Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología Universidad Nacional de Tucumán
Mg. Ing. Gustavo E. Juárez -
Ciclo Lectivo 2018 Sistemas Expertos - Parte I
Inteligencia Artificial (EC5)
Definiciones.FasesdelProceso.Arquitectura.Aplicacionesde los sistemas
expertos. Estrategias de encadenamiento. Encadenamiento hacia adelante.
Encadenamientohaciaatrás.SistemasdeProducción.Reglasdeproducción.
MétodosymotoresdeInferencias.Estructurasdedatos.Estadosyespacios
de problemas. Ejercitación con espacios de estado. Razonamiento con
incertidumbre. Tipos de Errores. Sistemas expertos basados en el
conocimiento de razonamiento (Knowledge-Based Expert System).
Definiciones.Adquisiciónautomáticadereglas(ID3,AQ11,otros).
SISTEMAS EXPERTOS
La Inteligencia Artificial tiene muchas áreas de interés, entre los cuales se
desarrollaráacontinuaciónSistemasExpertos
SISTEMAS EXPERTOS. DOMINIO
Inteligencia Artificial
Visión
Lenguaje Natural
Comprensión
Sistemas Expertos
Sistemas Neuronales
Habla
Robótica
Introducción
LosSistemasExpertosBasadosenelConocimientofueelprimeravanceenel
campodelaInteligenciaArtificial,comounaformadetecnologíadelsoftware.
Las tareas de clasificación y diagnóstico son las primeras en beneficiarse
desdequesurgiólatecnologíaKBES.
SISTEMA EXPERTO. BASADO EN EL CONOCIMIENTO
QueeselKBES?
Losprogramasparacomputadorasdel tipoKBESsondiseñadosparaactuar
como expertos en la solución de un problema en un dominio particular. El
programaUsaelconocimientocodificadodeldominioensi,yunaestrategia
especificadecontrolparaarribaralassoluciones.
Unpormenorizadoanálisisdelprocesode tomadedecisionespor expertos
revelaqueEl/ellausanhechosyheurísticaparaarribaraunadecisión.
SISTEMA EXPERTO. KNOWLEDGE-BASED EXPERT SYSTEM
“UnSistemaExpertoesunprogramabasadoenconocimientoqueincorpora
deformacomputacionalelconocimientodeunexpertohumanopararealizar
unatareaXenundominioY,demodoqueparaesatarea,laeficienciadel
programaescomparablealaquemuestraelexpertohumano”.
(PajaresySantos).
SISTEMAS EXPERTOS. DEFINICIÓN
Base de Conocimientos
Mecanismos de inferencia
Usuario
SISTEMAS EXPERTOS. FUNCIONAMIENTO BASICO
Hechos
Aptitudes del Experto
SISTEMAS EXPERTOS. DEFINICIÓN
Dominio del Conocimiento
Dominio del Problema
SISTEMA EXPERTO. BASADO EN EL CONOCIMIENTO COMPONENTES
Basedeconocimientos
Esunabasededatosdeconocimientodeconfundamentos
teóricos,hechos,reglas,fórmulasyexperiencia.Esunaestructuradealmacenamientode
fácilacceso.
Mecanismodeinterfaz
Esunaherramientaparainterceptarelconocimiento
disponibleyrealizardeduccioneslógicas.
Mecanismodecontroldeusuario
Esunaherramientadelmecanismodeinterfazparaseleccionar,
interpretarydeduciroinsercion.Este
mecanismoutilizaconocimientosparaguiarelprocesode
interfaz
SISTEMAS EXPERTOS. VENTAJAS
LasventajasenelusodeunSistemaExpertoson:
• Lossistemasnuncaseretiran
• Laspersonaspuedenhacerensayosinicialessinsalirdesuscasas
• Fácildedesarrollarymodificar
• Usaheurísticas(conocimientoempíricodelexperto)
• Tiempoderespuestaadecuado
• Comprensible,yaquepuedeexplicarsuspasosderazonamiento
Base de Conocimientos Posee información sobre el dominio de conocimientos a que viene referido el sistema experto. Contiene conocimiento declarativo (hechos) y procedimental (reglas).
Base de Hechos Memoria auxiliar que contiene información sobre el problema a resolver (datos iniciales) y el estado del sistema a lo largo del proceso de inferencia (datos intermedios).
Motor de Inferencias Es la Sección del S. E que realiza los procesos de inferencia que relacionan la información contenida en la memoria de trabajo con la base de conocimientos, para sacar conclusiones.
