Adquisición de Conocimiento

Luis Valencia Cabrera
[email protected]
(http://www.cs.us.es/~lvalencia)
Ciencias de la Computacion e IA
(http://www.cs.us.es/)
Universidad de Sevilla
Adquisición
del
Conocimiento
(2010/2011)
Índice
 Introducción
 Técnicas
de adquisición
 Enfoques
 Tipos
de conocimiento
 Método
 Ejemplo
estructurado
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
 Distinción
clasificatorio.
fina entre conceptos similares.
Conocimiento procedimental
 Conocimiento
rutinarios.
de procedimientos
 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:




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:






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.
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 preestablecidas.
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:








...
R5:




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 €.
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 €.
...