INSTITUTO TECNOLGICO DE VERACRUZ Inteligencia Artificial Unidad III Sistemas de Razonamiento Lgico Catedrtico MSI. Patricia Horta Rosado Integrantes del equipo: Aparicio Gutirrez Abraham Alarcn Barradas Andrs Alberto Mon tenegro Fierro Sandra Glenda Renteral Olivos Brenda Guadalupe

CONTENIDO Reglas de produccin Sintaxis de las reglas de produccin Semntica de las reglas de p roduccin y y Conocimiento causal Conocimiento de diagnostico

Arquitectura de un sistema de produccin y y y Hechos Base de conocimientos Mecanismo de control

Ciclo de vida de un sistema de produccin

SISTEMAS DE RAZONAMIENTO LGICO

Son sistemas que representan explcitamente el conocimiento y pueden efectuar razo namientos sobre este.

SISTEMAS DE RAZONAMIENTO LGICO Se clasifican en 4 grandes grupos: y Demostradores de teoremas y lenguajes de programacin lgica. Sistemas de semnticas. cuadro y redes y y Sistemas lgicos por descripcin. Sistemas de produccin o sistemas basados en reglas. y

SISTEMAS DE PRODUCCIN Los sistemas de produccin son uno de los mecanismos de representacin del conocimie nto, ms populares y ampliamente empleados. Su simplicidad y similitud con el razo namiento humano, han contribuido para su popularidad as como tambin el hecho de qu e han sido utilizados con xito en la construccin de sistemas expertos. Los sistema s de produccin utilizan reglas para examinar un conjunto de datos y solicitar nue va informacin hasta llegar a un diagnostico.

EL PROCESO DE RAZONAMIENTO DE UN SISTEMA BASADO EN REGLAS

El proceso de razonamiento en un sistema basado en reglas es una progresin desde un conjunto inicial de afirmaciones y reglas hacia una solucin, respuesta o concl usin. y Se puede partir considerando todos los datos conocidos y luego ir progresivament e avanzando hacia la solucin. Este proceso se lo denomina guiado por los datos o de encadenamiento progresivo. Se puede seleccionar una posible solucin y tratar d e probar su validez buscando evidencia que la apoye. Este proceso se denomina gu iado por el objetivo o de encadenamiento regresivo. y

3.1. REGLAS DE PRODUCCIN

REGLAS DE PRODUCCIN Las reglas de procedimental conocimiento. y produccin son un mtodo de representacin del Se usan en teora de autmatas, gramticas formales y en el diseo de lenguajes de progr amacin, originalmente las producciones eran reglas gramaticales para manipular ca denas de smbolos.

REGLAS DE PRODUCCIN Las reglas representan el conocimiento utilizando un formato SI-ENTONCES (IF-THE N), es decir tienen 2 partes: y La parte SI (IF), es el antecedente, premisa, condicin o situacin. La parte ENTONC ES (THEN), es el consecuente, conclusin, accin o respuesta. y

REGLAS DE PRODUCCIN Las reglas de produccin se dan de la siguiente manera: y y y y y y IF premisa, THEN conclusin IF entrada, THEN salida IF condicin, THEN accin IF antec edente, THEN consecuente IF datos, THEN resultados IF accin, THEN meta

La parte IF generalmente contiene varias clusulas unidas por los conectivos lgicos AND y OR. La parte THEN consiste en una o ms frases que especifican la accin a to mar.

REGLAS DE PRODUCCIN Tambin se dice que tanto las premisas como las conclusiones, no son ms que una cad ena de hechos conectados por Y o por O, que de forma general sera: SI (hecho1) Y/ O (hecho2) Y/O (hechoN) ENTONCES (hecho1) Y/O (hechoN). Los hechos son afirmacione s que sirven para representar conceptos, datos, objetos, etc. El conjunto de hec hos que describen el problema es la base de hechos.

REGLAS DE PRODUCCIN Hechos Reglas

Juan es un estudiante. Juan tiene 8 aos. El perro es blanco. A Mara le gusta el ci ne. Pedro prefiere la pelcula. La edad de Luis es de 25 aos. Pedro tiene un salari o de 200 pesos.

