstico

    Proceso Inferencial

    Examina su propio razonamiento

    Explica su operacin

    Difcil de predecir la cantidad de esfuerzo total requerido para producir un SE

    Representa y usa datos

    Algortmico

    Proceso repetitivo

    No examina

    No explica

    Naturaleza y cantidad de conocimiento requerido puede ser bien estimado

  • Ventajas del SE sobre el experto humano

    Experto humano

    Perecible

    Difcil de documentar

    Difcil de transferir

    Impredecible

    Ms caro

    Experto Artificial

    Permanente

    Fcil de transferir

    Fcil de documentar

    Consistente

    Menos caro

    Resuelve problemas para los que no existe un modelo matemtico adecuado o solucin compleja

    Preserva el conocimiento del experto y lo hace accesible a ms personas

  • Ventajas del experto humano sobre el SE

    Experto humano

    Creativo

    Adaptable

    Experiencia sensorial

    Conocimiento de sentido comn

    Experto Artificial

    No creativo

    Requiere mantencin

    Entrada simblica

    Conocimiento tcnico

    Se basa en un conocimiento heurstico (impreciso, mal definido, amplio)

    Hay prdidas en la transferencia del Experto humano al sistema

  • Arquitectura de un SE

    Base de conocimiento

    Motor de Inferencia

    Ingeniero del conocimientoy experto Humano

    Subsistema de adquisicin delconocimiento

    Subsistema de explicaciones

    Interfaz Usuario

    Usuario

    Shell

    Base de Hechos

  • Motor de Inferencia

    Puede simular la estrategia de solucin de unexperto

    Unidad lgica con la que se extraen conclusionesde la base de conocimientos

    Una conclusin se produce mediante aplicacin de las reglas sobre los hechos presentes

    Decide 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:

    1. Determinacin de las acciones que tendrn lugar, elorden en que lo harn y cmo lo harn entre lasdiferentes partes del Sistema Experto.

    2. Determinar cmo y cundo se procesarn lasreglas, y dado el caso tambin la eleccin de qureglas debern procesarse.

    3. Control del dilogo con el usuario.

    En este ambiente es fundamental el tipo debsqueda 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 conocimientoincompleto o incierto: (Determinstico, Probabilstico,Aproximado, Difuso).

  • Base de ConocimientoRepresenta parte del universo donde se inserta el sistema

    Contiene 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 elSE simula al comportamiento de un experto. Debe sernoscmodo y relativamente sencillo en cuanto al manejo.

    2. Debe evitarse en lo posible la entrada de datoserrnea.

    3. Los resultados deben presentarse en una forma clarapara el usuario.

    4. Las preguntas y explicaciones deben sercomprensibles.

  • Subsistema de AdquisicinUn buen componente de adquisicin ayudar considerablemente lalabor del Ingeniero del Conocimiento. Este puede concentrarseprincipalmente en la estructuracin del conocimiento sin tener quededicar tanto tiempo en la actividad de programacin.

    Requisitos o caractersticas:

    1. El conocimiento, es decir, las reglas, los hechos, las relaciones entre loshechos, etc., debe poder introducirse de la forma ms sencilla posible.

    2. Posibilidades de representacin clara de todas las informacionescontenidas 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 repetiblestanto por el ingeniero del conocimiento en la fase de comprobacin ascomo por el usuario. La exactitud de los resultados slo podr sercontrolada, naturalmente, por los expertos.

    Siempre es deseable que durante el trabajo de desarrollo del sistema seconozca el grado de progreso en el procesamiento del problema.

    Difcil lograr un buen componente explicativo

    Muchos representan el progreso de la consulta al sistema de formagrfica.

    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.

  • ShellUn 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 cadauna de las siguientes condiciones:

    Tarea no requiere demasiado del sentido comn

    Tarea requiere solamente habilidad cognitiva

    Existe un experto

    Experto esta de acuerdo

    Experto debe ser capaz de explicar

    Tarea no es demasiado fcil

    Tarea 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 meningitis

    3500 reglas.

    XCON: Desarrollado por Univ. de Carnegie Mellon y DEC (Digital Equipament Corporation)

    Configuracin de computadores.

    6000 reglas

    Hasta 1988 90.000 sistemas vax configurados.

  • Tipos de sistemas expertos

    Sistemas de Interpretacin.

    Sistemas de prediccin.

    Sistemas de diagnstico.

    Sistemas de diseo.

    Sistemas de planificacin

    Sistemas 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 diagnsticosInfieren 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 reparacinSistemas 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 controlSon 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.