“Sistema para el análisis y verificación de Sistemas Basados en Conocimientos”

““Sistema para el análisis y Sistema para el análisis y verificación de verificación de

Sistemas Basados en Sistemas Basados en Conocimientos”Conocimientos”

Tesista:Tesista: Grettel Barceló Alonso Grettel Barceló AlonsoDirector de tesis:Director de tesis: Dr. José Oscar Olmedo Dr. José Oscar Olmedo AguirreAguirreCo – Director: Co – Director: Dr. Argelio Víctor de la Dr. Argelio Víctor de la Cruz RiveraCruz Rivera

28 de Octubre del 28 de Octubre del 20042004

ContenidoContenido

IntroducciónIntroducción Antecedentes y motivaciónAntecedentes y motivación Lenguaje de representación del Lenguaje de representación del

conocimiento HAriesconocimiento HAries Planteamiento del problemaPlanteamiento del problema ObjetivosObjetivos MetodologíaMetodología Cronograma de actividadesCronograma de actividades Trabajos relacionadosTrabajos relacionados Resultados esperadosResultados esperados ReferenciasReferencias

SistemaSistema para el análisis y verificación de Sistemas Basados en Conocimientospara el análisis y verificación de Sistemas Basados en Conocimientos

Sistemas Basados en Sistemas Basados en Conocimientos Conocimientos (SBC)(SBC)


Son programas de computadora que contienen la Son programas de computadora que contienen la experiencia, conocimiento y habilidad propios de una experiencia, conocimiento y habilidad propios de una persona o grupo de personas especialistas en un área persona o grupo de personas especialistas en un área particular del conocimiento humano.particular del conocimiento humano.

Permiten resolver problemas específicos de dicha área de Permiten resolver problemas específicos de dicha área de manera inteligente y satisfactoria, en forma de diagnósticos, manera inteligente y satisfactoria, en forma de diagnósticos, instrucciones, predicciones o consejos ante las situaciones instrucciones, predicciones o consejos ante las situaciones reales que se planteen. reales que se planteen.

Tienen la capacidad de justificar su propia línea de Tienen la capacidad de justificar su propia línea de razonamiento. El estilo adoptado para alcanzar estas razonamiento. El estilo adoptado para alcanzar estas características es la programación basada en reglas, que es características es la programación basada en reglas, que es una de las particularidades fundamentales de este tipo de una de las particularidades fundamentales de este tipo de sistemas. sistemas.

En un sistema basado en conocimientos se deben incluir dos En un sistema basado en conocimientos se deben incluir dos tipos de conocimiento:tipos de conocimiento:

"conocimiento acerca del problema particular" y "conocimiento acerca del problema particular" y

"conocimiento acerca de cómo obtener más conocimiento "conocimiento acerca de cómo obtener más conocimiento

a partir del que ya se tiene". a partir del que ya se tiene".

Los componentes principales de un SBC son:Los componentes principales de un SBC son:

Base de Conocimientos (BC) y Base de Conocimientos (BC) y

Programa de InferenciaPrograma de Inferencia

Estructura de los SBCEstructura de los SBC


El punto de partida de los sistemas basados en el El punto de partida de los sistemas basados en el conocimiento, es la búsqueda de estructuras, conocimiento, es la búsqueda de estructuras, procedimientos, métodos, etc.procedimientos, métodos, etc.

Las Formas de Representación del Conocimiento (FRC) son Las Formas de Representación del Conocimiento (FRC) son estructuras con características especiales, que permiten estructuras con características especiales, que permiten expresar situaciones del mundo real y su almacenamiento expresar situaciones del mundo real y su almacenamiento en las computadoras.en las computadoras.

Permiten formalizar el conocimiento de un dominioPermiten formalizar el conocimiento de un dominio..

