PDF de programación - Capitulo 1 - Métodos estructurados de representación del conocimiento

CAPITULO 1



MÉTODOS ESTRUCTURADOS DE
REPRESENTACIÓN DEL CONOCIMIENTO



• Redes Semánticas
• Modelos de Dependencia Conceptual
• “Frames” y Guiones
• Paradigma de Orientación a Objetos
• Reglas de Producción
• Resumen
• Textos Básicos





1. MÉTODOS ESTRUCTURADOS DE REPRESENTACIÓN DEL

CONOCIMIENTO

La lógica formal permite la utilización de procedimientos de resolución que
posibilitan el razonamiento con hechos. Sin embargo, los objetos del universo real
tienen propiedades y se relacionan con otros objetos. Así, es útil disponer de estructuras
de representación que permitan, por una parte, agrupar propiedades, y por otra, obtener
descripciones únicas de objetos complejos.

En cualquier caso, los objetos no son las únicas entidades estructuradas del
universo. También sería muy útil poder representar eficazmente escenarios y secuencias
típicas de acontecimientos.

Para tratar de dar respuesta a tales cuestiones, en inteligencia artificial se utilizan
esquemas no formales de representación del conocimiento. Tales esquemas son
fundamentalmente métodos estructurados de representación, y tienen que verificar las
siguientes propiedades:

ADECUACIÓN REPRESENTACIONAL:

El esquema elegido debe ser capaz de representar las distintas clases de
conocimiento del dominio.

ADECUACIÓN INFERENCIAL:



El esquema elegido debe permitir la manipulación del conocimiento para
obtener conocimiento nuevo.

EFICIENCIA INFERENCIAL:

El esquema elegido debe ser versátil utilizando aquella información que permita
optimizar el proceso inferencial.

EFICACIA ADQUISICIONAL:



El esquema elegido debe suministrar vías que permitan la incorporación de
información y conocimiento nuevos.

Cualquier esquema estructurado de representación del conocimiento va a poder

ser clasificado en una de las siguientes categorías:

métodos declarativos
métodos procedimentales

En los esquemas declarativos el conocimiento se representa como una colección
estática de hechos para cuya manipulación se define un conjunto genérico y restringido
de procedimientos. Los esquemas de este tipo presentan ciertas ventajas. Así, las
verdades del dominio se almacenan una sola vez. Además, es fácil incrementar e
incorporar nuevo conocimiento sin modificar ni alterar el ya existente.





En los esquemas procedimentales la mayor parte del conocimiento se representa
como “procedimientos”, lo cual le confiere al esquema de representación un carácter
dinámico. También los esquemas procedimentales presentan ventajas. Así:

Al dar prioridad a los procedimientos hacemos mayor énfasis en las capacidades

inferenciales del sistema.

Permiten explorar distintos modelos y técnicas de razonamiento.

Permiten trabajar con falta de información y con datos de carácter probabilístico.

Incorporan de forma natural conocimiento de tipo heurístico.

Independientemente del esquema de representación elegido, es muy útil
considerar una serie de elementos que nos permiten establecer relaciones entre distintas
estructuras de conocimiento. Tales elementos son:

ES_UN (IS_A):

que permite establecer relaciones entre taxonomías jerárquicas
(Figura 1.1)

ES_PARTE_DE (PART_OF):

que permite establecer relaciones entre objetos y
componentes de un objeto (Figura 1.2)

Una propiedad importante de ambas relaciones es la transitividad. Veamos los

siguientes ejemplos:

MILU ES UN PERRO

LA NARIZ ES PARTE DE LA CARA
UN PERRO ES UN ANIMAL
LA CARA ES PARTE DE LA CABEZA
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯
MILU ES UN ANIMAL
LA NARIZ ES PARTE DE LA CABEZA



La transitividad está vinculada al razonamiento deductivo. Más importante aún
es el hecho de que la transitividad de la relación ES_UN nos permite establecer un
método para la obtención de propiedades de los objetos relacionados.

Ello configura un proceso de herencia de propiedades mediante el cual, si un
objeto pertenece a una determinada clase, a través de la relación ES_UN dicho objeto
hereda las propiedades de la clase. Desde una perspectiva formal podemos definir una
correspondencia entre ambas relaciones y la lógica de predicados. Así, por ejemplo:
hombre (MARCO), se convierte en ES_UN (MARCO, HOMBRE).







ES_UN

ser vivo

ES_UN

perro

animal

planta

ES_UN

mastín

ES_UN

San Bernardo

ES_UN

pez

ES_UN

trucha

ES_UN

ES_UN

árbol

arbusto

ES_UN

ES_UN

araucaria

hortensia



Figura 1.1 Distintos objetos conectados a través de relaciones ES_UN



ES_PARTE
_DE

cabeza

ES_PARTE
_DE

cuerpo

tronco

ES_PARTE
_DE

ES_PARTE_DE

ES_PARTE_DE

ES_PARTE
_DE

nariz

cara

ES_PARTE
_DE

boca

pecho

espalda

ES_PARTE_DE

ES_PARTE_DE

ES_PARTE_DE

ojos

dientes

omóplatos



Figura 1.2 Objetos conectados a través de relaciones ES_PARTE_DE

Los métodos declarativos que estudiaremos en este tema serán:

REDES SEMANTICAS: Que permiten describir simultáneamente acontecimientos y

objetos.

