Resolucion de Problemas Mediante IA

7/24/2019 Resolucion de Problemas Mediante IA

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Resolucin deproblemas mediante IA


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Resolucin de problemas de Inteligencia Artificial

Para construir un sistema que resuelva un sistema especfico, es necesario:

1. Definicin formal del problema

El primer paso para disear un programa que resuelva un problema es crear una descripcinformal y maneable del propio problema! "era adecuado contar con programas que produ#can

descripciones formales a partir de descripciones informales, proceso denominado

operacionali#acin!

$ay problemas que por ser artificiales y estructurados son f%ciles de especificar &por e! elaedre#, el problema de las arras de agua, etc! '! (tros problemas naturales, como por e!la comprensin del lenguae, no son tan sencillos de especificar! Para producir unaespecificacin formal de un problema se deben definir:

Espacio de estados v%lidos, estado inicial del problema, estado obetivo o final! reglas que sepueden aplicar para pasar de un estado a otro! )Automatas*


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Por eemplo, en el problema de ugar al aedre#:

el espacio de estados son la totalidad de tableros que se puede generar en un uego de aedre#+ elestado inicial es el tablero de - donde cada celda contiene un smbolo de acuerdo a las pie#assituadas+ el obetivo o estado final se define como cualquier posicin de tablero en la que elcontrario no puede reali#ar ning.n movimiento legal y su rey est/ amena#ado+ las reglas son losmovimientos legales, que pueden describirse mediante una parte patrn para ser contrastado con laposicin actual de tablero y otra parte que describe el cambio que debe producirse en el tablero!

0ado que escribir e-1austivamente todas las reglas es imposible pr%cticamente, &en el eemplo,escribir todas las posiciones de tablero', las reglas deben escribirse de la manera m%s generalposible! 2a representacin como espacio de estados forma parte de la mayora de los m/todos de IA!"u estructura se corresponde con la resolucin de problemas porque: permite definir formalmente elproblema, mediante la necesidad de convertir una situacin dada en una situacin deseada medianteun conunto de operaciones permitidas, permite definir el proceso de resolucin de un problemacomo una combinacin de t/cnicas conocidas y b.squeda &la t/cnica general de e-ploracin delespacio intenta encontrar alguna ruta desde el estado actual 1asta un estado obetivo'!



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Ejercicio 1: Problema de las jarras de agua

Si se tiene 2 jarras de agua, una de 4l y otra de 3l sin escala de medicin. Se desea tener 2lde agua en la jarra de 4l. Las siguientes operaciones son vlidas: llenar las jarras, tirar agua

de las jarras, pasar agua de una jarra a otra.

Solucin:

El espacio de estados se define como: y ! "#$#$4 %&' y "#$!#$3

Las reglas (ue se pueden aplicar son: )si esta *ien definidas+

.Llenar la jarra de 4l: Si -,! %&' #4

2.Llenar la jarra de 3l: Si -,! %&' !#3

3./aciar la jarra de 4l: Si -,! %&' 0"

4./aciar la jarra de 3l: Si -,! %&' !0"

1.asar agua de la jarra de 4l a la jarra de 3l asta llenarla: Si -,! %&' 0" %&' !0$3

5.asar agua de la jarra de 3l a la jarra de 4l asta llenarla: Si -,! %&' !0" %&' !0$4

6.asar toda el agua de la jarra de 4l a la jarra de 3l: Si -,! %&' 0" %&' !#3

7.asar toda el agua de la jarra de 3l a la jarra de 4l: Si -,! %&' !0" %&' !#4



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El programa de*er8a encontrar un pasaje de estados para ir del estado inicial

asta el final. uede e9istir ms de un pasaje de estados acia la solucin,

esto se de*e a la utiliacin de reglas.

Estas reglas no a;aden ms potencia al sistema ya (ue las operaciones (ue

descri*en las proporcionan otras reglas ms generales.

En el ejemplo, la primera regla agregada es e(uivalente a la aplicacin de lasreglas generales 3 y 7< y la segunda regla agregada es e(uivalente a la

aplicacin de la regla general 4. 'ependiendo de la estrategia de control (ue

se utilice para seleccionar reglas durante la resolucin del pro*lema se puede

mejorar el rendimiento si se les da preferencia a las reglas de casos

especiales.



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Anlisis del problema

2uego de definir el problema formalmente, el segundo paso en la resolucin del problema esel an%lisis del mismo! A fin de poder elegir el m/todo m%s apropiado para resolver unproblema particular, es necesario anali#ar distintas cuestiones que afectan a al definicin delmismo y a las caractersticas de la solucin deseada! E-isten varias preguntas a responderacerca del problema:

1. Puede descomponerse el problema en subproblemas ms pequeos?

Algunos problemas pueden descomponerse en subproblemas independientes, de manera queencontrar una solucin global es la composicin de soluciones particulares! Por e! en laresolucin de integrales, una integral puede descomponerse por partes, y resolver las partessimples directamente o descomponerlas recursivamente!

Por otra partes, e-isten otros problemas que no pueden descomponerse y componer lasolucin a partir de las soluciones parciales de sus partes! Por el contrario, una solucinnecesita considerar globalmente el problema! Por e! el problema del mundo de los bloques!


