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sábado, 16 de abril de 2011

"LA INTELIGENCIA ARTIFICIAL"




DEFINICION

Habilidad de razonar, adquirir y aplicar conocimiento, percibir y manipular objetos. Es una de las áreas de las ciencias computacionales encargadas de la creación de hardware y software que tenga comportamientos inteligentes

Exhibida por artefactos creados por humanos (es decir, artificial). A menudo se aplica hipotéticamente a los computadores. La inteligencia artificial se encarga de modelar la inteligencia humana en sistemas computacionales.

La Inteligencia Artificial (IA) es una de las áreas más fascinantes y con más retos de las ciencias de la computación, en su área de ciencias cognoscitivas. Nació como estudio filosófico y razonístico de la inteligencia humana, mezclada con la inquietud del hombre de imitar la naturaleza circundante (como volar y nadar), hasta inclusive querer imitarse a sí mismo. Sencillamente, la Inteligencia Artificial busca el imitar la inteligencia humana.

La Inteligencia Artificial (IA), también conocida, aplicada o involucrada a términos como Robótica, Autómatas, Sistemas Expertos, etcétera,  es una disciplina que envuelve a varias ramas de estudio. La Inteligencia Artificial trata de conseguir que los ordenadores simulen en cierta manera la inteligencia humana. Se acude a sus técnicas cuando es necesario incorporar en un sistema informático, conocimiento o características propias del ser humano.


ÁREAS DE APLICACIÓN

Los estos procesos de la AI se aplican en los sistemas reales en una gran variedad de ramas y problemas:
  • Gestión y control: análisis inteligente, fijación de objetivos.
  • Fabricación: diseño, planificación, programación, monitorización, control, gestión de proyectos, robótica simplificada y visión computarizada.
  • Educación: adiestramiento práctico, exámenes y diagnóstico.
  • Ingeniería: diseño, control y análisis.
  • Equipamiento: diseño, diagnóstico, adiestramiento, mantenimiento, configuración, monitorización y ventas.
  • Cartografía: interpretación de fotograf ías, diseño, resolución de problemas cartográficos.
  • Profesiones: abogacía, medicina, contabilidad, geología, química.
  • Software: enseñanza, especificación, diseño, verificación, mantenimiento.
  • Sistemas de armamento: guerra electrónica, identificación de objetivos, control adaptativo, proceso de imágenes, proceso de señales.
  • Proceso de datos: educación, interfase en lenguaje natural, acceso inteligente a datos y gestores de bases de datos, análisis inteligente de datos.
  • Finanzas: planificación, análisis, consultoría.

Aplicaciones comerciales de la inteligencia artificial

Pero también la AI tiene numerosas aplicaciones comerciales en el mundo de hoy.
  • Configuración: selección de distribución de los componentes de un sistema de computación.
  • Diagnosis: hardware informático, redes de ordenadores, equipos mecánicos, problemas médicos, averías telefónicas, instrumentación electrónica, circuitos electrónicos, averías automovilísticas.
  • Interpretación y análisis: datos geológicos para prospección petrolífera, compuestos químicos, análisis de señales, problemas matemáticos complejos, evaluación de amenazas militares, análisis de circuitos electrónicos, datos biológicos (coronarios, cerebrales y respiratorios), información de radar, sonar e infrarrojos.
  • Monitorización: equipos, monitorización de procesos, fabricación y gestión de procesos científicos, amenazas militares, funciones vitales de pacientes hospitalizados, datos financieros en tiras de papel perforado por teleimpresora, informes industriales y gubernamentales.
  • Planificación: gestión de activo y pasivo, gestión de cartera, análisis de créditos y préstamos, contratos, programación de trabajos de taller, gestión de proyectos, planificación de experimentos, producción de tarjetas de circuito impreso.
  • Interfaces inteligentes: hardware (fiscal) de instrumentación, programas de computadora, bases de datos múltiples, paneles de control.
  • Sistemas de lenguaje natural: interfaces con bases de datos en lenguaje natural, gestión de impuestos (ayudas para contabilidad), consultoría en temas legales, planificación de fincas, consultoría de sistemas bancarios.
  • Sistemas de diseño: integración de microcircuitos en muy alta escala, síntesis de circuitos electrónicos, plantas químicas, edificios, puentes y presas, sistemas de transporte.
  • Sistemas de visión computarizada: selección de piezas y componentes, ensamblado, control de calidad.
  • Desarrollo de software: programación automática.


OTRAS FUENTES: AREAS DE APLICACION

SISTEMAS INTELIGENTES

Necesidad de utilizar estrategias presentes en la naturaleza para resolver (cierto tipo de) problemas complejos. Millones de años de evolución han llevado a que los sistemas biológicos posean características y mecanismos de procesamiento que los diferencian radicalmente de los computadores tradicionales (arquitectura Von Neumann).

