INTELIGENCIA ARTIFICIAL - ICIF0021Unidad 4 - Representacion del Conocimiento
Docente: Milton A. Ramırez [email protected]
Universidad San SebastianFacultad de Ingenierıa y Tecnologıa
Primer Semestre 2011
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 1 / 93
Objetivos de la Unidad
Conocer tecnicas de representacion de conocimiento mediante logicade primer orden.
Resolver problemas que involucran el uso de una base deconocimiento de tipo condicion-accion.
Identificar modelos basados en grafos ponderados para codificarconocimiento a traves de redes semanticas.
Construir redes semanticas a partir de enunciados escritos en lenguajenatural.
Generar nuevo conocimiento a traves de mecanismos de herencia.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 2 / 93
Contenidos
1 Ontologıas de nivel superior.
2 Redes semanticas.
3 Objetos compuestos.
4 Medidas.
5 Sustancias.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 3 / 93
Introduccion
Hasta el momento ha sido facil encontrar vocabularios consistentes
X Para representar los problemas
Dominios complejos requieren representacion mas general y flexible.
Necesitamos representar conceptos que antes no tenıan cabida en elparadigma de representacion de problemas basado en estados o en losmodelos de planificacion:
X Objetos fısicosX TiempoX Creencias
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 4 / 93
Introduccion
Representar todo en el mundo es una tarea de enormes proporciones.
Podemos hacer moldes donde se puede incorporar nuevoconocimiento:
X lo que se llama ontologıa superior
Consideracion importante sobre Logica de Primer Orden (LPO):
X ciertos aspectos del mundo son difıciles de capturar utilizando LPOX debido a que casi todas las generalizaciones tienen excepcionesX debemos tener la habilidad de manejarlas
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 5 / 93
Ontologıas
La Ontologıa es una rama de la Filosofıa que se preocupa acerca de lossupuestos y organizacion de los elementos que conforman la realidad.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 6 / 93
Ontologıas
El proposito de la Ontologıa en el campo de la IA es proveer unconjunto de supuestos sobre la realidad con el objetivo delintercambio y uso de este conocimiento:
X este conocimiento compartido permite hacer una organizacion delmismo
X se maneja una lista de conceptos basicos sobre la parte del mundo quese quiere representar
X los terminos que conforman la jerga particular de lo que se deseamodelar muestran una relacion jerarquica o de pertenencia entreellos.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 7 / 93
Ontologıas
Las redes semanticas seran el formalismo que usaremos para codificar lossupuestos sobre la realidad que establece la ontologıa.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 8 / 93
Ontologıas
¿Que se utiliza en una ontologıa superior?
Existen muchas ontologıas especıficas
X AutomovilesX NaturalezaX Circuitos ElectronicosX MedicinaX Un gran etcetera
¿En algun momento convergen?
X Siglos de investigacion sugieren que “posiblemente”
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 9 / 93
Un razonamiento ontologico
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 10 / 93
OntologıasEjemplo de ontologıa para vehıculos
Vehículo
Terrestre Aéreo Marítimo
Bicicleta Automóvil Motocicleta Avión Helicóptero Lancha Bote
Boeing 737Mazda 323
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 11 / 93
OntologıasEjemplo de ontologıa para vehıculos
Vehículo
Terrestre Aéreo Marítimo
Bicicleta Automóvil Motocicleta Avión Helicóptero Lancha Bote
Boeing 737Mazda 323
clase (concepto)
subclase desubclase desubclase de
es un es un tipo de es un
ejemplo de instancia de
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 12 / 93
Ontologıas
Vehıculo pasa a ser el concepto general sobre el cual hacemos laontologıa:
X el cual a su vez puede ser una subclase en otra ontologıa que tratesobre los medios de transporte
Terrestre, Aereo y Marıtimo son las posibles descomposiciones quese hicieron de la clase vehıculo:
X en su lugar se podrıan haber creado otras como Motorizado o NoMotorizado que las reemplazaran.
Los elementos inscritos en rectangulos corresponden a instancias delas subclases.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 13 / 93
Ontologıas
¿Es posiblededucir queMazda 323 es unvehıculo terrestre?
¿por que no esposible clasificarel Boeing 737dentro de lacategorıaMarıtimo?
