Estructura de los Sistemas Expertos

Los tipos de sistemas expertos que existen se agrupan en dos grandes grupos:

Determinista:

El estado actual depende del estado anterior y las acciones sobre el entorno. Se encuentran basados en reglas para el cual usa un mecanismo de razonamiento lógico para obtener sus conclusiones y resultados.

Estocástico:

Sistema en los que la incertidumbre está presente por lo que se necesita ser tomada en cuenta. Reúne a los Sistemas Expertos Probabilísticos y la estrategias de razonamiento es el razonamiento probabilístico.

Sus aplicaciones u orientaciones en la sociedad barren muchas ramas. En la siguiente tabla 2.6 hacemos un resumen de esto.

Categoría Aplicación.

Interpretación. Análisis de imágenes, reconocimiento del habla, inversiones financieras, interpretación de señales de audio, de radar, radio etc., compresión de voz.

Predicción. Predicción: Meteorología, previsión del tráfico, evolución de la Bolsa, demográfica, trafico, daños a cosechas por plaga, demanda de insumos, etc.

Diagnóstico Diagnóstico médico, detección de fallos en electrónica, componentes defectuosos de un sistema, falla de equipos en procesos productivos. Diseño. Diseño de circuitos eléctricos y electrónicos, automóviles, edificios,

creación de moléculas orgánicas complejas, Configuración de equipos computacionales…

Planificación. Programación de proyectos e inversiones, planificación militar, programación de rutas, de robots, de comunicaciones, de experimentos, creación de planes de vuelo……

Monitorización o supervisión

Control de centrales nucleares e industrias químicas, Monitorear lecturas de instrumentos para detectar condiciones de fallas de equipos industriales, Detectar condiciones favorables a accidentes, etc.

Depuración Selección del tipo de manutención necesaria para corregir fallas en cables telefónicos, Elegir el procedimiento de manutención para reparar equipamiento, depuración de programas computacionales, etc.

Reparación Reparar sistemas informáticos, automóviles, equipos electrónicos, calibración de instrumentos.

Instrucción Corrección de errores, enseñanza, capacitación de personas sobre la operación de equipamiento, desarrollo de manuales inteligentes, manuales diagnósticos de fallas, Instrucción sobre algún contenido en específico.

productivos, control de operaciones. Enseñanza Aprendizaje de experiencia.

Tabla 2.6 Aplicaciones de los sistemas expertos.

Los sistemas expertos pueden tener dos tipos de clasificación; pero en su estructura fundamental cuentan con la misma distribución de bloques de trabajo los cuales están compuestos de la siguiente manera:

Base de conocimientos. Base de hechos.

Motor de inferencia. Módulo explicativo. Interfaz de usuario.

Módulo de adquisición del conocimiento.

Base de conocimientos.

Bloque funcional del sistema donde se almacenan el conocimiento de los expertos humanos. Este conocimiento se suele almacenar en cuatro tipos diferentes:

Conocimiento objetivo, el cual describe la situación real del sistema.

Conocimiento de sucesos: se encuentra relacionado con lo que ocurre en tiempo real.

Conocimiento de funcionamiento: aquí se encuentra el algoritmo que sigue el sistema.

Metaconocimiento: Es el que relaciona los conocimientos anteriores.

Este conocimiento se encuentra formalizado, estructurado y su presentación por lo general debe ser sencilla y mediante reglas.

Existen varias formas de representar el conocimiento las cuales se distribuyen de la manera siguiente:

Marcos (frame): Estructura de datos donde se encuentra almacenada la información concreta de conceptos e información relacional que completa la definición del concepto.

Redes Semánticas: Representaciones graficas del conocimiento, con célula fundamental los nodos, que ilustran objetos o conjuntos de objetos relacionados entre ellos mediante arcos.

Reglas: Forma más extendida de representación del conocimiento representando la forma de razonar. Presenta como estructura básica la forma SI <condición> ENTONCES <acción/conclusión>. Suele estar dotada de prioridades y ―metarreglas‖ que son reglas que activan a otras reglas.

