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Historia De Los Sistemas Expertos

 A comienzos de los años 50 el conocido Alan Mathinsong Turing publicó"Inteligencia y Funcionamiento de las Máuinas" con el !in de demostrar hastaue punto estas tienen inteligencia

#n estos años se dieron $arias de!iniciones de lo ue signi!icaba la inteligenciaen una máuina %obre lo ue denominamos la inteligencia arti!icial

&e!inición de #laim 'eich()a inteligencia arti!icial es el estudio de como hacer ue los ordenadores hagancosas ue* en estos momentos* hace me+or  el hombre

&e!inición de Ale,ander %porl -./.1(#n su obra "%porls23omputerbuch"( 4a+o Inteligencia entiendo la capacidad deun ser $i$o o una máuina de ordenar in!ormaciones* e,tensas obser$aciones*e,periencias* descubrir interrelaciones para abstraer de esta !orma cosas ypoderlas ligar entre s

6no de los primeros sistemas e,pertos se llamo &endral y era capaz decalcular o descubrir hechos relati$os a la estructura molecular a partir deunosdatos umicos sin elaborar7tro sistemas e,pertos !amosos son M83I9ue diagnostica en!ermedades de la sangre y ue sugiere un tratamiento y:6FF* un sistema similar pero para en!ermedades de pulmón#ntre los años ;0 a ;5 se produce la re$olución de los %istemas #,pertos#n estos 5 años se crearon di$ersos sistemas e,pertos como el &#)TA* de<eneral #lectric 3ompany* para la reparación de locomotoras diesel yel=ctricas "Aldo en &isco" para la reparación de calderas hidroestáticasgiratorias usadas para la eliminación de bacterias A partir de los /0 y con el desarrollo de la in!ormática* se produce un amplio

desarrollo en el campo de la IA y los sistemas e,pertos* pudi=ndose a!irmar ue estos se han con$ertido en una herramienta habitual en determinadasempresas en la actualidad)a e$olución histórica de los m=todos utilizados en el desarrollo de los sistemase,pertos tambi=n se ha producido a medida ue se ha ido desarrollando la IA ylos di!erentes m=todos ue se han empleado para su resolución #l desarrollode lengua+es como )I%: y :'7)7< condicionaron esa e$olución* ascomo in$estigaciones en di$ersos campos relacionados )os primeros sistemase,pertos ue se desarrollaron en los años >0 eran capaces de resol$er soloproblemas basados en situaciones determinadas *mediante sistemas dereglas #s a partir de los 0 cuando se empiezan a resol$er problemas basadosen situaciones inciertas* basados en medidas di!usas al principio yen redes probabilsticas con posterioridad

2. Definiciones De Sistemas Expertos

)os sistemas e,pertos !orman parte de un !irme y $erdadero a$ance eninteligencia arti!icial )os sistemas e,pertos pueden incorporar miles de reglas:ara una persona seria una e,periencia casi "traumática" el realizar unab?sueda de reglas posibles al completado de un problema y concordar estascon las posibles consecuencias* mientras ue se sigue en un papel los trazosde un árbol de b?sueda )os sistemas e,pertos realizan amablemente estatarea@ mientras ue la persona responde a las preguntas !ormuladas por elsistema e,perto* este busca recorriendo las ramas más interesantes del árbol*hasta dar con la respuesta a !n al problema* o en su !alta* la más parecida a

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esta )os sistemas e,pertos tienen la $enta+a !rente a otro tipos de programasde Inteligencia Arti!icial* de proporcionar gran !le,ibilidad a la hora de incorporar nue$os conocimientos :ara ello solo tenemos ue introducir la nue$a reglaue deseemos hacer constar y a está* sin necesidad de cambiar el!uncionamiento propio del programa )os sistemas e,pertos son "auto

e,plicati$o"* al contrario ue en los programas con$encionales* en los ue elconocimiento como tal está encriptado +unto al propio programa en !orma delengua+e de ordenador )os e,pertos de IA dicen ue los sistemas e,pertostienen un conocimiento declarati$o* mientras ue en los demás programas esprocedural

•

2.1 ¿Por qué utilizar un Sistema Experto?