En la siguiente tabla se comparan ambos tipos de sistemas:


Los Sistemas Inteligentes permiten implementar algunas características y mecanismos de procesamiento de los sistemas biológicos. Entre los sistemas inteligentes destacan las Redes Neuronales (Redes de Neuronas Artificiales), la Lógica Difusa y la Computación Evolutiva.

Redes Neuronales

Las Redes Neuronales tratan de modelar la estructura y la forma de trabajar de las células nerviosas o neuronas. Están compuestas por unidades estructurales también conocidas como neuronas, conectadas entre sí. El modelo básico de una neurona es el siguiente:


La topología de una red neuronal estará determinada por el número de neuronas que esta tenga, por la forma en éstas estén ordenadas (en capas) y por la naturaleza de las conexiones presentes.

Típicamente las redes neuronales poseen una capa de entrada (input layer), una capa de salida (output layer), y una o varias capas ocultas intermedias (hidden layers). El flujo de la información puede ser unidireccional desde la capa de entrada hacia la capa de salida (redes feedforward) o bidireccional con retroalimentación (redes recurrentes).

En el siguiente ejemplo se muestran ejemplos de topologías de redes:


Entre las principales propiedades de las redes neuronales se encuentran las siguientes:

  • Capacidad de Asociación (Generalización)
  • Tolerancia ante fallas
  • Capacidad de Aprendizaje (Adaptabilidad)
  • Seguridad ante caídas del sistema
  • Procesamiento masivamente paralelo
  • Representación y Procesamiento distribuido de la información

Una de las principales características de las redes neuronales es su capacidad de aprendizaje, esto se logra a través de la repetitiva presentación de ejemplos, lo cual permite adaptar los pesos sinápticos de las neuronas. Los siguientes métodos de aprendizaje son utilizados:

  • Aprendizaje Supervisado (con profesor)
  • Aprendizaje no Supervisado (sin profesor)
  • Aprendizaje Competitivo
  • Aprendizaje Reforzado (de Pavlov).
En la siguiente figura se muestra el aprendizaje supervisado:




Las redes neuronales se utilizan para resolver problemas en los cuales no existe un modelo analítico o problemas en los cuales el modelo analítico es demasiado complejo. Diferentes modelos de redes son utilizados para resolver diferentes tipos de problemas. En la siguiente tabla puede observarse algunos de los modelos más utilizados y su campo de aplicación.



REDES SEMANTICAS


Definición de red semántica

Una Red Semántica es un conjunto de Nodos y Arcos


Una Red Semántica es una representación grafica del conocimiento en la que existe una jerarquía de Nodos.

Definición de  Nodo

Un Nodo es identificado por un objeto.
Nodo = objeto

Donde un Objeto puede ser representado por:

1. Personas    2. Animales    3. Eventos     5. Acciones     6. Conceptos   
7. Atributos o características que identifican a un objeto.

Los Nodos de un Red Semántica están unidos por arcos, los cuales indican la relación que existe entre ellos. Existen ciertos tipos de Arcos típicos entre los cuales están.

Es-un: el cual usa para identificar que un cierto pertenece a una clase mayor de objeto.










Tiene-un: este tipo de arcos se utiliza para identificar que un cierto nodo tiene o pase unas ciertas características o atributo o propiedad.











 

A través de la característica de la herencia, las Redes Semánticas tienen la capacidad de inferir conocimiento.

Ejemplo de Redes Semánticas.



Considera la siguiente Red Semántica acerca de SAM y su familia.

1. Necesita Sam alimento: Si, por la herencia que recibe de los seres humanos.
2. Trabaja SAM para AJAX: Si por característica o por propiedades de herencia ya que CME pertenece AJAX.

En Redes Semánticas las inferencias de información o respuestas o preguntas se hacen en base a las propiedades de herencia que existen entre los Nodos.

Ejemplo.

Dado el siguiente conocimiento construya la correspondiente Red Semántica.

·         Los Jorobados son personas pequeñas.
·         Bilba es un jorobado.
·         Los jorobados tienen dedos gordos.
·         Bilbo posee un anillo mágico.
·         El anillo fue encontrado en una cueva.
·         Los jorobados son personas míticas y las personas míticas son estudiadas por los estudiantes de literatura.






INTELIGENCIA DISTRIBUIDA

La Inteligencia artificial distribuida es un campo de la IA dedicado al estudio de las técnicas y el conocimiento necesario para la coordinación y distribución del conocimiento y las acciones en un entorno con múltiples agentes.