Formas de Representación del Formas de Representación del ConocimientoConocimiento




ContenidoContenido


Antecedentes y motivaciónAntecedentes y motivación

La construcción de SBC complejos requiere modelar y La construcción de SBC complejos requiere modelar y representar grandes cantidades de conocimiento, por lo que representar grandes cantidades de conocimiento, por lo que se pueden introducir errores potenciales inadvertidamente. se pueden introducir errores potenciales inadvertidamente. Por lo cual últimamente se ha prestado mucha atención en Por lo cual últimamente se ha prestado mucha atención en la verificación de los mismos. la verificación de los mismos.

Cuando los SBC están siendo verificados, deben Cuando los SBC están siendo verificados, deben considerarse sus principales componentes, es decir, su considerarse sus principales componentes, es decir, su Máquina de Inferencia y su Base de Conocimientos (BC)Máquina de Inferencia y su Base de Conocimientos (BC)

A pesar de que las definiciones de verificación de SBC A pesar de que las definiciones de verificación de SBC varían en la literatura, es común a todas que la verificación varían en la literatura, es común a todas que la verificación de la base de conocimientos incluye el chequeo del de la base de conocimientos incluye el chequeo del conocimiento para detectar anomalías lógicas, semánticas y conocimiento para detectar anomalías lógicas, semánticas y estructurales.estructurales.

El tipo de situaciones conflictivas que pueden aparecer El tipo de situaciones conflictivas que pueden aparecer cuando una BC es inconsistente depende de las cuando una BC es inconsistente depende de las características del lenguaje de representación del características del lenguaje de representación del conocimiento que se esté utilizando.conocimiento que se esté utilizando.




ContenidoContenido


HAriesHAries


HAriesHAries es un lenguaje de representación del conocimiento, que posibilita es un lenguaje de representación del conocimiento, que posibilita el desarrollo de sistemas inteligentes en diversos dominios del el desarrollo de sistemas inteligentes en diversos dominios del conocimiento. Consta de varias herramientas en aspectos tales como la conocimiento. Consta de varias herramientas en aspectos tales como la Representación de Conocimientos (RC), las Estrategias de Control, el Representación de Conocimientos (RC), las Estrategias de Control, el Razonamiento con Incertidumbre, el Aprendizaje Automático y otras. Razonamiento con Incertidumbre, el Aprendizaje Automático y otras.

Atendiendo a su concepción general, los principales componentes de Atendiendo a su concepción general, los principales componentes de HAries son:HAries son:

Sistema de Control General (HAries).Sistema de Control General (HAries). Sistema de Adquisición y Manipulación de Conocimientos (HAriesA).Sistema de Adquisición y Manipulación de Conocimientos (HAriesA). Sistema Consultante para el Desarrollador (HAriesC).Sistema Consultante para el Desarrollador (HAriesC). Sistema Consultante para Explotación de Aplicaciones (HAriesCI).Sistema Consultante para Explotación de Aplicaciones (HAriesCI). Utilitarios.Utilitarios.

HAriesHAries


Estructuras de Representación de Estructuras de Representación de Conocimientos en HAriesConocimientos en HAries

ConceptosConceptos RelacionesRelaciones

Estructura ProposiciónEstructura Proposición

Estructura VariableEstructura Variable

Base de ControlBase de Control

Reglas de Producción Reglas de Producción GeneralizadasGeneralizadas

Relaciones ContextualesRelaciones Contextuales

Relaciones de Eval. AlternativaRelaciones de Eval. Alternativa

Reglas de Conclusión y ApoyoReglas de Conclusión y Apoyo

ProposicionProposicionesesEs un planteamiento o aseveración que expresa nuestro Es un planteamiento o aseveración que expresa nuestro criterio, opinión, juicio o descripción sobre el objeto de estudio criterio, opinión, juicio o descripción sobre el objeto de estudio que puede, en un momento determinado, resultar verdadero o que puede, en un momento determinado, resultar verdadero o falso. falso.

