Sistemas Expertos

1. SISTEMAS EXPERTOSSISTEMAS EXPERTOS
PROF. Eliezer CórdovaPROF. Eliezer Córdova

2. INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN
 INTELIGENCIA:INTELIGENCIA: LA CAPACIDAD DEL SERLA CAPACIDAD DEL SER
HUMANO PARA RAZONAR, APRENDER YHUMANO PARA RAZONAR, APRENDER Y
ENTENDER.ENTENDER.
 ES LA INTERACCIÓN CONSTANTEMENTEES LA INTERACCIÓN CONSTANTEMENTE
ACTIVA ENTRE LA HABILIDAD HEREDADA Y LAACTIVA ENTRE LA HABILIDAD HEREDADA Y LA
EXPERIENCIA DEL ENTORNO, QUE DA COMOEXPERIENCIA DEL ENTORNO, QUE DA COMO
RESULTADO QUE EL INDIVIDUO SEA CAPAZ DERESULTADO QUE EL INDIVIDUO SEA CAPAZ DE
ADQUIRIR, RECORDAR Y USARADQUIRIR, RECORDAR Y USAR
CONOCIMIENTOS, DE ENTENDER CONCEPTOSCONOCIMIENTOS, DE ENTENDER CONCEPTOS
CONCRETOS Y (CON EL TIEMPO)CONCRETOS Y (CON EL TIEMPO)
ABSTRACTOS, DE ESTABLECER RELACIONESABSTRACTOS, DE ESTABLECER RELACIONES
ENTRE OBJETOS, SUCESOS E IDEAS; YENTRE OBJETOS, SUCESOS E IDEAS; Y
APLICAR Y UTILIZAR TODO LO ANTERIOR CONAPLICAR Y UTILIZAR TODO LO ANTERIOR CON
EL PROPÓSITO DE RESOLVER LOSEL PROPÓSITO DE RESOLVER LOS
PROBLEMAS DE CADA DÍAPROBLEMAS DE CADA DÍA

3.  TEMARIOTEMARIO
 OBJETIVOOBJETIVO
 BIBLIOGRAFÍABIBLIOGRAFÍA
 EVALUACIÓNEVALUACIÓN
 PÁGINA WEBPÁGINA WEB
 CONTACTOCONTACTO

4.  INTELIGENCIA ARTIFICIAL:INTELIGENCIA ARTIFICIAL:
RAMA DE LAS CIENCIAS DERAMA DE LAS CIENCIAS DE
LA COMPUTACIÓN QUE SELA COMPUTACIÓN QUE SE
DEDICA AL DISEÑO DEDEDICA AL DISEÑO DE
SISTEMAS QUE LLEVAN ASISTEMAS QUE LLEVAN A
CABO TAREAS QUE CUANDOCABO TAREAS QUE CUANDO
SE HACEN DE MANERASE HACEN DE MANERA
NATURAL SE DICE IMPLICANNATURAL SE DICE IMPLICAN
INTELIGENCIAINTELIGENCIA

5. Definición de SEDefinición de SE
 Sistema expertoSistema experto: Es un sistema de: Es un sistema de
cómputo que emula la habilidad de tomarcómputo que emula la habilidad de tomar
decisiones de un especialista humano endecisiones de un especialista humano en
un dominio especializadoun dominio especializado
 Un SE está orientado a actuar como unUn SE está orientado a actuar como un
especialista humano quien puede serespecialista humano quien puede ser
consultado acerca de una serie deconsultado acerca de una serie de
problemas que caen dentro del rango deproblemas que caen dentro del rango de
su experiencia (dominio del conocimiento)su experiencia (dominio del conocimiento)
Dominio del
conocimiento
Dominio del
problema
 Dominio del problema:Dominio del problema:
área en la que seárea en la que se
desempeña el expertodesempeña el experto
 Domino delDomino del
conocimiento: Todo elconocimiento: Todo el
conocimiento que haconocimiento que ha
adquirido el expertoadquirido el experto

6. Definición de SE (cont.)Definición de SE (cont.)
 Se trata de un solucionador deSe trata de un solucionador de
problemas de manera general.problemas de manera general.
 A diferencia de los sistemasA diferencia de los sistemas
convencionales que utilizanconvencionales que utilizan
programación proceduralprogramación procedural
(imperativa), los SE usan(imperativa), los SE usan
programación declarativaprogramación declarativa

