Este documento presenta una introducción a las redes semánticas como formalismo para representar conocimiento. Explica conceptos como ontologías, categorías, objetos y propiedades. Además, introduce los contenidos que se verán en la unidad como redes semánticas, herencia y excepciones.

1. INTELIGENCIA ARTIFICIAL - ICIF0021
Unidad 4 - Representaci´n del Conocimiento
o
Docente: Milton A. Ram´ Klapp
ırez
miramire@gmail.com
Universidad San Sebasti´n
a
Facultad de Ingenier´ y Tecnolog´
ıa ıa
Primer Semestre 2011
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 1 / 93

2. Objetivos de la Unidad
Conocer t´cnicas de representaci´n de conocimiento mediante l´gica
e o o
de primer orden.
Resolver problemas que involucran el uso de una base de
conocimiento de tipo condici´n-acci´n.
o o
Identificar modelos basados en grafos ponderados para codificar
conocimiento a trav´s de redes sem´nticas.
e a
Construir redes sem´nticas a partir de enunciados escritos en lenguaje
a
natural.
Generar nuevo conocimiento a trav´s de mecanismos de herencia.
e
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 2 / 93

3. Contenidos
1 Ontolog´ de nivel superior.
ıas
2 Redes sem´nticas.
a
3 Objetos compuestos.
4 Medidas.
5 Sustancias.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 3 / 93

4. Introducci´n
o
Hasta el momento ha sido f´cil encontrar vocabularios consistentes
a
Para representar los problemas
Dominios complejos requieren representaci´n m´s general y flexible.
o a
Necesitamos representar conceptos que antes no ten´ cabida en el
ıan
paradigma de representaci´n de problemas basado en estados o en los
o
modelos de planificaci´n:
o
Objetos f´
ısicos
Tiempo
Creencias
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 4 / 93

5. Introducci´n
o
Representar todo en el mundo es una tarea de enormes proporciones.
Podemos hacer moldes donde se puede incorporar nuevo
conocimiento:
lo que se llama ontolog´ superior
ıa
Consideraci´n importante sobre L´gica de Primer Orden (LPO):
o o
ciertos aspectos del mundo son dif´
ıciles de capturar utilizando LPO
debido a que casi todas las generalizaciones tienen excepciones
debemos tener la habilidad de manejarlas
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 5 / 93

6. Ontolog´
ıas
La Ontolog´ es una rama de la Filosof´ que se preocupa acerca de los
ıa ıa
supuestos y organizaci´n de los elementos que conforman la realidad.
o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 6 / 93

7. Ontolog´
ıas
El prop´sito de la Ontolog´ en el campo de la IA es proveer un
o ıa
conjunto de supuestos sobre la realidad con el objetivo del
intercambio y uso de este conocimiento:
este conocimiento compartido permite hacer una organizaci´n del
o
mismo
se maneja una lista de conceptos b´sicos sobre la parte del mundo que
a
se quiere representar
los t´rminos que conforman la jerga particular de lo que se desea
e
modelar muestran una relaci´n jer´rquica o de pertenencia entre
o a
ellos.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 7 / 93

8. Ontolog´
ıas
Las redes sem´nticas ser´n el formalismo que usaremos para codificar los
a a
supuestos sobre la realidad que establece la ontolog´
ıa.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 8 / 93

9. Ontolog´
ıas
¿Qu´ se utiliza en una ontolog´ superior?
e ıa
Existen muchas ontolog´ espec´
ıas ıficas
Autom´viles
o
Naturaleza
Circuitos Electr´nicos
o
Medicina
Un gran etc´tera
e
¿En alg´n momento convergen?
u
Siglos de investigaci´n sugieren que “posiblemente”
o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 9 / 93

10. Un razonamiento ontol´gico
o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 10 / 93

11. Ontolog´
ıas
Ejemplo de ontolog´ para veh´
ıa ıculos
Vehículo
Terrestre Aéreo Marítimo
Bicicleta Automóvil Motocicleta Avión Helicóptero Lancha Bote
Mazda 323 Boeing 737
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 11 / 93

12. Ontolog´
ıas
Ejemplo de ontolog´ para veh´
ıa ıculos
Vehículo clase (concepto)
subclase de subclase de subclase de
Terrestre Aéreo Marítimo
es un es un tipo de es un
Bicicleta Automóvil Motocicleta Avión Helicóptero Lancha Bote
ejemplo de instancia de
Mazda 323 Boeing 737
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 12 / 93

13. Ontolog´
ıas
Veh´
ıculo pasa a ser el concepto general sobre el cual hacemos la
ontolog´
ıa:
el cual a su vez puede ser una subclase en otra ontolog´ que trate
ıa
sobre los medios de transporte
Terrestre, A´reo y Mar´
e ıtimo son las posibles descomposiciones que
se hicieron de la clase veh´ıculo:
en su lugar se podr´ haber creado otras como Motorizado o No
ıan
Motorizado que las reemplazaran.
Los elementos inscritos en rect´ngulos corresponden a instancias de
a
las subclases.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 13 / 93

