Unidad No. 4 - Representación del Conocimiento

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Unidad No. 4 - Representación del Conocimiento

  1. 1. INTELIGENCIA ARTIFICIAL - ICIF0021 Unidad 4 - Representaci´n del Conocimiento o Docente: Milton A. Ram´ Klapp ırez miramire@gmail.com Universidad San Sebasti´n a Facultad de Ingenier´ y Tecnolog´ ıa ıa Primer Semestre 2011M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 1 / 93
  2. 2. Objetivos de la Unidad Conocer t´cnicas de representaci´n de conocimiento mediante l´gica e o o de primer orden. Resolver problemas que involucran el uso de una base de conocimiento de tipo condici´n-acci´n. o o Identificar modelos basados en grafos ponderados para codificar conocimiento a trav´s de redes sem´nticas. e a Construir redes sem´nticas a partir de enunciados escritos en lenguaje a natural. Generar nuevo conocimiento a trav´s de mecanismos de herencia. e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 2 / 93
  3. 3. Contenidos 1 Ontolog´ de nivel superior. ıas 2 Redes sem´nticas. a 3 Objetos compuestos. 4 Medidas. 5 Sustancias. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 3 / 93
  4. 4. Introducci´n o Hasta el momento ha sido f´cil encontrar vocabularios consistentes a Para representar los problemas Dominios complejos requieren representaci´n m´s general y flexible. o a Necesitamos representar conceptos que antes no ten´ cabida en el ıan paradigma de representaci´n de problemas basado en estados o en los o modelos de planificaci´n: o Objetos f´ ısicos Tiempo Creencias M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 4 / 93
  5. 5. Introducci´n o Representar todo en el mundo es una tarea de enormes proporciones. Podemos hacer moldes donde se puede incorporar nuevo conocimiento: lo que se llama ontolog´ superior ıa Consideraci´n importante sobre L´gica de Primer Orden (LPO): o o ciertos aspectos del mundo son dif´ ıciles de capturar utilizando LPO debido a que casi todas las generalizaciones tienen excepciones debemos tener la habilidad de manejarlas M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 5 / 93
  6. 6. Ontolog´ ıasLa Ontolog´ es una rama de la Filosof´ que se preocupa acerca de los ıa ıasupuestos y organizaci´n de los elementos que conforman la realidad. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 6 / 93
  7. 7. Ontolog´ ıas El prop´sito de la Ontolog´ en el campo de la IA es proveer un o ıa conjunto de supuestos sobre la realidad con el objetivo del intercambio y uso de este conocimiento: este conocimiento compartido permite hacer una organizaci´n del o mismo se maneja una lista de conceptos b´sicos sobre la parte del mundo que a se quiere representar los t´rminos que conforman la jerga particular de lo que se desea e modelar muestran una relaci´n jer´rquica o de pertenencia entre o a ellos. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 7 / 93
  8. 8. Ontolog´ ıasLas redes sem´nticas ser´n el formalismo que usaremos para codificar los a asupuestos sobre la realidad que establece la ontolog´ ıa. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 8 / 93
  9. 9. Ontolog´ ıas ¿Qu´ se utiliza en una ontolog´ superior? e ıa Existen muchas ontolog´ espec´ ıas ıficas Autom´viles o Naturaleza Circuitos Electr´nicos o Medicina Un gran etc´tera e ¿En alg´n momento convergen? u Siglos de investigaci´n sugieren que “posiblemente” o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 9 / 93
  10. 10. Un razonamiento ontol´gico o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 10 / 93
  11. 11. Ontolog´ ıasEjemplo de ontolog´ para veh´ ıa ıculos Vehículo Terrestre Aéreo Marítimo Bicicleta Automóvil Motocicleta Avión Helicóptero Lancha Bote Mazda 323 Boeing 737 M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 11 / 93
  12. 12. Ontolog´ ıasEjemplo de ontolog´ para veh´ ıa ıculos Vehículo clase (concepto) subclase de subclase de subclase de Terrestre Aéreo Marítimo es un es un tipo de es un Bicicleta Automóvil Motocicleta Avión Helicóptero Lancha Bote ejemplo de instancia de Mazda 323 Boeing 737 M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 12 / 93
  13. 13. Ontolog´ ıas Veh´ ıculo pasa a ser el concepto general sobre el cual hacemos la ontolog´ ıa: el cual a su vez puede ser una subclase en otra ontolog´ que trate ıa sobre los medios de transporte Terrestre, A´reo y Mar´ e ıtimo son las posibles descomposiciones que se hicieron de la clase veh´ıculo: en su lugar se podr´ haber creado otras como Motorizado o No ıan Motorizado que las reemplazaran. Los elementos inscritos en rect´ngulos corresponden a instancias de a las subclases. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 13 / 93
