FORMALIZACIÓN - Samuel Ferrara

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TEMA: FORMALIZACIÓN
1. ¿Qué relación hay entre las fases de conceptualización y formalización? 
La relación que hay entre las fases de conceptualización y formalización es que ambos modelan el problema, sin embargo, lo hacen desde diferente es su punto de vista. La conceptualización modela el problema desde el punto de vista del usuario, del dominio. Se trabaja a nivel de conocimientos. Mientras que la formalización es la modelización desde el punto de vista del sistema. El trabajo se desarrolla en un nivel simbólico.
2. ¿Cuál es el objetivo de la fase de formalización? 
El objetivo de la fase de formalización es modelar el problema desde el punto de vista del sistema. El trabajo se desarrolla en un nivel simbólico.
3. ¿Por qué es tan importante la elección de un formalismo adecuado? ¿Qué se obtiene al finalizarla? 
La elección de un formalismo adecuado es importante porque garantiza que con aquel formalismo elegido es posible representar todo el dominio del problema. Y por consiguiente se puede desarrollar el sistema. Al momento de elegir un formalismo se debe tener en cuenta los siguiente:
• La generalidad de la representación.nos permite hacer una representación de los conocimientos
• La eficiencia computacional. nos permite representar 
• La completitud y consistencia de la representación. 
• La naturalidad de la representación.
Al finalizar la fase formalización se obtiene una representación simbólica, más cercana a la implementación, del problema
4. Enumere los diferentes formalismos vistos en teoría y descríbalos de forma breve. 
Los formalismos vistos en teoría son:
✓ Esquemas Lógicos: Este paradigma constituye uno de los elementos más usados desde el principio de la IA, los hechos se representan como formas lógicas en algún formalismo matemático, siendo la más utilizada la lógica de primer orden o las lógicas multivaluadas, difusas, temporales, etc 
Elementos 
La KB está formada por una colección de fórmulas lógicas bien formadas (fbf). 
Una fórmula lógica es una combinación de predicados, variables, constantes, conectivas, cuantificadores y funciones. 
Ejemplos de fórmulas 
· Fórmulas cerradas: Hombre(Juan), Edad(Juan,25) 
· Funciones con variables: CasadoCon(Juan,x) 
· Implicaciones con cuantificadores: "hombre(x) ® mortal(x) 
Método de inferencia Resolución por refutación Se trabaja con fórmulas en notación clausal
Proceso de resolución: 
1. Se niega la proposición que se quiere demostrar. 
2. Se agrega a la KB. 
3. Mientras no se llegue a una contradicción: 
● Se emparejan dos claúsulas 
● Se aplica el proceso de unificación
Ventajas 
· Son intuitivamente entendibles y usan pocos elementos sintácticos. 
· Tienen un método de resolución simple que permite el seguimiento de los pasos de la resolución. 
· Es fácil integrar nuevo conocimiento, inclusive unir 2 o más KBs. 
Desventajas 
· No se puede incorporar heurísticas ni prioridades. 
· Alto número de combinaciones en la búsqueda de un resultado
✓ Redes Semánticas.
Elementos
Nodos
Representan conceptos e instancias de ellos.
Arcos
Descriptivos
Estructurales:
· agregación (parte_de)
· instancia (instancia_de)
· generalización (subclase_de)
Gramática por casos
Variante que permite representar acciones o frases complejas.
Método de inferencia
Técnica de equiparación
Proceso
1. Se crea un fragmento de red con los valores conocidos y no conocidos de la pregunta (apunte).
2. Se intenta emparejar con alguna sección de la red que encaje con el apunte.
Ventajas
· La representación gráfica es muy intuitiva.
· Es fácil el uso de la herencia.
Desventajas
· Es difícil el manejo de las estructuras cuando la KB es extensa.
· No existen mecanismos para controlar la consistencia semántica de las relaciones.
Ejemplo
Enunciado
● Las aves tienen plumas y tienen alas
● El canario es un ave y come semillas
● Twetty es un canario
● El halcón es un ave y tiene patas
● Pedro es un Halcón
● Usando redes semánticas compruebe si con ese conocimiento es posible demostrar que Pedro tiene plumas.
✓ Sistemas de Producción.
Elementos
Base de hechos (BH)
Describe el estado del dominio o contexto del problema. Contiene 3 elementos:
· Estado inicial: situación origen del problema.
· Estados finales: objetivos que se pretenden alcanzar.
· Estados intermedios: descripción de la situación actual de resolución. También se conoce como memoria de trabajo (MT).
Base de reglas (BR)
Contiene los elementos de deducción básicos (reglas). Suelen tener la forma:
SI condiciones ENTONCES acciones.
Motor de inferencia (MI)
· Actúa sobre las BH y BR y es quien decide qué regla se dispara en cada caso hasta llegar al objetivo.