Modulo de Adquisición del Conocimiento Facilita el ingreso del conocimiento en la base y de los mecanismos de inferencia en el motor de inferencia. Valida la veracidad y coherencia de los hechos y reglas que se introducen.
Módulo de Explicación Explica los pasos realizados por el motor de inferencias para lograr las conclusiones, justificando las acciones (por qué utiliza ciertas reglas)
Interfaz del Usuario Es quien facilita la comunicación entre el usuario y el motor de inferencias. Permite ingresar información para el sistema y comunicar al usuario las respuestas del S.E:
ARQUITECURA DE UN SE BASADO EN REGLAS
SISTEMA EXPERTO
Unode los resultadosmas significativosdemostradosporNewell y Simon
fuequegranpartedelasoluciónhumanadeproblemasocognición,pueden
expresarseconreglasdeproduccióndeltipoSi…Entonces.
Lossistemasexpertosmásreconocidossonaquellosbasadosenreglas,por
motivostalescomo:
• Naturaleza Modular: fácil encapsulamiento y gran capacidad de
expansión.
• Medios de explicación: sencillez en la construcción debido a la
exactituddelasreglas.
• Semejanzaconelprocesocognitivohumano:conbaseeneltrabajode
Newell y Simon, las reglas aparecen como un modelo natural de la
maneraenqueloshumanosresuelvenlosproblemas.
SISTEMA EXPERTO. SISTEMAS DE PRODUCCIÓN
SI La luz es roja ANTECEDENTE, PATRON o LADO IZQUIERDO
ENTONCES Detenerse CONSECUENTE o LADO DERECHO
Regla: Luz_Roja
SI La luz es verde ANTECEDENTE, PATRON o LADO IZQUIERDO
ENTONCES Avanzar CONSECUENTE o LADO DERECHO
Regla: Luz_Verde
SISTEMA EXPERTO. ESPECIFICACION DE REGLAS
Gideon (Global Infectious Disease & Epidemiology Network) es una
aplicación Web, un sistema experto en línea, útil para el diagnóstico de las
enfermedades infecciosas, su conocimiento, manejo clínico y
epidemiológico; así como para la identificación de cientos de
microorganismos patógenos.
SISTEMA EXPERTO. TAREA GIDEON WEB
Gideon, un producto de Gideon Informatics, fundada en 1992, posee
actualmente miles de usuarios alrededor del mundo y soporta una
inmensa red de organizaciones, especialistas y recursos que actúan como
proveedores de información sólida y confiable. Con una interfaz fácil de
utilizar, atractiva y sencilla, y bases de datos actualizadas semanalmente.
Gideon mejora significativamente la exactitud del diagnóstico y amplía la
base de conocimientos de la que dispone un experto mediante el acceso
al vasto campo de esta clase de enfermedades y su microbiología
actualizados semanalmente.
Una advertencia importante: Gideon es un sistema para profesionales de
la salud.
SISTEMA EXPERTO. GIDEON WEB
Trabajo Grupal (presentacion: Martes 11/4/2017)
Tarea:
Investigar y documentar el sistema Gideon (Global Infectious Disease &
Epidemiology Network). Aplicación Web de un sistema experto en línea, útil para
el diagnóstico de las enfermedades infecciosas, su conocimiento, manejo clínico y
epidemiológico; así como para la identificación de cientos de microorganismos
patógenos.
Contenido: documentar caracteristicas, estrategias, lenguaje de implementacion,
otros conceptos relevantes. Integracion de Contenidos
Formato: Presentacion (.pptx, otros)
Fuente: http://web.gideononline.com/web/diagnosis/index.php
SISTEMA EXPERTO. GIDEON WEB TAREA
“Tomemoscomoejemploelproblemadedecidirelcrucedeunacalle”.Laproducciónparalasdosreglasseindicamedianteflechassignificanqueel
sistemaejecutará las accionesque se encuentrana laderechade la flecha,
cuandolascondicionesalaizquierdaseanverdaderas:
Laluzesroja→Detenerse
Laluzesverde→Avanzar
SISTEMA EXPERTO. EJEMPLO
SISTEMA EXPERTO. EJEMPLOS
SISTEMA EXPERTO DESARROLLOS
En el sistema experto MYCIN (Stanford University), es un sistema
experto desarrollado a principios de los años 70 por Edward Shortliffe, en
la Universidad de Stanford, y constituye uno de los primeros sistemas
expertos.