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 14 / 93
Categorıas y Objetos
Organizar los objetos en categorıas es vital:
X la mayorıa del razonamiento es en categorıas
Sirven para hacer predicciones de los objetos:
X una vez que estan clasificadosX se puede inferir la clase de objeto segun atributosX y luego hacer predicciones segun la clase del objeto
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 15 / 93
Categorıas y Objetos
Dos opciones para representar categorıas:
X Predicados y Objetos
X Predicado: balonDeBasketball(b)X Objeto: Miembro(b,BalonesDeBasketball)
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 16 / 93
Categorıas y Objetos
Las categorıas tambien son utiles para simplificar el conocimiento:
X en base a la herenciaX los objetos individuales heredan propiedades de la categorıa a la que
pertenecen.
Si sub-clasificamos objetos, las relaciones producen taxonomıas.
Por ejemplo, en Biologıa se intenta proporcionar una taxonomıa para todaslas especies vivas y extintas.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 17 / 93
Categorıas y Objetos
La LPO y la teorıa de conjuntos hacen simple el proceso de hacerafirmaciones sobre categorıas:
X el concepto de transitividad es importante.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 18 / 93
Categorıas y Objetos
Un objeto es miembro de una categorıa
BB9 ∈ BalonesDeBasketball
Una categorıa es subclase de otra categorıa
BalonesDeBasketball ⊆ Balones
Miembros de una categorıa tienen propiedades
(x ∈ BalonesDeBasketball)⇒ redondo(x)
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 19 / 93
Categorıas y Objetos
¿Que pasa con las sub-clasificaciones que aparentemente guardan relacionentre sı?
Espanol ⊆ Europeos y Aleman ⊆ Europeos
En ningun momento se esta afirmando que un objeto que pertenezcaa Espanol no pertenezca a Aleman.
X Puede haber doble nacionalidad.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 20 / 93
Categorıas y Objetos
Dos categorıas son disjuntas si no tienen miembros en comun.
Si varias categorıas tienen elementos en comun y la reunion de todasellas nos hace el conjunto completo, estamos hablando de unadescomposicion exhaustiva.
Si ademas es disjunta, tenemos una particion.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 21 / 93
Categorıas y ObjetosAlgunos ejemplos
Categorıas disjuntas
({Animales,Vegetales})
Descomposicion exhaustiva
({Canadienses, Mexicanos, Estadounidenses},Norteamericanos)
Particion
({Machos,Hembras},Animales)
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 22 / 93
¿Que vimos la clase pasada?
Problematizacion asociada con los lenguajes de representacion deproblemas vistos en las unidades 1, 2 y 3.
Supuestos ontologicos, epistemologicos y metodologicos sobre larealidad y los elementos que la conforman y la modelan.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 23 / 93
Hoy veremos
Redes semanticas:
X introduccionX construccionX herencia y manejo de excepciones.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 24 / 93
Recordatorio de categorıas y objetos
Un objeto es miembro de una categorıa
BB9 ∈ BalonesDeBasketball
Una categorıa es subclase de otra categorıa
BalonesDeBasketball ⊆ Balones
Miembros de una categorıa tienen propiedades
(x ∈ BalonesDeBasketball)⇒ redondo(x)
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 25 / 93
Introduccion
El significado de algun objeto se puede expresar o inferir a traves deuna red de asociaciones con otros objetos.
De acuerdo a las teorıas asociativas de la Psicologıa, cuando un serhumano percibe un objeto y razona acerca de el:
X establece una correspondencia entre el objeto y un conceptoX ese concepto puede estar internalizado dentro de nuestra propia base
de conocimiento y se puede conectar con el objeto percibidoX las relaciones que se establecen ayudan a entender las propiedades y
comportamiento del objeto estudiado
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 26 / 93
IntroduccionEjemplos
Nieve: es frıa de temperatura , es de color blanco, forma de hielo, apartir de ella se puede construir un muneco de nieve, etc.
Gato: es peludo, es un animal, es un tipo de mascota, tiene pulgas,etc.
¿Algun otro concepto?
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 27 / 93
Introduccion
Existen evidencias psicologicas que los seres humanos:
X son capaces de establecer asociaciones entre objetosX tienden a organizar el conocimiento de manera jerarquicaX almacenan las propiedades en los niveles mas abstractos y tienen que
ascender por la jerarquıa de las estructuras de la memoria pararesponder a ciertas preguntas.
