PDF de programación - Métodos estructurados

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Objetivos
– Presentar y discutir modelos declarativos de

representación del conocimiento

– Introducir las reglas de producción como método
estructurado de representación del conocimiento
procedimental

– Ver algún ejemplo de cooperación entre métodos

declarativos y procedimentales de representación del
conocimiento

– Introducir el paradigma de representación orientada a

objetos

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

1

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Contenidos

– Generalidades
– Redes semánticas
– Frames
– Reglas de producción
– Orientación a objetos

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

2

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Bibliografía
– González y Dankel, The engineering of knowledge-
based systems: theory and practice, Prentice-Hall
International, eds., 1993

– Rich y Knight, Inteligencia artificial, McGraw-Hill, eds.,

1994

– Moret et al., Fundamentos de inteligencia artificial,

Servicio de Publicaciones UDC, eds., 2004

– G. Booch, “Análisis y diseño orientado a objetos, 2ª
ed.”, Addison-Wesley / Díaz de Santos, Wilmington,
Delaware, USA, 1996

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

3

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Comentarios generales

– La lógica formal permite la utilización de

procedimientos de resolución que faciltan el
razonamiento con hechos

– Es útil disponer de estructuras de representación que

permitan agrupar propiedades y obtener
descripciones únicas de objetos complejos
– También sería muy útil poder representar

eficazmente escenarios y secuencias típicas de
acontecimientos

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

4

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Los esquemas no formales de representación del
conocimiento verifican las siguientes propiedades:

1. Adecuación representacional: el esquema elegido debe ser

capaz de representar las distintas clases de conocimiento del
dominio

2. Adecuación inferencial: el esquema elegido debe permitir
manipular conocimiento para obtener conocimiento nuevo

3. Eficiencia inferencial: el esquema elegido debe ser versátil,

utilizando información que permita optimizar el proceso
inferencial

4. Eficacia adquisicional: el esquema elegido debe suministrar

vías que permitan la incorporación de información y
conocimientos nuevos

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

5

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

•

Elementos que permiten establecer relaciones
entre distintas estructuras de conocimiento

1. ES_UN (IS_A): permite establecer relaciones entre

taxonomías jerárquicas

2. ES_PARTE_DE (PART_OF): permite establecer

relaciones entre objetos y componentes de un objeto

Un perro es un animal
__________________ _________________________

La nariz es parte de la cara
La cara es parte de la cabeza

• Milú es un perro
•
•
• Milú es un animal

La nariz es parte de la cabeza

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

6

MÉTODOS ESTRUCTURADOS
Clasificación de las representaciones

estructuradas
Métodos declarativos

El conocimiento se representa como una colección
estática de hechos, para cuya manipulación se
define un conjunto genérico y restringido de
procedimientos

Métodos procedimentales

La mayor parte del conocimiento se representa como

procedimientos, lo cual le confiere al esquema de
representación un carácter dinámico

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

7

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Ventajas de los métodos declarativos

1. Las verdades del dominio se almacenan una sola vez
2. Es fácil incrementar e incorporar nuevo conocimiento

sin modificar ni alterar el ya existente

Ventajas de los métodos procedimentales

1. Mayor énfasis en las capacidades inferenciales del

sistema

razonamiento

2. Permiten explorar distintos modelos y técnicas de

3. Permiten trabajar con información de carácter

probabilístico
Incorporan de forma natural conocimiento heurístico

4.

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

8

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Métodos declarativos

Redes semánticas

y objetos

Frames o Marcos

Permiten describir simultáneamente acontecimientos

Estructuras genéricas que permiten representar

objetos complejos desde diferentes puntos de vista

Métodos procedimentales

Reglas de producción

Constituidas por una premisa –IF-, una conclusión

-THEN- y, opcionalmente, una alternativa –ELSE-

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

9

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Redes semánticas
– El conocimiento se representa como un

conjunto de nodos conectados entre sí por
medio de arcos etiquetados

– Los arcos representan relaciones lingüísticas

entre nodos

– Los enlaces son unidireccionales. Para

establecer enlaces bidireccionales hay que
tratar cada relación por separado

– Un enlace es una relación binaria entre nodos

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

10

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Relaciones posibles
– Ocurrencia

Cuando se relaciona un miembro de una categoría general
con la categoría a la que pertenece (∈)

– Generalización

Relaciona una entidad con otra de carácter más general
(ES_UN)
– Agregación

Se relacionan componentes de un objeto con el objeto
propiamente dicho (ES_PARTE_DE)