14. Ontolog´
ıas
¿Es posible
deducir que
Mazda 323 es un
veh´
ıculo terrestre?
¿por qu´ no es
e
posible clasificar
el Boeing 737
dentro de la
categor´ıa
Mar´ıtimo?
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 14 / 93

15. Categor´ y Objetos
ıas
Organizar los objetos en categor´ es vital:
ıas
la mayor´ del razonamiento es en categor´
ıa ıas
Sirven para hacer predicciones de los objetos:
una vez que est´n clasificados
a
se puede inferir la clase de objeto seg´n atributos
u
y luego hacer predicciones seg´n la clase del objeto
u
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 15 / 93

16. Categor´ y Objetos
ıas
Dos opciones para representar categor´
ıas:
Predicados y Objetos
Predicado: bal´nDeBasketball(b)
o
Objeto: Miembro(b,BalonesDeBasketball)
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 16 / 93

17. Categor´ y Objetos
ıas
Las categor´ tambi´n son utiles para simplificar el conocimiento:
ıas e ´
en base a la herencia
los objetos individuales heredan propiedades de la categor´ a la que
ıa
pertenecen.
Si sub-clasificamos objetos, las relaciones producen taxonom´
ıas.
Por ejemplo, en Biolog´ se intenta proporcionar una taxonom´ para todas
ıa ıa
las especies vivas y extintas.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 17 / 93

18. Categor´ y Objetos
ıas
La LPO y la teor´ de conjuntos hacen simple el proceso de hacer
ıa
afirmaciones sobre categor´
ıas:
el concepto de transitividad es importante.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 18 / 93

19. Categor´ y Objetos
ıas
Un objeto es miembro de una categor´
ıa
BB9 ∈ BalonesDeBasketball
Una categor´ es subclase de otra categor´
ıa ıa
BalonesDeBasketball ⊆ Balones
Miembros de una categor´ tienen propiedades
ıa
(x ∈ BalonesDeBasketball) ⇒ redondo(x)
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 19 / 93

20. Categor´ y Objetos
ıas
¿Qu´ pasa con las sub-clasificaciones que aparentemente guardan relaci´n
e o
entre s´
ı?
Espa˜ol ⊆ Europeos y Alem´n ⊆ Europeos
n a
En ning´n momento se est´ afirmando que un objeto que pertenezca
u a
a Espa˜ol no pertenezca a Alem´n.
n a
Puede haber doble nacionalidad.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 20 / 93

21. Categor´ y Objetos
ıas
Dos categor´ son disjuntas si no tienen miembros en com´n.
ıas u
Si varias categor´ tienen elementos en com´n y la reuni´n de todas
ıas u o
ellas nos hace el conjunto completo, estamos hablando de una
descomposici´n exhaustiva.
o
Si adem´s es disjunta, tenemos una partici´n.
a o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 21 / 93

22. Categor´ y Objetos
ıas
Algunos ejemplos
Categor´ disjuntas
ıas
({Animales, Vegetales})
Descomposici´n exhaustiva
o
({Canadienses, Mexicanos, Estadounidenses}, Norteamericanos)
Partici´n
o
({Machos, Hembras}, Animales)
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 22 / 93

23. ¿Qu´ vimos la clase pasada?
e
Problematizaci´n asociada con los lenguajes de representaci´n de
o o
problemas vistos en las unidades 1, 2 y 3.
Supuestos ontol´gicos, epistemol´gicos y metodol´gicos sobre la
o o o
realidad y los elementos que la conforman y la modelan.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 23 / 93

24. Hoy veremos
Redes sem´nticas:
a
introducci´n
o
construcci´n
o
herencia y manejo de excepciones.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 24 / 93

25. Recordatorio de categor´ y objetos
ıas
Un objeto es miembro de una categor´
ıa
BB9 ∈ BalonesDeBasketball
Una categor´ es subclase de otra categor´
ıa ıa
BalonesDeBasketball ⊆ Balones
Miembros de una categor´ tienen propiedades
ıa
(x ∈ BalonesDeBasketball) ⇒ redondo(x)
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 25 / 93

26. Introducci´n
o
El significado de alg´n objeto se puede expresar o inferir a trav´s de
u e
una red de asociaciones con otros objetos.
De acuerdo a las teor´ asociativas de la Psicolog´ cuando un ser
ıas ıa,
humano percibe un objeto y razona acerca de ´l:
e
establece una correspondencia entre el objeto y un concepto
ese concepto puede estar internalizado dentro de nuestra propia base
de conocimiento y se puede conectar con el objeto percibido
las relaciones que se establecen ayudan a entender las propiedades y
comportamiento del objeto estudiado
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 26 / 93

