28/3/2019Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología

Universidad Nacional de Tucumán Mag. Ing. Gustavo E. Juarez

Ciclo Lectivo 2019Inteligencia Artificial (EC5)

UNIDAD No. 2: SISTEMAS EXPERTOS

Definiciones. Fases del Proceso. Arquitectura. Aplicaciones de los

sistemas expertos. Estrategias de encadenamiento. Encadenamiento

hacia adelante. Encadenamiento hacia atrás. Sistemas de Producción.

Reglas de producción. Métodos y motores de Inferencias. Estructuras

de datos. Estados y espacios de problemas. Ejercitación con espacios

de estado. Razonamiento con incertidumbre. Tipos de Errores.

Sistemas expertos basados en el conocimiento de razonamiento

(Knowledge-Based Expert System). Definiciones. Adquisición

automática de reglas (ID3, AQ11, otros).

La Inteligencia Artificial tiene muchas áreas de interés, entre los

cuales se desarrollará a continuación Sistemas Expertos

SISTEMAS EXPERTOS. DOMINIO

Inteligencia Artificial

Visión

Lenguaje Natural

Comprensión

Sistemas Expertos

Sistemas Neuronales

Habla

Robótica

Introducción

Los Sistemas Expertos Basados en el Conocimiento fue el primer

avance en el campo de la Inteligencia Artificial, como una forma de

tecnología del software.

Las tareas de clasificación y diagnóstico son las primeras en

beneficiarse desde que surgió la tecnología KBES.

SISTEMA EXPERTO. BASADO EN EL CONOCIMIENTO

Que es el KBES?

Los programas para computadoras del tipo KBES son diseñados

para actuar como expertos en la solución de un problema en un

dominio particular. El programa Usa el conocimiento codificado del

dominio en si, y una estrategia especifica de control para arribar a

las soluciones.

Un pormenorizado análisis del proceso de toma de decisiones por

expertos revela que El/ella usan hechos y heurística para arribar a

una decisión.

SISTEMA EXPERTO. KNOWLEDGE-BASED EXPERT SYSTEM

“Un Sistema Experto es un programa basado en conocimiento que

incorpora de forma computacional el conocimiento de un experto

humano para realizar una tarea X en un dominio Y, de modo que para

esa tarea, la eficiencia del programa es comparable a la que muestra el

experto humano” .

(Pajares y Santos).

SISTEMAS EXPERTOS. DEFINICIÓN

Base de Conocimientos

Mecanismos de inferencia

Usuario

SISTEMAS EXPERTOS. FUNCIONAMIENTO BASICO

Hechos

Aptitudes del Experto

SISTEMAS EXPERTOS. DEFINICIÓN

Dominio del Conocimiento

Dominio del Problema

SISTEMA EXPERTO. BASADO EN EL CONOCIMIENTO COMPONENTES

Basedeconocimientos

Esunabasededatosdeconocimientodeconfundamentos

teóricos,hechos,reglas,fórmulasyexperiencia.Esunaestructuradealmacenamientode

fácilacceso.

Mecanismodeinterfaz

Esunaherramientaparainterceptarelconocimiento

disponibleyrealizardeduccioneslógicas.

Mecanismodecontroldeusuario

Esunaherramientadelmecanismodeinterfazparaseleccionar,

interpretarydeduciroinsercion.Este

mecanismoutilizaconocimientosparaguiarelprocesode

interfaz

SISTEMAS EXPERTOS. VENTAJAS

LasventajasenelusodeunSistemaExpertoson:

• Lossistemasnuncaseretiran

• Laspersonaspuedenhacerensayosinicialessinsalirdesuscasas

• Fácildedesarrollarymodificar

• Usaheurísticas(conocimientoempíricodelexperto)

• Tiempoderespuestaadecuado

• Comprensible,yaquepuedeexplicarsuspasosderazonamiento

Base de Conocimientos Posee información sobre el dominio de conocimientos a que viene referido el sistema experto. Contiene conocimiento declarativo (hechos) y procedimental (reglas).

