LOS SISTEMAS EXPERTOS LOS SISTEMAS EXPERTOS

UNIVERSIDAD DE BOYACÁ

U n iv e r s id a d d e

B o y a c á

Dise ńo: Leonardo Bernal Dise ńo: Leonardo Bernal ZamoraZamora

Evolución temporal de la investigación.

Métodos generales de resolución de problemas, con el fin de crear programas de propósito general.

Métodos generales para mejorar la representación y búsqueda, para crear programas especializados

Usar conocimiento específico de alta calidad en un dominio estrecho para crear programas muy especializados

Alta

Baja

1960 1970 1980

Potencia de la programación.

Tiempo

Sistemas Expertos: Definición.

Es un sistema de cómputo capaz de simular la conducta inteligente de un experto humano en un dominio específico y especializado, con el objeto de resolver problemas.

Hardware + software

Fuente de pericia humana en el dominio

Sistema de computación

Simulación

Conducta inteligente

Experto

Dominio limitado Específico y especializado

Definición S . EDefinición S . ED1: Los Sistemas Expertos son sistemas, que emulan el

comportamiento de un experto humano para resolver un problema, en un área de conocimiento específica.

D2: Sistema que resuelve problemas utilizando una representación simbólica del conocimiento humano.

D3: Es un sistema computarizado capaz de resolver problemas en el dominio en el cual posee conocimiento específico.

Sistemas basados en conocimiento (SBC-KBS)Definiciones.

Sistemas que representan el conocimiento sobre el dominio en forma explícita y separada del resto del sistema. Waterman.

Sistemas que resuelven problemas aplicando una representación simbólica de la experiencia humana. Jackson.

Primeros Sistemas Expertos

MYCINStanford (Buchanan - Shortliffe 1976): Diagnóstico y tratamiento de enfermedades infecciosas (aprox. 500 reglas). Introduce factores de certeza.

PROSPECTOR

Stanford-US Geological Survey (Duda-Gashning-Hart, 1979): Evaluación de yacimientos minerales y petrolíferos. (aprox 1600 reglas). Probabilidades condicionales y Teorema de Bayes.

Conocimiento inexacto

INTERNISTPittsburg (Pople-Myers, 1977): Diagnóstico en Medicina interna. CADUCEUS: Analiza relaciones causales.

CASNETRutgens (Kulikowsky-Weiss-Safir, 1977): Oftalmología. Aplica un modelo causal para el diagnóstico de glaucoma.

Razonamiento expertoModelos causales

R1

MOLGEN

Carnegie Mellon (Mc Dermott): Configuración de ordenadores VAX (aprox 500 reglas). Descompone el diseño en distintos niveles de abstracción. Reducción espacio

de búsquedaStanford (Stefik): Diseño de experimentos genéticos. Utiliza abstracción.

Características de los Sistemas Expertos.

Pericia de alto nivel

Poderoso cuerpo de conocimiento especializado

Explícito y organizado para favorecer la toma de decisiones

Gran habilidad en la resolución de problemas complejos

Memoria institucionalRegistro permanente de las mejores estrategias y métodos utilizados. Fundamental si hay relevos frecuentes.

Sistema costo-efectivo de aceptación en el mercado.

Modelaje predictivoSe pueden evaluar los resultados de nuevas estrategias agregando o quitando reglas.

Facilidad de entrenamientoEl SE puede funcionar como tutor si tiene la interfaz adecuada.

Características de los SECaracterísticas de los SE• Representan y utilizan conocimiento especializado de un determinado

dominio• Capacidad de razonar• Muestra el mismo comportamiento del experto• Representa el conocimiento simbólicamente• Manipula símbolos• Maneja problemas de dominio difícil• Alto rendimiento en un dominio específico• Examina su propio razonamiento y explica• Existe una separación entre el conocimiento y la forma de utilizarlo• Utiliza la naturaleza heurística del conocimiento antes que el

algorítmico

SE v/s Sistemas CconvencionalesSE v/s Sistemas Cconvencionales• Representación y uso de

conocimiento• Heurístico• Proceso Inferencial• Examina su propio

razonamiento• Explica su operación• Difícil de predecir la cantidad

de esfuerzo total requerido para producir un SE

• Representa y usa datos

• Algorítmico• Proceso repetitivo• No examina• No explica• Naturaleza y cantidad de

conocimiento requerido puede ser bien estimado

Experiencia humana vs. SE.

PERICIA ARTIFICIAL PERICIA HUMANAPermanente Perecedera

Siempre accesible No siempre accesibleFácil de documentar No documentableEstable, confiable Variable, flexible Costo manejable Costosa

Fragilidad de las máquinas Fragilidad humanaSin inspiración Creativa

Conocimiento técnico Sentido común Estática Dinámica (aprendizaje)

Dominios estrechos Dominios más extensos

Los humanos son aún imprescindibles.

SE/SBC: Tareas

Tareas abordadas

Síntesis: Clasificación, diagnóstico

Análisis: Planificación, diseño o modelado

Las áreas de aplicación son muy variadas !!!

Los SBC abordan problemas complejos en dominios específicos en los que el peso de las heurísticas para acotar el espacio de búsqueda es importante.

Habilidades que se esperan de un SE

Buena perfomance, comparable al menos a la de los especialistas.

Manipular con fluidez descripciones simbólicas.

Interfaz amigable, adecuada a las necesidades de la aplicación.

Habilidad para manipular conocimiento incompleto e impreciso.

Capacidad de explicar sus decisiones a los usuarios.

Posibilidad de justificar sus conclusiones.

Estructura básica de un SE.