  14. 14. Ontolog´ ıas ¿Es posible deducir que Mazda 323 es un veh´ ıculo terrestre? ¿por qu´ no es e posible clasificar el Boeing 737 dentro de la categor´ıa Mar´ıtimo? M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 14 / 93
  15. 15. Categor´ y Objetos ıas Organizar los objetos en categor´ es vital: ıas la mayor´ del razonamiento es en categor´ ıa ıas Sirven para hacer predicciones de los objetos: una vez que est´n clasificados a se puede inferir la clase de objeto seg´n atributos u y luego hacer predicciones seg´n la clase del objeto u M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 15 / 93
  16. 16. Categor´ y Objetos ıas Dos opciones para representar categor´ ıas: Predicados y Objetos Predicado: bal´nDeBasketball(b) o Objeto: Miembro(b,BalonesDeBasketball) M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 16 / 93
  17. 17. Categor´ y Objetos ıas Las categor´ tambi´n son utiles para simplificar el conocimiento: ıas e ´ en base a la herencia los objetos individuales heredan propiedades de la categor´ a la que ıa pertenecen. Si sub-clasificamos objetos, las relaciones producen taxonom´ ıas.Por ejemplo, en Biolog´ se intenta proporcionar una taxonom´ para todas ıa ıalas especies vivas y extintas. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 17 / 93
  18. 18. Categor´ y Objetos ıas La LPO y la teor´ de conjuntos hacen simple el proceso de hacer ıa afirmaciones sobre categor´ ıas: el concepto de transitividad es importante. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 18 / 93
  19. 19. Categor´ y Objetos ıasUn objeto es miembro de una categor´ ıa BB9 ∈ BalonesDeBasketballUna categor´ es subclase de otra categor´ ıa ıa BalonesDeBasketball ⊆ BalonesMiembros de una categor´ tienen propiedades ıa (x ∈ BalonesDeBasketball) ⇒ redondo(x) M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 19 / 93
  20. 20. Categor´ y Objetos ıas¿Qu´ pasa con las sub-clasificaciones que aparentemente guardan relaci´n e oentre s´ ı?Espa˜ol ⊆ Europeos y Alem´n ⊆ Europeos n a En ning´n momento se est´ afirmando que un objeto que pertenezca u a a Espa˜ol no pertenezca a Alem´n. n a Puede haber doble nacionalidad. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 20 / 93
  21. 21. Categor´ y Objetos ıas Dos categor´ son disjuntas si no tienen miembros en com´n. ıas u Si varias categor´ tienen elementos en com´n y la reuni´n de todas ıas u o ellas nos hace el conjunto completo, estamos hablando de una descomposici´n exhaustiva. o Si adem´s es disjunta, tenemos una partici´n. a o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 21 / 93
  22. 22. Categor´ y Objetos ıasAlgunos ejemplosCategor´ disjuntas ıas({Animales, Vegetales})Descomposici´n exhaustiva o({Canadienses, Mexicanos, Estadounidenses}, Norteamericanos)Partici´n o({Machos, Hembras}, Animales) M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 22 / 93
  23. 23. ¿Qu´ vimos la clase pasada? e Problematizaci´n asociada con los lenguajes de representaci´n de o o problemas vistos en las unidades 1, 2 y 3. Supuestos ontol´gicos, epistemol´gicos y metodol´gicos sobre la o o o realidad y los elementos que la conforman y la modelan. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 23 / 93
  24. 24. Hoy veremos Redes sem´nticas: a introducci´n o construcci´n o herencia y manejo de excepciones. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 24 / 93
  25. 25. Recordatorio de categor´ y objetos ıasUn objeto es miembro de una categor´ ıa BB9 ∈ BalonesDeBasketballUna categor´ es subclase de otra categor´ ıa ıa BalonesDeBasketball ⊆ BalonesMiembros de una categor´ tienen propiedades ıa (x ∈ BalonesDeBasketball) ⇒ redondo(x) M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 25 / 93
  26. 26. Introducci´n o El significado de alg´n objeto se puede expresar o inferir a trav´s de u e una red de asociaciones con otros objetos. De acuerdo a las teor´ asociativas de la Psicolog´ cuando un ser ıas ıa, humano percibe un objeto y razona acerca de ´l: e establece una correspondencia entre el objeto y un concepto ese concepto puede estar internalizado dentro de nuestra propia base de conocimiento y se puede conectar con el objeto percibido las relaciones que se establecen ayudan a entender las propiedades y comportamiento del objeto estudiado M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 26 / 93
  27. 27. Introducci´n oEjemplos Nieve: es fr´ de temperatura , es de color blanco, forma de hielo, a ıa partir de ella se puede construir un mu˜eco de nieve, etc. n Gato: es peludo, es un animal, es un tipo de mascota, tiene pulgas, etc. ¿Alg´n otro concepto? u M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 27 / 93