Base de Hechos Memoria auxiliar que contiene información sobre el problema a resolver (datos iniciales) y el estado del sistema a lo largo del proceso de inferencia (datos intermedios).

Motor de Inferencias Es la Sección del S. E que realiza los procesos de inferencia que relacionan la información contenida en la memoria de trabajo con la base de conocimientos, para sacar conclusiones.

Modulo de Adquisición del Conocimiento Facilita el ingreso del conocimiento en la base y de los mecanismos de inferencia en el motor de inferencia. Valida la veracidad y coherencia de los hechos y reglas que se introducen.

Módulo de Explicación Explica los pasos realizados por el motor de inferencias para lograr las conclusiones, justificando las acciones (por qué utiliza ciertas reglas)

Interfaz del Usuario Es quien facilita la comunicación entre el usuario y el motor de inferencias. Permite ingresar información para el sistema y comunicar al usuario las respuestas del S.E:

ARQUITECTURA DE UN SE BASADO EN REGLAS

SISTEMA EXPERTO

Unode los resultadosmas significativosdemostradosporNewell y Simon

fuequegranpartedelasoluciónhumanadeproblemasocognición,pueden

expresarseconreglasdeproduccióndeltipoSi…Entonces.

Lossistemasexpertosmásreconocidossonaquellosbasadosenreglas,por

motivostalescomo:

• Naturaleza Modular: fácil encapsulamiento y gran capacidad de

expansión.

• Medios de explicación: sencillez en la construcción debido a la

exactituddelasreglas.

• Semejanzaconelprocesocognitivohumano:conbaseeneltrabajode

Newell y Simon, las reglas aparecen como un modelo natural de la

maneraenqueloshumanosresuelvenlosproblemas.

SISTEMA EXPERTO. SISTEMAS DE PRODUCCIÓN

SI La luz es roja ANTECEDENTE, PATRON o LADO IZQUIERDO

ENTONCES Detenerse CONSECUENTE o LADO DERECHO

Regla: Luz_Roja

SI La luz es verde ANTECEDENTE, PATRON o LADO IZQUIERDO

ENTONCES Avanzar CONSECUENTE o LADO DERECHO

Regla: Luz_Verde

SISTEMA EXPERTO. ESPECIFICACION DE REGLAS

“Tomemoscomoejemploelproblemadedecidirelcrucedeunacalle”.Laproducciónparalasdosreglasseindicamedianteflechassignificanqueel

sistemaejecutará las accionesque se encuentrana laderechade la flecha,

cuandolascondicionesalaizquierdaseanverdaderas:

Laluzesroja→Detenerse

Laluzesverde→Avanzar

SISTEMA EXPERTO. EJEMPLO

La inteligencia Artificial es una ciencia experimental, dado que se ha

avanzado tanto construyendo y analizando programas, como mediante

el examen de preguntas teóricas.

Se basa en la heurística (del griego εὑρίσκειν,1 que significa «hallar,

inventar»; etimología que comparte con eureka2).

Gideon (Global Infectious Disease & Epidemiology Network) es una

aplicación Web, que ejecuta un sistema experto en línea, útil para el

diagnóstico de las enfermedades infecciosas, su conocimiento, manejo

clínico y epidemiológico; así como para la identificación de cientos de

microorganismos patógenos.

SISTEMA EXPERTO.

Gideon, un producto de Gideon Informatics, fundada en 1992, posee

actualmente miles de usuarios alrededor del mundo y soporta una

inmensa red de organizaciones, especialistas y recursos que actúan como

proveedores de información sólida y confiable.

Posee una interfaz fácil de utilizar, atractiva y sencilla, y bases de datos

actualizadas semanalmente.

Mejora significativamente la exactitud del diagnóstico y amplía la base de

conocimientos de la que dispone un experto mediante el acceso al vasto

campo de esta clase de enfermedades y su microbiología actualizados

semanalmente, desarrollados como sistema para profesionales de la

salud.