27. Introducci´n
o
Ejemplos
Nieve: es fr´ de temperatura , es de color blanco, forma de hielo, a
ıa
partir de ella se puede construir un mu˜eco de nieve, etc.
n
Gato: es peludo, es un animal, es un tipo de mascota, tiene pulgas,
etc.
¿Alg´n otro concepto?
u
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 27 / 93

28. Introducci´n
o
Existen evidencias psicol´gicas que los seres humanos:
o
son capaces de establecer asociaciones entre objetos
tienden a organizar el conocimiento de manera jer´rquica
a
almacenan las propiedades en los niveles m´s abstractos y tienen que
a
ascender por la jerarqu´ de las estructuras de la memoria para
ıa
responder a ciertas preguntas.
Canario no est´ asociado directamente con la capacidad de volar, sino que
a
´sta forma parte de las propiedades de p´jaro, as´ como la capacidad
e a ı
motora depende de animal.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 28 / 93

29. Introducci´n
o
En cambio, las excepciones las almacenamos directamente en los
conceptos:
un avestruz, a pesar de ser un p´jaro, no puede volar
a
Cuando hay herencia:
la informaci´n se guarda en los niveles m´s altos de abstracci´n, lo que
o a o
sirve para ir ensamblando el nuevo conocimiento que se vaya generando
en las ontolog´ de nivel superior
ıas
los grafos se constituyen en la estructura algebraica ideal para
formalizar la teor´ asociativa del conocimiento.
ıa
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 29 / 93

30. Introducci´n
o
La Psicolog´ cuestiona que nuestra capacidad para entender el
ıa
lenguaje se pueda reducir a un conjunto de reglas b´sicas:
a
sugiere que la comprensi´n de los textos supone la creaci´n de alguna
o o
representaci´n simb´lica
o o
esta representaci´n simb´lica que se puede hacer con un grafo es lo
o o
que se puede transportar a una m´quina para poder hacer inferencias
a
tal como lo hacemos los seres humanos.
La memoria humana puede modelarse a trav´s de una red.
e
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 30 / 93

31. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
Como ya se coment´, una red sem´ntica se puede modelar a trav´s de
o a e
un grafo, donde:
los nodos representan conceptos, atributos, entidades
los arcos etiquetados indican relaciones entre esos conceptos como por
ejemplo espacial, temporal, causal, de rol desempe˜ado, etc.
n
Estudiaremos la t´cnica declarativa empleando grafos dirigidos
e
etiquetados:
la idea principal es que un concepto se especifica con las relaciones o
conexiones con otros objetos.
Ejemplo: Juan es Inform´tico de profesi´n
a o
profesión
JUAN Informático
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 31 / 93

32. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
La extracci´n de alguna conclusi´n a partir de un concepto se puede
o o
hacer mediante herencia.
Un concepto est´ asociado con otros conceptos a trav´s de los arcos
a e
salientes del nodo que lo representa.
Ejemplo: Un velero es un buque con velas
esUn tieneParte
buque Velero vela
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 32 / 93

33. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
Tipos de arcos
Arcos estructurales Ejemplo
instancia o ejemplar:
une un objeto con su
tipo (clase). Vertebrado Diente
subClase: une una
clase con otra m´s
a subclase subclase
general. Persona
tieneParte
Boca
tieneParte
incisivo
tieneParte: une un
objeto con sus ejemplar
componentes.
JUAN
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 33 / 93

34. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
Tipos de arcos
Arcos descriptivos
Propiedades: profesi´n, colorPelo, etc.
o
Relaciones no estructurales: amigoDe, padreDe, etc.
color
Delfín gris
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 34 / 93

35. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
Herencia
Como se ha comentado, el uso de herencia facilita la extracci´n de
o
razonamiento a partir de lo escrito en una red sem´ntica.
a
Se pueden generar algoritmos simples que soportan el manejo de
excepciones:
los nodos acceden a las propiedades de otros nodos siguiendo los arcos
instancia (o ejemplar) y subClase.
Ventajas:
evita la repetici´n de propiedades
o
el conocimiento se comparte con los otros conceptos definidos en la red
sem´ntica.
a
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 35 / 93

36. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
Herencia
color
Delfín gris
ejemplar
color
CLIPPER azul
Observaciones
Los delfines son de color gris.
Clipper es un ejemplar de delf´ que sin embargo no es gris sino azul.
ın,
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 36 / 93

37. Herencia
Otro ejemplo
color color ¿Qu´ se puede decir de
e
B allena gris Tiburón
Dumbo?
subClase color subClase
instancia instancia Es un elefante de
DUMBO Elefante MAEL
color gris.
subClase
instancia instancia
Es un macho,
mam´ıfero, un animal.
Macho Mamífero Hembra
subClase
Requiere ox´
ıgeno.
subClase subClase
Es un ser vivo pero no
Animal
una planta.
necesita subClase
oxígeno SerVivo
necesita subClase
Planta
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 37 / 93

