Ing. Virgilio Fredy Tito Chura

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE SISTEMAS

Ingeniería del conocimiento

Adquisición del conocimiento.

Sistemas basados en conocimiento.

Lenguajes basados en conocimiento.

Aplicaciones

SESION 01

Ingeniería de Conocimiento

Terminología

Dato .- Es la representación de un valor, un concepto ó un hecho preparado para su uso por un agente humano ó artificial.

Ejemplo : señales de líneas

Información.- Consiste en asignar un significado a un dato para identificarlo y describirlo con el propósito de ser utilizado por un agente.

Ejemplo : S O S

Conocimiento.- Es la capacidad de utilizar los datos e información con el objetivo de resolver alguna tarea.

Ejemplo :Un sistema con conocimiento sabrá que acciones realizar para evitar una catástrofe.

Dominio .- Se refiere a una área de interés Ejemplo: Bancario, industria alimentaria, fabricación de automóviles, pediatría.

Tarea.- Algo que debe ser realizado por un agente Ejemplo: Monitorear un proceso, analizar conductas.

Agente.- El ejecutor de una tarea en un dominio Ejemplo : Típicamente un ser humano ó algún software del sistema

Terminología

Sistemas Basados en el Conocimiento• Sistema Experto Basado en el Conocimiento

Programa que se comporta como un experto en un dominio de aplicación Un experto reduce rápidamente la búsqueda al reconocer

situaciones (patrones) y utilizar los métodos y reglas adecuados para descubrir la solución.

El conocimiento heurístico no representa un análisis en profundidad del problema, sino una solución “aceptable” El número de posibilidades a analizar es grande La función algorítmica de evaluación de cada posibilidad es

demasiado compleja o desconocida. El conocimiento heurístico en los sistemas expertos

No se refiere a conocimiento general para guiar la búsqueda Es el conocimiento específico aplicable a cada situación específica

del dominio.

Solución heurística / algorítmica

• Diferencias entre la solución algorítmica y heurística El constructor determina el precio de una casa mediante un análisis

detallado suma materiales, llamada a proveedores para obtener precios,

evaluación de precios de subcontratistas, estimar contingencias razonables, etc.

Ventajas: El presupuesto es correcto Desventaja: El posible comprador quiere el presupuesto HOY

El constructor tiene gran experiencia en presupuestos y estima el precio comparando la construcción con otras realizadas Recuerda el precio de una casa de los mismo metros cuadrados Busca diferencias que podrían reducir o bajar el precio

• Añade una piscina => S/. 10000 mas• Los muebles de la cocina de pino en vez de roble => S/. 15000

menos• Un baño menos => S/. 8000 menos

Componentes de SBC

Hechos

Reglas

Plan

Agenda

Solución

Explicación

Intérprete

Planificador

Mantenimientoconsistencia

Interfazusuario

pizarra

Base de conocimientousuario

Explicación componentes• Interfaz de usuario: El usuario interactúa con el SE en un lenguaje propio del

tipo de problema

• Pizarra: almacena hipótesis y decisiones intermedios que manipula el SE Plan: Plan general de solución del problema. Agenda : Reglas relevantes para la situación en curso. Solución: Hipótesis candidatas y decisiones generadas hasta el momento

• Planificador: Determina cual es la acción pendiente que se ejecutará a continuación. El intérprete: Ejecuta la regla escogida.

• Mantenimiento de la consistencia: Mantiene una representación consistente de la solución mediante:

Revisión de la probabilidad de una solución cuando se introducen nuevos hechos.

Sistemas de mantenimiento de la verdad cuando las soluciones son deducciones lógicas

• El modulo de explicación: Explica el porqué de las acciones del sistema

• Reglas y hechos: Registran reglas, hecho e información del dominio

Knowledge Engineering (KE)

La Ingeniería del Conocimiento (IC) es la parte de la Inteligencia Artificial que tiene como objetivo el de transformar el proceso de desarrollo de Sistemas Basados en Conocimiento (SBC) en una disciplina ingenieril, estableciendo metodologías que permitan abordar el desarrollo de SBC de una forma más sistemática.

En realidad IC e IS son disciplinas completamente paralelas, aunque presenten un desfase temporal de unos 10 años en su evolución histórica. Muchas de las técnicas de IS han sido adaptadas a la IC con relativo éxito, aunque todavía queda mucho camino por recorrer.

Fases de la IC

1. Identificación del problema. Consiste en estudiar la tarea que debe resolver el SBC, analizando si es viable técnicamente y si es oportuno según las condiciones actuales del entorno.