  28. 28. Introducci´n o Existen evidencias psicol´gicas que los seres humanos: o son capaces de establecer asociaciones entre objetos tienden a organizar el conocimiento de manera jer´rquica a almacenan las propiedades en los niveles m´s abstractos y tienen que a ascender por la jerarqu´ de las estructuras de la memoria para ıa responder a ciertas preguntas.Canario no est´ asociado directamente con la capacidad de volar, sino que a´sta forma parte de las propiedades de p´jaro, as´ como la capacidade a ımotora depende de animal. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 28 / 93
  29. 29. Introducci´n o En cambio, las excepciones las almacenamos directamente en los conceptos: un avestruz, a pesar de ser un p´jaro, no puede volar a Cuando hay herencia: la informaci´n se guarda en los niveles m´s altos de abstracci´n, lo que o a o sirve para ir ensamblando el nuevo conocimiento que se vaya generando en las ontolog´ de nivel superior ıas los grafos se constituyen en la estructura algebraica ideal para formalizar la teor´ asociativa del conocimiento. ıa M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 29 / 93
  30. 30. Introducci´n o La Psicolog´ cuestiona que nuestra capacidad para entender el ıa lenguaje se pueda reducir a un conjunto de reglas b´sicas: a sugiere que la comprensi´n de los textos supone la creaci´n de alguna o o representaci´n simb´lica o o esta representaci´n simb´lica que se puede hacer con un grafo es lo o o que se puede transportar a una m´quina para poder hacer inferencias a tal como lo hacemos los seres humanos.La memoria humana puede modelarse a trav´s de una red. e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 30 / 93
  31. 31. Construcci´n de una Red Sem´ntica o a Como ya se coment´, una red sem´ntica se puede modelar a trav´s de o a e un grafo, donde: los nodos representan conceptos, atributos, entidades los arcos etiquetados indican relaciones entre esos conceptos como por ejemplo espacial, temporal, causal, de rol desempe˜ado, etc. n Estudiaremos la t´cnica declarativa empleando grafos dirigidos e etiquetados: la idea principal es que un concepto se especifica con las relaciones o conexiones con otros objetos.Ejemplo: Juan es Inform´tico de profesi´n a o profesión JUAN Informático M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 31 / 93
  32. 32. Construcci´n de una Red Sem´ntica o a La extracci´n de alguna conclusi´n a partir de un concepto se puede o o hacer mediante herencia. Un concepto est´ asociado con otros conceptos a trav´s de los arcos a e salientes del nodo que lo representa.Ejemplo: Un velero es un buque con velas esUn tieneParte buque Velero vela M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 32 / 93
  33. 33. Construcci´n de una Red Sem´ntica o aTipos de arcos Arcos estructurales Ejemplo instancia o ejemplar: une un objeto con su tipo (clase). Vertebrado Diente subClase: une una clase con otra m´s a subclase subclase general. Persona tieneParte Boca tieneParte incisivo tieneParte: une un objeto con sus ejemplar componentes. JUAN M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 33 / 93
  34. 34. Construcci´n de una Red Sem´ntica o aTipos de arcosArcos descriptivos Propiedades: profesi´n, colorPelo, etc. o Relaciones no estructurales: amigoDe, padreDe, etc. color Delfín gris M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 34 / 93
  35. 35. Construcci´n de una Red Sem´ntica o aHerencia Como se ha comentado, el uso de herencia facilita la extracci´n de o razonamiento a partir de lo escrito en una red sem´ntica. a Se pueden generar algoritmos simples que soportan el manejo de excepciones: los nodos acceden a las propiedades de otros nodos siguiendo los arcos instancia (o ejemplar) y subClase. Ventajas: evita la repetici´n de propiedades o el conocimiento se comparte con los otros conceptos definidos en la red sem´ntica. a M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 35 / 93
  36. 36. Construcci´n de una Red Sem´ntica o aHerencia color Delfín gris ejemplar color CLIPPER azulObservaciones Los delfines son de color gris. Clipper es un ejemplar de delf´ que sin embargo no es gris sino azul. ın, M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 36 / 93
  37. 37. HerenciaOtro ejemplo color color ¿Qu´ se puede decir de e B allena gris Tiburón Dumbo? subClase color subClase instancia instancia Es un elefante de DUMBO Elefante MAEL color gris. subClase instancia instancia Es un macho, mam´ıfero, un animal. Macho Mamífero Hembra subClase Requiere ox´ ıgeno. subClase subClase Es un ser vivo pero no Animal una planta. necesita subClase oxígeno SerVivo necesita subClase Planta M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 37 / 93