Podemos distinguir dos áreas principales de desarrollo:

1.   Solución cooperativa de problemas distribuidos (SCPD): Estudia como unos conjuntos de módulos (o nodos) cooperan para dividir y compartir el conocimiento de un problema y en el desarrollo de la solución.
2.   Sistemas multiagentes (SMA): Estudia la coordinación de la conducta inteligente entre un conjunto de agentes inteligentes autónomos.

Los problemas básicos que estudia la IAD y que son comunes a todos los sistemas son:

1.   Como formular, describir, descomponer y asignar problemas y sintentetizar los resultados entre un grupo de agentes inteligentes.
2.   Como capacitar a los agentes para que se comuniquen e interactúen: que lenguajes de comunicación o protocolos deben utilizarse, que y cuando deben comunicarse, etc.
3.    Como asegurar que los agentes actúen coherentemente al tomar decisiones o realizar acciones, como acomodar los efectos globales de las decisiones locales y prevenir interacciones no deseadas.
4.   Como capacitar a los agentes para representar y razonar sobre acciones, planes y conocimientos de otros agentes para coordinarse; como razonar sobre el estado de su proceso de coordinación (inicio o terminación).
5.   Como reconocer y reconciliar puntos de vista e intenciones conflictivas entre un conjunto de agentes para coordinar sus acciones; como sintetizar los puntos de vista y los resultados.
6.   Como utilizar técnicas ingenieriles y desarrollar sistemas con IAD. Como desarrollar plataformas de SMA y metodologias de desarrollo con tenias de IAD.

En general la IAD. Se basa en la distribución de datos y conocimientos para llegar a una solución de problemas de forma que los distintos agentes sean identificados como resolvedores locales de problemas. Lo cual tiene las siguientes ventajas:

1) Como resolver iteraciones entre los problemas a ser resueltos por los diferentes agentes.
2) Como controlar las actividades entre los agentes para explotar el paralelismo.
3) Como integrar los resultados parciales para obtener un resultado global final.

Muchos problemas son esencialmente distribuidos. El conocimiento necesario para resolver un problema puede estar distribuido en varios sitios, por lo que tendríamos que un agente individual podría resolver el problema pero requeriría demasiado tiempo y se asumirían demasiados riesgos en cuanto a fiabilidad al concentrar toda la responsabilidad en ese agente. Por lo que la resolución distribuida de problemas puede ser la solución a estos casos.

Razones de la transición de la IA a la IAD

·         Razones epistemológicas

Las razones epistemológicas surgen principalmente cuando propuestas para solucionar problemas mediante la IA se muestran insuficientes ante la aparición de otros agentes en el entorno a-social que es manejado por la IA y la consideración de que los agentes son inteligentes en gran medida en cuanto sociales.

·         Razones técnicas

La primera razón técnica es que en esta época muchos problemas son esencialmente distribuidos y la segunda es la integración de los sistemas de IA para mejorar la capacidad mediante la distribución del conocimiento lo que conlleva a un manejo descentralizado ofreciendo las siguientes ventajas:

ü  Incremento de la flexibilidad: Se permite la adición de nuevos agentes.
ü  Mejor seguridad y efectividad: Los agentes se pueden especializar en una tarea específica.
ü  Mejor tiempo de respuesta: Los agentes pueden resolver sus problemas particulares al mismo tiempo.
ü  Reducción de la complejidad: Una tarea puede ser descompuesta en varias subtareas y asignarlas a los agentes.
ü Reutilización: La solución presentada por un agente en un sistema puede ser incorporada a otro.

Áreas de trabajo de la IAD

Los anteriores problemas básicos que intenta atacar la IAD se solucionan mediante diferentes teorías que se ven reflejadas en distintas áreas de trabajo, las cuales se pueden descomponer en cuatro perspectivas.

Figura 1. Áreas de trabajo de la Inteligencia Artificial Distribuida.


Perspectiva de grupo: Estudia las teorías y técnicas que caracterizan a un grupo de agentes, es decir los métodos necesarios para formar una sociedad de agentes para que exista cierto grado de planeación, coordinación, comunicación y coherencia entre sus entidades.

Perspectiva de agente: Estudia la entidad agente, arquitecturas para desarrollo de agentes, lenguajes para desarrollo y comunicación de agentes, clasificación de tipo comercial y estructural, además como puede este cooperar en la sociedad de agentes.

Perspectivas Particulares: Estudia las relaciones existentes de campos de la informática como la IA, Ingeniería de Software con la IAD. Por ejemplo sistemas de información abiertos que reaccionan a casos imprevistos, por lo que son inconsistentes, asíncronos, concurrentes, con control descentralizado; ecosistemas para evaluar un agente o la sociedad de agentes en base a una analogía ecológica y ver como esta evoluciona con el paso de las iteraciones; ingeniería de software basada en agentes los agentes encapsulan los programas y mediante la definición de unas primitivas, permiten el intercambio de órdenes y datos entre los programas.

