Principios de la Ingeniería del Conocimiento

Presentación del tema: "Principios de la Ingeniería del Conocimiento"— Transcripción de la presentación:

1 Principios de la Ingeniería del Conocimiento
Introduction CommonKADS course Principios de la Ingeniería del Conocimiento ¿Qué es la Ingeniería del Conocimiento? Historia & Terminología Referencias Ingeniería del Conocimiento (Artículo de José Tomás Palma Méndez) Knowledge Engineering: Principles and Methods (Artículo de Rudi Studer, Richard Benjamins, Dieter Fensel) Engineering and Managing knowledge: the CommonKADS Methodology (Schreiber et al., 1999) Complementaria: The Knowledge Level (Artículo de Allen Newell) Introducción

2 Inteligencia Artificial (IA)
La IA desarrolla programas que resuelven tareas complejas de forma inteligente. Limitaciones del significado de Inteligencia Imitación del comportamiento humano. Sin capacidades de aprendizaje, intuición, sentido común, ... Introducción

3 IA: historia Años 60: intento de resolver cualquier tarea mediante procedimientos genéricos Fracaso. Años 70: Se abandonan los métodos independientes del dominio y se concentran en aplicaciones específicas. Separación entre conocimiento, representación y razonamiento. Años 70..hoy: desarrollo de herramientas de IA. Lenguajes: LISP, PROLOG. Shells. Introducción

4 IA: investigación Introducción

5 IA: Tareas Introducción

6 Sistemas Expertos Programa que se comporta como lo haría un Experto Humano Resuelve problemas eficientemente en algún campo específico Aplica el conocimiento experto a problemas reales y difíciles Afronta problemas que requieren de especialistas humanos para su resolución Programa capaz de justificar su línea de razonamiento de forma directamente inteligible Introducción

7 Sistemas Expertos. Ejemplos-1
Planificación de Tripulaciones Aéreas. Utilizado por Quantas Airline Configura más de 200 tripulaciones Reduce el tiempo de trabajo de 2 días a 2 horas Introducción

8 Sistemas Expertos: Ejemplos-2
CADS.Sistema de ayuda al consumidor Detecta averías y propone soluciones Productos Whirlpool Utilizado por 150 agentes no especialistas que lo utilizan 4000 veces al mes Se estima un ahorro entre 4 y 6 millones de dólares anuales Introducción

9 Sistemas Expertos: Ejemplos-3
CA. Asistente de Créditos Revisa las peticiones de crédito en busca de posibles riesgos y situaciones fraudulentas. Utilizado por American Express. Ganancia de un 20% en productividad Ahorro de 1,4 millones de dólares anuales. Introducción

10 Sistemas Expertos: Ejemplos-4
PHAROS. Sistema auditor de empresas Analiza y recomienda acciones estratégicas y operativas a las empresas Desarrollado por Ernst & Young Ha supuesto un ahorro estimado de 70 millones de libras para el conjunto de empresas británicas que lo han utilizado. Introducción

11 Dato, Información y Conocimiento
Introduction Dato, Información y Conocimiento CommonKADS course Dato “señales puras” Información significado asignado al dato S O S Conocimiento Le atribuye un propósito y una competencia a la información Potencial para generar acciones alerta de emergencia ® comienzo de operación de rescate Introducción

12 Ingeniería del Conocimiento
Introduction Ingeniería del Conocimiento CommonKADS course Proceso de adquirir, estructurar, formalizar, operacionalizar información y conocimiento implicado en un problema intensivo en conocimiento sobre un dominio, con el propósito de construir un programa que puede realizar adecuadamente una tarea difícil Los SBC tratan con problemas poco estructurados en los que nos encontramos con requisitos subjetivos, entradas inconsistentes, incompletas o con incertidumbre y que no pueden ser resueltos aplicando los algoritmos clásicos o la investigación operativa. Introducción

