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CommonKADS course Template knowledge models 1

Modelos genéricos de conocimiento

Reutilización de elementos del modelo de conocimiento


Lecciones

Los modelos de conocimiento pueden ser parcialmente reutilizados en otras aplicaciones

El tipo de la tarea constituye la principal guía para la reutilización

Catálogo de plantillas de tareas Algunas aparecen en el libro de texto Existen otras bases de datos de plantillas


La utilidad de la ‘reutilización’

Evitar la ‘reinvención’ de la rueda Aumentar la eficiencia coste/tiempo Disminuir la complejidad Garantizar la calidad del software


Plantillas de tareas

Son combinaciones reusables de elementos del modelo de conocimiento Estructuras de inferencias Estructuras típicas de control Esquemas usuales del conocimiento del

dominio desde el punto de vista de la tarea Específico para un tipo de tarea Facilita el modelado del conocimiento

top-down


Tipologías de tareasTareas analíticas versus sintéticas

Tareas analíticas El sistema (la solución) preexiste

– Aunque usualmente no sea conocido completamente

Entrada: algún dato acerca del sistema, Salida: alguna caracterización del sistema

Tareas sintéticas El sistema (la solución) no existe antes del

desarrollo Entrada: requisitos acerca del sistema a

construir Salida: descripción del sistema construido


Jerarquía de tareas


Tareas analíticas

Tipo Entrada Salida Conocimiento Características

Analítica Observaciones del sistema

Caracterización del Sistema

Modelo del Sistema

Se proporciona la descripción del Sistema

Clasificación Características del objeto

Clase del Objeto Asociaciones Clase-Característica

El conjunto de clases está predefinido

Diagnosis Síntomas/quejas

Categoría del fallo

Modelo de comportamiento del Sistema

El formato de salida es variable (modelo causal, estado, componente) y depende del uso que se vaya a hacer

Valoración Descripción del Caso

Clase de decisión Criterios, normas Se realiza en un momento concreto

Monitorización

Datos del sistema

Clase de discrepancia

Comportamiento normal del Sistema

El Sistema evoluciona en el tiempo. La tarea se ejecuta repetidamente

Predicción Datos del Sistema

Estado del Sistema

Modelo de comportamiento del Sistema

El estado de salida consiste en una descripción del Sistema en algún punto temporal futuro


Tareas Sintéticas

Tarea Entrada Salida Conocimiento CaracterísticasSintéticas Requisitos Estructura

del SistemaElementos, restricciones, preferencias

Es preciso generar la descripción del Sistema

Diseño Requisitos Descripción del artefacto

Componentes, restricciones, preferencias

Puede incluir el diseño creativo de componentes

Diseño de configuraciones

Requisitos Descripción del artefacto

Componentes, estructuras de diseño restricciones, preferencias

Subtipo de diseño en el que todos los componentes vienen predefinidos

Asignación Dos conjuntos de objetos, requisitos

Asignación del conjunto 1 sobre el 2

Restricciones y preferencias

La asignación no tiene porqué ser ‘uno a uno’

Planificación Metas, Requisitos

Plan de acción Acciones, restricciones, preferencias

Las acciones se ordenan (parcialmente) en el tiempo

Programación Actividades de trabajo,Recursos, Ranuras de tiempo, requisitos

Las actividades se distribuyen en las ranuras de tiempo de los recursos

Restricciones, preferencias Se distingue de la asignación en su orientación temporal

Modelado Requisitos Modelo Elementos de modelado, plantillas de modelos, restricciones, preferencias

Podría incluir síntesis ‘creativa’


Estructura de la descripción de las plantillas en el catálogo

Caracterización general Características

Método por defecto Papeles, subfunciones, estructura de control,

estructura de inferencia Variaciones típicas

Cambios y refinamientos más usuales Esquema típico para el conocimiento del

dominio Suposiciones acerca de la estructura subyacente del

conocimiento del dominio


Clasificación

Establecer la clase correcta para un objeto El objeto debe estar disponible para su

inspección Ejemplos: clasificación de rocas, manzanas, ... Terminología: objeto, clase, atributo,

característica Es una de las tareas analíticas más sencillas Otras tareas analíticas se ven usualmente

reducidas a un problema de clasificación (especialmente la diagnosis)


Clasificación: método de poda

Generar todas las clases a las que pudiera pertenecer el objeto

Especificar un atributo del objeto Obtener el valor del atributo Eliminar todas las clases que son

inconsistentes con este valor


Clasificación: estructura de inferencia


Clasificación: control del método

while new-solution generate(object -> candidate) docandidate-classes := candidate union candidate-classes;

while new-solution specify(candidate-classes -> attribute) and length candidate-classes > 1 do

obtain(attribute -> new-feature);current-feature-set := new-feature union current-feature-

set;for-each candidate in candidate-classes do

match(candidate + current-feature-set -> truth-value);if truth-value = false;then candidate-classes := candidate-classes subtract

candidate;


