PDF de programación - jCOLIBRI: Una plataforma multi-nivel para la construcción y generación de sistemas de Razonamiento Basado en Casos

jCOLIBRI: Una plataforma

multi-nivel para la construcción y

generación de sistemas de

Razonamiento Basado en Casos

TESIS DOCTORAL

Juan Antonio Recio García

Departamento de Ingeniería del Software e

Inteligencia Artificial

Facultad de Informática

Universidad Complutense de Madrid

Octubre 2008

jCOLIBRI: Una plataforma

multi-nivel para la construcción y

generación de sistemas de

Razonamiento Basado en Casos

Memoria que presenta para optar al título de Doctor en Informática

Juan Antonio Recio García

Dirigida por los doctores

Belén Díaz Agudo

Pedro A. González Calero

Departamento de Ingeniería del Software e

Inteligencia Artificial

Facultad de Informática

Universidad Complutense de Madrid

Octubre 2008

para Ana

Agradecimientos

Pues sí, por fin he acabado la te-
sis y tengo la oportunidad de dar
las gracias a todos aquellos que me
han ayudado durante este tiempo.
He elegido esta viñeta de mi que-
rido Toriyama porque resume per-
fectamente lo que he intentado que
fuera este periodo: lo más importan-
te es trabajar mucho para conseguir
lo que quieres, pero no todo es tra-
bajo, también hay que dejar tiempo
para divertirse porque si no acabas
volviéndote loco. Pero tampoco hay
que pasarse con la diversión porque
tienes que descansar para rendir en
el trabajo. Y finalmente hay que co-
mer bien para coger fuerzas -que además, está muy rico. Así que utilizaré
estas cuatro “lineas maestras” para ir organizando mis agradecimientos y no
dejarme nada.

Akira Toriyama, 1986 cBird Studio - Planeta

Trabajar mucho. Aquí tengo que empezar por Luis Hernández ya que es la
persona que me abrió las puertas de la Universidad y fue el primero en pensar
que quizás yo valía para esto de la investigación (o al menos para dar clase en
los CFI). Tampoco hubiera sido posible realizar esta tesis sin mis directores
Belén y Pedro. Belén ha sido la perfecta organizadora que siempre me ha
ayudado a saber qué tenía que hacer para sacar el trabajo adelante. Y si
había grandes preguntas “filosóficas”, pues para eso estaba Pedro. Realmente
pienso que todo este trabajo –del que me siento tan orgulloso– se debe a
su impecable dirección con la que han sabido sacar lo mejor de mí. Muchas
gracias, ha sido un placer y un honor haber trabajado con vosotros.

Por último, también quiero dar las gracias a todos mis compañeros de
Departamento y especialmente a la gente del 411 por todo el apoyo recibido.

viii

Así que llegamos a la parte de divertirse mucho. Como no, aquí me han
ayudado mis amigos, fundamentales durante estos años. Mi gran amigo Luis,
con la habilidad de hacerme ver la botella medio llena y conseguir siempre
una sonrisa cuando más lo necesito. Toda una década disfrutando de la mejor
amistad. Guille, altruista, desinteresado, incondicional. Con la mano siempre
tendida para ayudarme antes de pedirlo. Cualidad tan difícil de encontrar en
un amigo y que yo tanto valoro. Mi viejo amigo Kike, con el que he vivido
inolvidables experiencias, demostrando a todo el mundo lo buena gente que
somos los alcarreños. Raquel y Pedro Pablo con quienes he compartido tantas
cosas y disfrutado siempre de su compañía. Muchas gracias a todos, gracias
por estar a mi lado en esta etapa tan importante de mi vida.

Descansar mucho. Quiero aprovechar esta parte para recordar esos buenos
ratos con mi primo Javi cuando yo siempre me dormía y llegaba al cercanías
por los pelos. ¡Eso sí que era duro y no la tesis! Agradecer a todos mis tíos y
primos por su cariño, y dedicar este trabajo especialmente a Esther porque
ella también ha superado un gran reto durante los últimos años. Todos estos
agradecimientos estarían incompletos sin mandar un beso enorme a mis dos
abuelas a las que quiero tanto. A decir verdad, a vosotras os dedico toda
la parte de “comer mucho”, ya que siempre me habéis demostrado vuestro
cariño en forma de suculentos platos.

Ni tanto trabajo, ni tanta diversión, ni tanto descanso hubieran sido po-
sibles sin tener detrás a mi familia. Mamá, Papá, Mariano, todo lo que soy
es reflejo vuestro y consecuencia de los valores que me habéis inculcado. La
confianza, el respeto y el cariño con el que habéis apoyado incondicional-
mente en todos los proyectos de mi vida hacen que esta tesis sea vuestra.
Gracias por ser mi familia.

