Adquisición

del

Conocimiento

(2010/2011)

Luis Valencia Cabrera

lvalencia@us.es

(http://www.cs.us.es/~lvalencia)

Ciencias de la Computacion e IA

(http://www.cs.us.es/)

Universidad de Sevilla

Introducción

Técnicas de adquisición

Enfoques

Tipos de conocimiento

Método estructurado

Ejemplo

Índice

Paradoja de la experiencia “El éxito de los científicos, y puede

extenderse a cualquier verdadero experto, depende básicamente de un conocimiento tácito; es decir, el adquirido a través de la práctica y la experiencia, y no puede expresarse de manera implícita”. (Polanyi)

La paradoja de la experiencia:

Los expertos más competentes son incapaces de describir el conocimiento que usan para resolver los problemas

Mecanización La Ingeniería del Conocimiento ofrece una

alternativa al azaroso y artesanal proceso de construir y mejorar las bases de conocimiento mecanizando en la medida de lo posible esta tarea.

Tres pasos: El usuario genera una representación formal básica del

conocimiento que va a incorporarse a la base de conocimiento

A continuación, un asistente informático toma la información contenida en esa representación, la analiza y agrupa en distintas categorías.

Por último, estas categorías se comparan frente a la base de conocimientos existente y genera expectativas.

Mecanización

Dificultades Obtención del conocimiento mediante la interacción

directa con el experto. La interacción consiste en una serie prolongada de

intensas y sistemáticas entrevistas. Raramente es efectivo preguntar al experto directamente

acerca de qué reglas o métodos usa para resolver un tipo de problema particular en el dominio.

Los elementos del conocimiento básico se le suponen y los combina tan rápidamente que es difícil describir el proceso.

Cuando un experto examina un problema, no puede articular fácilmente cada paso y puede incluso ignorar cada uno de los pasos individuales dados para alcanzar una solución.

Es como enseñar a montar una bicicleta a un ordenador.

Características El conocimiento de un experto parece

compilado, es decir, rehecho y reducido a una forma mínima y eficiente, que lo hace más difícil de extraer.

Sin embargo, cuando los expertos se enfrentan con situaciones nuevas, se comportan como novatos inteligentes. Tienden a aplicar principios generales y procesos deductivos que proporcionan enlaces causales entre varias etapas de una sucesión de sub-problemas.

El experto aplica principios que conoce, pero quizás desconoce que conoce.

Técnicas de adquisición.

Método del protocolo

Presentar situaciones nuevas, tal vez

sugeridas por otro experto, y anotar el

proceso que sigue el experto para

resolver el problema.

Técnicas de adquisición.

Método inductivo El ordenador induce procedimientos de solución

generales a partir de soluciones dadas por los expertos a casos particulares.

El sistema recibe instancias de pares <caso, solución>.

Ejemplos: Golem aprende el concepto de cuadrado. Diagnóstico de enfermedad a partir de síntomas.

Aprendizaje automático

El dominio del conocimiento puede caracterizarse a través de ejemplos de soluciones dadas por el experto humano.

El ejemplo humano puede dar esos ejemplos en función de los atributos o los descriptores que llevan a la solución.

Técnicas de adquisición.

Método experimental Observar al experto resolviendo problemas realistas,

siendo cuidadoso en no decir o hacer algo que pueda influir el enfoque del experto en resolver el problema.

Un enfoque común es usar protocolos de pensamiento en voz alta para probar los mecanismos de solución de problemas.

Tales protocolos pueden proporcionar información acerca de la organización de la base de conocimientos del experto, el conocimiento real que contiene y las estructuras de control empleadas para aplicar selectivamente ese conocimiento.

Después de terminar la sesión, el protocolo es analizado, posiblemente con la ayuda del experto.

En resumen, observar el comportamiento del experto al resolver problemas y analizar este comportamiento.

Técnicas de adquisición.

Método de inmersión

El ingeniero del conocimiento estudia o interactúa con los expertos y la literatura del campo con el fin de familiarizarse con sus principales métodos de solución de problemas, llegando a convertirse en un pseudo-experto.