38. Herencia
Manejo de excepciones
instancia instancia DONKEY
BRUTUS Gorila
KONG
color color
negro café
Se hereda el valor de la propiedad del nodo m´s cercano al nodo que
a
sirvi´ como punto de partida en la inferencia:
o
Brutus es de color negro
Donkey Kong es de color caf´
e
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 38 / 93

39. Construcci´n de Redes Sem´nticas
o a
Relaci´n entre dos conceptos
o
Problema: dados dos conceptos C1 y C2 , queremos saber c´mo est´n
o a
relacionados:
el mecanismo a estudiar se llama propagaci´n de la activaci´n.
o o
Inicialmente se activan ambos conceptos.
La activaci´n se propaga a los nodos que est´n a un arco de distancia
o a
de los nodos iniciales, despu´s a los nodos que est´n a distancia 2, 3 y
e a
as´ sucesivamente, formando ondas conc´ntricas.
ı e
Cuando las ondas procedentes de C1 intersectan a las procedentes de
C2 (o a alg´n nodo del interior), hemos encontrado la intersecci´n.
u o
La relaci´n entre C1 y C2 viene dada por las etiquetas de las aristas
o
existentes de C1 al punto de intersecci´n y de C2 al punto de
o
intersecci´n.
o
La cantidad de relaciones existentes entre C1 y C2 est´ dada por el
a
n´mero de intersecciones que se generan con respecto a las ondas
u
conc´ntricas propagadas por ambos conceptos.
e
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 39 / 93

40. Construcci´n de Redes Sem´nticas
o a
Relaci´n entre dos conceptos
o
La b´squeda de intersecciones a menudo requiere generar la inversa de
u
una relaci´n, que por lo general se hace con los arcos estructurales.
o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 40 / 93

41. Relaci´n entre dos conceptos
o
Ejemplo
Algunas observaciones
Persona
subClase subClase Tanto Luis como
Pedro son hombres.
Mujer Hombre Como son hombres,
tambi´n son personas.
e
instancia instancia
Ninguno de ellos es
mujer.
PEDRO LUIS
Luis es mayor que
edad edad
Pedro.
mayorQue
EDAD2 EDAD1
valor
28
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 41 / 93

42. Representaci´n de relaciones n−arias
o
Sabemos que los enlaces representan relaciones binarias.
Para representar relaciones n−arias en una red sem´ntica, es
a
necesario convertirlas a formato binario.
Se introducen predicados binarios para describir la relaci´n de ese
o
nuevo objeto con sus argumentos originales.
Es una t´cnica util para describir eventos o sucesos.
e ´
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 42 / 93

43. Representaci´n de relaciones n−arias
o
Ejemplo
COLO-COLO gan´ la Copa Libertadores de Am´rica el 5 de Junio de 1991
o e
derrotando 3-0 a Olimpia en el partido final.
Partidos de Copa
Libertadores de
América
instancia
equipoVisita resultadoFinal
PARTIDO
OLIMPIA 3-0
FINAL
fecha equipoLocal
5/
Junio/1991 COLO-COLO
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 43 / 93

44. Representaci´n de relaciones n−arias
o
Ejemplo: Juan le vende a Pedro un reloj en 15.000$
EventoComprar
instancia
comprador valor moneda
PESO
PEDRO COMPRA1 15.000
CHILENO
objeto vendedor
RELOJ JUAN
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 44 / 93

45. ¿Qu´ vimos la clase pasada?
e
Problematizaci´n asociada con los lenguajes de representaci´n de
o o
problemas vistos en las unidades 1, 2 y 3.
Supuestos ontol´gicos, epistemol´gicos y metodol´gicos sobre la
o o o
realidad y los elementos que la conforman y la modelan.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 45 / 93

46. Hoy veremos
Redes sem´nticas:
a
introducci´n
o
construcci´n
o
herencia y manejo de excepciones.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 46 / 93

47. Recordatorio de categor´ y objetos
ıas
Un objeto es miembro de una categor´
ıa
BB9 ∈ BalonesDeBasketball
Una categor´ es subclase de otra categor´
ıa ıa
BalonesDeBasketball ⊆ Balones
Miembros de una categor´ tienen propiedades
ıa
(x ∈ BalonesDeBasketball) ⇒ redondo(x)
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 47 / 93

48. Introducci´n
o
El significado de alg´n objeto se puede expresar o inferir a trav´s de
u e
una red de asociaciones con otros objetos.
De acuerdo a las teor´ asociativas de la Psicolog´ cuando un ser
ıas ıa,
humano percibe un objeto y razona acerca de ´l:
e
establece una correspondencia entre el objeto y un concepto
ese concepto puede estar internalizado dentro de nuestra propia base
de conocimiento y se puede conectar con el objeto percibido
las relaciones que se establecen ayudan a entender las propiedades y
comportamiento del objeto estudiado
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 48 / 93

49. Introducci´n
o
Ejemplos
Nieve: es fr´ de temperatura , es de color blanco, forma de hielo, a
ıa
partir de ella se puede construir un mu˜eco de nieve, etc.
n
Gato: es peludo, es un animal, es un tipo de mascota, tiene pulgas,
etc.
¿Alg´n otro concepto?
u
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 49 / 93