13 Gestión del Conocimiento
Gestión del Conocimiento de la organización para crear valor comercial (de negocio) y generar ventaja competitiva Activos intangibles en las organizaciones Marca Visión de la industria Patentes Lealtad del cliente Logros pasados Innovación  GC es la Gestión de activos intangibles GC clave porque Los mercados actuales cambian rápidamente La GC facilita la anticipación a los gustos de los consumidores y a la competencia Flexibiliza los procesos productivos ¿Porqué GC? Evitar duplicar esfuerzos Se aprende pero no se comparte (egoísmo/acaparar de conocimiento) El valor de mercado se apoya principalmente en activos intangibles La tecnología sólo da una ventaja temporal... Introducción

14 Intangibles Introducción

15 IC // Gestión del conocimiento
Introduction IC // Gestión del conocimiento CommonKADS course La gestión del conocimiento comprende aquellas medidas empresariales que conduzcan ... Al reconocimiento empresarial de la organización A una mejor visión del negocio y su entorno Al registro de patentes y de productos innovadores A conseguir la lealtad del cliente A una política de negocio innovadora A sacar partido de logros pasados A la implantación de estrategias novedosas Gestión del Conocimiento & Ingeniería del Conocimiento La IC es una herramienta para facilitar la consecución de algunos de estos hitos Introducción

16 Problemas con la manipulación del Conocimiento
Introduction Problemas con la manipulación del Conocimiento CommonKADS course Es difícil observar la información y el conocimiento complejo Los expertos y otras fuentes discrepan Representaciones múltiples Libros de texto Representaciones gráficas Heurística Habilidades Manuales Introducción

17 Importancia de una adecuada ingeniería del conocimiento
Introduction Importancia de una adecuada ingeniería del conocimiento CommonKADS course El conocimiento es valioso y normalmente sobrevive a una implementación particular gestión del conocimiento Los errores en una base de conocimiento pueden producir problemas serios Suele imponer una demanda importante en la extensibilidad y mantenimiento del conocimiento evoluciona continuamente Introducción

18 Breve historia de los sistemas basados en el conocimiento
Introduction Breve historia de los sistemas basados en el conocimiento CommonKADS course Programas de resolución de problemas de propósito general Sistemas expertos de primera generación MYCIN, XCON Primeros métodos estructurados de IC Metodologías completas de IC: CommonKADS, PROTÉGÉ, MIKE,.. 1965 1975 1985 1995 Introducción

19 Primera generación de Sistemas Expertos
Introduction Primera generación de Sistemas Expertos CommonKADS course Bases de conocimiento ambiguas, superficiales Principio único de razonamiento Representación uniforme y poco estructurada Capacidades de justificación nulas o limitadas Método de desarrollo basado en codificación-reparación Alto índice de fracasos debido al elevado coste de desarrollo, a la dificultad del mantenimiento y por no cumplir con las expectativas previstas Introducción

20 Modelo de ciclo de vida de Buchanan
Identificar Conceptualizar Implementar Formalizar Validar Requerimientos Conceptos Estructura Reglas Refinamientos Rediseños Reformulaciones Visión de la IC como un proceso de transferencia del conocimiento Se considera al experto humano como única fuente de conocimiento El Ingeniero del Conocimiento es el responsable de ‘extraer’ y codificar dicho conocimiento Se identifica al proceso de adquisición del conocimiento como el principal cuello de botella en el proceso de desarrollo de SBC Introducción

21 Prototipado rápido Positivo Negativo
Introduction CommonKADS course Prototipado rápido Positivo se centra en la extracción y la interpretación motiva al experto convence a los directivos Negativo la arquitectura restringe el análisis al trabajar con un modelo distorsionado de la realidad difícil de mantener y gestionar difícil de ‘tirar a la papelera’ Introducción

22 Problemas con la visión de la transferencia del conocimiento
Introduction Problemas con la visión de la transferencia del conocimiento CommonKADS course Los proveedores del conocimiento, el ingeniero del conocimiento y el desarrollador del SBC deben compartir una visión común del proceso de resolución y un vocabulario común para poder hacer posible una IC mediante la transferencia del conocimiento Conocimiento Tácito Adecuación de la representación del conocimiento Introducción