Canario no esta asociado directamente con la capacidad de volar, sino queesta forma parte de las propiedades de pajaro, ası como la capacidadmotora depende de animal.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 28 / 93
Introduccion
En cambio, las excepciones las almacenamos directamente en losconceptos:
X un avestruz, a pesar de ser un pajaro, no puede volar
Cuando hay herencia:
X la informacion se guarda en los niveles mas altos de abstraccion, lo quesirve para ir ensamblando el nuevo conocimiento que se vaya generandoen las ontologıas de nivel superior
X los grafos se constituyen en la estructura algebraica ideal paraformalizar la teorıa asociativa del conocimiento.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 29 / 93
Introduccion
La Psicologıa cuestiona que nuestra capacidad para entender ellenguaje se pueda reducir a un conjunto de reglas basicas:
X sugiere que la comprension de los textos supone la creacion de algunarepresentacion simbolica
X esta representacion simbolica que se puede hacer con un grafo es loque se puede transportar a una maquina para poder hacer inferenciastal como lo hacemos los seres humanos.
La memoria humana puede modelarse a traves de una red.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 30 / 93
Construccion de una Red Semantica
Como ya se comento, una red semantica se puede modelar a traves deun grafo, donde:X los nodos representan conceptos, atributos, entidadesX los arcos etiquetados indican relaciones entre esos conceptos como por
ejemplo espacial, temporal, causal, de rol desempenado, etc.
Estudiaremos la tecnica declarativa empleando grafos dirigidosetiquetados:X la idea principal es que un concepto se especifica con las relaciones o
conexiones con otros objetos.
Ejemplo: Juan es Informatico de profesion
JUAN Informáticoprofesión
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 31 / 93
Construccion de una Red Semantica
La extraccion de alguna conclusion a partir de un concepto se puedehacer mediante herencia.
Un concepto esta asociado con otros conceptos a traves de los arcossalientes del nodo que lo representa.
Ejemplo: Un velero es un buque con velas
buque VeleroesUn
velatieneParte
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 32 / 93
Construccion de una Red SemanticaTipos de arcos
Arcos estructurales
instancia o ejemplar:une un objeto con sutipo (clase).
subClase: une unaclase con otra masgeneral.
tieneParte: une unobjeto con suscomponentes.
Ejemplo
Vertebrado
BocaPersona
JUAN
Diente
incisivo
ejemplar
subclase
tieneParte tieneParte
subclase
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 33 / 93
Construccion de una Red SemanticaTipos de arcos
Arcos descriptivos
Propiedades: profesion, colorPelo, etc.
Relaciones no estructurales: amigoDe, padreDe, etc.
Delfín griscolor
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 34 / 93
Construccion de una Red SemanticaHerencia
Como se ha comentado, el uso de herencia facilita la extraccion derazonamiento a partir de lo escrito en una red semantica.
Se pueden generar algoritmos simples que soportan el manejo deexcepciones:
X los nodos acceden a las propiedades de otros nodos siguiendo los arcosinstancia (o ejemplar) y subClase.
Ventajas:
X evita la repeticion de propiedadesX el conocimiento se comparte con los otros conceptos definidos en la red
semantica.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 35 / 93
Construccion de una Red SemanticaHerencia
Delfín
azulCLIPPER
gris
ejemplar
color
color
Observaciones
Los delfines son de color gris.
Clipper es un ejemplar de delfın, que sin embargo no es gris sino azul.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 36 / 93
HerenciaOtro ejemplo
Ballena gris Tiburón
DUMBO Elefante MAEL
Macho Mamífero Hembra
Animal
oxígeno SerVivo
Planta
color color
subClase subClase
instancia
subClase subClasesubClase
subClasenecesita
necesita subClase
instancia instancia
color
subClaseinstancia
¿Que se puede decir deDumbo?
Es un elefante decolor gris.
Es un macho,mamıfero, un animal.
Requiere oxıgeno.
Es un ser vivo pero nouna planta.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 37 / 93
HerenciaManejo de excepciones
BRUTUS Gorila DONKEYKONG
negro café
instancia instancia
color color
Se hereda el valor de la propiedad del nodo mas cercano al nodo quesirvio como punto de partida en la inferencia:
X Brutus es de color negroX Donkey Kong es de color cafe
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 38 / 93
Construccion de Redes SemanticasRelacion entre dos conceptos
Problema: dados dos conceptos C1 y C2, queremos saber como estanrelacionados:
X el mecanismo a estudiar se llama propagacion de la activacion.