50. Introducci´n
o
Existen evidencias psicol´gicas que los seres humanos:
o
son capaces de establecer asociaciones entre objetos
tienden a organizar el conocimiento de manera jer´rquica
a
almacenan las propiedades en los niveles m´s abstractos y tienen que
a
ascender por la jerarqu´ de las estructuras de la memoria para
ıa
responder a ciertas preguntas.
Canario no est´ asociado directamente con la capacidad de volar, sino que
a
´sta forma parte de las propiedades de p´jaro, as´ como la capacidad
e a ı
motora depende de animal.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 50 / 93

51. Introducci´n
o
En cambio, las excepciones las almacenamos directamente en los
conceptos:
Snarf, a pesar de ser un gato, es de color naranjo con rojo en lugar de
blanco y negro como la mayor´ de los gatos
ıa
Cuando hay herencia:
la informaci´n se guarda en los niveles m´s altos de abstracci´n, lo que
o a o
sirve para ir ensamblando el nuevo conocimiento que se vaya generando
en las ontolog´ de nivel superior
ıas
los grafos se constituyen en la estructura algebraica ideal para
formalizar la teor´ asociativa del conocimiento.
ıa
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 51 / 93

52. Introducci´n
o
La Psicolog´ cuestiona que nuestra capacidad para entender el
ıa
lenguaje se pueda reducir a un conjunto de reglas b´sicas:
a
sugiere que la comprensi´n de los textos supone la creaci´n de alguna
o o
representaci´n simb´lica
o o
esta representaci´n simb´lica que se puede hacer con un grafo es lo
o o
que se puede transportar a una m´quina para poder hacer inferencias
a
tal como lo hacemos los seres humanos.
La memoria humana puede modelarse a trav´s de una red.
e
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 52 / 93

53. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
Como ya se coment´, una red sem´ntica se puede modelar a trav´s de
o a e
un grafo, donde:
los nodos representan conceptos, atributos, entidades
los arcos etiquetados indican relaciones entre esos conceptos como por
ejemplo espacial, temporal, causal, de rol desempe˜ado, etc.
n
Estudiaremos la t´cnica declarativa empleando grafos dirigidos
e
etiquetados:
la idea principal es que un concepto se especifica con las relaciones o
conexiones con otros objetos.
Ejemplo: Juan es Inform´tico de profesi´n
a o
profesión
JUAN Informático
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 53 / 93

54. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
La extracci´n de alguna conclusi´n a partir de un concepto se puede
o o
hacer mediante herencia.
Un concepto est´ asociado con otros conceptos a trav´s de los arcos
a e
salientes del nodo que lo representa.
Ejemplo: Un velero es un buque con velas
esUn tieneParte
buque Velero vela
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 54 / 93

55. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
Tipos de arcos
Arcos estructurales Ejemplo
instancia o ejemplar:
une un objeto con su
tipo (clase). Vertebrado Diente
subClase: une una
clase con otra m´s
a subclase subclase
general. Persona
tieneParte
Boca
tieneParte
incisivo
tieneParte: une un
objeto con sus ejemplar
componentes.
JUAN
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 55 / 93

56. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
Tipos de arcos
Arcos descriptivos
Propiedades: profesi´n, colorPelo, etc.
o
Relaciones no estructurales: amigoDe, padreDe, etc.
color
Delfín gris
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 56 / 93

57. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
Herencia
Como se ha comentado, el uso de herencia facilita la extracci´n de
o
razonamiento a partir de lo escrito en una red sem´ntica.
a
Se pueden generar algoritmos simples que soportan el manejo de
excepciones:
los nodos acceden a las propiedades de otros nodos siguiendo los arcos
instancia (o ejemplar) y subClase.
Ventajas:
evita la repetici´n de propiedades
o
el conocimiento se comparte con los otros conceptos definidos en la red
sem´ntica.
a
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 57 / 93

58. Construcci´n de una Red Sem´ntica
o a
Herencia
color
Delfín gris
ejemplar
color
CLIPPER azul
Observaciones
Los delfines son de color gris.
Clipper es un ejemplar de delf´ que sin embargo no es gris sino azul.
ın,
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 58 / 93

59. Herencia
Otro ejemplo
color color ¿Qu´ se puede decir de
e
B allena gris Tiburón
Dumbo?
subClase color subClase
instancia instancia Es un elefante de
DUMBO Elefante MAEL
color gris.
subClase
instancia instancia
Es un macho,
mam´ıfero, un animal.
Macho Mamífero Hembra
subClase
Requiere ox´
ıgeno.
subClase subClase
Es un ser vivo pero no
Animal
una planta.
necesita subClase
oxígeno SerVivo
necesita subClase
Planta
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 59 / 93