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. Pueden des!acerse pasos inadecuados !acia la solucin?: Algunos problemas permitendes1acer uno o varios pasos 1acia una solucin una ve# reali#ados! En este aspecto, e-istentres categoras en las que puede dividirse un problema

Recuperables: En un punto dado es posible des1acer todos los pasos inadecuados 1acia lasolucin!

"o recuperables# En un punto dado no es posible des1acer ning.n paso reali#ado! Por e!

en una partida de aedre# no se puede volver atr%s una ve# movidas las pie#as! En estosproblemas el sistema debe esfor#arse en la toma de decisiones pues /stas sonirrevocables! Algunos usan una planificacin en la que se anali#a por adelantado unasecuencia de pasos antes de reali#ar el primer paso para descubrir a donde conduce!

Ignorables# En un punto dado es posible ignorar los pasos reali#ados 1asta el momento ycomen#ar de nuevo con una nueva solucin!


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$. %s predecible el uni&erso del problema? 2os problemas pueden se de:

'onsecuencia cierta# Es posible planificar una secuencia de movimientos estandoseguros del resultado a obtener! "e puede reali#ar una planificacin para generaroperadores que garanticen llegar a la solucin!

'onsecuencia incierta#3o es posible planificar con certe#a pues no se sabe que ocurrir%luego del siguiente movimiento! "in embargo, se puede reali#ar una planificacin paragenerar operadores que tengan una buena probabilidad de llegar a la solucin! 2osproblemas m%s difciles de resolver son los no recuperables de consecuencia incierta! Pore! el control del bra#o de un robot: es de consecuencia incierta pues alguien puedeinterponer un obeto en la ruta del bra#o, se puede atascar, etc!


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(. )na solucin es buena de manera absoluta o relati&a?2a solucin de unproblema puede consistir en encontrar

Alg*n camino#

"lo importa encontrar una solucin sin importar si e-isten otros caminos queconducen a la solucin! 4eneralmente se resuelven con 1eursticas! Por e!

programa de respuestas a preguntas!

%l me+or camino#

Importa encontrar la ruta m%s corta 1acia la solucin! "on problemas m%scomplicados de computar! Algunos requieren una b.squeda m%s e-1austiva queusando 1eursticas! Por e! en el problema del viaante importa encontrar la rutam%s corta entre las ciudades a visitar!


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,. -a solucin deseada es un estado o la ruta !acia un estado?: 2a solucin deun problema puede consistir en encontrar:

)n estado final#

3o es necesario el registro del proceso seguido, slo importa arribar a la solucinfinal! Por e! Interpretar te-to!

)na ruta !acia un estado final#

"e necesita dar el camino seguido desde el estado inicial al estado final! Por e!Problema de las arras de agua!


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. %l conocimiento se necesita para resol&er el problema o para restringir la b*squeda

de la solucin?# El conocimiento puede emplearse para:

Reconocer la solucin#

"e necesita gran cantidad de conocimiento acerca del problema para poder encontrar unasolucin! Por e! comprensin de te-to!

Acotar la b*squeda#

2a solucin b%sica puede encontrarse con poco conocimiento, pero para restringir el %rbolde b.squeda y encontrar la solucin de manera m%s eficiente es necesario contar m%sconocimiento! Por e! en el aedre# se necesita b%sicamente poco conocimiento paraconocer los movimientos legales y un mecanismo sencillo de b.squeda! Pero dado que paraaumentar la eficiencia de la b.squeda /sta debe restringirse, se necesita conocimiento de1eursticas de buenas estrategias y t%cticas para ugar!


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/. %l programa que soluciona el problema busca la solucin solo o necesita interactuarcon una persona?: 6on respecto a la relacin programa7usuario, e-isten dos tipos deprogramas que solucionan el problema:

0olitarios#

Reciben como entrada el problema y dan como salida la solucin! 3o importa el ra#onamientoque 1aya seguido la m%quina para encontrar la solucin! Por e! problema de las arras deagua!

'on&ersacionales#

E-iste una comunicacin 1ombre7m%quina de manera que el usuario puede ayudar a lam%quina o la m%quina puede informar al usuario durante la b.squeda de la solucin! Para queesta comunicacin sea posible debe e-istir una correspondencia entre el ra#onamientoseguido por la m%quina y la forma de ra#onamiento 1umano! Por e! en un sistema e-perto dediagnstico m/dico, el usuario no aceptara el veredicto de una m%quina si no puedecomprender el ra#onamiento que la llev a /l!


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Resolucin de problemas de

Inteligencia Artificial

0efinir formalmente y anali#ar los 8 puntos anteriores en el siguienteproblema:

"e 1allan 3 discos de distinto tamao apilados sobre una base 9 de manera quecada disco se encuentra sobre uno de mayor radio! E-isten otras dos bases vacas y ;! El obetivo es llevar todos los discos de la base 9 1asta la base ;, para locual puede usarse la base ! 6onsiderar que se puede mover slo un disco a lave#, y cada disco puede descansar solamente en las bases y no en el suelo!

Recordar que los discos deben situarse siempre sobre uno de mayor radio!


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Acti&idad

Reali#ar con el eemplo anterior y el de las arra lo siguiente:

9! E-presin regular!

! Autmata

;! Programa!

Ayuda para el eemplo anterior pueden utili#ar el siguiente enlace:

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