  38. 38. HerenciaManejo de excepciones instancia instancia DONKEY BRUTUS Gorila KONG color color negro café Se hereda el valor de la propiedad del nodo m´s cercano al nodo que a sirvi´ como punto de partida en la inferencia: o Brutus es de color negro Donkey Kong es de color caf´ e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 38 / 93
  39. 39. Construcci´n de Redes Sem´nticas o aRelaci´n entre dos conceptos o Problema: dados dos conceptos C1 y C2 , queremos saber c´mo est´n o a relacionados: el mecanismo a estudiar se llama propagaci´n de la activaci´n. o o Inicialmente se activan ambos conceptos. La activaci´n se propaga a los nodos que est´n a un arco de distancia o a de los nodos iniciales, despu´s a los nodos que est´n a distancia 2, 3 y e a as´ sucesivamente, formando ondas conc´ntricas. ı e Cuando las ondas procedentes de C1 intersectan a las procedentes de C2 (o a alg´n nodo del interior), hemos encontrado la intersecci´n. u o La relaci´n entre C1 y C2 viene dada por las etiquetas de las aristas o existentes de C1 al punto de intersecci´n y de C2 al punto de o intersecci´n. o La cantidad de relaciones existentes entre C1 y C2 est´ dada por el a n´mero de intersecciones que se generan con respecto a las ondas u conc´ntricas propagadas por ambos conceptos. e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 39 / 93
  40. 40. Construcci´n de Redes Sem´nticas o aRelaci´n entre dos conceptos oLa b´squeda de intersecciones a menudo requiere generar la inversa de uuna relaci´n, que por lo general se hace con los arcos estructurales. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 40 / 93
  41. 41. Relaci´n entre dos conceptos oEjemplo Algunas observaciones Persona subClase subClase Tanto Luis como Pedro son hombres. Mujer Hombre Como son hombres, tambi´n son personas. e instancia instancia Ninguno de ellos es mujer. PEDRO LUIS Luis es mayor que edad edad Pedro. mayorQue EDAD2 EDAD1 valor 28 M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 41 / 93
  42. 42. Representaci´n de relaciones n−arias o Sabemos que los enlaces representan relaciones binarias. Para representar relaciones n−arias en una red sem´ntica, es a necesario convertirlas a formato binario. Se introducen predicados binarios para describir la relaci´n de ese o nuevo objeto con sus argumentos originales. Es una t´cnica util para describir eventos o sucesos. e ´ M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 42 / 93
  43. 43. Representaci´n de relaciones n−arias oEjemploCOLO-COLO gan´ la Copa Libertadores de Am´rica el 5 de Junio de 1991 o ederrotando 3-0 a Olimpia en el partido final. Partidos de Copa Libertadores de América instancia equipoVisita resultadoFinal PARTIDO OLIMPIA 3-0 FINAL fecha equipoLocal 5/ Junio/1991 COLO-COLO M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 43 / 93
  44. 44. Representaci´n de relaciones n−arias oEjemplo: Juan le vende a Pedro un reloj en 15.000$ EventoComprar instancia comprador valor moneda PESO PEDRO COMPRA1 15.000 CHILENO objeto vendedor RELOJ JUAN M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 44 / 93
  45. 45. ¿Qu´ vimos la clase pasada? e Problematizaci´n asociada con los lenguajes de representaci´n de o o problemas vistos en las unidades 1, 2 y 3. Supuestos ontol´gicos, epistemol´gicos y metodol´gicos sobre la o o o realidad y los elementos que la conforman y la modelan. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 45 / 93
  46. 46. Hoy veremos Redes sem´nticas: a introducci´n o construcci´n o herencia y manejo de excepciones. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 46 / 93
  47. 47. Recordatorio de categor´ y objetos ıasUn objeto es miembro de una categor´ ıa BB9 ∈ BalonesDeBasketballUna categor´ es subclase de otra categor´ ıa ıa BalonesDeBasketball ⊆ BalonesMiembros de una categor´ tienen propiedades ıa (x ∈ BalonesDeBasketball) ⇒ redondo(x) M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 47 / 93
  48. 48. Introducci´n o El significado de alg´n objeto se puede expresar o inferir a trav´s de u e una red de asociaciones con otros objetos. De acuerdo a las teor´ asociativas de la Psicolog´ cuando un ser ıas ıa, humano percibe un objeto y razona acerca de ´l: e establece una correspondencia entre el objeto y un concepto ese concepto puede estar internalizado dentro de nuestra propia base de conocimiento y se puede conectar con el objeto percibido las relaciones que se establecen ayudan a entender las propiedades y comportamiento del objeto estudiado M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 48 / 93