60. Herencia
Manejo de excepciones
instancia instancia DONKEY
BRUTUS Gorila
KONG
color color
negro café
Se hereda el valor de la propiedad del nodo m´s cercano al nodo que
a
sirvi´ como punto de partida en la inferencia:
o
Brutus es de color negro
Donkey Kong es de color caf´
e
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61. Construcci´n de Redes Sem´nticas
o a
Relaci´n entre dos conceptos
o
Problema: dados dos conceptos C1 y C2 , queremos saber c´mo est´n
o a
relacionados:
el mecanismo a estudiar se llama propagaci´n de la activaci´n.
o o
Inicialmente se activan ambos conceptos.
La activaci´n se propaga a los nodos que est´n a un arco de distancia
o a
de los nodos iniciales, despu´s a los nodos que est´n a distancia 2, 3 y
e a
as´ sucesivamente, formando ondas conc´ntricas.
ı e
Cuando las ondas procedentes de C1 intersectan a las procedentes de
C2 (o a alg´n nodo del interior), hemos encontrado la intersecci´n.
u o
La relaci´n entre C1 y C2 viene dada por las etiquetas de las aristas
o
existentes de C1 al punto de intersecci´n y de C2 al punto de
o
intersecci´n.
o
La cantidad de relaciones existentes entre C1 y C2 est´ dada por el
a
n´mero de intersecciones que se generan con respecto a las ondas
u
conc´ntricas propagadas por ambos conceptos.
e
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 61 / 93

62. Construcci´n de Redes Sem´nticas
o a
Relaci´n entre dos conceptos
o
La b´squeda de intersecciones a menudo requiere generar la inversa de
u
una relaci´n, que por lo general se hace con los arcos estructurales.
o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 62 / 93

63. Relaci´n entre dos conceptos
o
Ejemplo
Algunas observaciones
Persona
subClase subClase Tanto Luis como
Pedro son hombres.
Mujer Hombre Como son hombres,
tambi´n son personas.
e
instancia instancia
Ninguno de ellos es
mujer.
PEDRO LUIS
Luis es mayor que
edad edad
Pedro.
mayorQue
EDAD2 EDAD1
valor
28
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ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 63 / 93

64. Relaci´n entre dos conceptos
o
Ejemplo
Predicados instanciados presentes
Persona
subClase(Mujer,Persona),
subClase subClase subClase(Hombre,Persona)
instancia(PEDRO,Hombre),
Mujer Hombre instancia(LUIS,Hombre)
edad(PEDRO,EDAD2),
instancia instancia edad(LUIS,EDAD1)
mayorQue(EDAD1,EDAD2),
PEDRO LUIS valor(EDAD1,28)
edad edad
mayorQue
EDAD2 EDAD1
valor
28
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 64 / 93

65. Representaci´n de relaciones n−arias
o
Sabemos que los enlaces representan relaciones binarias.
Para representar relaciones n−arias en una red sem´ntica, es
a
necesario convertirlas a formato binario.
Se introducen predicados binarios para describir la relaci´n de ese
o
nuevo objeto con sus argumentos originales.
Es una t´cnica util para describir eventos o sucesos.
e ´
M. Ram´
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66. Representaci´n de relaciones n−arias
o
Ejemplo
COLO-COLO gan´ la Copa Libertadores de Am´rica el 5 de Junio de 1991
o e
derrotando 3-0 a Olimpia en el partido final.
Partidos de Copa
Libertadores de
América
instancia
equipoVisita resultadoFinal
PARTIDO
OLIMPIA 3-0
FINAL
fecha equipoLocal
5/
Junio/1991 COLO-COLO
M. Ram´
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67. Representaci´n de relaciones n−arias
o
Ejemplo: Juan le vende a Pedro un reloj en 15.000$
EventoComprar
instancia
comprador valor moneda
PESO
PEDRO COMPRA1 15.000
CHILENO
objeto vendedor
RELOJ JUAN
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 67 / 93

68. Bonustrack
Para cada uno de los siguientes problemas, encuentre su
representaci´n STRIPS:
o
constantes
predicados
estado inicial
acciones, indicando Precondicion , Borrado , Efectos
´
estado final.
El n´mero de ejercicio es el que le corresponde a su n´mero de grupo.
u u
Piensen c´mo resolver estos problemas:
o
¿ser´ STRIPS la mejor opci´n para modelarlos?
a o
¿alguna otra opci´n?
o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 68 / 93

69. Bonustrack
1. Misioneros y Can´
ıbales
Tenemos tres misioneros y tres can´
ıbales en la orilla de un r´
ıo.
Deben cruzar a la otra orilla utilizando un bote que s´lo puede llevar
o
a dos personas.
En ning´n momento el n´mero de misioneros en una orilla puede ser
u u
menor al n´mero de can´
u ıbales, ya que pueden ser devorados por estos
ultimos.
´
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 69 / 93