7. Diferencias entre sistemasDiferencias entre sistemas
convencionales y SEconvencionales y SE
Paradigmas de programaciónParadigmas de programación
 LaLa Programación DeclarativaProgramación Declarativa, o bien un, o bien un
Paradigma declarativoParadigma declarativo, es un paradigma, es un paradigma
de programación que está basado en elde programación que está basado en el
desarrollo de programas especificando odesarrollo de programas especificando o
"declarando" un conjunto de condiciones,"declarando" un conjunto de condiciones,
proposiciones, afirmaciones, restricciones,proposiciones, afirmaciones, restricciones,
ecuaciones o transformaciones queecuaciones o transformaciones que
describen el problema y detallan sudescriben el problema y detallan su
solución. La solución es obtenida mediantesolución. La solución es obtenida mediante
mecanismos internos de control, sinmecanismos internos de control, sin
especificar exactamente cómo encontrarla.especificar exactamente cómo encontrarla.
No existen asignaciones destructivas, y lasNo existen asignaciones destructivas, y las
variables son utilizadas con Transparenciavariables son utilizadas con Transparencia
referencialreferencial

8. Diferencias entre sistemasDiferencias entre sistemas
convencionales y SEconvencionales y SE
Paradigmas de programaciónParadigmas de programación
 En laEn la programación imperativaprogramación imperativa sese
describe paso a paso un conjunto dedescribe paso a paso un conjunto de
instrucciones que deben ejecutarse parainstrucciones que deben ejecutarse para
variar el estado del programa y hallar lavariar el estado del programa y hallar la
solución, es decir, un algoritmo en el quesolución, es decir, un algoritmo en el que
sese describen los pasos necesarios paradescriben los pasos necesarios para
solucionar el problemasolucionar el problema..
 En laEn la programación declarativaprogramación declarativa laslas
sentencias que se utilizan lo que hacen essentencias que se utilizan lo que hacen es
describir el problemadescribir el problema que se quiereque se quiere
solucionar, pero no las instruccionessolucionar, pero no las instrucciones
necesarias para solucionarlo. Esto últimonecesarias para solucionarlo. Esto último
se realizará mediante mecanismosse realizará mediante mecanismos
internos de inferencia de información ainternos de inferencia de información a
partir de la descripción realizadapartir de la descripción realizada

9. Diferencias entre sistemasDiferencias entre sistemas
convencionales y SEconvencionales y SE
 En el SE se separa el conocimientoEn el SE se separa el conocimiento
del módulo de controldel módulo de control
 Inferencias + Reglas = SEInferencias + Reglas = SE
 Formas de razonamientoFormas de razonamiento
 Deducción: causa + regla = efectoDeducción: causa + regla = efecto
 Inducción: causa + efecto = reglaInducción: causa + efecto = regla
 Abducción: efectos + reglas =Abducción: efectos + reglas =
causas Razonamiento hacia atráscausas Razonamiento hacia atrás
desde una conclusión verdaderadesde una conclusión verdadera
hacia las premisas que la habríanhacia las premisas que la habrían
causado. Obtener una causa dadocausado. Obtener una causa dado
un efectoun efecto

10. CaracterísticasCaracterísticas
 Permiten trabajar con datosPermiten trabajar con datos
imprecisos e incompletosimprecisos e incompletos
 Su desempeño se degrada conSu desempeño se degrada con
suavidad hasta llegar a la ignoranciasuavidad hasta llegar a la ignorancia
 Su conocimiento no es causalSu conocimiento no es causal
(superficial) No comprende(superficial) No comprende
realmente los efectos y las causasrealmente los efectos y las causas
de un sistema. No se sabe cualesde un sistema. No se sabe cuales
son los efectos de tomar unason los efectos de tomar una
decisión, sólo se sabe la secuenciadecisión, sólo se sabe la secuencia
de inferencias.de inferencias.
 Es más sencillo construir SE conEs más sencillo construir SE con
conocimiento superficial en formaconocimiento superficial en forma
heurísiticaheurísitica