  49. 49. Introducci´n oEjemplos Nieve: es fr´ de temperatura , es de color blanco, forma de hielo, a ıa partir de ella se puede construir un mu˜eco de nieve, etc. n Gato: es peludo, es un animal, es un tipo de mascota, tiene pulgas, etc. ¿Alg´n otro concepto? u M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 49 / 93
  50. 50. Introducci´n o Existen evidencias psicol´gicas que los seres humanos: o son capaces de establecer asociaciones entre objetos tienden a organizar el conocimiento de manera jer´rquica a almacenan las propiedades en los niveles m´s abstractos y tienen que a ascender por la jerarqu´ de las estructuras de la memoria para ıa responder a ciertas preguntas.Canario no est´ asociado directamente con la capacidad de volar, sino que a´sta forma parte de las propiedades de p´jaro, as´ como la capacidade a ımotora depende de animal. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 50 / 93
  51. 51. Introducci´n o En cambio, las excepciones las almacenamos directamente en los conceptos: Snarf, a pesar de ser un gato, es de color naranjo con rojo en lugar de blanco y negro como la mayor´ de los gatos ıa Cuando hay herencia: la informaci´n se guarda en los niveles m´s altos de abstracci´n, lo que o a o sirve para ir ensamblando el nuevo conocimiento que se vaya generando en las ontolog´ de nivel superior ıas los grafos se constituyen en la estructura algebraica ideal para formalizar la teor´ asociativa del conocimiento. ıa M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 51 / 93
  52. 52. Introducci´n o La Psicolog´ cuestiona que nuestra capacidad para entender el ıa lenguaje se pueda reducir a un conjunto de reglas b´sicas: a sugiere que la comprensi´n de los textos supone la creaci´n de alguna o o representaci´n simb´lica o o esta representaci´n simb´lica que se puede hacer con un grafo es lo o o que se puede transportar a una m´quina para poder hacer inferencias a tal como lo hacemos los seres humanos.La memoria humana puede modelarse a trav´s de una red. e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 52 / 93
  53. 53. Construcci´n de una Red Sem´ntica o a Como ya se coment´, una red sem´ntica se puede modelar a trav´s de o a e un grafo, donde: los nodos representan conceptos, atributos, entidades los arcos etiquetados indican relaciones entre esos conceptos como por ejemplo espacial, temporal, causal, de rol desempe˜ado, etc. n Estudiaremos la t´cnica declarativa empleando grafos dirigidos e etiquetados: la idea principal es que un concepto se especifica con las relaciones o conexiones con otros objetos.Ejemplo: Juan es Inform´tico de profesi´n a o profesión JUAN Informático M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 53 / 93
  54. 54. Construcci´n de una Red Sem´ntica o a La extracci´n de alguna conclusi´n a partir de un concepto se puede o o hacer mediante herencia. Un concepto est´ asociado con otros conceptos a trav´s de los arcos a e salientes del nodo que lo representa.Ejemplo: Un velero es un buque con velas esUn tieneParte buque Velero vela M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 54 / 93
  55. 55. Construcci´n de una Red Sem´ntica o aTipos de arcos Arcos estructurales Ejemplo instancia o ejemplar: une un objeto con su tipo (clase). Vertebrado Diente subClase: une una clase con otra m´s a subclase subclase general. Persona tieneParte Boca tieneParte incisivo tieneParte: une un objeto con sus ejemplar componentes. JUAN M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 55 / 93
  56. 56. Construcci´n de una Red Sem´ntica o aTipos de arcosArcos descriptivos Propiedades: profesi´n, colorPelo, etc. o Relaciones no estructurales: amigoDe, padreDe, etc. color Delfín gris M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 56 / 93
  57. 57. Construcci´n de una Red Sem´ntica o aHerencia Como se ha comentado, el uso de herencia facilita la extracci´n de o razonamiento a partir de lo escrito en una red sem´ntica. a Se pueden generar algoritmos simples que soportan el manejo de excepciones: los nodos acceden a las propiedades de otros nodos siguiendo los arcos instancia (o ejemplar) y subClase. Ventajas: evita la repetici´n de propiedades o el conocimiento se comparte con los otros conceptos definidos en la red sem´ntica. a M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 57 / 93
  58. 58. Construcci´n de una Red Sem´ntica o aHerencia color Delfín gris ejemplar color CLIPPER azulObservaciones Los delfines son de color gris. Clipper es un ejemplar de delf´ que sin embargo no es gris sino azul. ın, M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 58 / 93