Una proposición se Una proposición se caracterizacaracteriza por:por:

Representar un concepto de la realidad.Representar un concepto de la realidad. Tener Tener asociado un valor de asociado un valor de certidumbrecertidumbre, que exprese , que exprese el el

grado de veracidad con que grado de veracidad con que se cumple la situación planteadase cumple la situación planteada..

Estructura de la proposiciónEstructura de la proposición


Conjunto de textos

Valores

Atributos asociados

Relaciones

Proposiciones asociadas

Acciones

Herencia Pj = < Txj , Vj , ATj , RLj , PAj , ACj , Pj = < Txj , Vj , ATj , RLj , PAj , ACj , Hj > Hj >

La diferencia entre las proposiciones y las variables radica en La diferencia entre las proposiciones y las variables radica en que las primeras indican el grado de certeza que se tiene sobre que las primeras indican el grado de certeza que se tiene sobre un conocimiento, mientras que las variables representan un conocimiento, mientras que las variables representan el el valor en sí, que toma dicho conocimiento.valor en sí, que toma dicho conocimiento.

De acuerdo a la naturaleza del valor que se le vaya a asignar a De acuerdo a la naturaleza del valor que se le vaya a asignar a la variable, se clasifican en:la variable, se clasifican en:

VariablesVariables


Tj - Textos

Prj - Proposiciones asociadas

Vrj - Valores

Cj - Certidumbre asociada

ACj - Acciones asociadas

Fj - Fórmula

Oj - Opciones

Drj - Definición de la relación

Erj - Error permitido

GPrj - Grupos de proposiciones

Ij - Lista de imágenes

Zj - Zonas sensibles

Interna VVj = < j = < TTj , j , PrPrj , j , VrVrj , j , CCj , ACj >j , ACj >

Fórmula Vj = < Tj , Prj , Fj > Vj = < Tj , Prj , Fj >

Simple

MúltipleRelación de Vj = < Tj , Prj , Drj , Erj >Vj = < Tj , Prj , Drj , Erj >

comparación

Imagen Sensible Vj = < Tj , Prj , GPrj , Vj = < Tj , Prj , GPrj , Ij , Zj > Ij , Zj >

VVj = < j = < TTj , j , PrPrj , j , VrVrj , j , EEj , j , OOj j , , ACj > ACj >

NuméricaNuméricass

CualitativasCualitativas

CertidumbrCertidumbree

Es una estructura a nivel jerárquico superior que puede ser Es una estructura a nivel jerárquico superior que puede ser considerada como meta-conocimiento, puesto que se utiliza considerada como meta-conocimiento, puesto que se utiliza para indicarle al sistema como utilizar su conocimiento. para indicarle al sistema como utilizar su conocimiento. Permite dividir un problema en partes, posibilita cambiar el Permite dividir un problema en partes, posibilita cambiar el flujo de ejecución del sistema y controla el proceso de flujo de ejecución del sistema y controla el proceso de elaboración de las conclusiones.elaboración de las conclusiones.

Se denomina Se denomina Base de ControlBase de Control al par al par < Rg , E >< Rg , E > donde: donde:Rg representa un conjunto de Reglas Asociadas yRg representa un conjunto de Reglas Asociadas yEE un conjunto de t estructuras (ei) un conjunto de t estructuras (ei)

Base de Base de ControlControl


ei = < Oi , Cai , Sui , Pai , Ci , Tsi , Di , ei = < Oi , Cai , Sui , Pai , Ci , Tsi , Di , Rci , Rai >Rci , Rai >

Proposiciones

objetivos

Condición de

análisis

Suposiciones

alternas

Proposiciones

asociadas

Caracterización

Tipo de salida

Subdivisiones

Reglas de

control

Reglas asociad

as

Reglas de Producción Reglas de Producción GeneralizadasGeneralizadas


Constituyen un modelo natural de la manera en que los humanos representan los problemas, en términos de la notación SI...ENTONCES

Se llama Regla de Producción Generalizada (RPG) a toda relación de la forma:

Antecedente = Proposición simple o

compuesta

Sucedente = Proposición simple

A A S1(WS S1(WS1111 WS WS1212), …, Sr(WS), …, Sr(WSrr 11 WSWSrr 22))

Grados de Certidumbre

Si se está absolutamente seguro de que se cumple el antecedente A entonces se puede afirmar que esto contribuye en WS11 al grado de certidumbre global de S1, en WS21 al grado de certidumbre global de S2, y así sucesivamente para los “r” sucedentes, y si por el contrario se está absolutamente seguro de que No se satisface A entonces eso contribuye en WS12 al peso de S1, en WS22 al peso de S2 y de la misma forma hasta Sr.

ContextualesContextualesSe llama Relación Contextual con respecto a la proposición Pj a la expresión:

Pj(W) @ Pj(W) @ CondCond

RelacionesRelaciones


Evaluación AlternativaEvaluación Alternativa

Constituye un tipo de relación que afecta solamente la forma de evaluar Pj, ya que ésta puede variar en correspondencia con una condición, que de cumplirse determinará que Pj se evalúe como si fuera una pregunta, independientemente de si existen o no relaciones con otras proposiciones que posibiliten su deducción. Mientras que de no cumplirse la condición dada, entonces no se modifica el modo de evaluación natural.

Y significa que: “tiene sentido la evaluación de Pj si y solo si se cumple la condición de análisis expresada en Cond y en caso contrario Pj toma el peso altermo W”.

Valor de certidumbre

Condición de análisis (Proposición Compuesta)

ConclusiónConclusión

Están relacionadas con la inclusión de los textos libres o las proposiciones, como parte de los resultados.

Se llama Regla de Conclusión a una expresión que tiene la siguiente estructura:

ANT ANT SucA [ParámetrosA] SucA [ParámetrosA] SucN [ParámetrosN]SucN [ParámetrosN]

Reglas de Conclusión y Reglas de Conclusión y ApoyoApoyo


Proposiciones o textos libres

Reglas de ApoyoReglas de Apoyo

Son aquellas que permiten la introducción de variaciones externas a los esquemas globales de control, de forma tal que se pueda expresar en qué momento y bajo qué condiciones, se necesita un cambio al esquema interno y cuál debe ser.

Se tienen seis tipos de reglas de apoyo: Visualización parcial de los resultados, Interrupción del proceso de elaboración de las conclusiones, Saltos en la evaluación de las reglas, Regla de acción en el sucedente, Asignación de pesos y Reevaluación.

IntroducciónIntroducción Antecedentes y motivaciónAntecedentes y motivación Lenguaje de representación del conocimiento Lenguaje de representación del conocimiento

HAriesHAries Planteamiento del problemaPlanteamiento del problema ObjetivosObjetivos MetodologíaMetodología Cronograma de actividadesCronograma de actividades Trabajos relacionadosTrabajos relacionados Resultados esperadosResultados esperados ReferenciasReferencias

ContenidoContenido


Planteamiento del problemaPlanteamiento del problema

Cuando se construyen SBC, es usual que la información llevada a Cuando se construyen SBC, es usual que la información llevada a la base esté integrada por grandes cantidades de conocimiento. la base esté integrada por grandes cantidades de conocimiento. Esto conduce a la introducción de múltiples anomalías y errores Esto conduce a la introducción de múltiples anomalías y errores en su estructura. en su estructura.

El proceso de verificación de los SBC busca la detección y El proceso de verificación de los SBC busca la detección y corrección de estos errores; y al mismo tiempo, es una parte corrección de estos errores; y al mismo tiempo, es una parte importante en el aseguramiento de la confiabilidad para estos importante en el aseguramiento de la confiabilidad para estos sistemas.sistemas.