23 El ‘Nivel de Conocimiento’ (Newell,1982)
Establece una diferenciación entre lo que entendemos por ‘conocimiento’ y su representación Propone un nuevo nivel sobre la jerarquía de niveles de un computador: el nivel conocimiento Cada nivel venía definido por un medio, componentes y por leyes de comportamiento (la figura muestra una versión renovada de la jerarquía de niveles) Nivel de conocimiento: Sistema: agente Componentes: objetivos, acciones y cuerpos Medio: conocimiento Ley de comportamiento: principio de racionalidad APLICACIONES SISTEMA OPERATIVO FIRMWARE COMPILADOR PROCESADOR REP. INST. SISTEMA E/S RUTA DE DATOS + CONTROL DISEÑO DIGITAL DISEÑO DE CIRCUITOS LAYOUT ARQUITECTURA DEL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES Nivel de conocimiento Introducción

24 KLIC (Guida y Tasso 1994) Es la primera propuesta ‘completa’ de metodología de desarrollo de SBC Combina los modelos secuenciales e iterativos Acerca la IS y la IC El modelo secuencial se compone de Análisis de posibilidades Análisis de viabilidad Construcción del Demostrador Desarrollo y evolución del prototipo (modelo iterativo) Implementación, instalación y entrega del producto Mantenimiento y extensión Introducción

25 Visión Global: IC basada en el modelado
Introduction CommonKADS course Visión Global: IC basada en el modelado Existen patrones de comportamiento recurrentes que posibilitan la reutilización de los esfuerzos de desarrollo de SBC. Esta reutilización de componentes se puede organizar entorno a: El mismo conocimiento del Dominio sobre distintas aplicaciones Tareas genéricas de resolución de problemas sobre dominios diferentes Se distinguen distintos tipos de conocimiento dependiendo de la función o papel que desempeñan en el proceso de resolución de problemas. Una tarea puede tener asociada distintos métodos de control de la misma. Estos métodos de control describen el proceso de resolución a nivel conocimiento. El espacio de elecciones y herramientas del Ingeniero del Conocimiento puede en cierta medida controlarse mediante la introducción de los modelos. Cada modelo enfatiza algún aspecto del sistema a construirse y lo abstrae de los otros. Los Modelos proporcionan una descomposición de las actividades de la ingeniería del conocimiento: mientras se construye un modelo, el IC puede ignorar temporalmente otros aspectos. Introducción

26 Ejemplos de estructura de tareas y de ‘roles’ de conocimiento
Estructura de tarea/método Roles Diseño Proponer, Criticar, Modificar Proponer Criticar Descomponer Basado En Casos Hipótesis Diferencial Restricción Introducción

27 Métodologías basadas en el Modelado
Las más conocidas CommonKADS MIKE PROTÉGÉ ¿? Otras aportaciones VITAL, KSM, DESIRE, ... Introducción

28 Principios de CommonKADS
La Ingeniería del Conocimiento no consiste en una ‘extracción de la cabeza del experto’, sino en la construcción de diferentes modelos del conocimiento humano Principio del nivel-conocimiento: en el modelado del conocimiento, primero hay que concentrarse en la estructura conceptual del conocimiento, y dejar los detalles de programación para después El conocimiento tiene una estructura interna estable que se puede analizar mediante la diferenciación de tipos y ‘papeles’ específicos de conocimiento Introducción

29 Introduction Teoría de CommonKADS CommonKADS course La construcción de un SBC implica la construcción de varios modelos que juntos constituyen parte del producto que genera el proyecto. Proporciona al desarrollador del SBC un conjunto de plantillas de modelos. Estas plantillas pueden configurarse, refinarse y completarse durante el trabajo del proyecto. El número y nivel de elaboración de los modelos depende del contexto específico del proyecto. Introducción

