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Fundamento de Sistemas Expertos

Tpicos

DefinicinCaractersticasCundo usar y no usar un SBC?Aplicaciones Ventajas y desventajas

Es un programa de computacin Inteligente que usa el conocimiento y los procedimiento de inferencia para resolver problemas que son suficientemente difciles como para requerir significada experiencia humana para su solucin. Edward Feigenbaum

(1982)http://ksl-web.stanford.edu/people/eaf/

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Los programas de IA que consiguen una capacidad a nivel de experto en la resolucin de problemas mediante la reproduccin de un cuerpo de conocimiento se denominan sistemas basados en conocimiento, o sistemas expertos.

Feigenbaum, McCorduck y Nii (1988)

Los sistemas basados en conocimiento denotan los programas que razonan utilizando grandes bases de conocimiento. Nils J. Nilsson(2000)

Los sistemas expertos son una rama de la IA que hace un amplio uso del conocimiento especializado para resolver problemas como un especialista humano (persona que tiene experiencia desarrollada en cierta rea).

Giarratano Riley (2001)

http://prtl.uhcl.edu/portal/page/portal/SCE/COMPUTING_MATHMATICS_DIV/CS/cs_person/CS_Faculty

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El procesamiento del conocimiento es indiferente al conocimiento.

Simula la labor de un experto humano, y no de un operador.

Alto desempeo. El sistema debe tener la capacidad de responder a un nivel de competencia igual o superior al de un especialista en el campo. Esto significa que la calidad del consejo dado por el sistema debe ser muy alta.

Comprensible. El sistema debe ser capaz de explicar los pasos de su razonamiento. Este rasgo es importante, 1ro porque proporciona una revisin del razonamiento; 2do permite asegurar en la fase de desarrollo de que el sistema ha adquirido el conocimiento y lo est usando de manera correcta.

Flexibilidad. Debido a la gran cantidad de conocimiento que puede albergar un SE es importante contar con un mecanismo eficiente para aadir, modificar y eliminar el conocimiento.

Tiempo de respuesta adecuado. El sistema debe actuar en un tiempo razonable, comparable o mejor al tiempo requerido por un especialista para alcanzar una decisin.

Confiabilidad. El sistema experto debe ser confiable y no propenso a fallos.

Cuando usar un SE ? EL problema puede ser resuelto usando conocimiento y/o

experiencia El conocimiento debe ser claro, preciso y bien definido. El conocimiento debe ser colocado en forma explcita

(conocimiento tcito). El conocimiento debe proporcionar soluciones

satisfactoria.

Cuando NO usar un SE ? Problemas de optimizacin. Cantidad de conocimiento inconmensurable Problemas basados en bsqueda (juegos inteligentes) Problemas basados en conocimiento no explcito.

Recordar:Se trata de apoyar al experto humano

(quien toma decisin)Se trata de criticar las decisiones del

experto humano.Se trata de suplantar al experto humano

Industria:

Identificacin de materiales Sistemas de deteccin de fallas Sistemas de clasificacin Monitoreo y administracin de la produccin Control de sistemas crticos

Servicio:

Diagnstico de enfermedades Segmentacin Tutor inteligente Software Educativo Auditoria Control estratgico Alineamiento de presupuestos

Desventaja

No tiene capacidad de aprender. No tiene capacidad de generalizar conocimiento. No tiene capacidad de hacer analogas.

5. Ventajas y Desventajas

Ventajas

Coste reducido. El coste de poner la experiencia a disposicin del usuario se reduce de manera considerable. A mayor uso menor costo.

Peligro reducido. Los sistemas expertos pueden usarse en ambientes que podran ser peligrosos para un ser humano.

Experiencia Permanente. La experiencia es permanente y no depende de causas externas.

Experiencia mltiple. El conocimiento de varios especialistas puede estar disponible de manera simultnea.

Mayor confiabilidad. Al proporcionar una segunda opinin los sistemas expertos incrementan la confianza en que un especialista ha tomado la decisin correcta.

