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Page 1: SISTEMAS  EXPERTOS

Sistemas Expertos o Basados en Conocimiento

Inteligencia Artificial

Profesor: Ing. Edecio Freitez

Page 2: SISTEMAS  EXPERTOS

ContenidosDefinición

Evolución

Características 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

Justificación para el desarrollo de un SE

¿Cuando un SE es la herramienta adecuada?

Tipos de sistemas expertos

Page 3: SISTEMAS  EXPERTOS

Definición

D1 Los Sistemas Expertos son sistemas, que emulan el comportamiento de un experto humano para resolver un problema, en un área de conocimiento específica.

D2 Sistema que resuelve problemas utilizando una representación simbólica del conocimiento humano.

D3 Es un sistema computarizado capaz de resolver problemas en el dominio en el cual posee conocimiento específico.

Page 4: SISTEMAS  EXPERTOS

Evolución1956 Se maneja la idea de que es posible descubrirmétodos generales de resolución 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 específica. (Edward Feigenbaum).

1987 Como conclusión de las posturas anteriores, alexistir requerimientos comunes, se puedenprogramar sistemas expertos vacíos.

Page 5: SISTEMAS  EXPERTOS

Características de los SE

Representan y utilizan conocimiento especializado de un determinado dominio

Capacidad de razonar

Muestra el mismo comportamiento del experto

Representa el conocimiento simbólicamente

Manipula símbolos

Maneja problemas de dominio difícil

Alto rendimiento en un dominio específico

Examina su propio razonamiento y explica

Page 6: SISTEMAS  EXPERTOS

...Características de los SE

Existe una separación entre el conocimiento y la forma de utilizarlo

Utiliza la naturaleza heurística del conocimiento antes que el algorítmico

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SE v/s Sistemas Convencionales

Representación y uso de conocimiento

Heurístico

Proceso Inferencial

Examina su propio razonamiento

Explica su operación

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

Representa y usa datos

Algorítmico

Proceso repetitivo

No examina

No explica

Naturaleza y cantidad de conocimiento requerido puede ser bien estimado

Page 8: SISTEMAS  EXPERTOS

Ventajas del SE sobre el experto humano

Experto humano

Perecible

Difícil de documentar

Difícil de transferir

Impredecible

Más caro

Experto Artificial

Permanente

Fácil de transferir

Fácil de documentar

Consistente

Menos caro

Resuelve problemas para los que no existe un modelo matemático adecuado o solución compleja

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

Page 9: SISTEMAS  EXPERTOS

Ventajas del experto humano sobre el SE

Experto humano

Creativo

Adaptable

Experiencia sensorial

Conocimiento de sentido común

Experto Artificial

No creativo

Requiere mantención

Entrada simbólica

Conocimiento técnico

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

Hay pérdidas en la transferencia del Experto humano al sistema

Page 10: SISTEMAS  EXPERTOS

Arquitectura de un SE

Base de conocimiento

Motor de Inferencia

Ingeniero del conocimientoy experto Humano

Subsistema de adquisición delconocimiento

Subsistema de explicaciones

Interfaz Usuario

Usuario

Shell

Base de Hechos

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Motor de Inferencia

Puede simular la estrategia de solución de unexperto

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

Una conclusión se produce mediante aplicación 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.

Page 12: SISTEMAS  EXPERTOS

...Motor de InferenciaLas funciones del mecanismo de inferencia son:

1. Determinación de las acciones que tendrán lugar, elorden en que lo harán y cómo lo harán entre lasdiferentes partes del Sistema Experto.

2. Determinar cómo y cuándo se procesarán lasreglas, y dado el caso también la elección de quéreglas deberán procesarse.

3. Control del diálogo con el usuario.

En este ambiente es fundamental el tipo debúsqueda implementado

Page 13: SISTEMAS  EXPERTOS

...Motor de InferenciaEstá caracterizado por:

El lenguaje en que ha sido escrito.

La velocidad de trabajo: Inferencias/segundo.

Las estrategias de búsqueda de soluciones:

No Ordenada: aleatoria, heurística.

Ordenada:Encadenamiento hacia adelante (deductivo),encadenamiento hacia atrás (inductivo).

La forma en que elige el conocimiento.

La posibilidad de incorporar metaconocimiento.

El tipo de lógica que emplea en el razonamiento: Booleana,difusa, etc.

El método que utiliza para la evaluación del conocimientoincompleto o incierto: (Determinístico, Probabilístico,Aproximado, Difuso).

Page 14: SISTEMAS  EXPERTOS

Base de ConocimientoRepresenta parte del universo donde se inserta el sistema

Contiene todos los hechos, las reglas y los procedimientos del dominio de aplicación que son importantes para la solución del problema.

Se espera que la representación sea:

Sencilla; Independiente; Fácil de modificar; Transparente(justificación de soluciones y explicación de los procesos);Relacional; Potente (poder expresivo y eficiencia de cálculo)

Importante es su capacidad, expresada sobre la base del número de reglas que posee:

Demostración 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, rápida, modular, fácil de desarrollar y mantener.

Page 15: SISTEMAS  EXPERTOS

Intefaz con el UsuarioRequisitos o Características de la interface:

1. El aprendizaje del manejo debe ser rápido.El usuario no debe dedicar mucho tiempo al manejo del sistema ,debe ser intuitivo , fácil en su manejo. No se debe olvidar que elSE simula al comportamiento de un experto. Debe sernoscómodo y relativamente sencillo en cuanto al manejo.

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

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

4. Las preguntas y explicaciones deben sercomprensibles.

Page 16: SISTEMAS  EXPERTOS

Subsistema de AdquisiciónUn buen componente de adquisición ayudará considerablemente lalabor del Ingeniero del Conocimiento. Este puede concentrarseprincipalmente en la estructuración del conocimiento sin tener quededicar tanto tiempo en la actividad de programación.