Actuando de esta manera, el investigador desarrolla una representación de la experiencia que luego es verificada frente a la opinión de otros expertos y eventualmente incorporada en un programa.

Disección del problema

La meta es determinar de qué manera el experto:

organiza el conocimiento acerca de cada problema

representa los conceptos e hipótesis

maneja el conocimiento y los datos incoherentes, inexactos o imprecisos relativos al problema.

Interrogantes Entre las cuestiones que pueden surgir, están:

¿En qué difiere el problema en curso de solución de los problemas típicos en el dominio?

¿Qué tipos de datos necesita el problema?

¿Qué tipos de soluciones son adecuadas para el problema?

¿Puede el problema reducirse a sub-problemas?

¿Qué clase de conocimiento se necesita para solucionar el problema?

¿Qué constituye una adecuada explicación o justificación de la solución del problema?

Descripción de casos de

estudio

Descripción de un problema típico para cada

categoría importante que pueda surgir.

Funciona particularmente bien para problemas

de diagnóstico médico y mecánico.

Análisis de resolución de

problemas

Se le pide al experto que resuelva una serie de

problemas, probando el razonamiento a

medida que se resuelven los problemas. Debe

resolver problemas realistas, describiendo el

proceso de solución en voz alta y dando los

pasos intermedios. El ingeniero del

conocimiento analiza cada paso para

determinar la razón fundamental de cada uno.

Tipos de conocimiento

La clasificación del conocimiento en

base a un principio general es una

tarea difícil. Una aproximación puede

ser:

Conocimiento conceptual

Conocimiento de conceptos. Se describen las principales entidades y

relaciones del dominio.

Conocimiento clasificatorio.

Distinción fina entre conceptos similares.

Conocimiento procedimental

Conocimiento de procedimientos rutinarios.

Son técnicas estándar y procedimientos de trabajo.

Heurísticas.

Reglas prácticas utilizadas en la realización de tareas.

Funcionan bien para la mayoría de los casos.

En situación X, entonces realizar acción Y.

Fases de la adquisición de

conocimiento (I)

Fases de la

adquisición de conocimiento.

Identificación Se ha de determinar si el problema se puede/debe abordar mediante SBC:

No debe ser un problema trivialmente resoluble de manera algorítmica

Se ha de tener acceso a las fuentes de conocimiento suficientes para completar la tarea

El problema ha de tener un tamaño adecuado no inabordable por su complejidad.

A continuación buscar las fuentes de conocimiento para el desarrollo del sistema: Expertos humanos en el dominio del problema.

Libros y manuales que expliciten el problema y técnicas de resolución.

Ejemplos de casos resueltos (importantes en la última fase de validación, pero también para adquisición automática del conocimiento como casos de estudio para los expertos).

Con ello determinar los datos para resolver el problema y los criterios que determinen la solución.

El IC y el experto podrán realizar una primera descripción del problema, especificando: Los objetivos

Motivaciones

Las estrategias de resolución y su justificación

Fuentes de conocimiento

Tipos de tareas que son necesarias

Este esquema será el punto de partida para plantear las siguientes fases.

Fases de la

adquisición de conocimiento.

Conceptualización Antes de entrar en las características globales del problema, es

necesario detallar los elementos básicos y descubrir las relaciones entre ellos.

Hay también que obtener una descomposición del problema en sub-problemas, realizando un análisis por refinamientos sucesivos hasta que el IC comprenda la relación jerárquica de las diferentes fases de resolución hasta los operadores de razonamiento más elementales.

Otro elemento necesario es descubrir el flujo del razonamiento en la resolución del problema y especificar cuándo y cómo son necesarios los elementos de conocimiento.

En este momento, el IC conoce cuáles son los sub-problemas y cómo funciona el razonamiento para resolverlos. Es decir, el IC conoce la estructura del dominio.

El objetivo es que el IC comprenda el problema y clasifique sus elementos.

Fases de la

adquisición de conocimiento.

Formalización Considerar diferentes esquemas de razonamiento que se

pueden utilizar para modelizar las diferentes necesidades de resolución de problemas identificadas.