R1: SI Juan es un estudiante Y Juan tiene 8 aos ENTONCES Juan estudia en la prima ria. R2: SI el perro es blanco Y el perro se llama Dinky ENTONCES el perro es de Juan.

3.2. SINTAXIS DE LAS REGLAS DE PRODUCCIN

SINTAXIS DE LAS REGLAS DE PRODUCCIN Las reglas de produccin tienen el siguiente formato: IF THEN antecedente consecuente

Las condiciones cumplen con las siguientes caractersticas: Formadas por clusulas y conectivas (and, or, not). Formato tpico: parmetro: ca racterstica relevante del dominio relacin: entre parmetro y valor valor: numrico, si mblico o literal Ejemplo: IF AND AND THEN temperatura = alta sudoracin = presente dolor_muscular = presente diagnostico_preliminar = gripe

SINTAXIS DE LAS REGLAS DE PRODUCCIN Representacin objeto atributo valor Los hechos se representan por ternas objeto-a tributo-valor: (, , )

Ejemplos: (rayo, es-un, caballo) (veloz, es-un, caballo) (cometa, es-un, caballo ) (veloz, hijo-de, cometa)

SINTAXIS DE LAS REGLAS DE PRODUCCIN Una terna en el antecedente es cierta solo si existe en la base de hechos. Si se aplica una regla se ejecutan todas las acciones del consecuente que pueden ser nuevas ternas o llamadas a funcin. Ejemplo: R1: IF (X, es-un, caballo) AND (X, hi jo-de, Y) AND (Y, es-un, caballo) AND (Y, rpido, si) THEN (X, valioso, si)

3.3. SEMNTICA DE LAS REGLAS DE PRODUCCIN

3.4. ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DE PRODUCCIN

ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DE PRODUCCIN Los primeros sistemas basados en reglas, se remontan a los aos 70: Newell y Simon: Modelan el comportamiento inteligente mediante reglas (las pauta s de actuacin de un agente inteligente son reglas). Buchanan y Shortliffe:Sistema MYCIN. El primer sistema en el que se usan las reg las tal como se entienden hoy da. 1984 1978 Buchanan y Feigen: Primer sistema basado en reglas. Generacin de estructuras qumic as que expliquen los resultados espectrogrficos. 1972

ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DE PRODUCCIN Experto Modulo de adquisicin del conocimien to Motor de inferencias Interfaz de usuario Usuario Base de hechos Base de conocimi entos

3.4.1 HECHOS La base de hechos es el conjunto de informacin invariable de una a otra resolucin. Algunos autores no consideran a la base de hechos en forma independiente. Los c onocimientos y los hechos pueden aparecer conjuntamente en una sola base, la de conocimientos. Ejemplo: Unos de los tantos hechos que pueden constituir un siste ma de produccin para realizar un diagnostico medico y producir un tratamiento, so n los siguientes: Base de hechos: Fiebre, tose, dolor muscular y no tiene lcera, etc.

3.4.2 BASE DE CONOCIMIENTOS Contiene el conocimiento del dominio en el cual el programa es competente. El co nocimiento tiene que estar representado en la forma que resulte ms adecuada para el dominio de su competencia. Adicionalmente hay que tratar que esa representacin sea: Sencilla. Independiente. Fcil de modificar. Transpa rente: justificacin de soluciones y explicacin de los procesos. Relacional. Potente: poder expresivo y eficiencia de clculo.

BASE DE CONOCIMIENTOS Ejemplo: Como una base de conocimientos est dada por un conjunto de reglas, se pu ede aplicar estas reglas para un sistema que deduzca la enfermedad y el tratamie nto de un paciente. y R1: si el paciente tiene fiebre, y tose, y tiene dolores musculares entonces tie ne gripe. R2: si el paciente tiene gripe o resfriado, y no tiene lcera entonces r ecomendar aspirina y coac. y

3.4.3 MOTOR DE INFERENCIA Selecciona, decide, interpreta y aplica el conocimiento de la base de conocimien tos sobre la base de hechos con el fin de obtener la solucin buscada. Est caracter izado por: y y y y y y y El lenguaje en que ha sido escrito. La velocidad de trabajo: Inferencias/segundo . Las estrategias de bsqueda de soluciones. La forma en que elige el conocimiento . La posibilidad de incorporar metaconocimiento. El tipo de lgica que emplea en e l razonamiento. El mtodo que utiliza para la evaluacin del conocimiento incompleto o incierto.