Ventajas

El conocimiento que tiene es fcil de actualizar. Es capaz de utilizar grandes cantidades de conocimiento. Son fciles de duplicar. Son consistentes. Son documentables. Explicacin. El sistema experto puede explicar de forma

clara y detalladamente el razonamiento que conduce a una conclusin aumentando la confianza.

Respuesta rpida. Respuesta en tiempo real.


Ventajas

Respuestas slidas, completas y sin emociones. El sistema experto siempre funciona a plena capacidad sin tener presin ni fatiga.

Inteligente. El sistema experto puede actuar como un tutor inteligente, dejando que el estudiante ejecute programas de ejemplo y explicando el razonamiento del sistema.

Base de datos inteligente. Los sistemas expertos pueden usarse para tener acceso a una base de datos en forma inteligente.


Arquitectura

Tpicos

La Arquitectura y FuncionamientoLa Base de Conocimiento.La Base de Hechos.El Motor de Inferencia.El Mdulo de Adquisicin del

Conocimiento. El Mdulo de ExplicacinLa Interface Usuario.

Mdulo de Adquisicin

de Conocimient

o

Mdulo deExplicacin

Motor de Inferencia

Interfase

Usuario

Adquisicin de Conocimiento

Representacin del Conocimiento

Tratamiento del Conocimiento

Utilizacin del Conocimiento

Base deHechos

Base deConocimiento

Los componentes principales de todo sistema experto son: La Base de Conocimiento. Es un repositorio en donde se almacena el

conocimiento y la experiencia asociada al problema a resolver. La Base de Hechos. Es un repositorio temporal en donde se almacenan los

hechos del problema a resolver. El Motor de Inferencia. Es el programa que tiene por objetivo resolver el

problema, esto adquirido los hechos, usa la base conocimiento y algn mecanismo de inferencia, y con ello obtiene la solucin al problema.

Las componente importantes pero no indispensables de un sistema expertos son:

El mdulo de Interface de Usuario. A travs del cual el usuario interacta con el sistema

El mdulo de Adquisicin de Conocimiento. A travs del cual el responsable del conocimiento actualiza el conocimiento de la Base de Conocimiento.

El mdulo de Explicacin. Este mdulo tiene por finalidad explicar el raciocinio del sistema en la obtencin de la solucin al problema.

Arquitectura de los Sistemas Expertos1. Arquitectura y Funcionamiento

El usuario (quien usa el sistema), interacta con el sistema experto a travs del mdulo de interfase de usuario. A travs de este mdulo, el usuario ingresa al sistema los hechos asociados a un problema y este le responde las conclusiones. Esto se consigue a travs del motor de inferencia, quien a su vez interacta con la Base de Conocimiento y la Base de Hechos.

El usuario tambin puede solicitar informacin sobre como el sistema obtuvo sus conclusiones, esto se consigue gracias al mdulo de explicacin.

La adquisicin y actualizacin del conocimiento del sistema, lo realiza el responsable del conocimiento (que puede ser un experto o un usuario designado por la organizacin).

Arquitectura de los Sistemas Expertos1. Arquitectura y Funcionamiento

La Base de Conocimientos de un Sistema Experto contiene el conocimiento y o experiencia de los expertos en un dominio o rea del saber determinado.

Una caracterstica muy importante de los Sistemas Expertos es es que la base de conocimientos es independiente del mecanismo de inferencia que se utiliza para resolver los problemas. De esta forma, cuando los conocimientos almacenados se han quedado obsoletos, o cuando se dispone de nuevos conocimientos, es relativamente fcil aadir nuevas reglas, eliminar las antiguas, o corregir los existentes, sin necesidad de modificar el motor de inferencia.

Arquitectura de los Sistemas Expertos2. La Base de Conocimiento

La Base de Conocimiento est constituido de:

Objetos y sus relacionesSituaciones particulares (meta conocimiento,

meta-reglas)Estrategias de resolucin y sus condiciones

(en algunos casos)

Arquitectura de los Sistemas Expertos2. La Base de Conocimiento

La base de hechos o base de datos es una memoria auxiliar que se utiliza para almacenar los datos asociado al problema que se desea resolver. En ella tambin se registra los resultados intermedios obtenido a lo largo del procedimiento de deduccin.