Requisitos o características:

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

2. Posibilidades de representación clara de todas las informacionescontenidas en una base de conocimientos.

3. Comprobación automática de la sintaxis.

4. Posibilidad constante de acceso al lenguaje de programación.

Page 17: SISTEMAS  EXPERTOS

Subsistema de ExplicacionesLas soluciones descubiertas por los expertos deben poder ser repetiblestanto por el ingeniero del conocimiento en la fase de comprobación asícomo por el usuario. La exactitud de los resultados sólo podrá 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.

Difícil lograr un buen componente explicativo

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

Justifican su función rastreando hacia atrás el camino de la solución.

Es difícil representar en un texto inteligible las relaciones encontradas.

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Base de HechosLa base de hechos es el conjunto de información invariable de una a otra resolución. 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 solución 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.

Page 19: SISTEMAS  EXPERTOS

ShellUn Shell (de forma resumida) es un Sistema Experto que contiene una base de conocimientos vacía

No existe ningún Shell para todas las aplicaciones

Permite una manera racional y rápida 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 aplicación.

Disminuye el trabajo de programación.

Page 20: SISTEMAS  EXPERTOS

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 común

Tarea requiere solamente habilidad cognitiva

Existe un experto

Experto esta de acuerdo

Experto debe ser capaz de explicar

Tarea no es demasiado fácil

Tarea esta bien definida

Page 21: SISTEMAS  EXPERTOS

Justificación 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.

Page 22: SISTEMAS  EXPERTOS

¿Cuando un SE es la herramienta apropiada?

Un SE es la herramienta adecuada si se cumple cada una de las siguientes condiciones:

Tarea requiere manipulación de símbolos.

Tarea requiere solución heurística.

Tarea no es demasiado fácil.

Tarea tiene valor práctico.

Tarea es de tamaño manejable.

Page 23: SISTEMAS  EXPERTOS

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)

Configuración de computadores.

6000 reglas

Hasta 1988 90.000 sistemas vax configurados.

Page 24: SISTEMAS  EXPERTOS

Tipos de sistemas expertos

Sistemas de Interpretación.

Sistemas de predicción.

Sistemas de diagnóstico.

Sistemas de diseño.

Sistemas de planificación

Sistemas de monitores.

Sistemas de depuración.

Sistemas de reparación.

Sistemas de instrucción.

Sistemas de control.

Page 25: SISTEMAS  EXPERTOS

Sistemas de Interpretación

Infieren descripciones de situaciones a partir de observaciones provenientes de sensores ejemplos:

Análisis de imágenes.

Interpretación de señales

de audio, de radar, radio etc.

Comprensión de voz.

Análisis de tipos de grietas.

Page 26: SISTEMAS  EXPERTOS

Sistemas de predicciónInfieren las consecuencias probables a partir de un conjunto de situaciones dadas. Predicción:

Demográfica.

Tráfico.

Daños a cosechas por algún tipo de insecto, peste, etc.

Conflictos armados basados en informes de inteligencia.

Demanda de algún insumo (petróleo, cobre), dada una situación (geopolítica, económica, desarrollo).

Page 27: SISTEMAS  EXPERTOS

Sistemas de diagnósticosInfieren mal funcionamiento de sistemas a partir de observaciones. Relaciona irregularidades del comportamiento observado con causas posibles.

Enfermedades a partir

de un conjunto de síntomas.

Componentes defectuosos

de un sistema.

Fallas de equipos

en procesos productivos.

Page 28: SISTEMAS  EXPERTOS

Sistemas de diseño

Desarrollan configuraciones de objetos basados en restricciones o exigencias del problema. Después de construidas, verifican que cumplan las especificaciones.

Diseño de circuitos integrados.Diseño de edificios.

Creación de moléculas

orgánicas complejas.

Configuración de equipos

computacionales.

Page 29: SISTEMAS  EXPERTOS

Sistemas de planificación

Son sistemas destinados a diseñar planes de acción.

Programación de rutas.

Programación de robots.

Programación de

comunicaciones.

Programación de

experimentos.

Creación de planes de vuelo.

Page 30: SISTEMAS  EXPERTOS

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 tráfico aéreo.

Page 31: SISTEMAS  EXPERTOS

Sistemas de depuración

Sistemas destinados a encontrar los remedios adecuados para el mal funcionamiento.

Selección del tipo de mantención necesaria para corregir fallas en cables telefónicos.

Elegir el procedimiento de mantención para reparar equipamiento (locomotoras, buses, maquinaria industrial,etc.)

Selección de tratamientos de enfermedades vía quimioterapia.

Depuración de programas computacionales.

Page 32: SISTEMAS  EXPERTOS

Sistemas de reparaciónSistemas destinados a desarrollar y ejecutar planes para administrar un remedio para algún problema ya diagnosticado.

Reparación de automóviles.

Reparación de equipos electrónicos.

Calibración de instrumentos.

Page 33: SISTEMAS  EXPERTOS

Sistemas de instrucción

Sistemas desarrollados para instruir

en el aprendizaje independiente.

Capacitación de personas sobre la operación de equipamiento.

Desarrollo de manuales inteligentes.

Manuales de diagnósticos de fallas.

Instrucción sobre algún contenido específico.

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Sistemas de controlSon sistemas destinados a gobernar mediante un control el comportamiento general de un sistema. Interpretan repetitivamente la situación actual, predecir el futuro, diagnosticar las causas de los problemas, formular un plan de remedio y monitorear su ejecución con tal de asegurar el éxito del control. Interactúan con modelos determinísticos provenientes de la teoría de control.

Control de procesos productivos.

Control de operaciones.

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