También quiero mandar un beso muy fuerte a mi “nueva” familia: José,
Ana María, Laura, Rocio y Lydia. Vosotros me habéis recibido y hecho sentir
siempre como uno más, lo que ha sido de gran ayuda durante este tiempo.
Por eso quiero aprovechar estas líneas que quedarán guardadas en vuestra
estantería para siempre y dedicaros también este trabajo.

Y quiero terminar con la persona más importante de mi vida y sin la
que hubiera sido imposible que yo escribiera esto: Ana. ¿té acuerdas cuando
suspendí tantas asignaturas en segundo curso y me obligaste a ir contigo a
la biblioteca para estudiar? ¿De todo lo que me has ayudado durante esta
etapa en la Universidad? Siempre dije que mi título de ingeniero tenían que
habérnoslo expedido a medias y opino lo mismo de esta tesis.

Yo no sería lo que soy hoy sin tu amor, sonrisa, apoyo, consejo, com-
prensión, compañía. Tantas cualidades que resulta imposible describirlas con
palabras.

Mil gracias por todo. Gracias por hacerme la persona más feliz del mundo
y por disfrutar la vida conmigo. Hasta la última coma de todas estas páginas
está dedicada para ti.

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Resumen

El Razonamiento Basado en Casos propone la reutilización de experiencias
pasadas –casos– para resolver nuevos problemas. Esta idea tan básica ha
dado lugar toda una amplia familia de técnicas que permiten reutilizar la
información contenida en los casos para resolver problemas de una varia-
da naturaleza. Sin embargo, la investigación en este campo no ha venido
acompañada de metodologías y plataformas que faciliten el desarrollo de
aplicaciones CBR.

El objetivo de este trabajo es cubrir la carencia de una plataforma que
sirva como base a la comunidad CBR para desarrollar y compartir sus apli-
caciones y métodos. La plataforma presentada se denomina jcolibri. Su
arquitectura se divide en dos capas que cubren las distintas necesidades tan-
to de usuarios desarrolladores como diseñadores. Los usuarios desarrolladores
son aquellos que prefieren manejar directamente el código de la aplicación,
mientras que los diseñadores prefieren utilizar herramientas de composición
a más alto nivel.

La parte de la plataforma orientada a usuarios desarrolladores ofrece to-
dos los elementos básicos que sirven de base en la implementación de sistemas
CBR. Además se incluyen una serie de extensiones para el desarrollo de sis-
temas CBR Textuales –donde los casos se encuentran en forma de textos–,
sistemas CBR con conocimiento intensivo —aquellos que necesitan conoci-
miento complementario al de los casos–, y sistemas CBR de recomendación
de productos –donde se interactúa con el usuario hasta elegir un producto o
caso concreto.

La otra capa de jcolibri se basa en las tecnologías de la Web Semántica
para permitir la composición semiautomática de las aplicaciones CBR por
parte de usuarios diseñadores. Gracias a los nuevos estándares propuestos
en este área es posible representar y razonar sobre el comportamiento de
los métodos CBR incluidos en la plataforma y así asistir al usuario en su
composición.

Índice

Resumen

1 Introducción

1.1 Estructura de la memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2 Publicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2 Estado del arte

2.1 Razonamiento Basado en Casos . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 El ciclo CBR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2 El conocimiento de los sistemas CBR . . . . . . . . . .
2.1.3 Procesos de un sistema CBR . . . . . . . . . . . . . .
2.1.4 Familas de sistemas CBR . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.5 Armazones CBR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Ontologías y la Web Semántica . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .
2.2.1 El papel de las ontologías en jCOLIBRI
2.2.2 Las ontologías . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3 Los lenguajes y tecnologías de la Web Semántica . . .
2.2.4 Las Lógicas Descriptivas . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Arquitecturas y plataformas software . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Métodos de Resolución de Problemas . . . . . . . . . .
2.3.2 Los Servicios Web Semánticos . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3 La Plataforma J2EE . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Diseño de Armazones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.1 Características de los Armazones . . . . . . . . . . . .
2.4.2 Tipos de Armazones . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.3 Armazones CBR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.5 Conclusiones

3 jCOLIBRI

3.1

jCOLIBRI 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.1.1 Diseño y arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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56
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63

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68
68

xiv

3.2

ÍNDICE

77
3.1.2 Funcionalidad y Características . . . . . . . . . . . . .
86
3.1.3 Problemas de la plataforma . . . . . . . . . . . . . . .
92
jCOLIBRI 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.2.1 Diseño y Arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . .
93
3.2.2 Funcionalidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.2.3 Documentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

3.3 Conclusiones

4 CBR Textual en jCOLIBRI

111
4.1 CBR Textual Semántico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.1.1 Características de un armazón genérico de TCBR . . . 113
4.1.2 El modelo teórico de Lenz para TCBR . . . . . . . . . 115
4.1.3 NLP mediante Máxima Entropía . . . . . . . . . . . . 117
4.1.4 NLP mediante GATE . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.1.5 Representación de textos en jcolibri
. . . . . . . . . 119
4.1.6 Métodos TCBR implementados