Inicialmente se activan ambos conceptos.
La activacion se propaga a los nodos que estan a un arco de distanciade los nodos iniciales, despues a los nodos que estan a distancia 2, 3 yası sucesivamente, formando ondas concentricas.
Cuando las ondas procedentes de C1 intersectan a las procedentes deC2 (o a algun nodo del interior), hemos encontrado la interseccion.
La relacion entre C1 y C2 viene dada por las etiquetas de las aristasexistentes de C1 al punto de interseccion y de C2 al punto deinterseccion.
La cantidad de relaciones existentes entre C1 y C2 esta dada por elnumero de intersecciones que se generan con respecto a las ondasconcentricas propagadas por ambos conceptos.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 39 / 93
Construccion de Redes SemanticasRelacion entre dos conceptos
La busqueda de intersecciones a menudo requiere generar la inversa deuna relacion, que por lo general se hace con los arcos estructurales.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 40 / 93
Relacion entre dos conceptosEjemplo
Persona
Mujer Hombre
PEDRO LUIS
EDAD2 EDAD1
28
subClase subClase
instancia instancia
edad edad
mayorQue
valor
Algunas observaciones
Tanto Luis comoPedro son hombres.
Como son hombres,tambien son personas.
Ninguno de ellos esmujer.
Luis es mayor quePedro.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 41 / 93
Representacion de relaciones n−arias
Sabemos que los enlaces representan relaciones binarias.
Para representar relaciones n−arias en una red semantica, esnecesario convertirlas a formato binario.
Se introducen predicados binarios para describir la relacion de esenuevo objeto con sus argumentos originales.
Es una tecnica util para describir eventos o sucesos.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 42 / 93
Representacion de relaciones n−arias
Ejemplo
COLO-COLO gano la Copa Libertadores de America el 5 de Junio de 1991derrotando 3-0 a Olimpia en el partido final.
Partidos de CopaLibertadores de
América
OLIMPIA PARTIDOFINAL
5/Junio/1991
3-0
COLO-COLO
instancia
equipoLocal
equipoVisita
fecha
resultadoFinal
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 43 / 93
Representacion de relaciones n−ariasEjemplo: Juan le vende a Pedro un reloj en 15.000$
PEDRO COMPRA1
RELOJ
15.000
JUAN
PESOCHILENO
EventoComprar
vendedorobjeto
comprador valor moneda
instancia
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 44 / 93
¿Que vimos la clase pasada?
Problematizacion asociada con los lenguajes de representacion deproblemas vistos en las unidades 1, 2 y 3.
Supuestos ontologicos, epistemologicos y metodologicos sobre larealidad y los elementos que la conforman y la modelan.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 45 / 93
Hoy veremos
Redes semanticas:
X introduccionX construccionX herencia y manejo de excepciones.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 46 / 93
Recordatorio de categorıas y objetos
Un objeto es miembro de una categorıa
BB9 ∈ BalonesDeBasketball
Una categorıa es subclase de otra categorıa
BalonesDeBasketball ⊆ Balones
Miembros de una categorıa tienen propiedades
(x ∈ BalonesDeBasketball)⇒ redondo(x)
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 47 / 93
Introduccion
El significado de algun objeto se puede expresar o inferir a traves deuna red de asociaciones con otros objetos.
De acuerdo a las teorıas asociativas de la Psicologıa, cuando un serhumano percibe un objeto y razona acerca de el:
X establece una correspondencia entre el objeto y un conceptoX ese concepto puede estar internalizado dentro de nuestra propia base
de conocimiento y se puede conectar con el objeto percibidoX las relaciones que se establecen ayudan a entender las propiedades y
comportamiento del objeto estudiado
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 48 / 93
IntroduccionEjemplos
Nieve: es frıa de temperatura , es de color blanco, forma de hielo, apartir de ella se puede construir un muneco de nieve, etc.
Gato: es peludo, es un animal, es un tipo de mascota, tiene pulgas,etc.
¿Algun otro concepto?