11. CaracterísticasCaracterísticas
 Su conocimiento es limitado (dominio delSu conocimiento es limitado (dominio del
problema)problema)
 Existe un gran cuello de botella al adquirirExiste un gran cuello de botella al adquirir
conocimientoconocimiento
 Alto desempeñoAlto desempeño
 Responder al mismo nivel o mayor delResponder al mismo nivel o mayor del
especialista humanoespecialista humano
 Tiempo de respuesta adecuado. ActuarTiempo de respuesta adecuado. Actuar
en tiempo razonable comparable al delen tiempo razonable comparable al del
especialista para tomar una decisiónespecialista para tomar una decisión
 Confiabilidad La respuesta queConfiabilidad La respuesta que
proporcione el sistema debe serproporcione el sistema debe ser
confiable, no propenso a caídasconfiable, no propenso a caídas
 Comprensible Que el SE explique losComprensible Que el SE explique los
pasos del razonamiento que siguió depasos del razonamiento que siguió de
manera entendible, tal como lo haría elmanera entendible, tal como lo haría el
especialistaespecialista

12. Ingeniería del conocimientoIngeniería del conocimiento
 Es el proceso deEs el proceso de
construir un Sistemaconstruir un Sistema
ExpertoExperto
 Consiste en laConsiste en la
adquisición deladquisición del
conocimiento a partirconocimiento a partir
de un especialistade un especialista
humano o de otrahumano o de otra
fuente y sufuente y su
codificación en el SEcodificación en el SE

13.  El ingeniero del conocimiento esEl ingeniero del conocimiento es
el mediador entre el experto, queel mediador entre el experto, que
pone a disposición suspone a disposición sus
conocimientos, y el ingeniero deconocimientos, y el ingeniero de
software, que procede a susoftware, que procede a su
implantaciónimplantación
 El ingeniero del conocimientoEl ingeniero del conocimiento
analiza la viabilidad y rentabilidadanaliza la viabilidad y rentabilidad
de los proyectos.de los proyectos.
 Es el especialista que extrae elEs el especialista que extrae el
conocimiento mediante preguntas,conocimiento mediante preguntas,
lo estructura y lo convierte enlo estructura y lo convierte en
formas de representación delformas de representación del
conocimiento que seanconocimiento que sean
interpretables por unainterpretables por una
computadoracomputadora

14.  Elige los medios auxiliaresElige los medios auxiliares
necesarios para su actividad, seannecesarios para su actividad, sean
métodos, hardware, lenguajes ométodos, hardware, lenguajes o
ShellsShells
 También es el responsable de laTambién es el responsable de la
correcta utilización del Sistemacorrecta utilización del Sistema
Experto y de la primera formaciónExperto y de la primera formación
del usuario finaldel usuario final
 El ingeniero del conocimientoEl ingeniero del conocimiento
debe saber que las reglas quedebe saber que las reglas que
reflejan que reflejen lasreflejan que reflejen las
experiencias del experto sonexperiencias del experto son
susceptibles de refinarse ysusceptibles de refinarse y
modificarse varias veces antes demodificarse varias veces antes de
que sean aceptadas comoque sean aceptadas como
correctascorrectas

15. Áreas de aplicaciónÁreas de aplicación
 Configuración Ensamblar correctamente losConfiguración Ensamblar correctamente los
componentes apropiados de un sistemacomponentes apropiados de un sistema
(mainframes)(mainframes)
 Diagnóstico (médico) Inferir problemasDiagnóstico (médico) Inferir problemas
subyacentes con base a evidencia observadasubyacentes con base a evidencia observada
 Instrucción (capacitación) Enseñanza inteligenteInstrucción (capacitación) Enseñanza inteligente
para que estudiante pregunte por qué, cómo, ¿quépara que estudiante pregunte por qué, cómo, ¿qué
pasaría si…?pasaría si…?
 Interpretación (de datos) Explicar los datosInterpretación (de datos) Explicar los datos
observadosobservados
 Monitoreo de sistemas (Supervisión) Comparar losMonitoreo de sistemas (Supervisión) Comparar los
datos observados con los esperados para juzgardatos observados con los esperados para juzgar
desempeñodesempeño
 Planificación Idear acciones para obtener elPlanificación Idear acciones para obtener el
resultado deseadoresultado deseado
 Pronósticos (fenómenos estadísticos) Predecir elPronósticos (fenómenos estadísticos) Predecir el
resultado de una situación dadaresultado de una situación dada
 Tratamiento Proporcionar la forma de solucionar unTratamiento Proporcionar la forma de solucionar un
problemaproblema
 Control Regular un proceso. Tal vez requiera de losControl Regular un proceso. Tal vez requiera de los
anterioresanteriores