. 3on la ayuda de un %istema #,perto* personas con pocae,periencia pueden resol$er problemas ue reuieren un

"conocimiento !ormal especializado" )os %istemas #,pertos pueden obtener conclusiones y resol$er 

problemas de !orma más rápida ue los e,pertos humanosB )os %istemas #,pertos razonan pero en base a un conocimiento

aduirido y no tienen sitio para la sub+eti$idadC %e ha comprobado ue los %istemas #,pertos tienen al menos* la

misma competencia ue un especialista humano5 #l uso de %istemas #,pertos es especialmente recomendado en

las siguientes situaciones(a 3uando los e,pertos humanos en una

determinada materia son escasos

b #n situaciones comple+as* donde la sub+eti$idad humanapuede lle$ar a conclusiones erróneas

c 3uando es muy ele$ado el $olumen de datos ue ha deconsiderarse para obtener una conclusión

3. PL!""!#$ES

%us principales aplicaciones se dan en las gestiones empresariales debido aue(

 A 3asi todas las empresas disponen de un ordenador ue realizalas !unciones básicas de tratamiento dela in!ormación( contabilidad general* decisiones !inancieras* gestión dela tesorera* plani!icación* etc

4 #ste traba+o implica mane+ar grandes $ol?menes de in!ormación yrealizar operaciones num=ricas para despu=s tomar decisiones #stocrea un terreno ideal para la implantación de los %#

 Además los %# tambi=n se aplican en la contabilidad en apartados como( Auditoria-es el campo en el ue más aplicaciones de %# se esta realizando1Fiscalidad* plani!icación* análisis !inanciero y la contabilidad !inanciera

3.1 %reas &e aplicaci'n

)os %# se aplican a una gran di$ersidad de campos yDo áreas A continuaciónse listan algunas de las principales(

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Militar In!ormática Telecomunicaciones

Eumica &erecho Aeronáutica

<eologa Arueologa Agricultura

#lectrónica Transporte #ducación

Medicina Industria Finanzas y <estión

3.1.1 (E$)*S

#stos programas proporcionan la capacidad de traba+ar con grandescantidades de in!ormación* ue son uno de los grandes problemas ue en!rentael analista humano ue puede a!ectar negati$amente a la toma dedecisiones pues el analista humano puede depurar datos ue no considererele$antes* mientras un %# debido a su gran $elocidad de proceso analiza todala in!ormación incluyendo las no ?tiles para de esta manera aportar unadecisión más sólida

3.1.2 L!+!)"!#$ES

#s e$idente ue para actualizar se necesita de reprogramación de estos -tal$ez este sea una de sus limitaciones más acentuadas1 otra de sus limitacionespuede ser el ele$ado costo en dinero y tiempo* además ue estos programasson poco !le,ibles a cambios y de di!cil acceso a in!ormación no estructurada

&ebido a la escasez de e,pertos humanos en determinadas áreas* los %#

pueden almacenar su conocimiento para cuando sea necesario poder  aplicarlo As mismo los %# pueden ser utilizados por personas no especializadas pararesol$er problemas Además si una persona utiliza con !recuencia un %#aprenderá de el

:or otra parte la inteligencia arti!icial no ha podido desarrollar sistemas uesean capaces de resol$er problemas de manera general* de aplicar el sentidocom?n para resol$er situaciones comple+as ni de controlar situacionesambiguas

#l !uturo de los %# da $ueltas por la cabeza de cada persona* siempre ue elcampo elegido tenga la necesidad yDo presencia de un e,perto para la

obtención de cualuier tipo de bene!icio, "omponentes &e un SE

)a 4ase de conocimiento nos halla la base datos y =stas esta compuestas por lengua+es de predicado* esta es uno de los componentes ue contiene elconocimiento del e,perto o tambi=n llamado base de datos* su !unción esalmacenar e,periencias* conocimientos* etc de una determinada área

#,isten dos tipos de base de conocimiento(

#l procedural(

%e usa en los lengua+es estructurados como son :ascal*3* isual 4asic etc

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#l declarati$o(

#sta basado en hechos ue $ienen a ser acciones ue sedan dentro del problema ue utilizan los lengua+es :rolog y )isp

#l Motor de In!erencia(

%u !unción es administrar * como* cuando* y las reglasde producción ue se aplicaran para la solución de un determinadoproblema

&irige y controla la implementación del conocimiento*además permite decidir ue tipo de t=cnicas se usaran duranteel diseño del sistema e,perto