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 49 / 93
Introduccion
Existen evidencias psicologicas que los seres humanos:
X son capaces de establecer asociaciones entre objetosX tienden a organizar el conocimiento de manera jerarquicaX almacenan las propiedades en los niveles mas abstractos y tienen que
ascender por la jerarquıa de las estructuras de la memoria pararesponder a ciertas preguntas.
Canario no esta asociado directamente con la capacidad de volar, sino queesta forma parte de las propiedades de pajaro, ası como la capacidadmotora depende de animal.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 50 / 93
Introduccion
En cambio, las excepciones las almacenamos directamente en losconceptos:
X Snarf, a pesar de ser un gato, es de color naranjo con rojo en lugar deblanco y negro como la mayorıa de los gatos
Cuando hay herencia:
X la informacion se guarda en los niveles mas altos de abstraccion, lo quesirve para ir ensamblando el nuevo conocimiento que se vaya generandoen las ontologıas de nivel superior
X los grafos se constituyen en la estructura algebraica ideal paraformalizar la teorıa asociativa del conocimiento.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 51 / 93
Introduccion
La Psicologıa cuestiona que nuestra capacidad para entender ellenguaje se pueda reducir a un conjunto de reglas basicas:
X sugiere que la comprension de los textos supone la creacion de algunarepresentacion simbolica
X esta representacion simbolica que se puede hacer con un grafo es loque se puede transportar a una maquina para poder hacer inferenciastal como lo hacemos los seres humanos.
La memoria humana puede modelarse a traves de una red.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 52 / 93
Construccion de una Red Semantica
Como ya se comento, una red semantica se puede modelar a traves deun grafo, donde:X los nodos representan conceptos, atributos, entidadesX los arcos etiquetados indican relaciones entre esos conceptos como por
ejemplo espacial, temporal, causal, de rol desempenado, etc.
Estudiaremos la tecnica declarativa empleando grafos dirigidosetiquetados:X la idea principal es que un concepto se especifica con las relaciones o
conexiones con otros objetos.
Ejemplo: Juan es Informatico de profesion
JUAN Informáticoprofesión
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 53 / 93
Construccion de una Red Semantica
La extraccion de alguna conclusion a partir de un concepto se puedehacer mediante herencia.
Un concepto esta asociado con otros conceptos a traves de los arcossalientes del nodo que lo representa.
Ejemplo: Un velero es un buque con velas
buque VeleroesUn
velatieneParte
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 54 / 93
Construccion de una Red SemanticaTipos de arcos
Arcos estructurales
instancia o ejemplar:une un objeto con sutipo (clase).
subClase: une unaclase con otra masgeneral.
tieneParte: une unobjeto con suscomponentes.
Ejemplo
Vertebrado
BocaPersona
JUAN
Diente
incisivo
ejemplar
subclase
tieneParte tieneParte
subclase
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 55 / 93
Construccion de una Red SemanticaTipos de arcos
Arcos descriptivos
Propiedades: profesion, colorPelo, etc.
Relaciones no estructurales: amigoDe, padreDe, etc.
Delfín griscolor
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 56 / 93
Construccion de una Red SemanticaHerencia
Como se ha comentado, el uso de herencia facilita la extraccion derazonamiento a partir de lo escrito en una red semantica.
Se pueden generar algoritmos simples que soportan el manejo deexcepciones:
X los nodos acceden a las propiedades de otros nodos siguiendo los arcosinstancia (o ejemplar) y subClase.
Ventajas:
X evita la repeticion de propiedadesX el conocimiento se comparte con los otros conceptos definidos en la red
semantica.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 57 / 93
Construccion de una Red SemanticaHerencia
Delfín
azulCLIPPER
gris
ejemplar
color
color
Observaciones
Los delfines son de color gris.
Clipper es un ejemplar de delfın, que sin embargo no es gris sino azul.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 58 / 93
HerenciaOtro ejemplo
Ballena gris Tiburón
DUMBO Elefante MAEL
Macho Mamífero Hembra
Animal
oxígeno SerVivo
Planta
color color
subClase subClase
instancia
subClase subClasesubClase
subClasenecesita
necesita subClase
instancia instancia
color
subClaseinstancia
¿Que se puede decir deDumbo?
Es un elefante decolor gris.
Es un macho,mamıfero, un animal.
Requiere oxıgeno.
