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Tema 2: Representacin Estructurada del Conocimiento

pp. 1

TEMA 2 (cont.) (cont cont.) Parte 3SISTEMAS DE REPRESENTACIN ESTRUCTURADOS Y SISTEMAS BASADOS EN EL CONOCIMIENTO

Inteligencia Artificial /Departamento de Sistemas Informticos y Computacin/Facultad de Informtica/ UPV

Tema 2: Representacin Estructurada del Conocimiento

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Sistemas de Representacin Estructurados1.- Introduccin 2.- Redes Semnticas 2.1.- Herencia en Redes Semnticas 2.2.- Excepciones en la Herencia 3.- Redes Semnticas Extendidas Ejemplos Redes Semnticas 4.- Frames 4.1.- Jerarqua o taxonoma de frames 4.2.- Definicin de frame. 4.3.- Equivalencia frames / redes semnticas 4.4.- Herencia simple 4.5.- Extensin de la Definicin de Frame 4.6.- Herencia mltiple Ejemplo Frames5.- SBC

5.1.- SBC. Funcionalidad. Estructura. Sistemas Expertos. 5.2.- Representacin del Conocimiento: Base de Conocimiento. 5.3.- Inferencia y Control: Motor de Inferencia.

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1.- IntroduccinRepresentacin del conocimiento mediante grafos (conceptos, relaciones). Facilitan la representacin del conocimiento humano Redes semnticas Frames

2. Redes semnticasRedes Semnticas (R. Quillian, 1968) representacin en procesamiento de lenguaje natural formalismo muy limitado para dominios ms complejos limitado para tratar con formas de inferencia sofisticada precursor de las frames

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2. Redes semnticasUna red semntica se representa como un grafo dirigido etiquetado (en algunos casos se exige que dicho grafo sea aciclico), constituido por: nodos: representan conceptos (un objeto individual o una clase de objetos) arcos: representan relaciones binarias entre los conceptos. Ejemplo: "El corazn es parte del sistema cardiovascular" "Las arterias son parte del sistema cardiovascular" "Las arterias grandes son arterias" "La aorta es una arteria"sistema cardiovascular parte-de parte-de

arteria

corazn

subclase-de arteria grande

relacin de inclusin de conjuntos (subclase)

instancia-de aorta

relacin instancia (miembro)

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Redes semnticas- (2)Ejemplo: "Las arterias pequeas son arterias" "La arteria branquial izquierda es una arteria grande"sistema cardiovascular parte-de parte-de

arteria subclase-de subclase-de arteria grande instancia-de instancia-de arteria branquial izquierda arteria pequea

corazn

ambigedad de la relacin es-un para distinguir entre las relaciones subclase e instancia (miembro). relacin subclase (subclase-de) relacin instancia (instancia-de)

aorta

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2.1.- Herencia en Redes SemnticasLa Herencia es el mecanismo de razonamiento utilizado en redes semnticas Herencia: un concepto (nodo) hereda las propiedades de los conceptos "ms altos en la jerarqua" a travs de las relaciones subclase-de e instancia-de. Ejemplo: Un vaso sanguneo es parte del sistema cardiovascular Las arterias son vasos sanguneos "Las arterias contienen sangre rica en oxigeno" "Las arterias tienen pared muscular" "La arteria pulmonar izquierda es una arteria grande" A partir de la red semntica podemos deducir: Las arterias grandes son ricas en oxigeno / Las arterias grandes tienen pared muscular / "La aorta contiene sangre rica en oxigeno" / "La aorta tiene pared muscular"Inteligencia Artificial /Departamento de Sistemas Informticos y Computacin/Facultad de Informtica/ UPVsistema cardiovascular parte-de parte-de corazn

vasos sanguineos

subclase-de pared sangre

muscular

arteria

rica oxigeno

subclase-de arteria grande instancia-de instancia-de aorta

subclase-de

arteria pequea instancia-de

arteria branquial izquierda

arteria pulmonar izquierda

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2.2.- Excepciones en la Herenciaa) No heredar propiedades que producen inconsistencias."La arteria pulmonar izquierda contiene sangre pobre en oxigeno" La arteria pulmonar izquierda tiene pared muscular y es rica en oxigeno La propiedad las arterias transportan sangre rica en oxigeno no debe ser heredada (excepcin) por la arteria pulmonar izquierda. Una posible solucin es: - almacenar la propiedad como informacin explcita en cada concepto en el que se cumple la propiedad, eliminando la propiedad general.100sistema cardiovascular parte-de parte-de corazn