– Acción

– Propiedades

Se establecen vínculos dinámicos entre objetos

Relaciones entre objetos y características de los objetos

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

11

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Ejemplo

– Representar por medio de una red semántica

la declaración: “Mi silla es de color cuero”

– Expandir la red semántica introduciendo

nuevas propiedades

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

12

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Computacionalmente…
– La implementación de una
red semántica requiere la
construcción de una tabla
de n-tuplas, del tipo
Objeto-Atributo-Valor, tal
que:

Objeto

Atributo

valor

Ana

Ana

Tiene

Dinero

Es_un

Persona

Persona

Es_un

Animal

El nodo padre sea el
objeto
El arco sea el atributo
El nodo destino sea el
valor

Persona

∈

Mamífero

Mamífero

Es_un

animal

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

13

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Lógica formal

TIENE (DINERO, ANA)

ES_UN (PERSONA, ANA)

Red semántica
(ANA

(TIENE (DINERO))
(ES_UN (PERSONA)))

∈ (MAMIFERO, PERSONA)

(PERSONA

ES_UN (ANIMAL, MAMIFERO)

(ES_UN (ANIMAL))
(∈ (MAMIFERO)))

(MAMIFERO

(ES_UN (ANIMAL)))

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

14

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Herencia de propiedades

– Cualquier propiedad considerada cierta para una clase de

elementos debe ser cierta para cualquier ejemplo de la clase
(taxonomías)

Razonamiento
– Por rastreo. Las relaciones pueden no ser totalmente rigurosas
y, por lo tanto, las inferencias obtenidas por rastreo pueden no
ser válidas (condiciones de excepción no reconocidas)

– Emparejamiento. Construcción de fragmentos de red, algunos
de cuyos nodos tienen valores definidos, pero otros no
(variables). El sistema debe tratar de encontrar un fragmento de
la red original que encaje con la red problema

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

15

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Frames o Marcos
– Ante un problema nuevo…

Nadie empieza directamente un análisis
exhaustivo, y desde cero, para construir
incrementalmente estructuras de conocimiento
cada vez más complejas, la última de las cuales
describa perfectamente la nueva situación
presentada
El primer paso suele consistir en recuperar
experiencias anteriores y tratar de razonar por
semejanza

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

16

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Definición y características de las Frames
– Pueden describirse como redes semánticas

complejas

– Tratan el problema de la representación

desde la óptica del razonamiento por
semejanza

– Describen clases de objetos
– Son representaciones estructuradas de

conocimiento estereotipado

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

17

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Estructura
– Cabecera

– Slots

Le da nombre a la frame, y es representativa de la clase de
objetos que se describen

Elementos que representan una propiedad o atributo del
elemento genérico representado por la frame

Los slots pueden anidarse sin limitación de profundidad

La profundidad de un slot representa un nivel de
conocimiento, y su contenido es una especialización del
nivel anterior

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

18

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Ejemplo
– Fundamentos de IA

Capítulos

– Introducción

Cuestiones preliminares
Consideraciones generales
Resumen
Textos básicos

– Resolución de problemas
Espacio de estados
Características generales
Estrategias de exploración
Resumen
Textos básicos

– …

Alcance

– …

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

19

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Herencia en las frames (slots ES_UN)
– (pájaro

(morfología

(plumas)
(pico)
(…))
(ovípara))

(reproducción
(…))

– (gorrión

(es_un
(tamaño
(color

(pájaro))
(pequeño))
(pardo)))

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

20

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

(gorrión

(morfología

(plumas)
(pico)
(…))

(reproducción (ovípara))
(…)
(tamaño
(color
(…))

(pequeño))
(pardo))

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

21

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Información procedimental (demons)
– Procedimientos que la mayor parte del tiempo

están inactivos, pero que cuando son
activados desencadenan acciones concretas
– If_needed, If_added, If_removed … (D_algo)
– Cuando un demon es activado por una

entrada en la frame al nivel correspondiente,
el procedimiento del demon se ejecuta, y
luego el demon es eliminado

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

22

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Base_de_reglas

If_removed

D_remove_rules

Rules

Rule_1
Rule_2

Params_in_ifs
Param_1

Rule_1
…

…

Inteligencia Artificial. Ingeniería

Informática

23

MÉTODOS ESTRUCTURADOS

Los demons…

– Proporci