ENCADENAMIENTO HACIA DELANTE Este mtodo es muy usado cuando los datos iniciales son muy pocos y/o existen much as posibles conclusiones.

Los pasos para realizar el encadenamiento hacia delante son: Matching. Bsqueda de las reglas para las que es cierto su antecedente. Resolucin d e conflictos. Seleccin, entre las reglas encontradas no redundantes, de aquella q ue se va a ejecutar. Criterios de seleccin (estrategia de bsqueda) - Mayor numero de premisas en el antecedente - Prioridad ms alta - Bsqueda en profundidad - Bsqued a en anchura

Ejecucin. Se dispara la regla, por lo que ampliamos los datos conocidos.

ENCADENAMIENTO HACIA ATRS Mtodo muy til en aplicaciones con muchos datos disponibles de partida, de los que solo una pequea parte son relevantes. Sistema interactivo, solo pregunta lo estri ctamente necesario a diferencia del encadenamiento hacia delante que no pregunta nada.

Los pasos para realizar el encadenamiento hacia atrs son: 1. Se forma una pila in icial compuesta por los objetivos iniciales. 2. Considerar el primer objetivo de la pila. 3. Localizar todas las reglas que lo satisfagan. 4. Examinar las premi sas de dichas reglas, en orden: y Si todas las premisas se satisfacen. Ejecutamos las reglas y se derivan sus conc lusiones. Si se deriv un valor para el objeto actual entonces se elimina de la pi la y se vuelve al paso 2. Si una premisa de una regla no se satisface (tiene un valor desconocido en la base de conocimientos), se mira si existen reglas que co ncluyan un valor para ella. Si existen se inserta en el tope de la pila de objet os y se vuelve al paso 2. y

y Si por b) no se encontr ninguna regla que concluya un valor para la premisa actua l. Entonces se pregunta al usuario por dicho valor y se aade a la base de conocim ientos. Si el valor satisface la premisa actual se contina examinando el resto del antece dente. Si no, se considera la siguiente regla que concluya un valor para el obje to actual.

5. Si se han eliminado todas las reglas que concluyen un valor para el objetivo actual y todas fallaron entonces se marca el objetivo como indeterminado, se ext rae de la pila y se vuelve al paso 2. Si la pila esta vaca el proceso finaliza

3.4.4 MECANISMOS DE CONTROL Los mecanismos de control para un sistema de produccin me permiten que el conteni do de la informacin debe permanecer en perfecto orden, esto es, que las reglas ms especificas y las que tratan con excepciones deben de aplicarse antes que las ge nerales, adems el dialogo entre el sistema y el usuario debe de hacer preguntas s iguiendo una lnea de razonamiento clara y no debe de preguntar lo que no puede de ducir. Para controlar un SP se requiere lo siguiente: y y y Ordenar las reglas. Ordenar las conclusiones de cada regla. Aadir nuevas premisas para controlar las reglas a aplicar en cada punto de la inferencia.

Ejemplo: Si hielo_en_la_carretera y velocidad recomendacin = reducir_velocidad > 70 entonces

Si situacin = coche_en_marcha y hielo_en_la_carretera y velocidad > 70 entonces r ecomendacin = reducir_velocidad

TIPOS DE MECANISMOS DE CONTROL Control direccional El mecanismo de control acta antes de que la actividad este totalmente concluida. En este caso el control se realiza de modo continuo y no en puntos determinados , de modo que cada elemento de la accin sea el resultado de la rectificacin casi i nstantnea de la accin anterior.

TIPOS DE MECANISMOS DE CONTROL Control aprobado reprobado En este caso, el receptor del control se somete a un examen despus de concluidas determinadas actividades. En caso de aprobacin se permite la realizacin de la acti vidad siguiente. Si hubiera una rectificacin, el proceso se interrumpe definitiva mente o hasta que se subsanen las irregularidades.