Es un ser vivo pero nouna planta.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 59 / 93
HerenciaManejo de excepciones
BRUTUS Gorila DONKEYKONG
negro café
instancia instancia
color color
Se hereda el valor de la propiedad del nodo mas cercano al nodo quesirvio como punto de partida en la inferencia:
X Brutus es de color negroX Donkey Kong es de color cafe
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 60 / 93
Construccion de Redes SemanticasRelacion entre dos conceptos
Problema: dados dos conceptos C1 y C2, queremos saber como estanrelacionados:
X el mecanismo a estudiar se llama propagacion de la activacion.
Inicialmente se activan ambos conceptos.
La activacion se propaga a los nodos que estan a un arco de distanciade los nodos iniciales, despues a los nodos que estan a distancia 2, 3 yası sucesivamente, formando ondas concentricas.
Cuando las ondas procedentes de C1 intersectan a las procedentes deC2 (o a algun nodo del interior), hemos encontrado la interseccion.
La relacion entre C1 y C2 viene dada por las etiquetas de las aristasexistentes de C1 al punto de interseccion y de C2 al punto deinterseccion.
La cantidad de relaciones existentes entre C1 y C2 esta dada por elnumero de intersecciones que se generan con respecto a las ondasconcentricas propagadas por ambos conceptos.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 61 / 93
Construccion de Redes SemanticasRelacion entre dos conceptos
La busqueda de intersecciones a menudo requiere generar la inversa deuna relacion, que por lo general se hace con los arcos estructurales.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 62 / 93
Relacion entre dos conceptosEjemplo
Persona
Mujer Hombre
PEDRO LUIS
EDAD2 EDAD1
28
subClase subClase
instancia instancia
edad edad
mayorQue
valor
Algunas observaciones
Tanto Luis comoPedro son hombres.
Como son hombres,tambien son personas.
Ninguno de ellos esmujer.
Luis es mayor quePedro.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 63 / 93
Relacion entre dos conceptosEjemplo
Persona
Mujer Hombre
PEDRO LUIS
EDAD2 EDAD1
28
subClase subClase
instancia instancia
edad edad
mayorQue
valor
Predicados instanciados presentes
subClase(Mujer,Persona),subClase(Hombre,Persona)
instancia(PEDRO,Hombre),instancia(LUIS,Hombre)
edad(PEDRO,EDAD2),edad(LUIS,EDAD1)
mayorQue(EDAD1,EDAD2),valor(EDAD1,28)
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 64 / 93
Representacion de relaciones n−arias
Sabemos que los enlaces representan relaciones binarias.
Para representar relaciones n−arias en una red semantica, esnecesario convertirlas a formato binario.
Se introducen predicados binarios para describir la relacion de esenuevo objeto con sus argumentos originales.
Es una tecnica util para describir eventos o sucesos.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 65 / 93
Representacion de relaciones n−arias
Ejemplo
COLO-COLO gano la Copa Libertadores de America el 5 de Junio de 1991derrotando 3-0 a Olimpia en el partido final.
Partidos de CopaLibertadores de
América
OLIMPIA PARTIDOFINAL
5/Junio/1991
3-0
COLO-COLO
instancia
equipoLocal
equipoVisita
fecha
resultadoFinal
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 66 / 93
Representacion de relaciones n−ariasEjemplo: Juan le vende a Pedro un reloj en 15.000$
PEDRO COMPRA1
RELOJ
15.000
JUAN
PESOCHILENO
EventoComprar
vendedorobjeto
comprador valor moneda
instancia
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 67 / 93
Bonustrack
Para cada uno de los siguientes problemas, encuentre surepresentacion STRIPS:
X constantesX predicadosX estado inicialX acciones, indicando Precondicion , Borrado , EfectosX estado final.
El numero de ejercicio es el que le corresponde a su numero de grupo.
Piensen como resolver estos problemas:
X ¿sera STRIPS la mejor opcion para modelarlos?X ¿alguna otra opcion?
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 68 / 93
Bonustrack
1. Misioneros y Canıbales
Tenemos tres misioneros y tres canıbales en la orilla de un rıo.
Deben cruzar a la otra orilla utilizando un bote que solo puede llevara dos personas.
En ningun momento el numero de misioneros en una orilla puede sermenor al numero de canıbales, ya que pueden ser devorados por estosultimos.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 69 / 93
Bonustrack
2. Barquero
Un pastor tiene que pasar un lobo, una cabra y un repollo a la otraorilla de un rıo.