Video

SISTEMA EXPERTO. GIDEON WEB

https://youtu.be/_2UGPoErk2Q

SISTEMA EXPERTO. GIDEON WEB

https://www.gideononline.com/category/examples/

Gideon (Global Infectious Disease & Epidemiology Network)

En el sistema experto MYCIN (Stanford University), es un sistema

experto desarrollado a principios de los años 70 por Edward Shortliffe, en

la Universidad de Stanford, y constituye uno de los primeros sistemas

expertos.

Fue escrito en LISP, Su principal función consistía en el diagnóstico

de enfermedades infecciosas de la sangre; además, MYCIN era capaz de

“razonar” el proceso seguido para llegar a estos diagnósticos, y de recetar

medicacionespersonalizadasacadapaciente(segúnsuestatura,peso,etc.).

SISTEMA EXPERTO. APLICACIÓN DE MYCIN

El sistema expertoMYCIN es utilizado para la detección de enfermedades

infeccionesdelasangre,unaporcióndecódigoseríaasí:

SIElmediodecultivoeslasangre,Y Laidentidaddelorganismonoesconocidaconcerteza,YLacoloracióndelorganismoesgramnegativa,YLamorfologíadelorganismoesdebastoncillos,YElpacientepresentaelevacióndelatemperatura

ENTONCES Hayunadébilevidenciaquesugierequelaidentidaddelorganismo

espseudomona

SISTEMA EXPERTO. APLICACIÓN DE MYCIN

Mycin Expert System. A Ruby ImplementationRef:by Zoran Lazarevic, laza@cs.columbia.edu

>test_mycin.rb ------- patient-1 ------- Patient's name: HELP Type one of the following: ç? - to see possible answers for this parameter rule - to show current rule why - to see why this question is asked help - to see this list xxx - (for some specific xxx) if there is a definite answer xxx .5 yyy .4 - if there are several answers with different certainty factors

Patient's name: SYLVIA_FISHER Sex: FEMALE Age: 27

------- culture-1 ------- From what site was specimen CULTURE-1 taken? BLOOD How many days ago was this culture (CULTURE-1) obtained? 3

------- organism-1 ------- Enter the identity (genus) of ORGANISM-1? UNKNOWN The gram strain of ORGANISM-1? ? Must be one of: acid-fast, pos, neg The gram strain of ORGANISM-1? NEG Is ORGANISM-1 a rod or coccus? ROD Is PATIENT-1 a burn patient? If so, mild or serious? WHY [Why is the value of burn being asked for?] It is known that:

The site of the culture is blood The gram of the organism is neg

The morphology of the organism is rod Therefore,

SISTEMA EXPERTO. APLICACIÓN DE MYCIN

Rule 52: If The burn of the patient is serious Then with certainty of 0.4 The identity of the organism is pseudomonas

Is PATIENT-1 a burn patient? If so, mild or serious? SERIOUS What is the aerobicity of ORGANISM-1? AEROBIC

Is PATIENT-1 a compromised host? YES Findings for ORGANISM-1

for these goals: identity IDENTITY: ENTERO 0.8, PSEUDOMONAS 0.76

Is there another organism? YES

------- organism-2 ------- Enter the identity (genus) of ORGANISM-2? UNKNOWN

The gram strain of ORGANISM-2? NEG 0.8 POS 0.2

Is ORGANISM-2 a rod or coccus? ROD

What is the aerobicity of ORGANISM-2? ANAEROBIC

Findings for ORGANISM-2 for these goals: identity IDENTITY: BACTEROIDES 0.72, PSEUDOMONAS 0.6464

Is there another organism?NO Is there another culture?NO Is there another patient?NO

SISTEMA EXPERTO. APLICACIÓN DE MYCIN

SISTEMA EXPERTO. EJEMPLOS

SISTEMA EXPERTO DESARROLLOS

Definición

“Los árboles son una estructura jerárquica de datos conformada por nodos que

almacenan la información o conocimiento, y por ramas que conectan a los

nodos, manteniendo para ello una Ruta o Dirección, la cual en los árboles

orientados siempre apuntan hacia abajo. A veces las ramas se denominan

vínculos o bordes, y los Nodos vértices”.