2. Adquisición de conocimientos. Consiste en recopilar conocimientos desde expertos u otras fuentes de conocimientos.

3. Conceptualización. Consiste en estructurar un modelo conceptual que va a componer el sistema de forma descriptiva en algún sistema de representación.

4. Formalización. Es una representación semicomputable del modelo conceptual de forma que permita realizar las deducciones necesarias para poder interpretar los conocimientos almacenados

5. Implementación del sistema. Consiste en codificar los modelos diseñados en un modelo computable y preparar al sistema para que puedan haber modificaciones por las actualizaciones del conocimiento.

6. Evaluación. Es el conjunto de actividades que se llevan a cabo durante toda la fase de desarrollo del SBC para asegurar la fiabilidad y calidad del sistema

Fases de la IC

Experto: Es la persona o grupo de personas que tienen el conocimiento teórico y práctico del área problema. Ingeniero del Conocimiento (IC): Es la persona encargada de construir el sistema. Debe tener los conocimientos profundos sobre cómo desarrollar sistemas basados en el conocimiento, conocer las herramientas de su desarrollo, conocer algunas de las estrategias efectivas de comunicación y tener unos mínimos conocimiento de psicología para poder interpretar las expresiones y manifestaciones del experto. Usuario: Es la persona que va a utilizar el sistema. Su conocimiento debe ser considerado al desarrollar el SBC.

Ingeniería del Conocimiento (Actores)

Ingeniería del Conocimiento

Ingeniero del conocimiento

• Los profesionales que obtener el conocimiento de los expertosEmpático, pacienteAmplio rango de entendimiento, posee capacidades

• Integra el conocimiento de diversas fuentesCrea y edita códigoUtiliza herramientas

• Construye la base de conocimientosValida la informaciónEntrena usuarios

Ingeniero del conocimiento

Método manual

Entrevistas

EstructuradaOrientado a los objetivos

No estructuradosDominios complejosLos datos independientes y difíciles de integrar

Semiestructurado

• Análisis de casos• Incidentes críticos• Debates entre usuarios• Comentario de expertos • Los gráficos y modelos conceptuales • Lluvia de ideas• Prototipos • El escalamiento multidimensional para la matriz de distancia• La agrupación de los elementos• Iterativo de evaluación de desempeño

Método manual

Método semiautomático

Análisis de repertorio GridTeoría de los constructos personales

Organizada, modelo de percepción del conocimiento expertoLos expertos identifica los objetos de dominio y sus atributosLos expertos determina las características y los opuestos de cada atributoLos expertos distingue entre objetos, la creación de una red

Sistema de transferencia de expertos Programa de computadora que obtiene información de los expertosPrototipado rápidoSe utiliza para determinar la suficiencia de los conocimientos disponibles

Métodos de elicitación

Manual Basado en la entrevistaProceso de seguimiento del razonamientoObservación

SemiautomáticoConstruir la base con una ayuda mínima de ingeniero del conocimientoPermite la ejecución de las tareas de rutina con el aporte mínimo de expertos 

AutomáticaEntrada  mínima  del experto y el ingeniero del conocimiento

Problemas en la IC

• Complejidad de la información y el conocimiento es difícil de observar• Expertos y otras fuentes difieren• Representaciones múltiples

• Libros de textos• Representaciones gráficas• Heurísticas• Experiencias

Importancia de la IC

El conocimiento es valioso y frecuentemente sobrevive a la implementación particular

• Administración del conocimiento

Errores en una base de conocimiento puede causar serios problemas

Altas demandas de ampliación y mantenimiento

• Cambios en el tiempo

Para construir un SBC se deben diseñar unos procesos para el manejo del conocimiento.

En términos generales los procesos que se realizan con el conocimiento son: la adquisición, representación y manipulación / validación.

Ingeniería del Conocimiento (Procesos)

Adquisición del conocimiento: labor de extracción del conocimiento de las fuentes

• Adquisición del conocimiento de una fuente estática: seleccionar las fuentes más apropiadas que están relacionadas con el problema para adquirir los conocimientos básicos del dominio.

• Adquisición del conocimiento de una fuente dinámica: Esta labor se realiza una vez se haya adquirido el conocimiento básico del dominio por parte del (los) ingeniero(s) del conocimiento. Hay diferentes estrategias para ello.

Ingeniería del Conocimiento (Adquisición del conocimiento)

• Entrevista directa o formal: El IC establece un plan de la reunión en el que se determina el objetivo principal de la misma, el tema a tratar, los recursos que se necesitan para registrar (guardar) la entrevista, la fecha, la hora y el lugar donde se llevará a cabo dicha entrevista.