Base de Conocimientos

Motor de Inferencias

Interface

Usuario

Ingeniero del conocimiento

Experto del dominio

• La Base de Conocimientos de un Sistema Experto contiene el conocimiento de los hechos y de las experiencias de los expertos en un dominio determinado.

• El Mecanismo de Inferencia de un Sistema Experto puede simular la estrategia de solución de un experto.

• El Componente Explicativo explica al usuario la estrategia de solución encontrada y el porqué de las decisiones tomadas.

• La Interface de Usuario sirve para que éste pueda realizar una consulta en un lenguaje lo más natural posible.

• El Componente de Adquisición ofrece ayuda a la estructuración e implementación del conocimiento en la base de conocimientos.

Estructura básica de un Sistema Experto

Base de ConocimientosSu estructura de datos queda definida en términos del esquema de representación elegido para incorporar el conocimiento del dominio de trabajo.

Motor de Inferencias

Es la estructura de control de un SE, contiene el programa que gestiona la BC y otros mecanismos necesarios para administrar un sistema de naturaleza interactiva.

Separados entre sí

Sistemas Basados en Conocimiento: Ventajas

El conocimiento no se pierde. Reducción del espacio de búsqueda con heurísticas para que el problema sea tratable en un tiempo razonable. Manejo de conocimiento incierto e incompleto. Posibilidad de justificar el razonamiento seguido. Hacer el conocimiento disponible en ambientes hostiles o con carencia de especialistas. Aumento de fiabilidad, evitando que prevalezcan las ultimas experiencias. Modificación sencilla de la BC por su característica modular.

Tipos de sistemas expertosTipos de sistemas expertos

Sistemas de Interpretación.Sistemas de predicción.Sistemas de diagnóstico.Sistemas de diseño.Sistemas de planificación

Sistemas de monitores.Sistemas de depuración.Sistemas de reparación.Sistemas de instrucción.Sistemas de control.

Sistemas de InterpretaciónSistemas de Interpretación Infieren descripciones de situaciones a partir de

observaciones provenientes de sensores ejemplos:– Análisis de imágenes.– Interpretación de señales de audio, de radar, radio etc.– Comprensión de voz.– Análisis de tipos de grietas.

Sistemas de predicciónSistemas de predicción• Infieren las consecuencias probables a partir de

un conjunto de situaciones dadas. Predicción:– Demográfica.– Tráfico.– Daños a cosechas por algún tipo de

insecto, peste, etc.– Conflictos armados basados en informes de

inteligencia.– Demanda de algún insumo (petróleo, cobre),

dada una situación (geopolítica, económica, desarrollo).

Sistemas de diagnósticosSistemas de diagnósticos Infieren mal funcionamiento de sistemas a partir de

observaciones. Relaciona irregularidades del comportamiento observado con causas posibles.– Enfermedades a partir

de un conjunto de síntomas.– Componentes defectuosos de un sistema.– Fallas de equipos en procesos productivos.

Sistemas de diseñoSistemas de diseño

Desarrollan configuraciones de objetos basados en restricciones o exigencias del problema. Después de construidas, verifican que cumplan las especificaciones.

Diseño de circuitos integrados.– Diseño de edificios.– Creación de moléculas orgánicas complejas.– Configuración de equipos computacionales.

Sistemas de planificaciónSistemas de planificación

Son sistemas destinados a diseñar planes de acción.– Programación de rutas.– Programación de robots.– Programación de comunicaciones.– Programación de experimentos.– Creación de planes de vuelo.

Sistemas de monitoreoSistemas de monitoreo Comparan el comportamiento de un sistema (observaciones)

con comportamiento esperado. A partir de las diferencias sugieren acciones correctivas.– Monitorear lecturas de instrumentos para detectar condiciones de fallas de equipos industriales.– Detectar condiciones favorables a accidentes. – Monitoreo de tráfico aéreo.

Sistemas de depuraciónSistemas de depuración

Sistemas destinados a encontrar los remedios adecuados para el mal funcionamiento.– Selección del tipo de mantención necesaria para

corregir fallas en cables telefónicos.– Elegir el procedimiento de mantención para reparar

equipamiento (locomotoras, buses, maquinaria industrial,etc.)

– Selección de tratamientos de enfermedades vía quimioterapia.

– Depuración de programas computacionales.

Sistemas de reparaciónSistemas de reparación

Sistemas destinados a desarrollar y ejecutar planes para administrar un remedio para algún problema ya diagnosticado.– Reparación de automóviles.– Reparación de equipos electrónicos.– Calibración de instrumentos.

Sistemas de instrucciónSistemas de instrucción

Sistemas desarrollados para instruir en el aprendizaje independiente.– Capacitación de personas sobre la operación

de equipamiento.– Desarrollo de manuales inteligentes.– Manuales de diagnósticos de fallas.– Instrucción sobre algún contenido específico.

Sistemas de controlSistemas de control Son sistemas destinados a gobernar mediante un control

el comportamiento general de un sistema. Interpretan repetitivamente la situación actual, predecir el futuro, diagnosticar las causas de los problemas, formular un plan de remedio y monitorear su ejecución con tal de asegurar el éxito del control. Interactúan con modelos determinísticos provenientes de la teoría de control.– Control de procesos productivos.– Control de operaciones.

Referencia BibliográficasReferencia Bibliográficas

• http://www.comenius.usach.cl/gvillarr/cursoia/curso.htm• www.es.wikipedia.org/wiki/Sistema_experto• http://www.redcientifica.com/doc/doc199908210001.html• www.personales.unican.es/gutierjm/papers/BookCGH.pdf