Perspectivas del diseñador: Estudia metodologías y herramientas para poder desarrollar software basado en agentes. Las metodologías asisten al desarrollador de sistemas de IAD en el ciclo de vida, y las herramientas le sirven en la implementación de dichos sistemas.




 

CALCULO DE PREDICADOS



ELEMENTOS BÁSICOS

El cálculo de predicados difiere del cálculo proposicional en que en él se habla de objetos o elementos en un dominio. Para predicar sobre elementos se introducirá variables. En otras palabras, aquí las fórmulas atómicas no son tan solo variables proposicionales, como lo eran en el cálculo de proposiciones, sino que ahora han de ser relaciones en un dominio fijo. Entremos en detalles técnicos un poco más adelante.

Un alfabeto  propio para una teoría de primer orden es la unión de los siguientes conjuntos de símbolos:

Símbolos especiales

SE= {(,)}

Conectivos lógicos

CL= { ⌐, v, Ʌ, →, ↔}

Cuantificadores
Q= {ӈ, ᴲ}. El símbolo ӈ se lee ``para todo'' y se dice ser el cuantificador universal y el símbolo se lee ``existe'' y se dice ser el cuantificador existencial.
Variables

Var= {x0, x1, x2,…}

Símbolos constantes
Cte= {c0, c1, c2,…}

Símbolos de relaciones
Rel= {Rij }i>1 j>0
.
Símbolos de funciones
Fun= {Fij }i>1 j>0
.
.
Los conjuntos de constantes, de relaciones y de funciones han de ser finitos. La unión de ellos Sig=Cte U Rel U Fun  se dice ser la signatura de la teoría. Los superíndices  en los símbolos de relación o de función denotan a su respectiva aridad, es decir, al número de argumentos o de plazas que involucran.

Así, se tiene que todo alfabeto para una teoría de primer orden queda prácticamente determinado por su signatura. De hecho la unión de los otros conjuntos de símbolos, SL=SE U Q  U Var  es común a todos los alfabetos de teorías de primer orden. El alfabeto con signatura vacía, L0= SL se dice ser el alfabeto del cálculo de predicados puro. Veamos algunos ejemplos de alfabetos.

OTRAS FUENTES: CALCULO DE PREDICADOS

REPRESENTACION

Sintaxis en el cálculo de predicados

 

Aquí se maneja la siguiente simbología.
- variables x, y, z
- funciones f, g, h
- constantes a, b, c
-Símbolo de predicado P, Q, R, S, T
-Símbolos de puntación "(", ")", ","

Aunado a estos símbolos se utilizan los siguientes conceptos.

-UNIVERSO: El cual identifica a la totalidad de los valores que puede tomar una variable.

-TERMINO: Una variable es un término, así como f(t) donde f es una función y T es una secuencia de uno o mas términos: Ejem. f(x), h(y), g( x,y,h(x) ), x, y,z, f( h(x,y), y(z,f(z) )

-FORMULA ATOMATICA: Una formula automática es un predicado p(x), donde P es el nombre del predicado y X es un término. Ejem. Es-verde (limón) mamífero (Pedro) mamífero (ballena, delfín, cobras)

-LITERAL: Los literales son predicados o negaciones de predicados. Ejemp. Mamífero (Pedro) ~ mamífero (vidrio)

- FORMULAS BIEN FORMADAS (WFF): Una WFF es una secuencias de formulas Atómicas ( o predicados) concatenados por medio de operadores lógicos. Ejem. P(x) v Q(y) ^ ~R(S) P(x) ^ Q(z) ==> ~R(s) mamífero(perro)=>tiene_sangre_caliente (perro).

-SENTECE: Las expresiones son wff donde el alcance de las variables esta perfectamente bien definido mediante cuantificadores o bien UNIVERSALES ó bien existenciales.

Símbolos Definición

·         V Para todo(cuantificador Universal)
·         E Existe(Cuantificadores Existencial)
·         E equivale a ~V No existe

Ejemplo:

·         Todo mamífero tiene sangre caliente
·         V mamífero(x) => tiene_sangre_caliente (x)

Todos los hijos tienen un padre y una Madre
V hijo(x) => E madre (y)^ padre(z)

-CLAUSULA: Es una disyunción de literales (una cláusula es una disyunción de predicados y/o predicados negados.

Ejemplos.
·         Conjunción equivale a And ( ^ )
·         Disyunción equivale o or (v)

El cálculo de predicado podemos entenderlo mejor en este mapa conceptual.