• Entrevista informal: Se realiza de forma personal pero no planeada. Es aprovechar la oportunidad del encuentro entre el IC y la persona que tiene el conocimiento, en donde el primero le hace una pequeña entrevista al segundo.

Ingeniería del Conocimiento (Técnicas de adquisición de conocimientos de una

fuente dinámica)

Ingeniería del Conocimiento (Técnicas de adquisición de conocimientos de

una fuente dinámica)

• Observación del trabajo real del experto: Consiste en examinar la labor del experto en su ambiente de trabajo, solucionando un problema como el que se está tratando de simular.

• Cuestionario: Es una encuesta muy bien diseñada que se utiliza especialmente para cuando se requiere obtener las ideas que tienen varias personas sobre el tema. Puede llegar a ser muy difícil de diseñar e inclusive, de manejar.

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• Marco de referencia: proceso de construcción de un sistema basado en el conocimiento:

– Adquisición del conocimiento– Representación del conocimiento– Método de resolución– Construcción del motor de inferencia

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Adquisición del conocimiento

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• Adquisición del conocimiento ≡ Traspaso del conocimiento de los expertos (o de las fuentes de conocimiento) en un dominio determinado hacia un formalismo de representación computable del conocimiento

Basede

conocimiento

Ingenierodel

conocimiento

FC1 ≡ Experto1

. . . .

FCn ≡ Experton

Conocimiento

Dominio (hechos, relaciones, asociaciones)

Proceso de resolución (heurísticas, métodos)

Adquisición del conocimiento

• Fuentes

• DocumentadoPor escrito, visto, sentido, comportamiento

• No documentadosMemoria

• Adquirido deSentidos humanos Máquinas

Conocimiento

•NivelesSuperficial

Nivel de medición De entrada-salida

ProfundoLa resolución de problemasDifíciles de recopilar, validarLas interacciones entre los componentes del sistema

Conocimiento

• CategoríasDeclarativo

Representación descriptiva

Procedimiento¿Cómo funcionan las cosas en diferentes circunstancias?¿Cómo utilizar el conocimiento declarativo?

La resolución de problemas

MetaconocimientoEl conocimiento sobre el conocimiento

Conocimiento

Representación del conocimiento: Este proceso consiste en recolectar el conocimiento extraído y representarlo en una forma inteligible. Algunas formas de representación del conocimiento son con árboles de decisiones o con diagramas lógicos.

Ingeniería del Conocimiento (Representación del conocimiento)

• Tener en cuenta: 1996 vs MCMXCVI

¿Qué preferirías utilizar en aritmética? ¿Por qué?

• Tener en cuenta: 1996 vs 11111001100

¿Cuál debería utilizar la computadora en lugar de utilizar la aritmética?  ¿Por qué?

¿Qué es una buena representación?

El poder de una buena representación

La participación proporcional de la primera parte será igual a una proporción, el numerador de la que es: una relación, cuyo numerador es el período de celebración de la primera parte, multiplicado por el capital aportado por el primer partido, y cuyo denominador es una suma, el primer término de los cuales es el período de celebración de la primera parte y el segundo término de la cual es el periodo de celebración de la segunda parte, y un denominador que es la suma de dos términos, el primer término de los cuales es un razón, el numerador es el período de celebración de la primera parte, multiplicado por el capital aportado por el primer partido, y cuyo denominador es una suma, el primer término de los cuales es el período de celebración de la primera parte, el segundo término de los cuales es el período de celebración de la segunda parte, y el segundo término de la cual es una proporción, el numerador es el período de celebración de la segunda parte, multiplicado por el capital aportado por el segundo partido, y es el denominador de los cuales uno suma, el primer término de los cuales es el período de celebración de la primera parte y el segundo término de la cual es el periodo de celebración de la segunda parte.

Árboles de decisiones:

Ingeniería del Conocimiento (Representación del conocimiento)

Diagramas Lógicos:

Ingeniería del Conocimiento (Representación del conocimiento)

Después de representar el conocimiento, éste debe ser validado tanto por el ingeniero del conocimiento como por el experto del dominio.

Mediante este proceso de manipulación y prueba se deben hacer todas los ensayos posibles para evitar mal manejo del conocimiento, bien sea por problemas de interpretación de los hechos, las heurísticas o las relaciones, o por problemas de conclusiones y explicaciones.

Básicamente lo que se realiza es evaluar el conocimiento del SBC haciendo pruebas de casos reales, con el fin de confrontarlos entre sí.