Se plantea el desarrollo de un sistema de verificación y análisis Se plantea el desarrollo de un sistema de verificación y análisis de sistemas basados en conocimiento aplicado al lenguaje de de sistemas basados en conocimiento aplicado al lenguaje de representación HAries, el cual permitirá representación HAries, el cual permitirá confirmar que el sistema confirmar que el sistema es lógicamente consistente, tras la detección de errores lógicos, es lógicamente consistente, tras la detección de errores lógicos, semánticos y estructurales en su base de conocimientos. semánticos y estructurales en su base de conocimientos.

Extracción de características para el análisis de la estructura Extracción de características para el análisis de la estructura teórica de las bases, mediante la construcción de tablas de teórica de las bases, mediante la construcción de tablas de parámetros estadísticos simples y gráficos, que muestren la parámetros estadísticos simples y gráficos, que muestren la composición de las mismas.composición de las mismas.


ContenidoContenido




ObjetivosObjetivos


GeneralGeneral

Desarrollar un sistema que permita analizar y verificar la Desarrollar un sistema que permita analizar y verificar la estructura teórica de Sistemas Basados en Conocimiento estructura teórica de Sistemas Basados en Conocimiento

de tipo HAries.de tipo HAries.

EspecíficosEspecíficos

1.1. Extracción de parámetros generales y particulares de Extracción de parámetros generales y particulares de sistemas basados en conocimiento. sistemas basados en conocimiento.

2.2. Búsqueda de errores lógicos, semánticos y estructurales.Búsqueda de errores lógicos, semánticos y estructurales.3.3. Análisis de inconsistencias en las relaciones entre las Análisis de inconsistencias en las relaciones entre las

estructuras de representación del conocimiento.estructuras de representación del conocimiento.



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MetodologíaMetodología


Recopilación bibliográfica y análisis detallado de los métodos y Recopilación bibliográfica y análisis detallado de los métodos y herramientas de verificación existentes.herramientas de verificación existentes.

Estudio del lenguaje de representación del conocimiento HAries.Estudio del lenguaje de representación del conocimiento HAries. Diseño del módulo de extracción, análisis de los parámetros Diseño del módulo de extracción, análisis de los parámetros

involucrados e implementación computacional.involucrados e implementación computacional. Aplicación del módulo de extracción en casos prácticos.Aplicación del módulo de extracción en casos prácticos. Establecimiento de los criterios a tomar en cuenta en el módulo Establecimiento de los criterios a tomar en cuenta en el módulo

de verificación para cada una de las estructuras de de verificación para cada una de las estructuras de representación del conocimiento en HAries y las relaciones representación del conocimiento en HAries y las relaciones entre ellasentre ellas..

Implementación computacional del módulo de verificación.Implementación computacional del módulo de verificación. Aplicación de los conceptos de verificación implementados en Aplicación de los conceptos de verificación implementados en

sistemas reales. sistemas reales. Escritura de artículos relacionados con el trabajo.Escritura de artículos relacionados con el trabajo.

ContenidoContenido




Cronograma de actividades Cronograma de actividades (1er (1er

Cuatrimestre)Cuatrimestre)

NoNo..

Descripción de actividadDescripción de actividad SepSep..

OctOct..

NovNov..

Dic.Dic.

11 Revisión del estado del arte Revisión del estado del arte

22 Estudio del lenguaje de representación del Estudio del lenguaje de representación del conocimiento HAries conocimiento HAries

33 Definición y análisis de los parámetros a extraer de Definición y análisis de los parámetros a extraer de la base de conocimiento la base de conocimiento

44 Diseño del módulo de extracción de parámetrosDiseño del módulo de extracción de parámetros

55 Implementación computacional del módulo de Implementación computacional del módulo de extracción extracción

66 Extracción de los parámetros especificados en bases Extracción de los parámetros especificados en bases de conocimiento de casos prácticosde conocimiento de casos prácticos

77 Documentación del módulo de extracción Documentación del módulo de extracción

88 Establecimiento formal de los criterios de Establecimiento formal de los criterios de verificaciónverificación

99 Diseño del módulo de verificaciónDiseño del módulo de verificación

-- Elaboración del documento de tesisElaboración del documento de tesis

Cronograma de actividades Cronograma de actividades (2do (2do


NoNo..