)a Inter!ace(

:arte ue permite la comunicación con el usuario* en !orma

$idireccional-ambos lados1 Mediante al Inter!ace el Motor de In!erenciareconoce la pregunta y saca datos de la 4ase de 3onocimiento ymediante la Inter!ace responde la pregunta

,.1 Descripci'n &el esquema-

DEMONIO @ #s la parte principal de la estructura de control el cual $a seguir unencadenamiento hacia atrás y hacia delante y esta a su $ez está compuesta dedos campos espec!icos :'73#&IMI#9T7% #%:#3IA)#% son los pasos aseguir compuestas por reglas* normas de producción* #)#M#9T7% &#M#TA37973IMI#9T7 compuestas por redes neuronales* por ue está e lacapacidad de aprender* entender y responder a la pregunta realizada por un

usuarioTodo esto se interact?a a partir de cierto conocimiento deducido durante lae+ecución de la aplicación

#sto nos $a a conlle$ar a una '6:T6'A en la ue el demonio retorna paracumplir un F693I79AMI#9T7 %I%T#MGTI37 usando tipos de b?suedaimplementada y completa

:rimero se da el primer !uncionamiento del motor de estructura ue esta dadocon los procedimientos especiales y con los elementos de metaconocimiento*todo esto e,perimentado lo $amos a lle$ar al principal !uncionamiento

sistemático con una b?sueda implementada* para dar lugar a una respuestasatis!actoria para uien lo está usando o mane+ando

#,plicamos la aruitectura* como 4ase de 3onocimientos $amos a tener hechos y reglas de un sistema determinado las cuales $an a ser codi!icadaspara ue la computadora puede interpretar* y ser utilizada adecuadamente por los usuarios y de acuerdo a la aplicación

#stos resultados $an a ser$ir a otros sistemas y ue estos $an a alimentar anuestras bases de conocimientos originales para obtener me+ores resultados

,.2 rquitectura /sica &e los sistemas expertos

Base de conocimientos #s la parte del sistema e,perto ue contiene elconocimiento sobre el dominio hay ue obtener el conocimiento del e,perto y

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codi!icarlo en la base de conocimientos 6na !orma clásica de representar elconocimiento en un sistema e,perto son lar reglas 6na regla es una estructuracondicional ue relaciona lógicamente la in!ormación contenida en la parte delantecedente con otra in!ormación contenida en la parte del consecuente

Base de hechos -Memoria de traba+o1 3ontiene los hechos sobre un problemaue se han descubierto durante una consulta &urante una consulta con elsistema e,perto* el usuario introduce la in!ormación del problema actual en labase de hechos #l sistema empare+a esta in!ormación con el conocimientodisponible en la base de conocimientos para deducir nue$os hechos

Motor de inferencia #l sistema e,perto modela el proceso de razonamientohumano con un módulo conocido como el motor de in!erencia &icho motor dein!erencia traba+a con la in!ormación contenida en la base de conocimientos yla base de hechos para deducir nue$os hechos 3ontrasta los hechosparticulares de la base de hechos con el conocimiento contenido en la base deconocimientos para obtener conclusiones acerca del problema

Subsistema de explicación 6na caracterstica de los sistemas e,pertos es suhabilidad para e,plicar su razonamiento 6sando el módulo del subsistema dee,plicación* un sistema e,perto puede proporcionar una e,plicación al usuariode por u= está haciendo una pregunta y cómo ha llegado a una conclusión#ste módulo proporciona bene!icios tanto al diseñador del sistema como alusuario #l diseñador puede usarlo para detectar errores y el usuario sebene!icia de la transparencia del sistema

Interfaz de usuario )a interacción entre un sistema e,perto y un usuario serealiza en lengua+e natural Tambi=n es altamente interacti$a y sigue el patrónde la con$ersación entre seres humanos :ara conducir este proceso de

manera aceptable para el usuario es especialmente importante el diseño delinter!az de usuario 6n reuerimiento básico del inter!az es la habilidad dehacer preguntas :ara obtener in!ormación !iable del usuario hay ue poner especial cuidado en el diseño de las cuestiones #sto puede reuerir diseñar elinter!az usando men?s o grá!icos