16. Arquitectura de un SEArquitectura de un SE

17. Arquitectura de un SEArquitectura de un SE
 Interfaz de usuario: el mecanismo que permite laInterfaz de usuario: el mecanismo que permite la
comunicación entre el usuario el SEcomunicación entre el usuario el SE
 Motor o máquina de inferencias Se encarga de evaluar yMotor o máquina de inferencias Se encarga de evaluar y
disparar (aplicar) las reglas. Hace inferencias al decidirdisparar (aplicar) las reglas. Hace inferencias al decidir
cuáles reglas satisfacen los hechos u objetos, da prioridad acuáles reglas satisfacen los hechos u objetos, da prioridad a
las reglas satisfechas y ejecuta la regla con la prioridad máslas reglas satisfechas y ejecuta la regla con la prioridad más
altaalta
 Agenda (pila) Se acomodan y se evalúan las reglas deAgenda (pila) Se acomodan y se evalúan las reglas de
acuerdo a su importancia. Una lista con prioridadesacuerdo a su importancia. Una lista con prioridades
asignadas a las reglas creadas por el motor de inferencias,asignadas a las reglas creadas por el motor de inferencias,
cuyos patrones satisfacen los hechos u objetos de lacuyos patrones satisfacen los hechos u objetos de la
memoria activamemoria activa
 Memoria de trabajo (memoria activa o a corto plazo -Memoria de trabajo (memoria activa o a corto plazo -
hechos): base de datos global de los hechos usados por lashechos): base de datos global de los hechos usados por las
reglasreglas
 Base de conocimientos o memoria a largo plazo - SeBase de conocimientos o memoria a largo plazo - Se
expresan información acerca del problema a resolver. Seexpresan información acerca del problema a resolver. Se
almacenan los conocimientos adquiridos a manera de reglasalmacenan los conocimientos adquiridos a manera de reglas
de la formade la forma
 SI___ ENTONCES___SI___ ENTONCES___
 Sistema de explicación. Mantiene el orden en que seSistema de explicación. Mantiene el orden en que se
hicieron las inferencias y si el usuario lo solicita las muestra.hicieron las inferencias y si el usuario lo solicita las muestra.
justifica el razonamiento que se llevó a cabojustifica el razonamiento que se llevó a cabo
 Sistema de adquisición de conocimientos Permite agregarSistema de adquisición de conocimientos Permite agregar
nuevo conocimiento, ya sea en base a que se lo indique elnuevo conocimiento, ya sea en base a que se lo indique el
ing, de conocimiento o a un nuevo problema que plantee eling, de conocimiento o a un nuevo problema que plantee el
usuariousuario

18. Dominios apropiados para losDominios apropiados para los
SE (Cuando usar SE)SE (Cuando usar SE)
 Cuando el problema no puede resolverse deCuando el problema no puede resolverse de
manera algorítmica eficiente y sólo el razonamientomanera algorítmica eficiente y sólo el razonamiento
puede ofrecer esperanzas de una soluciónpuede ofrecer esperanzas de una solución
adecuada (problemas de estructura nociva)adecuada (problemas de estructura nociva)
 No se debe obligar a que se siga una estructuraNo se debe obligar a que se siga una estructura
rígida de control al resolverlorígida de control al resolverlo
 Cuando esté bien delimitado el dominio y lasCuando esté bien delimitado el dominio y las
aptitudes que se deben de tener para noaptitudes que se deben de tener para no
extenderse demasiadoextenderse demasiado
 Cuando exista la necesidad y la disposición paraCuando exista la necesidad y la disposición para
hacerlohacerlo
 Cuando haya al menos 1 especialista dispuesto aCuando haya al menos 1 especialista dispuesto a
cooperar en su elaboración y no siempre se debencooperar en su elaboración y no siempre se deben
de incluir a todos para evitar conflictosde incluir a todos para evitar conflictos
 Que exista comprensión entre experto e ingeniero.Que exista comprensión entre experto e ingeniero.
A veces es difícil entender y familiarizarse conA veces es difícil entender y familiarizarse con
terminologíaterminología
 Cuando conocimiento del especialista seaCuando conocimiento del especialista sea
heurístico e inciertoheurístico e incierto

19. Tipos de Sistemas Expertos
 Los problemas con los que pueden tratar los
sistemas expertos pueden clasificarse en
dos tipos: problemas esencialmente
deterministas y problemas esencialmente
estocásticos. Por ejemplo, un cajero
automático o un SE para control de tráfico
vial pueden contener algunos elementos de
incertidumbre, son esencialmente problemas
deterministas.
 Por otra parte, en el campo médico las
relaciones entre síntomas y enfermedades
se conocen sólo con un cierto grado de
certeza (la presencia de un conjunto de
síntomas no siempre implica la presencia de
una enfermedad). Estos tipos de problemas
pueden también incluir algunos elementos
deterministas, pero se trata
fundamentalmente de problemas
estocásticos.
 Según la naturaleza de problemas para los
que están diseñados, los sistemas expertos
pueden clasificarse en dos tipos principales :
 deterministas y estocásticos.