70. Bonustrack
2. Barquero
Un pastor tiene que pasar un lobo, una cabra y un repollo a la otra
orilla de un r´
ıo.
Dispone de una barca en la que solo caben ´l y una de los otros tres
e
elementos.
S´lo el pastor sabe remar en la barcaza.
o
Si el lobo se queda solo con la cabra se la come y si la cabra se queda
sola con la lechuga tambi´n la come.
e
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 70 / 93

71. Bonustrack
3. Puzzle 4
Variante del puzzle 8, salvo que el tablero tiene 4 casillas.
Los estados inicial y final son, respectivamente:
1 2 3 1
3 2
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 71 / 93

72. Bonustrack
Modele este conocimiento de oficina como una red sem´ntica
a
Las m´quinas de oficina obtienen su fuente de alimentaci´n el´ctrica
a o e
por medio de una toma de corriente adosada a la pared.
Cualquiera de estas m´quinas puede ser ya sea una impresora o un
a
robot.
Las impresoras pueden ser l´ser o de inyecci´n de tinta.
a o
Un robot puede ser ya sea un repartidor, como el caso de C3PO o un
limpiador como R2D2.
R2D2 es el unico tipo de robot que se alimenta con bater´ alcalinas
´ ıas
recargables.
La HP DESKJET F2280 es un tipo de impresora de tinta.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 72 / 93

73. Bonustrack
Con respecto al problemas de los insumos de oficina
Indique todos los predicados que utiliz´ para construir la red
o
sem´ntica.
a
Deje expl´
ıcitas todas las instanciaciones que hizo de los predicados
antes mencionados.
¿Cu´l es la fuente de alimentaci´n de la HP DESKJET F2280?
a o
Agregue m´s conocimiento para ampliar la sem´ntica de la red que
a a
construy´.
o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 73 / 93

74. ¿Qu´ vimos la clase pasada?
e
Redes sem´nticas:
a
inspiraci´n psicol´gica
o o
caracterizaci´n mediante grafos, donde los nodos representan
o
conceptos, ideas o entidades y los arcos describen relaciones tanto
estructurales como no estructurales entre los nodos
herencia
manejo de excepciones
representaci´n de relaciones n−arias
o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 74 / 93

75. Hoy veremos
Objetos compuestos.
Medidas.
Sustancias.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 75 / 93

76. Objetos Compuestos
La idea de objeto compuesto puede resultarnos familiar:
Boca es parte de Cara
Chile es parte de Am´rica del Sur
e
Cap´ıtulo es parte de Libro.
En general, se ocupa ParteDe.
Los objetos se pueden agrupar en jerarqu´
ıas:
ParteDe(Concepci´n,Chile)
o
ParteDe(Chile, Am´rica del Sur)
e
ParteDe(Am´rica del Sur, Am´rica)
e e
ParteDe(Am´rica, Planeta Tierra).
e
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 76 / 93

77. Objetos Compuestos
La relaci´n ParteDe es refleja y transitiva:
o
∀x : ParteDe(x, x)
∀x, y, z : ParteDe(x, y) ∧ ParteDe(y, z) ⇒ ParteDe(x, z)
Con lo anterior se puede concluir que ParteDe(Chile, Planeta Tierra)
Tambi´n podemos tener categor´ de objetos compuestos
e ıas
que mantienen relaciones estructurales.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 77 / 93

78. Objetos Compuestos
Un b´
ıpedo tiene dos piernas unidas a su cuerpo
ıpedo(a) ⇒ ∃l1 , l2 , b : pierna(l1 ) ∧ pierna(l2 )
B´
∧ cuerpo(b) ∧ ParteDe(l1 , a) ∧ ParteDe(l2 , a)
∧ ParteDe(b, a) ∧ unidaA(l1 , b) ∧ unidaA(l2 , b)
∧ l1 = l2
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 78 / 93

79. Objetos Compuestos
La idea de partici´n de partes es an´loga a la definici´n de partici´n
o a o o
La masa de un objeto compuesto es la suma de la masa de cada una de
sus partes.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 79 / 93

80. Medidas
En casi cualquier contexto los objetos poseen peso, masa, costo, etc.:
estos valores se conocen como medidas
Es f´cil representar las medidas mediante objetos abstractos de
a
medida:
la longitud de esta l´
ınea:
la longitud anterior puede llamarse 1,5 pulgadas o 3,81 cent´
ımetros
la misma longitud puede tener diferentes denominaciones o escalas,
que pueden variar de acuerdo al sistema m´trico empleado.
e
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 80 / 93

81. Medidas
L´gicamente, podemos combinar una funci´n de unidades con un
o o
n´mero:
u
si la l´
ınea del ejemplo anterior se llama l1 , entonces
longitud(l1 ) =pulgadas(1,5)=cent´
ımetros(3,81)
Para convertir, igualamos los m´ltiplos de una unidad respecto a
u
otra:
ımetros(2, 54 × d) =pulgadas(d)
cent´
Podemos describir objetos con sus medidas:
di´metro(Bal´nDeBasquetball)=pulgadas(9,5)
a o
precio(Bal´nDeBasquetball)=pesos(5500)
o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 81 / 93