Clasificación: variaciones del método

Generación de candidatos limitada Formas diferentes de selección del

atributo Árbol de decisión Teoría de información Control del usuario

Búsqueda jerárquica en la estructura de clases


Clasificación: Esquema del conocimiento del dominio


Valoración

Encontrar una categoría de decisión para un caso apoyándose en normas específicas del dominio

Dominio ejemplo: aplicaciones financieras (créditos)

Terminología: caso, decisión, norma Presenta algunas similitudes con la

monitorización Diferencias

– Temporización: la valoración es más estática– Salida diferente: decisión versus discrepancia


Valoración: método abstraer & ajustar (match)

Abstraer los datos del caso Especificar las normas aplicables al caso

Ej. ‘la renta se ajusta a los ingresos’, ‘tamaño adecuado de vivienda’

Seleccionar una única norma Calcular un valor de verdad para la norma con

relación al caso Comprobar si esto conduce a una decisión Repetir la selección y evaluación de normas

hasta que se alcance una decisión


Valoración:Estructura de inferencia


Valoración: control del método

while new-solution abstract(case -> abstracted-feature) docase := abstracted-feature union case;

end whilespecify(case -> norms);

repeatselect(norms -> norm);evaluate(case + norm -> norm-value);evaluation-results := norm-value union evaluation-

results;

until has-solution match(evaluation-results -> decision);


Valoración: variaciones del método

Las normas pueden ser específicas del caso

La abstracción del caso puede no ser necesaria

Selección de normas intensiva en conocimiento Aleatoria, heurística, estadística Puede ser la clave de la eficiencia En ocasiones es dictada por la experiencia

experta– Aunque sólo es aceptable si se realiza de forma

entendible para los expertos


Valoración: esquema del conocimiento del dominio


Diagnosis

Encontrar un defecto que provoca una disfunción en el sistema Ejemplo: diagnosis de una fotocopiadora

Terminología: queja/ síntoma, hipótesis, diferencial, hechos/evidencias, defecto

Debe existir algún modelo del comportamiento del sistema

Método por defecto: modelo causal simple En ocasiones se reduce a una tarea de

clasificación Asociación directa entre síntomas y defectos

La automatización es viable en dominios técnicos


Diagnosis: método de recubrimiento causal

Encontrar causas candidatas (hipótesis) para la queja utilizando una red causal

Seleccionar una hipótesis Especificar un dato observable para esta

hipótesis y obtener su valor Verificar cada hipótesis para ver si es

consistente con los nuevos datos Continuar este proceso hasta que sólo quede

una única hipótesis o no existan más datos disponibles al problema


Diagnosis:estructura de inferencia


Diagnosis: method control

while new-solution cover(complaint -> hypothesis) dodifferential := hypothesis add differential;

end whilerepeat

select(differential -> hypothesis);specify(hypothesis -> observable);obtain(observable -> finding);evidence := finding add evidence;foreach hypothesis in differential do

verify(hypothesis + evidence -> result);if result = false then differential := differential subtract hypothesis

until length differential =< 1 or “no observables left”

faults := hypothesis;


Diagnosis: variaciones del método

Inclusión de abstracciones Métodos de simulación


Diagnosis: esquema del conocimiento del dominio


Monitorización

Analizar el proceso en marcha para encontrar si se comporta según las expectativas

Terminología Parámetro, norma, discrepancia, datos históticos

Principales características Naturaleza dinámica del sistema Ejecución cíclica de la tarea

La salida “sólo” es la discrepancia (sin justificación) Suele complementarse con la diagnosis

La salida de la monitorización es la entrada a la diagnosis


Monitorización:método dirigido por datos

Comienza cuando se reciben nuevos datos Se selecciona un parámetro y un valor de

norma para dicho parámetro Se compara el dato encontrado con la

norma y se genera una descripción de la diferencia

Esta diferencia se clasifica como una discrepancia utilizando datos de ciclos de monitorización previos


Monitorización: estructura de inferencia


Monitorización: control del método

receive(new-finding);select(new-finding -> parameter) specify(parameter -> norm);compare(norm + finding -> difference);classify(difference + historical-data ->

discrepancy);historical-data := finding add historical-data;


Monitorización: variaciones del método

Monitorización dirigida por modelos El sistema tiene la iniciativa Normalmente se ejecuta a intervalos regulares de

tiempo Ejemplo: software para la dirección de proyectos

La función de clasificación puede ser por sí misma una tarea Habría que aplicar algún método de clasificación


Predicción

Tarea analítica con algunas características de las sintéticas

Analiza el comportamiento actual del sistema para construir una descripción de un estado del sistema en un punto temporal futuro

Ejemplo: predicción meteorológica Puede ser una subtarea en diagnosis También se encuentra en módulos de

conocimiento intensivos en sistemas de enseñanza (ej. Física)

Inverso: retrodicción: teoría del big-bang


Síntesis

Dados un conjunto de requisitos, construir una descripción del sistema que los verifique


Método ideal para la síntesis

Operacionalizar los requisitos Preferencias y restricciones

Generar todas las estructuras de sistema posibles

Seleccionar un sub-conjunto de estructuras del sistema válidas Verificando las restricciones