  59. 59. HerenciaOtro ejemplo color color ¿Qu´ se puede decir de e B allena gris Tiburón Dumbo? subClase color subClase instancia instancia Es un elefante de DUMBO Elefante MAEL color gris. subClase instancia instancia Es un macho, mam´ıfero, un animal. Macho Mamífero Hembra subClase Requiere ox´ ıgeno. subClase subClase Es un ser vivo pero no Animal una planta. necesita subClase oxígeno SerVivo necesita subClase Planta M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 59 / 93
  60. 60. HerenciaManejo de excepciones instancia instancia DONKEY BRUTUS Gorila KONG color color negro café Se hereda el valor de la propiedad del nodo m´s cercano al nodo que a sirvi´ como punto de partida en la inferencia: o Brutus es de color negro Donkey Kong es de color caf´ e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 60 / 93
  61. 61. Construcci´n de Redes Sem´nticas o aRelaci´n entre dos conceptos o Problema: dados dos conceptos C1 y C2 , queremos saber c´mo est´n o a relacionados: el mecanismo a estudiar se llama propagaci´n de la activaci´n. o o Inicialmente se activan ambos conceptos. La activaci´n se propaga a los nodos que est´n a un arco de distancia o a de los nodos iniciales, despu´s a los nodos que est´n a distancia 2, 3 y e a as´ sucesivamente, formando ondas conc´ntricas. ı e Cuando las ondas procedentes de C1 intersectan a las procedentes de C2 (o a alg´n nodo del interior), hemos encontrado la intersecci´n. u o La relaci´n entre C1 y C2 viene dada por las etiquetas de las aristas o existentes de C1 al punto de intersecci´n y de C2 al punto de o intersecci´n. o La cantidad de relaciones existentes entre C1 y C2 est´ dada por el a n´mero de intersecciones que se generan con respecto a las ondas u conc´ntricas propagadas por ambos conceptos. e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 61 / 93
  62. 62. Construcci´n de Redes Sem´nticas o aRelaci´n entre dos conceptos oLa b´squeda de intersecciones a menudo requiere generar la inversa de uuna relaci´n, que por lo general se hace con los arcos estructurales. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 62 / 93
  63. 63. Relaci´n entre dos conceptos oEjemplo Algunas observaciones Persona subClase subClase Tanto Luis como Pedro son hombres. Mujer Hombre Como son hombres, tambi´n son personas. e instancia instancia Ninguno de ellos es mujer. PEDRO LUIS Luis es mayor que edad edad Pedro. mayorQue EDAD2 EDAD1 valor 28 M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 63 / 93
  64. 64. Relaci´n entre dos conceptos oEjemplo Predicados instanciados presentes Persona subClase(Mujer,Persona), subClase subClase subClase(Hombre,Persona) instancia(PEDRO,Hombre), Mujer Hombre instancia(LUIS,Hombre) edad(PEDRO,EDAD2), instancia instancia edad(LUIS,EDAD1) mayorQue(EDAD1,EDAD2), PEDRO LUIS valor(EDAD1,28) edad edad mayorQue EDAD2 EDAD1 valor 28 M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 64 / 93
  65. 65. Representaci´n de relaciones n−arias o Sabemos que los enlaces representan relaciones binarias. Para representar relaciones n−arias en una red sem´ntica, es a necesario convertirlas a formato binario. Se introducen predicados binarios para describir la relaci´n de ese o nuevo objeto con sus argumentos originales. Es una t´cnica util para describir eventos o sucesos. e ´ M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 65 / 93
  66. 66. Representaci´n de relaciones n−arias oEjemploCOLO-COLO gan´ la Copa Libertadores de Am´rica el 5 de Junio de 1991 o ederrotando 3-0 a Olimpia en el partido final. Partidos de Copa Libertadores de América instancia equipoVisita resultadoFinal PARTIDO OLIMPIA 3-0 FINAL fecha equipoLocal 5/ Junio/1991 COLO-COLO M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 66 / 93
  67. 67. Representaci´n de relaciones n−arias oEjemplo: Juan le vende a Pedro un reloj en 15.000$ EventoComprar instancia comprador valor moneda PESO PEDRO COMPRA1 15.000 CHILENO objeto vendedor RELOJ JUAN M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 67 / 93
  68. 68. Bonustrack Para cada uno de los siguientes problemas, encuentre su representaci´n STRIPS: o constantes predicados estado inicial acciones, indicando Precondicion , Borrado , Efectos ´ estado final. El n´mero de ejercicio es el que le corresponde a su n´mero de grupo. u u Piensen c´mo resolver estos problemas: o ¿ser´ STRIPS la mejor opci´n para modelarlos? a o ¿alguna otra opci´n? o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 68 / 93