20. Tipos de Sistemas Expertos
(cont)
 Los problemas de tipo determinista pueden ser
formulados usando un conjunto de reglas que
relacionen varios objetos bien definidos. Los
sistemas expertos que tratan problemas
deterministas son conocidos como sistemas
basados en reglas, porque sacan sus
conclusiones basándose en un conjunto de
reglas utilizando un mecanismo de
razonamiento lógico.
 En situaciones inciertas, es necesario
introducir algunos medios para tratar la
incertidumbre. Por ejemplo, algunos sistemas
expertos usan la misma estructura de los
sistemas basados en reglas, pero introducen
una medida asociada a la incertidumbre de las
reglas y a la de sus premisas. En este caso se
pueden utilizar algunas fórmulas de
propagación para calcular la incertidumbre
asociada a las conclusiones. (FC, Bayesian
Update, Bayesian networks, Fuzzy systems)

21. Agenda-Driven SearchAgenda-Driven Search
 Agenda-driven search is anAgenda-driven search is an
improvement on the best-firstimprovement on the best-first
search.search.
 In best-first search, only a queueIn best-first search, only a queue
is used to record the states beingis used to record the states being
evaluated or the path traversed.evaluated or the path traversed.
 But in agenda-driven search theBut in agenda-driven search the
queue is replaced by an agenda,queue is replaced by an agenda,
which has a list of tasks that awhich has a list of tasks that a
system could perform.system could perform.

22. Agenda-Driven SearchAgenda-Driven Search
 Each task in the agenda is associated with twoEach task in the agenda is associated with two
items: justification for the task (the reason whyitems: justification for the task (the reason why
a task is proposed) and a rating representinga task is proposed) and a rating representing
the usefulness of the task.the usefulness of the task.
 The tasks are generally stored in the agenda inThe tasks are generally stored in the agenda in
the order of their ratings.the order of their ratings.
 The search process can create new tasks orThe search process can create new tasks or
modify the rating of existing tasks. In suchmodify the rating of existing tasks. In such
cases, as and when new tasks are created orcases, as and when new tasks are created or
ratings are modified, they are inserted atratings are modified, they are inserted at
proper places in the agenda.proper places in the agenda.
 As AI programs become large and moreAs AI programs become large and more
complex having a number of knowledgecomplex having a number of knowledge
sources and requiring different reasoningsources and requiring different reasoning
strategies for different knowledge sources,strategies for different knowledge sources,
techniques such as agenda-driven searchtechniques such as agenda-driven search
become very useful and handy.become very useful and handy.

23. Algoritmo ReteAlgoritmo Rete Desarrollado en 1979 por Charles L.Desarrollado en 1979 por Charles L.
Forgy (CMU)Forgy (CMU)
 Es un rápido igualador de patrones queEs un rápido igualador de patrones que
obtiene su velocidad de almacenamientoobtiene su velocidad de almacenamiento
de información sobre las reglas de unade información sobre las reglas de una
red.red.
 En lugar de tener que igualar los hechosEn lugar de tener que igualar los hechos
con todas las reglas en cualquier ciclo-con todas las reglas en cualquier ciclo-
acto reconocimiento, el algoritmo Reteacto reconocimiento, el algoritmo Rete
sólo busca los cambios en lassólo busca los cambios en las
correspondencias de cada ciclo.correspondencias de cada ciclo.
 Esto acelera en gran medida laEsto acelera en gran medida la
correspondencia de los hechos con loscorrespondencia de los hechos con los
antecedentes porque los datos estáticosantecedentes porque los datos estáticos
que no cambiaron de un ciclo a otroque no cambiaron de un ciclo a otro
pueden pasarse por altopueden pasarse por alto

24. SISTEMAS EXPERTOSSISTEMAS EXPERTOS
PROF. Eliezer CórdovaPROF. Eliezer Córdova