Fue escrito en LISP, Su principal función consistía en el diagnóstico
de enfermedades infecciosas de la sangre; además, MYCIN era capaz de
“razonar” el proceso seguido para llegar a estos diagnósticos, y de recetar
medicacionespersonalizadasacadapaciente(segúnsuestatura,peso,etc.).
SISTEMA EXPERTO. APLICACIÓN DE MYCIN
El sistema expertoMYCIN es utilizado para la detección de enfermedades
infeccionesdelasangre,unaporcióndecódigoseríaasí:
SIElmediodecultivoeslasangre,Y Laidentidaddelorganismonoesconocidaconcerteza,YLacoloracióndelorganismoesgramnegativa,YLamorfologíadelorganismoesdebastoncillos,YElpacientepresentaelevacióndelatemperatura
ENTONCES Hayunadébilevidenciaquesugierequelaidentidaddelorganismo
espseudomona
SISTEMA EXPERTO. APLICACIÓN DE MYCIN
Definición
“Los árboles son una estructura jerárquica de datos conformada por nodos que
almacenan la información o conocimiento, y por ramas que conectan a los
nodos, manteniendo para ello una Ruta o Dirección, la cual en los árboles
orientados siempre apuntan hacia abajo. A veces las ramas se denominan
vínculos o bordes, y los Nodos vértices”.
SISTEMA EXPERTO. ESTRUCTURACIÓN DE LOS DATOS EN ARBOLES
Nodo Raíz
Hojas
Ramas
Nivel 1
Nivel 2
Nivel 3
Nivel 4
Ruta o Dirección
SISTEMA EXPERTO. ELEMENTOS DE UN ÁRBOL BINARIO
A
B
C
D
Un Circuito o Ciclo es una ruta que recorre la grafica y que se
inicia y finaliza en el mismo nodo..
A
B
C
Una Grafica conectada tiene vínculos con todos sus nodos.
A
B C
D
Rejilla
A
B
CA
B
C
A
B
C
Arboles Binarios degenerados de tres nodos
SISTEMA EXPERTO. TIPIFICACION
Producción y productividad mayores. Los sistemas expertos pueden
trabajarmásrápidoquelohumanos.Porejemplo,unsistemallamadoXCON
le ha permitido aDigital Equipment Corporation (DEC) incrementar cuatro
veceslaproduccióndelapreparacióndemicrocomputadorasadaptadasalas
necesitas de los clientes. El sistema planea la configuración de los
componentes para cada pedido adaptado de microcomputadoras y es un
ejemplodelaadaptaciónmasiva.
Mayor calidad: Los sistemas expertos dan la probabilidad de aumentar la
calidadproporcionandoasesoríaconsistenteyreduciendolastasasdeerror.
Porejemplo,XCONreducelatasadeerrordelaconfiguracióndepedidosde
computadorasenDECdeun35%aun2%.
SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS
Captación de experiencia escasa y su dimensión.Uno de los principales
beneficiosde lossistemasexpertosessu facilidadde trasmitirexperienciaa
travésde fronteras internacionales.Unejemplode lo anterioresun sistema
expertodecuidadode losojosparadiagnósticoytratamientorecomendado,
que se creó en Rutgers University. El programa se ha puesto en práctica en
EgiptoyenArgelia,dondeprevalecenseriasenfermedadesde losojosyson
escasos losoftalmólogos.Elprogramapuedeoperarlounmedicoasistenteo
unaenfermera.
Operaciónenentornospeligrosos.Lossistemasexpertosqueinterpretanla
informaciónrelevadamediantesensores,posibilitaalossereshumanosevitar
entornoscalientes,húmedos,tóxicos,etc.
SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS
Accesibilidadalconocimientoyescritoriosdevida.Lossistemasexpertos
hacenaccesibleelconocimiento(ylainformación)amuchagenteendiversos
lugares.Lagentepuedepreguntaralossistemasyobtenerconsejos.Unárea
deaplicacióncorrespondealapoyoaescritoriosdeayuda.Másde30millones
deempleadostrabajanenCallsCentersenUSAproporcionandoinformacióna
losconsumidoresqueacudenaellosoquellamanporteléfono.Porejemplo,el
Internal Revanue Service proporciona ayuda a los contribuyentes, una
bibliotecaofreceasistenciaalosestudiantes,unarecepcionistaenunaoficina
a auxiliar a los visitantes. Un sistema experto puede aumentar la
productividaddelosempleadosoinclusoautomatizaréstos.
SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS
Confiabilidad.lossistemasexpertosprestanatencióndemaneraconsistente
atodoslosdetallesynopasanporalto informaciónpertinenteysoluciones
potenciales.
Funciones incrementadasdeotros sistemas expertos.La integraciónde
un sistemaexperto conotros sistemasexpertoshacenqueestosúltimos se
vuelvanmáseficientes,abarcandomásaplicaciones,trabajandomásrápidoy
produciendomejoresresultados.
Capacidad para trabajar con información incompleta o inconcreta. Un
sistemaexpertopuede trabajarcon información incompletaal igualque los
expertos humanos. El usuario puede responder con un “no sé” o “no estoy
seguro”aunaomáspreguntasdelsistemadurante laconsulta,yelsistema
expertosegurasiendocapazdeproducirunarespuesta.
SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS
Imparticióndecapacitación.Esfactiblequeunsistemaexpertofacilitela
capacitación.La fusióndeexplicaciónpuedeservircomoundispositivode
enseñanzaydeesemodopuedeefectuarapuntesquetalvezseinsertenen
labasedeconocimiento.
Reduccióndel tiempopara la tomadedecisiones.Con el empleo de la
recomendacióndelsistema,unserhumanopuedetomardecisionesmucho
másrápido.Porejemplo,elpersonalquedalasautorizacionesenAmerican
Expresslohaceenmenosde30segundosencomparaciónconlos3minutos
quetardabaantesdelaimplementacióndelsistemaexperto.
SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS
Reducción del tiempo fuera de servicio. Muchos sistemas expertos
operacionales se emplean para diagnosticar malos funcionamientos y
prescribir reparaciones. Mediante el empleo de los sistemas expertos es
posible reducir considerablemente el tiempo fuera de servicio de las
máquinas.Porejemplo,undíadetrabajoperdidoenunainstalaciónpetrolera
cuesta cerca de $250 mil dólares. Un sistema experto denominado Drilling
Advisor se creó para detectar fallas en las instalaciones petroleras. Este
sistemaahorrauncantidadmuygrandededineroalacompañíaimplicadaal
reducirdemanaraimportanteeltiempofueradeoperación.
SISTEMA EXPERTO. BENEFICIOS
• Nosiempreseencuentradisponibleelconocimientoquesevaacaptar
• Resultadifícilextraerlaexperienciadelossereshumanos
• Elenfoquedecadaexpertoanteunsituacióntalvezesdiferente,aunque
correcto.
• Es difícil, incluso para un experto altamente capacitado, valorar con
exactitud,lassituacionesbajopresionesdetiempo.
• Losusuariosdesistemasexpertostienenlímites,cognoscitivosnaturas,por
loquetalveznoaprovechenalmáximolosbeneficiosdelsistemas
• Los sistemas expertos trabajan sólo con áreas temáticas, definidas
perfectamente,poreldiagnósticodeunafalla,enunamáquina
SISTEMA EXPERTO. LIMITACIONES
• Lamayoríadelosexpertosnotienemediosindependientesdeverificarsi
susconclusionessonrazonablesocorrectas
• El vocabulario, o jerga, que utiliza los expertos para expresar hechos y
relaciones,confrecuenciaeslimitadoynocomprendidoporotros.
• Enlaconstruccióndelossistemasexpertos,amenudoserequierelaayuda
de ingenieros de conocimientos, los cuales escasean, además de que sus
serviciosresultancaros
• Lafaltadeconfianzadelosusuariosfinales,talvezseaunabarreraparael
usodelossistemasexpertos.
• La trasferenciadeconocimientosesujetaaprejuiciosdepercepciónyde
criterio.
SISTEMA EXPERTO. LIMITACIONES
Libros
• “SistemasExpertos.PrincipiosyProgramación”.Giarratano J. –RileyG.
InternationalThomsonEditores.SerieCiencias:Ingenierías.Cengage2001
–Capítulo1.
• “Inteligenciaartificialeingenieríadelconocimiento”
Gonzalo Pajarez Martinsanz, Matilde Santos Peñas – Alfaomega – 2005 –
Capítulo4.
SitiosWebs
• http://web.gideononline.com/web/diagnosis/index.php
• http://bvs.sld.cu/revistas/aci/vol18_4_08/aci91008.htm
REFERENCIAS
catedras.facet.unt.edu.ar/intar
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