  69. 69. Bonustrack1. Misioneros y Can´ ıbales Tenemos tres misioneros y tres can´ ıbales en la orilla de un r´ ıo. Deben cruzar a la otra orilla utilizando un bote que s´lo puede llevar o a dos personas. En ning´n momento el n´mero de misioneros en una orilla puede ser u u menor al n´mero de can´ u ıbales, ya que pueden ser devorados por estos ultimos. ´ M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 69 / 93
  70. 70. Bonustrack2. Barquero Un pastor tiene que pasar un lobo, una cabra y un repollo a la otra orilla de un r´ ıo. Dispone de una barca en la que solo caben ´l y una de los otros tres e elementos. S´lo el pastor sabe remar en la barcaza. o Si el lobo se queda solo con la cabra se la come y si la cabra se queda sola con la lechuga tambi´n la come. e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 70 / 93
  71. 71. Bonustrack3. Puzzle 4 Variante del puzzle 8, salvo que el tablero tiene 4 casillas. Los estados inicial y final son, respectivamente: 1 2 3 1 3 2 M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 71 / 93
  72. 72. BonustrackModele este conocimiento de oficina como una red sem´ntica a Las m´quinas de oficina obtienen su fuente de alimentaci´n el´ctrica a o e por medio de una toma de corriente adosada a la pared. Cualquiera de estas m´quinas puede ser ya sea una impresora o un a robot. Las impresoras pueden ser l´ser o de inyecci´n de tinta. a o Un robot puede ser ya sea un repartidor, como el caso de C3PO o un limpiador como R2D2. R2D2 es el unico tipo de robot que se alimenta con bater´ alcalinas ´ ıas recargables. La HP DESKJET F2280 es un tipo de impresora de tinta. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 72 / 93
  73. 73. BonustrackCon respecto al problemas de los insumos de oficina Indique todos los predicados que utiliz´ para construir la red o sem´ntica. a Deje expl´ ıcitas todas las instanciaciones que hizo de los predicados antes mencionados. ¿Cu´l es la fuente de alimentaci´n de la HP DESKJET F2280? a o Agregue m´s conocimiento para ampliar la sem´ntica de la red que a a construy´. o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 73 / 93
  74. 74. ¿Qu´ vimos la clase pasada? e Redes sem´nticas: a inspiraci´n psicol´gica o o caracterizaci´n mediante grafos, donde los nodos representan o conceptos, ideas o entidades y los arcos describen relaciones tanto estructurales como no estructurales entre los nodos herencia manejo de excepciones representaci´n de relaciones n−arias o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 74 / 93
  75. 75. Hoy veremos Objetos compuestos. Medidas. Sustancias. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 75 / 93
  76. 76. Objetos Compuestos La idea de objeto compuesto puede resultarnos familiar: Boca es parte de Cara Chile es parte de Am´rica del Sur e Cap´ıtulo es parte de Libro. En general, se ocupa ParteDe. Los objetos se pueden agrupar en jerarqu´ ıas: ParteDe(Concepci´n,Chile) o ParteDe(Chile, Am´rica del Sur) e ParteDe(Am´rica del Sur, Am´rica) e e ParteDe(Am´rica, Planeta Tierra). e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 76 / 93
  77. 77. Objetos Compuestos La relaci´n ParteDe es refleja y transitiva: o ∀x : ParteDe(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) Tambi´n podemos tener categor´ de objetos compuestos e ıas que mantienen relaciones estructurales. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 77 / 93
  78. 78. Objetos CompuestosUn b´ ıpedo tiene dos piernas unidas a su cuerpo ıpedo(a) ⇒ ∃l1 , l2 , b : pierna(l1 ) ∧ pierna(l2 ) B´ ∧ cuerpo(b) ∧ ParteDe(l1 , a) ∧ ParteDe(l2 , a) ∧ ParteDe(b, a) ∧ unidaA(l1 , b) ∧ unidaA(l2 , b) ∧ l1 = l2 M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 78 / 93
  79. 79. Objetos Compuestos La idea de partici´n de partes es an´loga a la definici´n de partici´n o a o oLa masa de un objeto compuesto es la suma de la masa de cada una desus partes. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 79 / 93
  80. 80. Medidas En casi cualquier contexto los objetos poseen peso, masa, costo, etc.: estos valores se conocen como medidas Es f´cil representar las medidas mediante objetos abstractos de a medida: la longitud de esta l´ ınea: la longitud anterior puede llamarse 1,5 pulgadas o 3,81 cent´ ımetros la misma longitud puede tener diferentes denominaciones o escalas, que pueden variar de acuerdo al sistema m´trico empleado. e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 80 / 93
  81. 81. Medidas L´gicamente, podemos combinar una funci´n de unidades con un o o n´mero: u si la l´ ınea del ejemplo anterior se llama l1 , entonces longitud(l1 ) =pulgadas(1,5)=cent´ ımetros(3,81) Para convertir, igualamos los m´ltiplos de una unidad respecto a u otra: ımetros(2, 54 × d) =pulgadas(d) cent´ Podemos describir objetos con sus medidas: di´metro(Bal´nDeBasquetball)=pulgadas(9,5) a o precio(Bal´nDeBasquetball)=pesos(5500) o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 81 / 93