0. Desarrollo &e los Sistemas Expertos

0.1. El Equipo &e &esarrollo

)as personas ue componen un grupo o un euipo* como en todos los ámbitosdeben cumplir unas caractersticas y cada uno de ellos dentro del euipo

desarrolla un papel distinto A continuación detallaremos cada componente del euipo dentro del desarrolloy cual es la !unción de cada uno(

1. El experto

)a !unción del e,perto es la de poner sus conocimientos especializados adisposición del %istema #,perto

2. El ineniero &el conocimiento

#l ingeniero ue plantea las preguntas al e,perto* estructura sus

conocimientos y los implementa en la base de conocimientos3. El usuario

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#l usuario aporta sus deseos y sus ideas* determinado especialmente elescenario en el ue debe aplicarse el %istema #,perto

#suema de representación en el ue !igura el euipo de desarrollo(

#n el desarrollo del %istema #,perto* el ingeniero del conocimiento y el e,pertotraba+an muy unidos #l primer paso consiste en elaborar los problemas uedeben ser resueltos por el sistema :recisamente en la primera !ase deun proyecto es de $ital importancia determinar correctamente el ámbitoestrechamente delimitado de traba+o Au se incluye ya el usuario posterior* oun representante del grupo de usuarios :ara la aceptación* y e consecuenciapara el =,ito* es de $ital y suma importancia tener en cuenta los deseos y lasideas del usuario

6na $ez delimitado el dominio* nos pondremos a "engrosar" nuestro sistema

con los conocimientos del e,perto #l e,perto debe comprobar constantementesi su conocimiento ha sido transmitido de la !orma más con$eniente #lingeniero del conocimiento es responsable de una implementación correcta*pero no de la e,actitud del conocimiento )a responsabilidad de esta e,actitudrecae en el e,perto

#n el desarrollo del %istema #,perto* el ingeniero del conocimiento y el e,pertotraba+an muy unidos #l primer paso consiste en elaborar los problemas uedeben ser resueltos por el sistema :recisamente en la primera !ase de unproyecto es de $ital importancia determinar correctamente el ámbitoestrechamente delimitado de traba+o Au se incluye ya el usuario posterior* o

un representante del grupo de usuarios:ara la aceptación* y e consecuencia para el =,ito* es de $ital y sumaimportancia tener en cuenta los deseos y las ideas del usuario

6na $ez delimitado el dominio* nos pondremos a "engrosar" nuestro sistemacon los conocimientos del e,perto #l e,perto debe comprobar constantementesi su conocimiento ha sido transmitido de la !orma más con$eniente #lingeniero del conocimiento es responsable de una implementación correcta*pero no de la e,actitud del conocimiento )a responsabilidad de esta e,actitudrecae en el e,perto

 A ser posible* el e,perto deberá tener comprensión para los problemas ue

depara el procesamiento de datos #llo !acilitará mucho el traba+o Además* no

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debe ignorarse nunca al usuario durante el desarrollo* para ue al !inal sedisponga de un sistema ue le sea de má,ima utilidad

)a estricta separación entre usuario* e,perto e ingeniero del conocimiento nodeberá estar siempre presente :ueden surgir situaciones en las ue el e,pertopuede ser tambi=n el usuario #ste es el caso* cuando e,ista un tema muycomple+o cuyas relaciones e interacciones deben ser determinadas una y otra$ez con un gran consumo de tiempo &e esta !orma el e,perto puede ahorrarsetraba+os repetiti$os

)a separación entre e,perto e ingeniero del conocimiento permanece* por reglageneral inalterada

. Lenuaes &e proramaci'n &e sistemas expertos

%on programas ue se han diseñado principalmente para emular un comportamiento inteligente Incluyen algoritmos de +uego tales comoel a+edrez* programas de comprensión del lengua+e natural* $isión

por computadora* robótica y "sistemas de e,pertos" responde a unainter!az ensamblador* el segundo a inter!az compilador y el ultimo a inter!azinterprete

6n )engua+e de :rogramación se basa en reglas de acción -silogismos1 * y elanálisis de posibilidades dándonos una ayuda muy ?til en todas las ramas dela acción humana #s as como los %istemas #,pertos desarrollan una Funciónmuy importante "'ealizar tareas gen=ricas( es decir para la monitorización y eldiagnóstico* además de los traba+os de simulación de la realidad -'ealidadirtual en la actualidad1