Al memorizar todos los resultados intermedios, conserva el vestigio de los razonamientos efectuados; por lo tanto, se puede utilizar explicar las deducciones y el comportamiento del sistema.

Arquitectura de los Sistemas Expertos3. La Base de Hechos

La base de hechos es temporal, salvo necesidades del usuario, y depende exclusivamente de la situacin estudiada.

Arquitectura de los Sistemas Expertos3. La Base de Hechos

El motor de inferencia (o mecanismo de inferencia) es la componente principal del SE cuya misin es obtener conclusiones mediante la aplicacin del conocimiento abstracto (metodologa de inferencias) sobre al conocimiento concreto (base de conocimiento) y los datos (base de hechos).

La metodologa de inferencia puede ser: Encadenamiento hacia delante (forward chaining,

progresivo o deductivo) Encadenamiento hacia atrs (backward chaining,

regresivo o inductivo) Redes Neuronales Artificiales

Arquitectura de los Sistemas Expertos4. El Motor de Inferencia

Si el motor de inferencia no puede obtener conclusin, el sistema podr solicitar a travs del modulo de adquisicin de conocimiento ms conocimiento o travs del mdulo de interfase con el usuario ms hechos, a fin de obtener alguna conclusin vlida.

Arquitectura de los Sistemas Expertos4. El Motor de Inferencia

Es un subsistema que ayuda a la estructuracin e implementacin del conocimiento en la Base de Conocimiento. Este mdulo permite que se puedan aadir, eliminar o modificar elementos de conocimiento en el sistema experto.

El proceso de construir la Base de Conocimiento (transferir conocimiento del experto para el SE) es conocido como cognimtica; las personas que realizan este proceso son llamados de cognimticos o ingenieros de conocimiento.

Arquitectura de los Sistemas Expertos5. El Mdulo de Adquisicin de Conocimiento

Algunas Consideraciones:1. El conocimiento se debe 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.

Arquitectura de los Sistemas Expertos5. El Mdulo de Adquisicin de

Conocimiento

Es un subsistema que tiene por objetivo dar una explicacin de las conclusiones obtenidas o de las acciones ejecutadas por el Sistema Experto.

Est diseado para aclarar al usuario la lnea de razonamiento seguida en el proceso de inferencia.

Si el usuario pregunta al sistema cmo ha alcanzado una conclusin, ste le presentar la secuencia completa de reglas usada. Esta posibilidad de explicacin es especialmente valiosa cuando se tiene la necesidad de tomar decisiones importantes amparndose en el consejo del sistema experto.

El subsistema de explicacin tambin puede usarse para depurar el sistema experto durante su desarrollo.

Arquitectura de los Sistemas Expertos6. El Mdulo de Explicacin

Tambin denominado de sistema de consulta, es la componente que gobierna el dialogo entre el usuario y el sistema. Su objetivo es permitir un dialogo casinatural con la mquina.

El interfaz de usuario permite que el usuario pueda: describir el problema al sistema experto, interpretar sus preguntas, los comandos y la informacin ofrecida.

Esta componente posibilita que la respuesta proporcionada por el sistema sea inteligible para el interesado. Tambin puede solicitar ms informacin si le es necesaria al sistema experto.

En algunos sistemas se utilizan tcnicas de tratamiento del lenguaje natural para mejorar la comunicacin entre el usuario y el sistema experto.

Arquitectura de los Sistemas Expertos7. La Interfase de Usuario

Requisitos o Caractersticas de la interfaz

El aprendizaje del manejo debe ser rpido.Debe evitarse en lo posible la entrada de datos

errnea.Los resultados deben presentarse en una forma

clara para el usuario.Las preguntas y explicaciones deben ser

comprensibles.