  82. 82. MedidasCuando las medidas son cuantitativas, es f´cil representarlas. a M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 82 / 93
  83. 83. Medidas Pero ahora, ¿qu´ pasa con medidas cualitativas como e belleza dificultad sabor ? Las medidas cualitativas son dif´ ıciles porque no tienen una escala de valores: por lo tanto, no es posible atribuirles un significado num´rico e Lo bueno es que no es necesario hacer eso, ya que las vamos a emplear para ordenar. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 83 / 93
  84. 84. MedidasCosas que NO hay que hacer Descartar las medidas no cuantificables. Cuantificar medidas cualitativas. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 84 / 93
  85. 85. Medidas No es necesario dar valores para ordenar se pueden emplear signos de ordenaci´n habituales como o < > = M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 85 / 93
  86. 86. MedidasEjemploSea cual sea el certamen de IA que se considere, siempre ser´ m´s a acomplicado que uno de C´lculo. En general, si un certamen es m´s dif´ a a ıcilque otro, la nota esperada que se obtenga ser´ menor. a Cualquier certamen de IA es m´s complicado que uno de C´lculo: a a ∀c1 , c2 : c1 ∈ Cert´menes ∧ c2 ∈ Cert´menes ∧ De(c1 , IA) ∧ De(c2 , C´lculo) a a a ⇒ dif´ ıcil(c1 ) > dif´ ıcil(c2 ) Si un certamen de m´s complicado que otro, evidentemente su nota esperada ser´ a a menor: ∀c1 , c2 : c1 ∈ Cert´menes ∧ c2 ∈ Cert´menes ∧ dif´ a a ıcil(c1 ) > dif´ ıcil(c2 ) ⇒ notaEsperada(c1 ) < notaEsperada(c2 ) M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 86 / 93
  87. 87. Medidas Lo anterior basta para decidir para qu´ cert´menes estudiar m´s: e a a aunque no existan valores num´ricos de dificultad e es necesario saber a qu´ asignatura corresponden los cert´menes e a Esto es parte de la f´ ısica cualitativa: subcampo de la IA que se preocupa de los razonamientos sin que intervengan ecuaciones minuciosas o simulaciones num´ricas. e M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 87 / 93
  88. 88. Sustancias y Objetos ¿Qu´ pasa si consideramos el mundo real como part´ e ıculas y objetos compuestos por ellas? acarrea una tremenda complejidad 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 ser individualizada: que se conoce como materia o sustancia. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 88 / 93
  89. 89. Sustancias y ObjetosSi tenemos un oso y la mantequilla Evidentemente que no, ya que el oso es contable. Por lo tanto, es un objeto. La mantequilla es una sustancia. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 89 / 93
  90. 90. Sustancias y Objetos Algunos lenguajes permiten hacer distinci´n entre las sustancias y los o objetos: un oso, un gato, dos botes, . . . sustantivos contables. la mantequilla, la luz, el shampoo, . . . sustantivos no contables. Entonces, la gran pregunta:¿c´mo podemos representar sustancias? o M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 90 / 93
  91. 91. Sustancias y ObjetosRecordemos el caso de la mantequilla Pensemos por un momento que la mantequilla pudiera ser considerada como un objeto: podemos dejarla sobre la mesa se puede tomar, pesar, vender, etc. estos son atributos que verifican los objetos de la vida real. Es posible definir una categor´ llamada Mantequilla (con ıa may´scula): u a la cual pertenecen todos los objetos los cuales podemos afirmar que son Mantequilla: que sean amarillos, con un determinado punto de fusi´n, con grasas, o que sirva para acompa˜ar al pan, ideal para hacer masas dulces, etc. n M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 91 / 93
  92. 92. Sustancias y Objetos Tambi´n podemos crear una categor´ llamada KiloDeMantequilla: e ıa a la cual pertenezcan todos los objetos tipo Mantequilla que pesen 1 Kg ¡con eso obtenemos un objeto! Si partimos un 1 Kg de Mantequilla por la mitad, no tendremos 2 Mantequillas de 1 Kg cada una . . . eso nos da una idea que existen propiedades intr´ ınsecas y extr´ ınsecas las intr´ ınsecas son aquellas propiedades que se preservan incluso al dividir un objeto, como la densidad, sabor, aroma, color, etc. las extr´ınsecas son aquellas propiedades que no se conservan al dividir objetos como por ejemplo peso, longitud, forma.Una sustancia es aquel elemento que s´lo posee propiedades intr´ o ınsecas. M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 92 / 93
  93. 93. Fin de la Unidad 4 M. Ram´ ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 93 / 93

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