Dispone de una barca en la que solo caben el y una de los otros treselementos.
Solo el pastor sabe remar en la barcaza.
Si el lobo se queda solo con la cabra se la come y si la cabra se quedasola con la lechuga tambien la come.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 70 / 93
Bonustrack
3. Puzzle 4
Variante del puzzle 8, salvo que el tablero tiene 4 casillas.
Los estados inicial y final son, respectivamente:
1 2
3
3 1
2
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 71 / 93
Bonustrack
Modele este conocimiento de oficina como una red semantica
Las maquinas de oficina obtienen su fuente de alimentacion electricapor medio de una toma de corriente adosada a la pared.
Cualquiera de estas maquinas puede ser ya sea una impresora o unrobot.
Las impresoras pueden ser laser o de inyeccion de tinta.
Un robot puede ser ya sea un repartidor, como el caso de C3PO o unlimpiador como R2D2.
R2D2 es el unico tipo de robot que se alimenta con baterıas alcalinasrecargables.
La HP DESKJET F2280 es un tipo de impresora de tinta.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 72 / 93
Bonustrack
Con respecto al problemas de los insumos de oficina
Indique todos los predicados que utilizo para construir la redsemantica.
Deje explıcitas todas las instanciaciones que hizo de los predicadosantes mencionados.
¿Cual es la fuente de alimentacion de la HP DESKJET F2280?
Agregue mas conocimiento para ampliar la semantica de la red queconstruyo.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 73 / 93
¿Que vimos la clase pasada?
Redes semanticas:
X inspiracion psicologicaX caracterizacion mediante grafos, donde los nodos representan
conceptos, ideas o entidades y los arcos describen relaciones tantoestructurales como no estructurales entre los nodos
X herenciaX manejo de excepcionesX representacion de relaciones n−arias
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 74 / 93
Hoy veremos
Objetos compuestos.
Medidas.
Sustancias.
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Objetos Compuestos
La idea de objeto compuesto puede resultarnos familiar:
X Boca es parte de CaraX Chile es parte de America del SurX Capıtulo es parte de Libro.
En general, se ocupa ParteDe.
Los objetos se pueden agrupar en jerarquıas:
X ParteDe(Concepcion,Chile)X ParteDe(Chile, America del Sur)X ParteDe(America del Sur, America)X ParteDe(America, Planeta Tierra).
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 76 / 93
Objetos Compuestos
La relacion ParteDe es refleja y transitiva:
X ∀x : ParteDe(x, x)X ∀x, y, z : ParteDe(x, y) ∧ ParteDe(y, z)⇒ ParteDe(x, z)
Con lo anterior se puede concluir que ParteDe(Chile, Planeta Tierra)
Tambien podemos tener categorıas de objetos compuestos
X que mantienen relaciones estructurales.
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Objetos Compuestos
Un bıpedo tiene dos piernas unidas a su cuerpo
Bıpedo(a) ⇒ ∃l1, l2, b : pierna(l1) ∧ pierna(l2)
∧ cuerpo(b) ∧ ParteDe(l1, a) ∧ ParteDe(l2, a)
∧ ParteDe(b, a) ∧ unidaA(l1, b) ∧ unidaA(l2, b)
∧ l1 6= l2
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Objetos Compuestos
La idea de particion de partes es analoga a la definicion de particion
La masa de un objeto compuesto es la suma de la masa de cada una desus partes.
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Medidas
En casi cualquier contexto los objetos poseen peso, masa, costo, etc.:
X estos valores se conocen como medidas
Es facil representar las medidas mediante objetos abstractos demedida:
X la longitud de esta lınea:
X la longitud anterior puede llamarse 1,5 pulgadas o 3,81 centımetrosX la misma longitud puede tener diferentes denominaciones o escalas,
que pueden variar de acuerdo al sistema metrico empleado.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 80 / 93
Medidas
Logicamente, podemos combinar una funcion de unidades con unnumero:X si la lınea del ejemplo anterior se llama l1, entonces
longitud(l1) =pulgadas(1,5)=centımetros(3,81)
Para convertir, igualamos los multiplos de una unidad respecto aotra:
X centımetros(2, 54× d) =pulgadas(d)
Podemos describir objetos con sus medidas:
X diametro(BalonDeBasquetball)=pulgadas(9,5)X precio(BalonDeBasquetball)=pesos(5500)
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Medidas
Cuando las medidas son cuantitativas, es facil representarlas.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 82 / 93
Medidas
Pero ahora, ¿que pasa con medidas cualitativas como
X bellezaX dificultadX sabor ?