· También se conoce como estrategia de control. Debe:
● Permitir avanzar siempre hacia la resolución del problema.
● Garantizar que si existe una solución se va a encontrar en un número finito de pasos (sistemática).
● Emplear un tiempo razonable para encontrar la solución (eficiente).
Método de inferencia
La estrategia de control:
1. Selecciona la regla más adecuada mediante las etapas de:
● Restricción
● Equiparación
● Resolución del conjunto de conflicto
2. Activa la regla, agregando o quitando hechos de la MT.
Alternativas de resolución
· Encadenamiento hacia adelante: se crea el conjunto de conicto seleccionando las reglas cuyo antecedente satisface la MT actual.
· Encadenamiento hacia atrás: se parte de un hecho que se desea demostrar, se analizan los consecuentes y, si el antecedente coincide con la MT se termina la búsqueda, de lo contrario la búsqueda continúa recursivamente.
Ventajas
· Comportamiento muy similar al del experto.
· Sintaxis simple y homogénea.
· Fácil seguimiento de la deducción.
Desventajas
· Dificultad para verificar la consistencia en la KB.
· Muy vinculado al entorno.
 
✓ Marcos.
Características
Permiten representar
· Conocimientos declarativos del dominio.
· Conocimiento procedimental sobre:
● cómo rellenar los valores de los atributos
● cómo realizar comprobación sobre la info introducida
● qué acciones realizar cuando se cumplan o fallen los procesos de búsqueda.
Elementos
Marcos: conceptos e instancias de conceptos.
Relaciones: dependencias entre conceptos.
Propiedades: atributos de conceptos.
Facetas: restricciones sobre los valores que tomarán las propiedades.
Tipos de marco
Marcos Clase
Representan:
● Conceptos
● Clases
● Conjunto de propiedades comunes al concepto
Marcos Instancia
● Representan elementos específicos de los marcos clase
● Contienen información concreta
Relaciones
· Son propiedades especiales de los marcos, cuyo valor se corresponde con otro marco.
· Existen relaciones entre:
● marcos clase,
● marcos instancia y
● marcos clase y marcos instancia
Tipos de relaciones
Relaciones estructurales
● Subclase-de e Instancia-de
● Superclase-de y Representa-a
Relaciones ad-hoc
● expresan relaciones a medida entre conceptos del dominio
En las relaciones Subclase-de:
● Definen el camino de herencia de las propiedades.
En las relaciones Instancia-de:
● El origen debe ser un marco instanciado y el destino un marco clase.
● Un marco instancia puede serlo de varios marcos clase
Propiedades
· Siempre se definen en los marcos clase.
· Caracterizan a marcos clase y a sus marcos instancia.
· Pueden ser:
● Propiedades de clase:
o son atributos genéricos de un concepto o clase
o se definen y rellenan en el marco clase y tienen el mismo valor en todas las instancias de la clase y sus subclases.
● Propiedades de instancia:
o se denen en el marco clase
o se rellenan en el marco instancia con valores concretos
o suelen indicarse con (*)
Consideraciones sobre propiedades
· Se deben evitar comportamientos redundantes
· Deben proporcionar info suficiente para identificar el marco clase
· Un marco clase puede ser una propiedad de instancia de otro marco clase
· Un marco instancia puede rellenar las propiedades de instancia con uno o varios valores
· En un marco clase se puede redefinir una propiedad heredada para representar excepciones.
5. Dado el siguiente conjunto de cláusulas y, sabiendo que Tom es un gato. Utiliceel método de inferencia de esquemas lógicos para determinar si la curiosidad mató a Tom.
1. perro (a)
2. dueño (juan, a)
3. ~gato(C) ∨ animal(C) 
4. ~perro(Z) ∨ ~dueño(Y,Z) ∨ naturalista(Y)
5. ~naturalista(U) ∨ ~ animal(W) ∨ ~mata(U,W) 
6. mata(Juan,Tom) ∨ mata(curiosidad,Tom) 
7. ~mata(curiosidad,Tom) 
8. gato(tom)
9. de 2 y 4
~perro(Z) ∨ naturalista(Y)
{Y/juan}, {Z/a}
10. de 1 y 9
naturalista(Y)
{a/perro}
11. de 10 y 5
 ~ animal(W) ∨ ~mata(U,W) 
 {U/juan} {W/tom}
12. de 3 y 11
~gato(C) y ~mata(U,W) 
{U/juan}, {W/tom} ,{C/tom}
13. de 12 y 8
~mata(U,W)
14. de 13 y 6 
mata(curiosidad,Tom) 
15. de 14 y 7
 conjunto vacio
Concluimos que la curiosidad si mató a Tom, usando el método de inferencia de esquemas lógicos .
6. Desarrolle una gramática de casos para las siguientes frases: 
• Pedro disparó el proyectil. 