MODELOS DE DEPENDENCIA CONCEPTUAL: Estructuras especializadas que
proporcionan mecanismos para representar relaciones entre los componentes de una
acción.

FRAMES: Estructuras genéricas que permiten representar objetos complejos desde

diferentes puntos de vista.

GUIONES: Estructuras especializadas, que derivan de las frames, y que son útiles para

representar secuencias comunes de acontecimientos.





Aunque básicamente diferentes, estas cuatro estructuras de representación
comparten ciertos elementos. Así, en todos ellos las entidades complejas pueden
describirse como una colección de atributos y unos valores asociados (i.e., estructuras
slot-and-filler).

También haremos, en este capítulo una breve descripción del paradigma de
orientación a objetos, como un esquema alternativo y potente de representación
jerárquica de objetos y clases, que comparten propiedades.

El método procedimental que estudiaremos será el de las REGLAS DE
PRODUCCION (o simplemente REGLAS), sobre el cual haremos una extensión en otro
capítulo a los llamados SISTEMAS DE PRODUCCION.
1.1. Redes Semánticas

Las redes semánticas son estructuras declarativas de representación en las que el
conocimiento se representa como un conjunto de nodos conectados entre sí por medio
de arcos etiquetados. Los arcos representan relaciones lingüísticas entre nodos (Figura
1.3)



persona

ES_UN

yo

mueble

ES_UN

DUEÑO

silla

ES_PARTE_DE

respaldo

ES_UN

mi silla

COLOR

rojo



Figura 1.3 Una red semántica sencilla

En las redes semánticas cada propiedad incluye un enlace unidireccional. Para
establecer enlaces bidireccionales hay que tratar cada relación por separado (Figura 1.4)



yo

PROPIETARIO

PROPIEDAD

silla



Figura 1.4 Un enlace bidireccional en una red semántica

Un enlace puede ser considerado como algo que aseveramos de un nodo en
relación a otro. Puesto que una aseveración dada sólo puede ser cierta o falsa, un enlace
es una relación binaria entre nodos.

Dos de las relaciones binarias más corrientes en las redes semánticas son las

relaciones ES_UN y ES_PARTE_DE.

En este contexto, la relación ES_UN se emplea para establecer el hecho de que
un elemento dado es miembro de una clase de elementos que tienen en común un
conjunto de propiedades distinguibles.





Los conceptos de clase y de enlace ES_UN pueden emplearse también para

representar situaciones, acciones y eventos.

Las relaciones más frecuentes en redes semánticas pueden clasificarse en una de

las siguientes categorías:

OCURRENCIA:



Cuando se relaciona un miembro de una categoría general con la categoría a la
que pertenece (se suele etiquetar “pertenece”).

GENERALIZACIÓN:

Cuando se relaciona una entidad con otra de carácter más general (ES_UN).

AGREGACIÓN:

Cuando se relacionan componentes de un objeto con el objeto propiamente
dicho (ES_PARTE_DE).

ACCIÓN:

Cuando se establecen vínculos dinámicos entre diferentes objetos.

PROPIEDADES:



Que son relaciones entre objetos y características de los objetos.

La Figura 1.5 representa, por medio de una red semántica, la siguiente frase
compleja: “María (sujeto de la acción), le dio (pretérito indefinido del verbo DAR), a
Juan (beneficiario de la acción), los principios de inteligencia artificial (objeto directo),
que es un libro de color azul que pertenece a la biblioteca de la Facultad de
Informática.”



María

dar

COLOR

azul

SUJETO

PERTENECE

OBJETO

Principios
de IA

dio

BENEFICIARIO

ES_UN

Juan

libro

biblioteca

PERTEN.

ES_PARTE
_DE

Facultad

de

Informática



Figura 1.5 Una frase compleja representada a través de una red semántica sencilla





Desde una perspectiva computacional la implementación de una red semántica
requiere la construcción de una tabla de n tuplas del tipo: OBJETO-ATRIBUTO-
VALOR, de forma que:

El nodo padre sea el OBJETO
El arco sea el ATRIBUTO
El nodo destino sea el VALOR

La Figura 1.6 muestra un ejemplo de construcción de la tabla de tuplas asociada

a una red semántica.

dinero

TIENE

Ana

ES_UN

persona

PERTENECE

mamífero

ES_UN

animal

ES_UN



Figura 1.6 Un ejemplo de red semántica sencilla

Existe una correspondencia directa entre las redes semánticas y la lógica formal.
Así, si utilizamos predicados, la representación de la red semántica de la figura 4.6 se
haría por medio de los siguientes predicados:

TIENE (ANA, DINERO)
ES_UN (ANA, PERSONA)
ES_UN (PERSONA, ANIMAL)
PERTENECE (PERSONA, MAMIFERO)
ES_UN (MAMIFERO, ANIMAL)

La Tabla 1.1 muestra