TIPOS DE MECANISMOS DE CONTROL Control post-operacional El mecanismo de control slo se pone en funcionamiento despus de concluida toda la operacin. La informacin para la accin correctiva en este tipo de control, solo se u tilizara en un periodo (proyecto) futuro cuando se inicie la planificacin para un nuevo ciclo de actividades.

3.5. CICLO DE VIDA DE UN SISTEMA DE PRODUCCIN

Un sistema de produccin tpico se caracteriza por lo siguiente: y El sistema mantiene una base de conocimientos conocida como memoria de trabajo. El sistema tambin mantiene una memoria de reglas independiente. y sta contiene un conjunto de reglas de inferencia, de la forma p1 p2 => act1 act2, en donde las p1 son literales y las act1 son acciones que se emprenden cuando to das las p1 se satisfacen. Entre las acciones permitidas estn el aadir y eliminar e lementos de la memoria de trabajo, as como algunas otras, tales como la impresin d e un valor.

En cada ciclo, el sistema calcula el subconjunto de reglas cuyo lado izquierdo s e satisface con el contenido actual de la memoria de trabajo. A lo anterior se l e conoce como fase de cotejo. El sistema decide entonces cual de las reglas se v a a ejecutar. A esto se le conoce como fase de resolucin de conflictos. El paso f inal de cada ciclo en ejecutar la (s) accin (es) de la (s) regla (s) elegida (s). A esto se le conoce como fase de actuacin.

FASE DE COTEJO Se compara, para cada una de las reglas, cada elemento de la premisa con las sen tencias en la memoria de trabajo. Se incorpora al conjunto de conflicto cada una de las reglas para las cuales se cumplan todas las premisas. Para evitar reclcul os que atenten contra la eficiencia, se puede utilizar un algoritmo tal como Ret e, que se basa en dos suposiciones. y y La memoria de trabajo es muy grande y cambia poco entre cada ciclo. Las condicio nes de muchas reglas se repiten.

EN QU CONSISTE EL ALGORITMO RETE? Para comprender en qu consiste utilizaremos el siguiente ejemplo: este algoritmo, Supongamos que tenemos la siguiente memoria de reglas: A(x) B(x) C(y) => aadir D(x) A(x) A(x) B(y) D(x) => aadir E(x) A(x) A(x) B(x) E(x) => borrar A(x) A(x) Y la siguiente memoria de trabajo: {A (1), A(2), B(2), B(3), B(4), C(5)}

El algoritmo rete lo que hace primero es compilar la memoria de las reglas en la red mostrada en la figura. En este diagrama, los nodos circulares representan o casiones en que se han recogido en la memoria de trabajo. En el nodo a se recoge n y guardan los elementos de la memoria de trabajo A (1) y A(2). Los nodos cuadr ados indican unificaciones. De las seis posibles combinaciones A x B en el nodo A = B slo A(2) y B(2) satisfacen la unificacin. Por ltimo, las cajas rectangulares indican acciones. En la memoria inicial de trabajo, la regla sumar D es la nica que aplica, lo que da por resultado la incorporacin de la oracin D (2) a la memoria d e trabajo.

FASE DE SOLUCIN DE CONFLICTOS. La fase de resolucin de conflictos sirve para decir cul de las sugerencias se va a aceptar. Algunas de las sugerencias que se han utilizado son las siguientes: No Duplicacin: No aplique dos veces la misma regla a los mismos argumentos. Novedad : Prefiera a aquellas reglas que se refieren a elementos de la memoria de trabaj o de recin creacin.

Especificidad: D preferencia a aquellas que sean ms especficas. Por ejemplo, la seg unda de las dos reglas siguientes es la que se preferira. Mamfero (x) => aadir Pier nas (x, 4) Mamfero (x) Humano (x) => aadir Piernas (x, 2) Prioridad de operacin: Prefiera aquellas que tienen mayor prioridad, segn lo espec ificado por cierto sistema de calificacin. Por ejemplo, la segunda de las reglas siguientes posibles es la que tenga ms alta prioridad. TableroDeControl (p) TableroDeControl (p) (Evacuar) Polvoso (p) => Accin (Desempo lvar (p)) LmparaDeFusionEncendida (p) => Accin

FASE DE ACTUACIN Es la fase donde se aplica el consecuente de la regla seleccionada, producindose el cambio correspondiente en la memoria de trabajo.