Patrón verbal 
$Disparar-1 
 (Casos
	Agente:Pedro
	Objeto:Proyectil)
(Modalidad
	Tiempo:pasado
	voz:activa)
)
Representación gráfica
	
• Marta movió el libro de la mesa a la estantería. 
Patrón verbal 
$Disparar-1 
 (Casos
	Agente:Maria
	Objeto:libro
origen:mesa
destino:estantería
)
(Modalidad
	Tiempo:pasado
	voz:activa
)
)
Representación gráfica
• Pilar tiró las flores a la basura. 
Patrón verbal 
$Disparar-1 
 (Casos
	Agente:Pilar
	Objeto:flores 
destino:basura
)
(Modalidad
	Tiempo:pasado
	voz:activa
)
)
Representación gráfica
7. Escriba dos frases que respondan al siguiente patrón.
Martin llevo a pasear a su perro a la plaza
Patrón verbal 
$Disparar-1 
 (Casos
	Agente:Martin
	Objeto:perro
origen:pasear
destino:plaza
)
(Modalidad
	Tiempo:pasado
	voz:activa
)
)
Rocio preparó un almuerzo para su mama
Patrón verbal 
$Disparar-1 
 (Casos
	Agente:Rocio
	Objeto:almuerzo
origen:preparar
destino:mama
)
(Modalidad
	Tiempo:pasado
	voz:activa
)
)
8. Represente mediante una red semántica la relación entre los siguientes conceptos:
Una persona tiene dos brazos y dos piernas. Un jugador de baloncesto es una persona y pertenece a un equipo de baloncesto. Michael Jordan es un jugador de baloncesto y es de los Bulls mientras Shaquille O’Neil pertenece al equipo de los Lakers. Los equipos de baloncesto se enfrentan en campeonatos. Las personas que son hinchas de Bulls aman a Michael Jordan y odian a Shaquille O’Neil. Juan es hincha de los Bulls 
En base a la red obtenida responda las siguientes preguntas: 
a) ¿Juan odia a Shaquille O’Neil?
Si, Juan odia a Shaquille O’Neil, ya que juan es hincha de los Bulls, por consecuencia ellos odian a Shaquille O’Neil.
b) ¿Juan tiene brazos y piernas? 
Juan si tiene brazos y piernas, ya que es una persona, y una persona tiene dos brazos y dos piernas.
c) ¿Las personas asisten a los campeonatos? 
Las personas asisten a los campeonatos, ya que son los equipos de Bulls y Lakers quienes deben enfrentarse y ellos pertenecen a una persona.
Red semantica 
9. Aplique encadenamiento hacia adelante con la Base de Reglas siguiente. Considere que la Base de Hechos inicial es BH = {a} y el objetivo es x. En caso de conjunto de conflicto resuélvalo disparando primero la regla con subíndice mayor
BH = {a} 
Objetivo es x
Regla con subíndice mayor
Encadenamiento hacia adelante:
BH: {a}
Paso 1:
CC: {R1, R2} #se agarra h por R2 es de subindice mayor 
Regla a disparar: R2
BH: {a, h}
Paso 2:
CC: {R1, R8}
Regla a disparar: R8
BH: {a, h, d}
Paso 3:
CC: {R1, R4}
Regla a disparar: R4
BH: {a, h, d, e}
Paso 4:
CC: {R1}
Regla a disparar: R1
BH: {a, h, d, e, c}
Paso 5:
CC: {R3, R9}
Regla a disparar: R9
BH: {a, h, d, e, c, b}
Paso 6:
CC: {R3, R10}
Regla a disparar: R10
BH: {a, h, d, e, c, b, f}
Paso 7:
CC: {R3, R5, R7}
Regla a disparar: R7
BH: {a, h, d, e, c, b, f}
Paso 8:
CC: {R3, R5}
Regla a disparar: R5
BH: {a, h, d, e, c, b, f, x}
CONCLUSIÓN: Se llegó al objetivo x, cuya BH: {a, h, d, e, c, b, f, x}
10. Represente el dominio Animales de un zoológico mediante una red de marcos que contenga al menos 4 marcos clase, 2 marcos instancia, una relación ad-hoc y 2 atributos de instancia (indique la documentación en la que se basó para construir la red)
Biografía
Gomez, N. Juristo, C. Montes y J. Pazos. Ingeniería del Conocimiento. Editorial Centro de Estudios Ramón Areces, 1997 (Cap.5). 
A. Alonso Betanzos, B. Guijarro Berdiñas, A. Lozano Tello, J. T. Palma Méndez y M. J. Taboada Iglesias. Ingeniería del Conocimiento. Aspectos Metodológicos. Pearson Educación. Madrid, 2004. (Capítulo 1). 
Kelly, R. V. Jr.. Practical Knowledge Engineering : creating successful commercial expert systems. Digital Equipment Corporation, 1991. 
CRUZ, MADRID, ROBLES, SULCA Pag. 1 de 13