Arquitectura de los Sistemas Expertos7. La Interfase de Usuario

Taxonoma

Existen varias formas de clasificar a los sistemas expertos:[Henao 2002] Por su funcionalidad o propsito.Por su estado de evolucin.Por la forma de interaccin con el usuario.

Taxonoma

1. Taxonoma Funcionalidad

Esta clasificacin es de acuerdo con la funcin que l realiza o el propsito para el cual fue desarrollado:Descubrimiento

Diagnstico Diseo Interprete Monitorizacin Planeacin Descripcin


Descubrimiento: Sistemas que generan nuevos conceptos a partir de reglas y principios consistentes y permiten encontrar nuevas relaciones entre los datos.

- PROSPECTOR: Para el descubrimiento de yacimientos de molibdeno. - AM: Para la formulacin de conceptos y conjeturas sobre la teora de nmeros. - META-DENDRAL: Para el descubrimiento de reglas sobre la conducta de algunos compuestos en el espectrmetro de masas.


Diagnstico: Para detectar las causas del mal funcionamiento de un sistema.

- MYCIN: Diagnostica las causas de enfermedades infecciosas en un paciente. - ACE: Localiza las causas de fallas en redes telefnicas. - REACTOR: Encuentra las fallas en los sistemas de enfriado de reactores nucleares.

www.matthewtavares.com/GES_Documentation.html

http://www.matthewtavares.com/GES_Documentation.htmlhttp://www.matthewtavares.com/GES_Documentation.html


Diseo: Con el objetivo de configurar estructuras a partir de unas condiciones iniciales.

- XCON: Configura sistemas computarizados. - SECS: Genera complejos compuestos qumicos. - PALLADIO: Disea y prueba nuevos circuitos de tipo VLSI. detectar las causas del mal funcionamiento de un sistema.

http://www.ruleworks.co.uk/mobat/r1-soar.htm


Interprete: Sistema que infiere el significado de los datos (analiza los datos), es decir, sirve para determinar qu est sucediendo en un momento dado.

- PROSPECTOR: Interpreta datos de muestras de material mineral para detectar yacimientos. - REACTOR: Interpreta los datos en tiempo real, de reactores nucleares. - CRYSALIS: Interpreta los datos de un mapa de densidad de electrones para inferir la estructura tridimensional de una protena.

http://www.chromsmart.com/be-screen-captures.htm

http://www.chromsmart.com/be-screen-captures.htmhttp://www.chromsmart.com/be-screen-captures.htmhttp://www.chromsmart.com/be-screen-captures.htm


Monitorizacin: Su objetivo es comparar el estado de un proceso real con el estado esperado, para detectar desviaciones y sugerir las correcciones.

- YES/MVS: Controla y hace la monitorizacin de las funciones de un sistema operativo. - VM: Hace la monitorizacin del estado de un paciente en una sala de cuidado intensivo. - REACTOR: Hace la monitorizacin de los procesos de un reactor nuclear.

http://domino.watson.ibm.com/tchjr/journalindex.nsf/0b9bc46ed06cbac1852565e6006fe1a0/e8fda97988a5350385256bfa0067f649?OpenDocument

http://domino.watson.ibm.com/tchjr/journalindex.nsf/0b9bc46ed06cbac1852565e6006fe1a0/e8fda97988a5350385256bfa0067f649?OpenDocumenthttp://domino.watson.ibm.com/tchjr/journalindex.nsf/0b9bc46ed06cbac1852565e6006fe1a0/e8fda97988a5350385256bfa0067f649?OpenDocumenthttp://domino.watson.ibm.com/tchjr/journalindex.nsf/0b9bc46ed06cbac1852565e6006fe1a0/e8fda97988a5350385256bfa0067f649?OpenDocumenthttp://domino.watson.ibm.com/tchjr/journalindex.nsf/0b9bc46ed06cbac1852565e6006fe1a0/e8fda97988a5350385256bfa0067f649?OpenDocument


Planeacin: Para plantear la mejor accin a realizar para alcanzar un objetivo.