Descripción de actividadDescripción de actividad EneEne..

FebFeb..

MaMar.r.

AbrAbr..

1010 Búsqueda de los errores lógicos establecidosBúsqueda de los errores lógicos establecidos

1111 Exploración para la localización de errores o Exploración para la localización de errores o inconsistencias semánticas (valores legales y inconsistencias semánticas (valores legales y relaciones entre estructuras)relaciones entre estructuras)

1212 Rastreo de errores estructurales (duplicación, Rastreo de errores estructurales (duplicación, redundancia y ciclos)redundancia y ciclos)

1313 Desempeño del módulo en aplicaciones realesDesempeño del módulo en aplicaciones reales

-- Elaboración del documento de tesisElaboración del documento de tesis

Cronograma de actividades Cronograma de actividades (3er (3er


NoNo..

Descripción de actividadDescripción de actividad MaMayy

Jun.Jun. Jul.Jul. AgoAgo..

--(12)(12) Rastreo de errores estructurales (duplicación, Rastreo de errores estructurales (duplicación, redundancia y ciclos)redundancia y ciclos)

--(13)(13) Desempeño del módulo en aplicaciones realesDesempeño del módulo en aplicaciones reales

1414 Integración de los criterios implementados en el Integración de los criterios implementados en el módulo de verificaciónmódulo de verificación

1515 Documentación del módulo de verificaciónDocumentación del módulo de verificación

1616 Redefinición de algunos aspectos del trabajoRedefinición de algunos aspectos del trabajo

1717 Elaboración del documento de tesisElaboración del documento de tesis

1818 Revisiones y correcciones del documento de tesis Revisiones y correcciones del documento de tesis

1919 Presentación final de tesis Presentación final de tesis



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Resultados esperadosResultados esperados

Al culminar este trabajo y en correspondencia con los objetivos Al culminar este trabajo y en correspondencia con los objetivos definidos, el lenguaje de representación del conocimientodefinidos, el lenguaje de representación del conocimiento

HAries contará una herramienta que permita de forma HAries contará una herramienta que permita de forma automática: automática:

Estudiar los sistemas desarrollados con este lenguaje.Estudiar los sistemas desarrollados con este lenguaje. Detectar errores e inconsistencias.Detectar errores e inconsistencias.

La herramienta estará dividida en dos módulos principales:La herramienta estará dividida en dos módulos principales:

1.1. Módulo de extracción de parámetros Módulo de extracción de parámetros

2.2. Módulo de verificaciónMódulo de verificación


Módulo de extracción de parámetrosMódulo de extracción de parámetros

Construcción de tablas de parámetros estadísticos simples y Construcción de tablas de parámetros estadísticos simples y gráficos. Brindará al programador información sobre la composición gráficos. Brindará al programador información sobre la composición de las bases de conocimiento. Se mostrarán parámetros generales, de las bases de conocimiento. Se mostrarán parámetros generales, el estado de los archivos e información específica de las estructuras: el estado de los archivos e información específica de las estructuras: Proposición, Reglas de Producción, Variables y Base de Control.Proposición, Reglas de Producción, Variables y Base de Control.

Módulo de verificaciónMódulo de verificación

Brindará algunas facilidades en el proceso de desarrollo de las Brindará algunas facilidades en el proceso de desarrollo de las aplicaciones con la detección de los siguientes errores:aplicaciones con la detección de los siguientes errores:

– Estructurales: Redundancia, Duplicación y Ciclos (locales, Estructurales: Redundancia, Duplicación y Ciclos (locales, particulares y globales)particulares y globales)

– Lógicos: Conflictos en las reglasLógicos: Conflictos en las reglas

– Semánticos: Valores legales, Relaciones entre las estructurasSemánticos: Valores legales, Relaciones entre las estructuras

Resultados esperadosResultados esperados




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ReferenciasReferencias


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