Se ha de comprender la naturaleza del espacio de búsqueda y el tipo de búsqueda a realizar. Se puede comparar ésta con diferentes mecanismos prototípicos de resolución de problemas como la clasificación, abstracción de datos, razonamiento temporal, estructuras causales, etc.

Tendrá que analizarse la certidumbre y completitud de la información disponible, dependencias temporales, o la fiabilidad y coherencia de la información. Se deberá descubrir qué partes del conocimiento constituyen hechos seguros y cuáles no. Para éstos últimos deberá adaptarse alguna metodología de tratamiento de la incertidumbre, de manera que ésta pueda ser modelizada dentro del sistema.

El objetivo es desarrollar un modelo formal del problema con el que el sistema experto pueda razonar.

Fases de la

adquisición de conocimiento.

Implementación

Deben seleccionarse o definirse los

algoritmos más adecuados para la

resolución de problemas y las estructuras de

datos para la representación del

conocimiento.

Se descubrirán problemas e incompletitudes

que obligarán a revisar fases anteriores.

Fases de la

adquisición de conocimiento.

Prueba

Se ha de elegir un conjunto de casos

resueltos representativos y comprobar el

funcionamiento del sistema. Se descubrirán

errores que permitirán corregir análisis

anteriores; por lo general aparecerán

problemas por falta de reglas,

incompletitud, falta de corrección, y posibles

errores en el análisis de las reglas pre-

establecidas.

Ejemplo de uso de un Sistema

Experto El 18 de diciembre de 1980 el demandante estaba abriendo una

botella de cava, embotellado por el asegurado, Bodegas Pepe. El demandante nunca había abierto antes una botella de cava. Rara vez bebía, y la botella le había sido regalada por un invitado. El demandante había quitado en parte la red de alambre cuando el tapón de corcho salió disparado violentamente de la botella, hiriendo al demandante en el ojo derecho. El golpe le produjo un gran dolor y ceguera inmediata en el ojo. El demandante mantenía el tapón hacia su cara cuando estaba quitando la red. El demandante fue llevado al hospital más cercano y posteriormente al oculista, quien diagnosticó que había sufrido un desprendimiento de retina. Los doctores lo operaron, pero durante cuatro días los médicos no supieron si recuperaría la visión. El estado del demandante es ahora estable. Tiene una ligera pérdida de la agudeza visual y debe llevar gafas a todas horas. El demandante es un varón de 30 años y con anterioridad no llevó gafas. Debido a la lesión, el demandante tiene un 5 ó 10 por ciento de posibilidades de sufrir glaucoma.

Daños especiales del demandante: 1.000 €.

Afirmaciones (I) Afirmaciones: f1: El demandante recibió una lesión ocular. f2: La lesión afecta sólo a un ojo. f3: La agudeza visual se reduce sensiblemente por la lesión f4: La lesión causó ceguera temporal en un ojo y asigna a

la duración de la ceguera el valor de 4 días. f5: Los médicos del demandante no estaban seguros del

carácter temporal de la ceguera. f6: El demandante tiene posibilidad de contraer glaucoma

y esa posibilidad fue causada por la lesión del demandante y asigna el valor de esa posibilidad un 10 por ciento.

f7: La lesión obliga al demandante a llevar gafas. f8: El demandante no llevaba gafas antes del accidente

Afirmaciones (II) Afirmaciones: f9: El aspecto físico del demandante es importante para su trabajo. f10: El glaucoma es una enfermedad seria. f11: Cada uno de los siguientes conceptos:

trauma de la lesión, aprensión,

molestias, pérdida de facultades, desfiguración y futuros traumas

es un factor que contribuye al valor de la lesión. Valor del caso:

Valor = pérdidas × obligaciones

×(1 - responsabilidades) × características × contexto

Reglas R1:

Si al demandante se le ocasionó una lesión ocular

y esa lesión requiere cirugía

y la agudeza visual del demandante se ve reducida sensiblemente por esa lesión

y la recuperación de la lesión es casi completa

y el estado físico del demandante es estable

entonces incrementar el factor de trauma en 20.000 €.

. . . R5:

Si la lesión del demandante requiere que lleve gafas

y el demandante no llevaba gafas antes de la lesión

entonces incrementar el factor de molestias en 4.000 €.

. . .