 Algunos lengua+es son lengua+es principalmente interpretados* como A:)*

:'7)7< y )I%: A:) -A :rograming )anguage1 &iseñado para tablas* $ectores y matrices@utiliza smbolos especiales* distintos ue el A%3II

#l nombre )I%: es la abre$iatura de )ist2:rocessing* ya ue el )I%: !uedesarrollado para el procesamiento de listas )a lista es la estructura másimportante de )I%: #l lengua+e )I%: !ue diseñado ya a !inales de los años 50por Mc3arthy A lo largo de los ?ltimos años se han desarrollado muchosdialectos* por e+emplo MA3)I%:* 37MM79)I%:* I9T#')I%:* H#TA)I%:*donde el 37MM79)I%: se está imponiendo cada $ez más como estándar

.1 +ecanismos Del Prolo

)a 'ecursi$idad representa la estructura más importante en el desarrollo delprograma #n la sinta,is del :'7)7< no e,isten los bucles F7' ni los saltos@los bucles JI)# son de di!cil incorporación* ya ue las $ariables sólo puedenuni!icarse una sóla $ez )a recursión es más apropiada ue otras estructurasde desarrollo para procesar estructuras de datos recursi$as como son las listasy destacan en estos casos por una representación más sencilla y de mayor claridad

)a Instanciación es la unión de una $ariable a una constante o estructura )a$ariable ligada se comporta luego como una constante

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)a eri!icación es el intento de deri$ar la estructura a comprobar de unapregunta desde la base de conocimientos* es decir* desde los hechos y reglas%i es posible* la estructura es $erdadera* en caso contrario es !alsa

)a 6ni!icación es el componente principal de la $eri!icación de estructuras 6naestructura estará comprobada cuando puede ser uni!icada con un hecho* ocuando puede uni!icarse con la cabecera de una regla y las estructuras delcuerpo de dicha regla pueden ser $eri!icadas

#n )I%: se dan los siguientes conceptos caractersticos(

Listas y tomos( )a estructura más importante es la lista)os atomos pueden subordinarse a cualidades

La !unción( 3ada !unción )I%: y cada programa )I%:tiene estructura de lista)os programas no pueden distinguirsesintácticamente de los datos )I%: o!rece sus propias !uncionesbásicas

!orma de "raba#o( )I%: es un lengua+e !uncional 7!recela posibilidad de realizar de!iniciones recursi$as de !unciones )a uniónde procedimientos se realiza de !orma dinámica*   es decir en plenae+ecución* y no como en otros lengua+es de programación #l sistemarealiza automáticamente una gestión dinámica de memoria

.2 "omponentes &e un sistema L!SP.

6n componente importante de un sistema )I%: es la gestión dinámica de lamemoria #l sistema administrará el espacio en la memoria para las listas enconstante modi!icación* sin ue el usuario lo deba solicitar )ibera los espaciosde memoria ue ya no son necesarios y los pone a disposición de usos

posteriores )a necesidad de este proceso se deri$a de la estructura básica de)I%:* las listas* ue se modi!ican de !orma dinámica e ilimitada

 Además un sistema )I%: abarca bastante más ue el solo int=rprete dellengua+e )I%: 3onsta de algunos cómodos módulos ue o!recen ayuda en eldesarrollo y control del progreso en programas* como son el #ditor* el File2%ystem y el Trace:or supuestos estos módulos sólo estan en $ersiones de)I%: ue contengan la conocida inter!az grá!ica I&# tpica de los modernoslengua+es $isuales-I&# K entorno de desarrollo integrado1

:'7)7< es la abre$iatura de :'7gramación )7<ica* con lo ue hacemosmención a la procedencia del lengua+e( #s una realización de lógica de

predicados* como lengua+e de programación#n la actualidad* el :'7)7< se aplica como lengua+e de desarrollo enaplicaciones de Inteligencia Arti!icial en di!erentes proyectos de #uropa #nlos#stados 6nidos* el )I%: está más e,tendido ue el :'7)7< :ero para lamayora de los terminales de traba+o de Inteligencia Arti!icial se o!rece tambi=nel :'7)7<