30 Conjunto de modelos de CommonKADS
Introduction CommonKADS course Conjunto de modelos de CommonKADS Introducción

31 Intro del conjunto de modelos
Introduction Intro del conjunto de modelos CommonKADS course Modelo de Organización ayuda al análisis de una organización Objetivo: descubrir problemas, oportunidades y posible impacto del desarrollo del SBC Modelo de Tareas describe las tareas que se llevan a cabo o que se realizarán en el entorno organizacional Modelo de Agentes describe las capacidades, normas, preferencias y autorizaciones de los agentes (agente = ejecutor de una tarea) Modelo de Conocimiento proporciona una descripción independiente de la implementación del conocimiento implicado en la resolución de una tarea Modelo de Comunicación modela las transacciones entre los agentes Modelo de diseño describe la estructura del sistema que se va a construir Introducción

32 Modelo de Conocimiento en CommonKADS
Introducción

33 Principios del conjunto de modelos
Introduction Principios del conjunto de modelos CommonKADS course Divide y vencerás Configurar un adecuado conjunto de modelos para cada aplicación Los modelos evolucionan a través de estados bien definidos El conjunto de modelos ayuda a la gestión del proyecto El desarrollo de los modelos está dirigido por los objetivos del proyecto y los riesgos Los modelos se pueden desarrollar en paralelo Introducción

34 Los modelos existen en varios formatos ...
Introduction Los modelos existen en varios formatos ... CommonKADS course Patrón de modelo (Model template) estructura fija, predefinida que puede configurarse Instancia de modelo objetos manipulados durante un proyecto Versiones de modelo Pueden existir varias versiones de una instancia de modelo Varias instancias de modelo pueden desarrollarse instancias por separado ejemplo: organización ‘actual’ y ‘futura’ Introducción

35 El Producto en CommonKADS
Introduction El Producto en CommonKADS CommonKADS course Modelos instanciados representan los aspectos importantes del entorno y del SBC generado Documentación adicional información no representada en los patrones de modelos completados (ej. Información de la gestión del proyecto) Software Introducción

36 MIKE Model-based and Incremental Knowledge Engineering
Cubre todas las actividades del proceso de desarrollo Fases Adquisición del conocimiento Diseño Implementación Evaluación En cada subfase de ‘la construcción del modelo’ se genera un documento utilizando lenguajes cada vez más precisos y restringidos Elicitación: lenguaje natural Interpretación: ‘modelo de estructura’ en lenguaje semi-formal El modelo de estructura recoge la siguiente información: actividades, su ordenación, conceptos, flujo de datos y requisitos no funcionales Formalización y Operacionalización: Detalla el modelo anterior eliminando imprecisiones y ambigüedades utilizando un lenguaje formal (KARL) Durante el diseño se utiliza el DesignKARL que extiende el KARL dotándolo de la capacidad de expresar algoritmos y estructuras de datos Introducción

37 MIKE: fases Introducción

38 MIKE: ciclo de vida Introducción

39 PROTÉGÉ-II Es una herramienta que facilita al usuario
Construir una ontología del dominio Adecuar los formularios de adquisición del conocimiento Adquirir/introducir conocimiento del dominio La herramienta facilita el desarrollo de KBS proporcionando un GUI fácil de utilizar y mediante la reutilización de ontologías y tareas. Se pueden especificar tareas y métodos de resolución de tareas de una librería de métodos reusables Identifica tres tipos de ontologías: Del dominio De los métodos De la aplicación Su punto débil es la falta de una clara definición del ciclo de vida La herramienta se puede obtener de Introducción

40 Terminología Aplicación Dominio de la aplicación
Introduction Terminología CommonKADS course Aplicación el contexto proporcionado por la combinación de una tarea y un dominio en el que agentes ejecutan dicha tarea Dominio de la aplicación Área de interés implicada en la aplicación Tarea de la aplicación Tarea de alto nivel que se necesita realizar en la aplicación Sistema basado en el conocimiento (SBC) Sistema que resuelve un problema real utilizando conocimiento acerca del dominio de la aplicación y de la tarea de la aplicación Sistema Experto SBC que resuelve un problema que requiere una cantidad considerable de conocimiento experto cuando la resuelven los humanos Introducción