La manera de adquirir el conocimiento para la base de conocimiento es a través de la entrevistas con los expertos humanos. Se suele apoyarse también con bases de datos del sistema, modelos matemáticos o heurísticos y análisis del sistema mediante programas de simulación.

Base de hechos.

El conglomerado de conocimiento del estado del sistema en un instante de tiempo. Pueden aprovecharse herramientas de base de datos para así procesar y enlazar directamente la información con la base de conocimiento.

Motor de inferencia.

Bloque principal del sistema. Con la combinación de diferentes estructuras como la base de conocimiento y base de hechos logra hacer serie de razonamientos del problema en cuestión. Su funcionamiento como supervisor extrae conclusiones del proceso anteriormente descrito. Depende de la representación elegida por lo que los mecanismos y estrategias de inferencia y control están presentes por ejemplo en motores de inferencia basado en reglas. Existen dos mecanismos de inferencia según Gutiérrez, 1994: Modus Ponens y Modus Tollens.

Modus Ponens: Se utiliza para obtener conclusiones simples. Se examina la premisa o condición de la regla; si es cierta, la conclusión pasa a formar parte del conocimiento.

Modus Tollens: En la obtención de conclusiones simples. Se examina la conclusión, y si es falsa; se concluye que la condición o premisa también es falsa. Encadenamiento de reglas:

Método utilizado para obtener conclusiones compuestas cuando las conclusiones de un grupo de reglas coinciden con las conclusiones de otras. Se pueden diferenciar dos mecanismos de inferencia.

Encadenamiento hacia adelante: Partiendo del cumplimiento de condiciones de reglas se extraen conclusiones que provocaran el cumplimiento de condiciones de nuevas reglas hasta que nos se cumpla en ninguna de ellas.

Encadenamiento hacia atrás: Partiendo de la suposición de las conclusiones de una regla se va ejecutando las reglas que provocaron la regla original hasta

que dejo de cumplirse las condiciones de las reglas o se cumplen para todas las reglas.

Módulo Explicativo.

Este módulo es el encargado de dar al usuario a través de un lenguaje comprensible al mismo tiempo la estrategia de solución encontrada y justificación de las decisiones tomadas. Nos ilustra el análisis completo del problema y las soluciones propuestas; así como su correspondencia con los resultados históricos. Interfaz de usuario.

Es el modulo que permite la comunicación entre el usuario y el sistema experto a través de menús, gráficas, tablas entre otras herramientas. Siempre vela porque la información presentada no sea excesiva y dificulte la actuación en tiempo real.

Módulo de adquisición de conocimiento.

Bloque especializado para construir inicialmente el sistema y actualizar el conocimiento de la base de conocimiento en general. Le permite al usuario que es experto incorporar los hechos y las reglas al sistema, y probar y depurar los cambios realizados. Se puede configurar el sistema, específicamente el motor de inferencia, de acuerdo a las necesidades existentes en el momento.

La implementación de un sistema experto completo trae como consecuencia la creación de los módulos anteriormente descritos a través de herramientas de desarrollo en sistemas de cómputo. En la actualidad existen 4 alternativas para esto:

a) Lenguajes de alto nivel (HLL): Lenguajes de propósito general que presentan como ventajas su eficiencia, familiaridad y portabilidad a cualquier entorno(C, Fortran, Basic, C++, C#, etc.)

b) Lenguajes simbólicos: Lenguajes de alto nivel con adaptación lógica a la base de conocimientos representada mediante símbolos (LISP y PROLOG). c) Herramientas de desarrollo (shells): Software preparado para el desarrollo de sistemas experto pues incorporan una serie de funcionalidades como el motor de inferencia.

d) Entornos de desarrollo: Tomando como base las herramientas de desarrollo añaden el uso de un entorno gráfico que facilita el desarrollo del sistema experto. Su ventaja es la disminución del tiempo de desarrollo, pero suelen ser caros y poco flexibles.