 Al contrario ue el )I%: -y otros lengua+es1* en el :'7)7< los programas soncon!eccionados de !orma distinta A los interesados en pueden leer a LoalsNiue escribió un articulo con el ttulo" Algorithm K )ogic O 3ontrol" 3on estopretende decirnos ue los algoritmos pueden ser di$ididos en su lógica y ensus mecanismos de control

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)a lógica se representa en !orma de predicados #stos predicados aparecen entres !ormas distintas( como hechos* como reglas y como preguntas )a lógica!ormulada como hechos y reglas se de!ine como base de conocimientos A estabase de conocimientos se le pueden !ormular preguntas

)os mecanismos importantes del :'7)7< son( recursi$idad* instanciación*$eri!icación* uni!icación* bacNtracNing e in$ersión

)a $ecursi%idad  representa la estructura más importanteen el desarrollo del programa #n la sinta,is del :'7)7< no e,isten losbucles F7' ni los saltos@ los bucles JI)# son de di!cil incorporación*ya ue las $ariables sólo pueden uni!icarse una sóla $ez )a recursiónes más apropiada ue otras estructuras de desarrollo para procesar estructuras de datos recursi$as como son las listas y destacan en estoscasos por una representación más sencilla y de mayor claridad

)a Instanciación es la unión de una $ariable a unaconstante o estructura )a $ariable ligada se comporta luego como una

constante )a &erificación es el intento de deri$ar la estructura a

comprobar de una pregunta desde la base de conocimientos* es decir*desde los hechos y reglas %i es posible* la estructura es $erdadera* encaso contrario es !alsa

)a 'nificación es el componente principal de la$eri!icación de estructuras 6na estructura estará comprobada cuandopuede ser uni!icada con un hecho* o cuando puede uni!icarse con lacabecera de una regla y las estructuras del cuerpo de dicha reglapueden ser $eri!icadas

4. Eemplos &e Sistemas Expertos

#n esta parte se tratará de !orma resumida dos %istemas #,pertos ue !uerondecisi$os para el =,ito del a$ance in$estigador en el campo de los %istemas#,pertos As podrás hacer una idea* ya con un e+emplo real* de para ue sir$ey en ue materias se aplica un %istema #,perto

+5"!$ %istema #,perto para diagnósticos m=dicos 6"#$ %istema #,perto para con!iguración de

7rdenadores

4.1 +5"!$M83I9 es un %istema #,perto para la realización de diagnósticos* iniciado por #d Feigenbaum y posteriormente desarrollados por #%hortli!!e y suscolaboradores %u !unción es la de aconse+ar a los m=dicos enla in$estigación y determinación de diagnósticos en el campo delas en!ermedadesin!ecciosas de la sangre #l sistema M83I9* al ser consultado por el m=dico* solicita primero datos generales sobre el paciente(nombre* edad* sntomas* etc 6na $ez conocida esta in!ormación por parte delsistema* el %istema #,perto plantea unas hipótesis

:ara poder $eri!icarlas comprueba primero la e,actitud de las premisas de la

regla -7s preguntareis como hace esto1 #sto se realiza mediante unab?sueda de enunciados correspondientes en la base de conocimientos #stos

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enunciados pueden a su $ez estar de nue$o en la parte de consulta de otraregla

Tambi=n lo realiza mediante determinadas preguntas al usuarioAu se hacenpreguntas del tipo( P%e ha practicado en el paciente alg?n tipo de inter$enciónuir?rgicaQ 3on las respuestas ue recibe* el M83I9 $eri!ica o rechaza lashipótesis planteadas 6na serie de tests han demostrado ue M83I9 traba+aigual de bien ue un m=dico

4.2 6"#$

R379 es un %istema #,perto para con!iguraciones desarrollado por la &igital#uipment 3orporation %eg?n los deseos indi$iduales del cliente secon!iguran redes de ordenadores AR 8a ue el abanico de productos ue seo!recen en el mercado es muy amplio* la con!iguración completa y correcta deun sistema de estas caractersticas es un problema de gran comple+idad

)as !unciones de este %istema #,perto son las siguientes(

P:ueden con+ugarse los componentes solicitados por elcliente de !orma con$eniente y razonableQ

P)os componentes de sistema especi!icados soncompatibles y completosQ

)as respuestas a estas preguntas son muy detalladas R379 es capaz decomprobar y completar los pedidos entrantes mucho más rápido y me+or uelas personas encargadas hasta ahora de esa labor