82. Medidas
Cuando las medidas son cuantitativas, es f´cil representarlas.
a
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 82 / 93

83. Medidas
Pero ahora, ¿qu´ pasa con medidas cualitativas como
e
belleza
dificultad
sabor ?
Las medidas cualitativas son dif´
ıciles porque no tienen una escala de
valores:
por lo tanto, no es posible atribuirles un significado num´rico
e
Lo bueno es que no es necesario hacer eso, ya que las vamos a
emplear para ordenar.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 83 / 93

84. Medidas
Cosas que NO hay que hacer
Descartar las medidas no cuantificables.
Cuantificar medidas cualitativas.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 84 / 93

85. Medidas
No es necesario dar valores para ordenar
se pueden emplear signos de ordenaci´n habituales como
o
<
>
=
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 85 / 93

86. Medidas
Ejemplo
Sea cual sea el certamen de IA que se considere, siempre ser´ m´s
a a
complicado que uno de C´lculo. En general, si un certamen es m´s dif´
a a ıcil
que otro, la nota esperada que se obtenga ser´ menor.
a
Cualquier certamen de IA es m´s complicado que uno de C´lculo:
a a
∀c1 , c2 : c1 ∈ Cert´menes ∧ c2 ∈ Cert´menes ∧ De(c1 , IA) ∧ De(c2 , C´lculo)
a a a
⇒ dif´
ıcil(c1 ) > dif´
ıcil(c2 )
Si un certamen de m´s complicado que otro, evidentemente su nota esperada ser´
a a
menor:
∀c1 , c2 : c1 ∈ Cert´menes ∧ c2 ∈ Cert´menes ∧ dif´
a a ıcil(c1 ) > dif´
ıcil(c2 )
⇒ notaEsperada(c1 ) < notaEsperada(c2 )
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 86 / 93

87. Medidas
Lo anterior basta para decidir para qu´ cert´menes estudiar m´s:
e a a
aunque no existan valores num´ricos de dificultad
e
es necesario saber a qu´ asignatura corresponden los cert´menes
e a
Esto es parte de la f´
ısica cualitativa:
subcampo de la IA que se preocupa de los razonamientos sin que
intervengan ecuaciones minuciosas o simulaciones num´ricas.
e
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 87 / 93

88. Sustancias y Objetos
¿Qu´ pasa si consideramos el mundo real como part´
e ıculas y objetos
compuestos por ellas?
acarrea una tremenda complejidad
que se elimina al trabajar con objetos menos primitivos, como
manzanas, casas, autos, etc.
Sin embargo, existe un conjunto de la realidad que no puede ser
individualizada:
que se conoce como materia o sustancia.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 88 / 93

89. Sustancias y Objetos
Si tenemos un oso y la mantequilla
Evidentemente
que no, ya que el
oso es contable.
Por lo tanto, es un
objeto.
La mantequilla es
una sustancia.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 89 / 93

90. Sustancias y Objetos
Algunos lenguajes permiten hacer distinci´n entre las sustancias y los
o
objetos:
un oso, un gato, dos botes, . . .
sustantivos contables.
la mantequilla, la luz, el shampoo, . . .
sustantivos no contables.
Entonces, la gran pregunta:
¿c´mo podemos representar sustancias?
o
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 90 / 93

91. Sustancias y Objetos
Recordemos el caso de la mantequilla
Pensemos por un momento que la mantequilla pudiera ser
considerada como un objeto:
podemos dejarla sobre la mesa
se puede tomar, pesar, vender, etc.
estos son atributos que verifican los objetos de la vida real.
Es posible definir una categor´ llamada Mantequilla (con
ıa
may´scula):
u
a la cual pertenecen todos los objetos los cuales podemos afirmar que
son Mantequilla:
que sean amarillos, con un determinado punto de fusi´n, con grasas,
o
que sirva para acompa˜ar al pan, ideal para hacer masas dulces, etc.
n
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 91 / 93

92. Sustancias y Objetos
Tambi´n podemos crear una categor´ llamada KiloDeMantequilla:
e ıa
a la cual pertenezcan todos los objetos tipo Mantequilla que pesen 1
Kg
¡con eso obtenemos un objeto!
Si partimos un 1 Kg de Mantequilla por la mitad, no tendremos 2
Mantequillas de 1 Kg cada una . . .
eso nos da una idea que existen propiedades intr´ ınsecas y extr´
ınsecas
las intr´
ınsecas son aquellas propiedades que se preservan incluso al
dividir un objeto, como la densidad, sabor, aroma, color, etc.
las extr´ınsecas son aquellas propiedades que no se conservan al dividir
objetos como por ejemplo peso, longitud, forma.
Una sustancia es aquel elemento que s´lo posee propiedades intr´
o ınsecas.
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 92 / 93

93. Fin de la Unidad 4
M. Ram´
ırez K. (USS) Apunte curso IA Primer Semestre 2011 93 / 93