Las medidas cualitativas son difıciles porque no tienen una escala devalores:
X por lo tanto, no es posible atribuirles un significado numerico
Lo bueno es que no es necesario hacer eso, ya que las vamos aemplear para ordenar.
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Medidas
Cosas que NO hay que hacer
Descartar las medidas no cuantificables.
Cuantificar medidas cualitativas.
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Medidas
No es necesario dar valores para ordenarX se pueden emplear signos de ordenacion habituales como
<>=
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MedidasEjemplo
Sea cual sea el certamen de IA que se considere, siempre sera mascomplicado que uno de Calculo. En general, si un certamen es mas difıcilque otro, la nota esperada que se obtenga sera menor.
Cualquier certamen de IA es mas complicado que uno de Calculo:
∀c1, c2 : c1 ∈ Certamenes ∧ c2 ∈ Certamenes ∧ De(c1, IA) ∧ De(c2,Calculo)
⇒ difıcil(c1) > difıcil(c2)
Si un certamen de mas complicado que otro, evidentemente su nota esperada seramenor:
∀c1, c2 : c1 ∈ Certamenes ∧ c2 ∈ Certamenes ∧ difıcil(c1) > difıcil(c2)
⇒ notaEsperada(c1) < notaEsperada(c2)
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 86 / 93
Medidas
Lo anterior basta para decidir para que certamenes estudiar mas:
X aunque no existan valores numericos de dificultadX es necesario saber a que asignatura corresponden los certamenes
Esto es parte de la fısica cualitativa:
X subcampo de la IA que se preocupa de los razonamientos sin queintervengan ecuaciones minuciosas o simulaciones numericas.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 87 / 93
Sustancias y Objetos
¿Que pasa si consideramos el mundo real como partıculas y objetoscompuestos por ellas?
X acarrea una tremenda complejidadX que se elimina al trabajar con objetos menos primitivos, como
manzanas, casas, autos, etc.
Sin embargo, existe un conjunto de la realidad que no puede serindividualizada:
X que se conoce como materia o sustancia.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 88 / 93
Sustancias y ObjetosSi tenemos un oso y la mantequilla
Evidentementeque no, ya que eloso es contable.
Por lo tanto, es unobjeto.
La mantequilla esuna sustancia.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 89 / 93
Sustancias y Objetos
Algunos lenguajes permiten hacer distincion entre las sustancias y losobjetos:X un oso, un gato, dos botes, . . .
sustantivos contables.
X la mantequilla, la luz, el shampoo, . . .
sustantivos no contables.
Entonces, la gran pregunta:
¿como podemos representar sustancias?
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 90 / 93
Sustancias y ObjetosRecordemos el caso de la mantequilla
Pensemos por un momento que la mantequilla pudiera serconsiderada como un objeto:
X podemos dejarla sobre la mesaX se puede tomar, pesar, vender, etc.X estos son atributos que verifican los objetos de la vida real.
Es posible definir una categorıa llamada Mantequilla (conmayuscula):X a la cual pertenecen todos los objetos los cuales podemos afirmar que
son Mantequilla:
que sean amarillos, con un determinado punto de fusion, con grasas,que sirva para acompanar al pan, ideal para hacer masas dulces, etc.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 91 / 93
Sustancias y Objetos
Tambien podemos crear una categorıa llamada KiloDeMantequilla:
X a la cual pertenezcan todos los objetos tipo Mantequilla que pesen 1Kg
X ¡con eso obtenemos un objeto!
Si partimos un 1 Kg de Mantequilla por la mitad, no tendremos 2Mantequillas de 1 Kg cada una . . .
X eso nos da una idea que existen propiedades intrınsecas y extrınsecasX las intrınsecas son aquellas propiedades que se preservan incluso al
dividir un objeto, como la densidad, sabor, aroma, color, etc.X las extrınsecas son aquellas propiedades que no se conservan al dividir
objetos como por ejemplo peso, longitud, forma.
Una sustancia es aquel elemento que solo posee propiedades intrınsecas.
M. Ramırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 92 / 93
Fin de la Unidad 4
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