SISTEMA EXPERTO. ESTRUCTURACIÓN DE LOS DATOS EN ARBOLES

Nodo Raíz

Hojas

Ramas

Nivel 1

Nivel 2

Nivel 3

Nivel 4

Ruta o Dirección

SISTEMA EXPERTO. ELEMENTOS DE UN ÁRBOL BINARIO

A

B

C

D

Un Circuito o Ciclo es una ruta que recorre la grafica y que se

inicia y finaliza en el mismo nodo..

A

B

C

Una Grafica conectada tiene vínculos con todos sus nodos.

A

B C

D

Rejilla

A

B

CA

B

C

A

B

C

Arboles Binarios degenerados de tres nodos

SISTEMA EXPERTO. TIPIFICACIÓN

Producción y productividad mayores. Los sistemas expertos pueden

trabajarmásrápidoquelohumanos.Porejemplo,unsistemallamadoXCON

le ha permitido aDigital Equipment Corporation (DEC) incrementar cuatro

veceslaproduccióndelapreparacióndemicrocomputadorasadaptadasalas

necesitas de los clientes. El sistema planea la configuración de los

componentes para cada pedido adaptado de microcomputadoras y es un

ejemplodelaadaptaciónmasiva.

Mayor calidad: Los sistemas expertos dan la probabilidad de aumentar la

calidadproporcionandoasesoríaconsistenteyreduciendolastasasdeerror.

Porejemplo,XCONreducelatasadeerrordelaconfiguracióndepedidosde

computadorasenDECdeun35%aun2%.

SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS

Captación de experiencia escasa y su dimensión.Uno de los principales

beneficiosde lossistemasexpertosessu facilidadde trasmitirexperienciaa

travésde fronteras internacionales.Unejemplode lo anterioresun sistema

expertodecuidadode losojosparadiagnósticoytratamientorecomendado,

que se creó en Rutgers University. El programa se ha puesto en práctica en

EgiptoyenArgelia,dondeprevalecenseriasenfermedadesde losojosyson

escasos losoftalmólogos.Elprogramapuedeoperarlounmedicoasistenteo

unaenfermera.

Operaciónenentornospeligrosos.Lossistemasexpertosqueinterpretanla

informaciónrelevadamediantesensores,posibilitaalossereshumanosevitar

entornoscalientes,húmedos,tóxicos,etc.

SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS

Accesibilidadalconocimientoyescritoriosdevida.Lossistemasexpertos

hacenaccesibleelconocimiento(ylainformación)amuchagenteendiversos

lugares.Lagentepuedepreguntaralossistemasyobtenerconsejos.Unárea

deaplicacióncorrespondealapoyoaescritoriosdeayuda.Másde30millones

deempleadostrabajanenCallsCentersenUSAproporcionandoinformacióna

losconsumidoresqueacudenaellosoquellamanporteléfono.Porejemplo,el

Internal Revanue Service proporciona ayuda a los contribuyentes, una

bibliotecaofreceasistenciaalosestudiantes,unarecepcionistaenunaoficina

a auxiliar a los visitantes. Un sistema experto puede aumentar la

productividaddelosempleadosoinclusoautomatizaréstos.

SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS

Confiabilidad.lossistemasexpertosprestanatencióndemaneraconsistente

atodoslosdetallesynopasanporalto informaciónpertinenteysoluciones

potenciales.

Funciones incrementadasdeotros sistemas expertos.La integraciónde

un sistemaexperto conotros sistemasexpertoshacenqueestosúltimos se

vuelvanmáseficientes,abarcandomásaplicaciones,trabajandomásrápidoy

produciendomejoresresultados.

Capacidad para trabajar con información incompleta o inconcreta. Un

sistemaexpertopuede trabajarcon información incompletaal igualque los

expertos humanos. El usuario puede responder con un “no sé” o “no estoy

seguro”aunaomáspreguntasdelsistemadurante laconsulta,yelsistema

expertosegurasiendocapazdeproducirunarespuesta.

SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS

Imparticióndecapacitación.Esfactiblequeunsistemaexpertofacilitela

capacitación.La fusióndeexplicaciónpuedeservircomoundispositivode

enseñanzaydeesemodopuedeefectuarapuntesquetalvezseinsertenen

labasedeconocimiento.

Reduccióndel tiempopara la tomadedecisiones.Con el empleo de la

recomendacióndelsistema,unserhumanopuedetomardecisionesmucho

másrápido.Porejemplo,elpersonalquedalasautorizacionesenAmerican

Expresslohaceenmenosde30segundosencomparaciónconlos3minutos

quetardabaantesdelaimplementacióndelsistemaexperto.

SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS

Reducción del tiempo fuera de servicio. Muchos sistemas expertos

operacionales se emplean para diagnosticar malos funcionamientos y

prescribir reparaciones. Mediante el empleo de los sistemas expertos es

posible reducir considerablemente el tiempo fuera de servicio de las

máquinas.Porejemplo,undíadetrabajoperdidoenunainstalaciónpetrolera

cuesta cerca de $250 mil dólares. Un sistema experto denominado Drilling

Advisor se creó para detectar fallas en las instalaciones petroleras. Este

sistemaahorrauncantidadmuygrandededineroalacompañíaimplicadaal

reducirdemanaraimportanteeltiempofueradeoperación.

SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS

• Nosiempreseencuentradisponibleelconocimientoquesevaacaptar

• Resultadifícilextraerlaexperienciadelossereshumanos

• Elenfoquedecadaexpertoanteunsituacióntalvezesdiferente,aunque

correcto.

• Es difícil, incluso para un experto altamente capacitado, valorar con

exactitud,lassituacionesbajopresionesdetiempo.

• Losusuariosdesistemasexpertostienenlímites,cognoscitivosnaturas,por

loquetalveznoaprovechenalmáximolosbeneficiosdelsistemas

• Los sistemas expertos trabajan sólo con áreas temáticas, definidas

perfectamente,poreldiagnósticodeunafalla,enunamáquina

SISTEMA EXPERTO. LIMITACIONES

• Lamayoríadelosexpertosnotienemediosindependientesdeverificarsi

susconclusionessonrazonablesocorrectas

• El vocabulario, o jerga, que utiliza los expertos para expresar hechos y

relaciones,confrecuenciaeslimitadoynocomprendidoporotros.

• Enlaconstruccióndelossistemasexpertos,amenudoserequierelaayuda

de ingenieros de conocimientos, los cuales escasean, además de que sus

serviciosresultancaros

• Lafaltadeconfianzadelosusuariosfinales,talvezseaunabarreraparael

usodelossistemasexpertos.

• La trasferenciadeconocimientosesujetaaprejuiciosdepercepciónyde

criterio.

SISTEMA EXPERTO. LIMITACIONES

Trabajo Grupal (presentación: Martes 16/4/2019)

Tarea:

Investigar y documentar el sistema Gideon (Global Infectious Disease &

Epidemiology Network). Aplicación Web de un sistema experto en línea, útil para

el diagnóstico de las enfermedades infecciosas, su conocimiento, manejo clínico y

epidemiológico; así como para la identificación de cientos de microorganismos

patógenos.

Contenido: documentar características, estrategias, lenguaje de implementación,

otros conceptos relevantes. Integración de Contenidos

Formato: Documento (.pdf, otros)

Fuente: http://web.gideononline.com/web/diagnosis/index.php

SISTEMA EXPERTO. GIDEON WEB TAREA

Libros

• “SistemasExpertos.PrincipiosyProgramación”.Giarratano J. –RileyG.

InternationalThomsonEditores.SerieCiencias:Ingenierías.Cengage2001

–Capítulo1.

• “Inteligenciaartificialeingenieríadelconocimiento”

Gonzalo Pajarez Martinsanz, Matilde Santos Peñas – Alfaomega – 2005 –

Capítulo4.

SitiosWebs

• http://web.gideononline.com/web/diagnosis/index.php

• http://bvs.sld.cu/revistas/aci/vol18_4_08/aci91008.htm

REFERENCIAS

catedras.facet.unt.edu.ar/intar

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