- THE UNDERWRITING ADVISOR: Ayuda al asesor de seguros en la determinacin de si otorgar o no una pliza y en qu condiciones. - PLANNER: Hace la planeacin estratgica de una organizacin. - KNOBS: Asiste en la planeacin tctica de ataques areos.

http://www.jdi-solutions.co.uk/products.php?product=expsys

http://www.scambs.gov.uk/faqs/faq.htm?mode=20&pk_faq=33

http://www.jdi-solutions.co.uk/products.php?product=expsyshttp://www.jdi-solutions.co.uk/products.php?product=expsyshttp://www.jdi-solutions.co.uk/products.php?product=expsyshttp://www.scambs.gov.uk/faqs/faq.htm?mode=20&pk_faq=33http://www.scambs.gov.uk/faqs/faq.htm?mode=20&pk_faq=33http://www.scambs.gov.uk/faqs/faq.htm?mode=20&pk_faq=33


Prediccin: Sistemas que infieren las probables consecuencias de una situacin, utilizando modelos de simulacin.

- PLANT: Estima los daos potenciales de plagas sobre plantos. - I&W: Predice los posibles lugares de conflictos armados. - PTRANS: Estima los requerimientos de manufactura de algn producto.

2. Taxonoma Evolucin del Sistema

Esta clasificacin es de acuerdo con el grado de evolucin que el sistema ha tenido. Es decir, que dependiendo de su propsito, cubrimiento y del conocimiento que maneja se tienen diversos estados del sistema [Waterman 86]:

- Prototipo de demostracin - Prototipo de investigacin - Prototipo de campo - Modelo de produccin - Sistema comercial


Prototipo de demostracin: El sistema soluciona una porcin del problema, sugiriendo que el enfoque es viable y el desarrollo del sistema es alcanzable. Es pequeo y se utiliza como estrategia de convencimiento de la utilidad del SBC. Prototipo de investigacin: El sistema presenta un desempeo aceptable del problema pero puede ser frgil debido a que no se ha probado y revisado completamente. Es de tamao mediano. Prototipo de campo: El sistema muestra un buen desempeo y ha sido revisado en el entorno del usuario. Es de tamao que vara de mediano a grande.


Modelo de produccin: El sistema exhibe muy buena calidad, desempeo, rapidez y una ejecucin eficiente en el entorno del usuario. Son grandes programas implementados en lenguajes eficientes. Sistema comercial: El sistema es un modelo de produccin que est siendo usado regularmente en una base comercial.

3. Taxonoma Interaccin con el Usuario

Esta clasificacin se refiere a la forma como el SBC interacta con el usuario en trminos de compartir tareas y responsabilidades [Guida 94]: Sistema soporte:Sistema prescriptivoSistema autnomo:

3. Taxonoma Interaccin con el Usuario

Sistema soporte: Es un SBC que puede darle soporte experto al usuario. Este sistema puede actuar en diferentes roles, como asistente, colega crtico, segunda opinin, asesor, consultor tutor, etc. Ofrece conocimientos y competencias pero no prescribe soluciones o decisiones. Acta como un ayudante, sin la intencin de reemplazar al experto. Sistema prescriptivo: Es un SBC que puede guiar, restringir y controlar la actividad de un usuario en la ejecucin de una tarea compleja. Mejora la calidad y el tiempo de respuesta sin reemplazar a los expertos. Este sistema tiene la autoridad para mejorar los objetivos, restricciones, soluciones o decisiones. Sistema autnomo: No interacta con ningn humano ya que se utiliza para reemplazarlos

Referencias:

[Waterman 86] D. Waterman. A Guide to Expert Systems. Addsison-Wesley Publishing Company. The United States of America. 1986. 419 p.

[Guida 94] G. Guida, C. Tasso. Design and Development of Knowledge Based

Systems. England : John Wiley & Sons. 1994. 476 p.

[Henao 2002] M. Henao Calad. CommonKADS-RT: Una Metodologa para el Desarrollo de Sistemas Basados en el Conocimiento de Tiempo Real. Tesis Doctoral, Universidad Politcnica de Valencia 2002.

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