Ordenar las estructuras válidas Apoyándose en las preferencias


Síntesis:Estructura de inferencia


Diseño

Tarea sintética El sistema a construir es un artefacto físico Ejemplo: diseñar un vehículo Puede incluir el diseño creativo de los

componentes el diseño creativo es demasiado complejo para

el estado tecnológico actual Configuración: subtipo del diseño que excluye

la creatividad


Configuración

Dado un conjunto de componentes predefinido, encontrar una combinación que se ajuste a los requisitos y que verifique las restricciones

Ejemplo: configuración de un ascensor o un PC Terminología: componente, parámetro,

restricción, preferencia, requisito (hard & soft) Forma de diseño que es automatizable Exige una elevada potencia computacional


Configuración:método proponer y revisar

Bucle básico Proponer una extensión del diseño Verificar el nuevo diseño Si falla la verificación, revisar el diseño

Requisitos específicos del conocimiento del dominio Estrategias de revisión

Este método también puede usarse para otras tareas sintéticas Asignación con vuelta atrás (backtracking) Planificación con estructuras de planes estándar


Configuración: descomposición del método


Configuración: control del método

operationalize(requirements -> hard-reqs + soft-reqs);specify(requirements -> skeletal-design);

while new-solution propose(skeletal-design + design +soft-reqs -> extension) dodesign := extension union design;verify(design + hard-reqs -> truth-value + violation);if truth-value = false then

critique(violation + design -> action-list);repeat select(action-list -> action);

modify(design + action -> design);

verify(design + hard-reqs -> truth-value + violation);

until truth-value = true;

end while


Configuración: variaciones del método

Ejecutar una verificación y una revisión sólo cuando se ha propuesto un valor para todos los elementos del diseño Puede tener un gran impacto en la competitividad

del método Evitar la utilización de conocimiento de

reparación Las reparaciones son heurísticas de búsqueda para

recorrer el espacio de diseños alternativos que puede ser muy grande potencialmente

Alternativa: vuelta atrás cronológica


Configuración: esquema del conocimiento del dominio


Asignación

Crear una correspondencia entre dos conjuntos de objetos Asignación de despachos a los empleados Asignación de puertas de embarque a los aviones

La asignación tiene que satisfacer los requisitos y ser consistente con las restricciones

Terminología Actor, recurso, asignación

Puede verse como una forma degenerativa del diseño de configuraciones


Asignación:método sin vuelta atrás

Ordenar la asignación de actores a recursos mediante la selección, primero, de un subconjunto de actores

Si fuera necesario: agrupar los actores en grupos de actores para la asignación conjunta de recursos Requiere de un tipo especial de restricciones y

preferencias Tomar un (grupo de) actor y asignarle un recurso Repetir este proceso hasta que todos los actores

tengan un recurso


Asignación:Estructura de inferencia


Asignación:control del método

while not empty actors do select-subset(actors -> actor-set); while not empty actor-set do

group(actor-set -> actor-group);assign(actor-group + resources + current-allocations -

> resource);current-allocations := < actor-group, resource >

union current-allocations;actor-set := actor-set/actor-group;resources := resources/resource;

end while actors := actors/actor-set;

end while


Asignación:variaciones del método

Asignaciones previas existentes Entrada adicional

Restricciones y preferencias específicas del actor Ver la tarea de síntesis y diseño de

configuraciones


Planificación

Comparte muchas características con los sistemas de diseño

La principal diferencia consiste en que el sistema se compone de actividades y de dependencias temporales

Ejemplos: planificador de viajes; planificación de las actividades de edificación

La automatización sólo es viable si los elementos básicos de construcción están predefinidos

Considerar el uso del método genérico de sistemas sintéticos o el de diseño de configuraciones


Programación de carga de trabajos/ horarios (Scheduling)

Dado un conjunto de trabajos predefinidos, consistiendo cada uno de ellos de una secuencia temporal de actividades denominadas unidades, asignar recursos en intervalos de tiempo a todas las unidades Programación de la producción en fábricas

Terminología: trabajo, unidad, recurso, programa

Se suele realizar después de la planificación (= especificación de trabajos)

Cuidado: los términos ‘planificación’ y ‘programación’ son diferentes


Programación: método de envío/expedición temporal

Especificar una programación inicial Seleccionar una unidad candidata para

ser asignada Seleccionar un recurso para esta unidad Asignar la unidad al recurso seleccionado Evaluar la programación actual Modificar la programación si fuera

necesario


Programación:estructura de inferencia


Programación:control del método

specify(jobs -> schedule);

while new-solution select(schedule -> candidate-unit) do select(candidate-unit + schedule -> target-resource); assign(candidate-unit + target-resource -> schedule); evaluate(schedule -> truth-value); if truth-value = false then

modify(schedule -> schedule);end while


Programación: variaciones del método

Método constructivo versus de reparación

El refinamiento es a menudo necesario


Programación: esquema típico de conocimiento del dominio


Combinaciones típicas de tareas

Monitorización + diagnosis Monitorización + valoración Diagnosis + planificación Planificación + programación Valoración + planificación Clasificación + planificación

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