vasos sanguineos

existenpared

subclase-de sangre

muscular

arteria

rica oxigeno

subclase-de arteria grande instancia-de instancia-de aorta

subclase-de

arteria pequea instancia-de

arteria branquial izquierda

arteria pulmonar izquierda sangre pobre oxigeno

b) No heredar propiedades que consideramos relevantes para una clase, pero no para sus especializaciones.Existen 100 arteriasInteligencia Artificial /Departamento de Sistemas Informticos y Computacin/Facultad de Informtica/ UPV

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2.2.- Excepciones en la Herenciaa) No heredar propiedades que producen inconsistencias."La arteria pulmonar izquierda contiene sangre pobre en oxigeno" La arteria pulmonar izquierda tiene pared muscular y es rica en oxigeno La propiedad las arterias transportan sangre rica en oxigeno no debe ser heredada (excepcin) por la arteria pulmonar izquierda. Una posible solucin es: - almacenar la propiedad como informacin explcita en cada concepto en el que se cumple la propiedad, eliminando la propiedad general.100sistema cardiovascular parte-de parte-de corazn

vasos sanguineos

existenpared

subclase-de sangre

muscular

arteria

rica oxigeno

subclase-de arteria grande instancia-de instancia-de aorta

subclase-de

arteria pequea instancia-de

arteria branquial izquierda

arteria pulmonar izquierda sangre pobre oxigeno

b) No heredar propiedades que consideramos relevantes para una clase, pero no para sus especializaciones.Existen 100 arteriasInteligencia Artificial /Departamento de Sistemas Informticos y Computacin/Facultad de Informtica/ UPV

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3.- Redes Semnticas ExtendidasLas Redes Semnticas Extendidas (A. Deliyanni y R. A. Kowalski): formalismo de representacin alternativo a la forma clausal de la lgica con la restriccin de solo poder utilizar smbolos de predicado binarios. Debido a la equivalencia sintctica entre redes semnticas extendidas y la forma clausal de la lgica, las reglas de inferencia definidas para la forma clausal de la lgica pueden ser aplicadas para manipular arcos y nodos de una red semntica extendida. Un predicado binario puede ser traducido en una red en la que: los nodos representan trminos el arco representa la relacin (predicado)arteria pared muscular

pared (arteria, muscular) La restriccin a smbolos de predicado binarios no es crtica, ya que cualquier tomo que contenga un smbolo de predicado n-ario puede ser reemplazado por una conjuncin de tomos que contengan solo smbolos de predicado binarios. Si n > 2 se requieren n +1 nuevos predicados. Si n = 1, solo se requiere un nuevo predicado.Inteligencia Artificial /Departamento de Sistemas Informticos y Computacin/Facultad de Informtica/ UPV

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Redes Semnticas Extendidas - (2)Ejemplo: PresinSangre(x, y, z) = la presin sangunea de x varia entre y mmHg y z mmHgEl predicado

PresinSangre (arteria, 40, 80)puede ser reemplazado por la conjuncin de predicados binarios:

instancia-de(presin1, presinsangre) sujeto(presin1, arteria) Lmiteinferior(presin1, 40) Lmitesuperior(presin1, 80)Red semntica equivalente:presinsangre 40

instancia-deLmiteinferior Sujeto arteria

presin1Lmitesuperior 80

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Redes Semnticas Extendidas - (3)Ejemplo: Traduccin predicado unario a binario Supongamos el siguiente predicado unario: Arteria(x) = x es una arteria y las clusulas Arteria(aorta) y Arteria(arteria-grande) Estas clusulas pueden ser reemplazadas por las clusulas instancia-de(aorta, arteria) subclase-de(arteria-grande, arteria)arteria subclase-de instancia-de

arteria grande

aorta

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Ejemplos Redes Semnticas Las personas son mamferos Una persona tiene nariz Pepe es una persona Pepe estudia Documentacin

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Ejemplos Redes Semnticas (1) Juan le dio un libro a Mara:

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Ejemplos Redes Semnticas (2)EJERCICIO: Representar mediante redes semnticas la siguiente informacin: Una persona tiene dos brazos y dos piernas. Las personas pueden ser hombres y mujeres. Un jugador de baloncesto es un hombre. Michael Jordan es un jugador de baloncesto y juega de escolta. Shaquille ONeil es un jugador de baloncesto y juega de pivot. La media de puntos de un escolta es 20. La media de puntos de Michael Jordan es 20. La media de puntos de un pivot es 20. El peso de un jugador de baloncesto es 120 kilos Michael Jordan pertenece al equipo de los Bulls. Shaquille ONeil pertenece al equipo de los Lakers.

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4.- FramesFrames (Minsky, 1975) se basan en el concepto de considerar la resolucin de problemas humana como el proceso de rellenar huecos de descripciones parcialmente realizadas (O. Selz) la idea subyacente en un sistema basado en frames es que el conocimiento concerniente a individuos o clases de individuos, incluyendo las relaciones entre los mismos, es almacenada en una entidad compleja de representacin llamada frame (unidad,objeto,concepto) un conjunto de frames que representa el conocimiento de un dominio de inters es organizada jerrquicamente en lo que es llamado una taxonoma (asociada a un mtodo de razonamiento automtico llamado herencia).

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4.- FramesEl conocimiento relevante de un concepto (objeto individual o clase de objetos) es representado mediante entidad compleja de representacin llamada frame, constituida por un conjunto de propiedades (atributos) Las frame proporcionan un formalismo para agrupar explcitamente todo el conocimiento concerniente a las propiedades de objetos individuales o clases de objetos. tipos de frames: frames clase, o frames genricas, que representan conocimiento de clases de objetos. frames instancia, representan conocimiento de objetos individuales.FRAME VASOS-SANGUNEOS forma contenido pared dimetro situacin

?

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4.- FramesEl conocimiento relevante de un concepto (objeto individual o clase de objetos) es representado mediante entidad compleja de representacin llamada frame, constituida por un conjunto de propiedades (atributos) Las frame proporcionan un formalismo para agrupar explcitamente todo el conocimiento concerniente a las propiedades de objetos individuales o clases de objetos. tipos de frames: frames clase, o frames genricas, que representan conocimiento de clases de objetos. frames instancia, representan conocimiento de objetos individuales.FRAME VASOS-SANGUNEOS forma contenido pared dimetro situacin

?

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4.1.- Jerarqua o taxonoma de framesEl conocimiento de un dominio de inters es organizado jerrquicamente en una jerarqua o taxonoma de frames. La taxonoma es representada mediante un grafo dirigido aciclico (generalmente un rbol) en el que solo se dan las relaciones: instancia-de subclase-de vasos donde cada nodo denota una frame. subclase-de sanguineos raz del rbol: descripcin ms general del dominio. hojas del rbol: descripciones de conceptos ms especficos. especializaciones (instancias, subclases, subframe) descendiente de una frame en la taxonoma. no se pueden definir especializaciones de las frames instancia (excepcin metaclases). generalizaciones (superclases, superframe) antecesores de una frame en la taxonoma.subclase-de venas

arteria subclase-de

subclase-de arteria grande instancia-de instancia-de aorta

arteria pequea instancia-de

arteria branquial izquierda

arteria pulmonar izquierda

Las propiedades de las frame ms generales son heredadas por sus especializaciones (herencia).Inteligencia Artificial /Departamento de Sistemas Informticos y Computacin/Facultad de Informtica/ UPV

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4.2.- Definicin de frame.FRAME clase | instancia identificador es

subclase-de | instancia-de identificador atributo atributo atributo valor | tipo valor | tipo valor | tipo

cada frame de una taxonoma tiene un nombre nico. una frame solo puede tener una superclase (herencia simple). la informacin (propiedades) especfica al concepto representado por una frame es representada mediante atributos o slots los atributos ofrecen un medio de representar las propiedades de objetos individuales o clases de objetos.instancia arteria branquial izquierda es instancia-de diametro 0.4 brazo rica en oxigeno arteria

atributo end

valor | tipo

situacin sangre end

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Sintaxis FRAMES ::= ::= | clase es subclase-de ; end ::= instancia es instancia-de ; end ::= | nil ::= {;