Ingeniería del Conocimiento (Manipulación y pruebas)

Ingeniería de Conocimiento:Ciclo de Vida Clásico

• En la Ingeniería de conocimiento se busca diseñar la solución de un problema basándonos en los conocimientos y procedimientos que un experto tiene en una área especifica. En la Ingeniería de software el cliente exponen requisitos que debe cumplir el sistema.

• En el ciclo de vida para el desarrollo de un Sistema Basado en Conocimiento se debe mantener una interacción constante con el experto de principio a fin en el desarrollo del sistema, contrario al sistema tradicional donde el usuario normalmente participa solamente en la especificación de requerimientos.

Diferencias IS IC

Como resultado de la investigación en aspectos metodológicos de SBC han surgido algunas propuestas y productos muy apropiados para soportar el proceso de construcción del sistema.

Se resaltan los siguientes: VITAL, KSM, MIKE, PROTÉGÉ-II, KADS y CommonKADS.

Metodologías para el desarrollo de SBC

Fue desarrollada en la Universidad de Ámsterdam en cooperación con varios socios europeos, como universidades, organizaciones de investigación, casas de software y de consultoría.

Es considerada por muchas compañías y organizaciones alrededor del mundo como un estándar para la ingeniería del conocimiento y de los SBC.

Metodología CommonKADS

•El desarrollo se divide en un conjunto de etapas con un orden de ejecución predeterminado.

• Dentro de cada etapa debe llevarse a cabo un conjunto de actividades distintas.

• Al final de cada etapa han de producirse uno o más productos tangibles (por ejemplo, documentos, informes, diseños, programas) normalmente como entradas a otras fases.

Metodología CommonKADS

• El Análisis: Se realiza para comprender el problema desde el punto de vista de la solución que se piensa desarrollar. Está formado por la especificación de los requerimientos del sistema basado en el conocimiento y por un análisis del problema específico.

• El Diseño: En el cual se hace una descripción del comportamiento del sistema (descripción funcional) y una descripción física en la que se especifica detalladamente cada uno de sus componentes.

Etapas CommonKADS

• Implantación del sistema: En esta etapa se considera tanto la integración del software desarrollado como su adaptación en la organización. • Instalación: Consiste en la puesta en marcha del sistema con el fin de que comience a operar en la empresa, iniciándose su proceso productivo. • El mantenimiento y refinamiento del conocimiento.

Etapas CommonKADS

Sistemas basados en conocimiento

Interface Usuario

final

Motor de

inferencia

Base De

Conocimiento

Explicación

ConclusionesExperienciaRecomendacionespara la acción

Consultas

Hechos Heuristicas, etc.

Esquema de representacion del conocimiento

(1) Base de conocimiento

Knowledge-base

HeurísticasHipótesis Reglas

Hechos

Procesos

EventosDefiniciones Relaciones

Atributos

Objetos

(2) El conocimiento formalismos de representación e Inferencia

Representación delconocimiento

LógicaReglas de producciónRedes semánticas / marcosRazonamiento basado en casos

Inferencia

Principio de resoluciónEncadenamiento hacia adelante/ hacia atrásHerencia/ razonamiento avanzadoBasado en similitud

(1) Diagnóstico - Para identificar un problema determinado un conjunto de síntomas o anomalías.por ejemplo razones para diagnosticar la falla del motor(2) Interpretación - Para facilitar la comprensión de una situación de la información disponible. (3) Predicción - Para predecir el estado futuro de un conjunto de datos u observaciones. por ejemplo Asesor de perforación de pozos, PLANTA(4) Diseño - Desarrollo de configuraciones que satisfacen las restricciones de un problema de diseño. (5) Planificación - tanto a corto como a largo plazo y en áreas como la gestión de proyectos, desarrollo de productos o la planificación financiera. por ejemplo Gestión de recursos humanos

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(6) Vigilancia - Para comprobar el rendimiento y excepciones bandera.por ejemplo, KBS monitores de los datos de radar y las estimaciones de la posición de el transbordador espacial(7) Control - Recoger opiniones y evaluar las pruebas y la forma en que las pruebas.por ejemplo los pacientes de control de tratamiento(8) Instrucción - Formar a los estudiantes y corregir su desempeño. por ejemplo dar a los estudiantes de medicina experiencia de diagnóstico de enfermedades(9) Depuración - Identificar y prescribir remedios para el mal funcionamiento. por ejemplo identificar los errores en una red de cajeros automáticos y las formas de corregir los errores

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