1
Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos

• Tesista Grettel Barceló Alonso
• Director de tesis Dr. José Oscar Olmedo Aguirre
• Co Director Dr. Argelio Víctor de la Cruz
  Rivera

28 de Octubre del 2004
2
Contenido

• Introducción
• Antecedentes y motivación
• Lenguaje de representación del conocimiento
  HAries
• Planteamiento del problema
• Objetivos
• Metodología
• Cronograma de actividades
• Trabajos relacionados
• Resultados esperados
• Referencias

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
3
Sistemas Basados en Conocimientos (SBC)

• Son programas de computadora que contienen la
  experiencia, conocimiento y habilidad propios de
  una persona o grupo de personas especialistas en
  un área particular del conocimiento humano.
• Permiten resolver problemas específicos de dicha
  área de manera inteligente y satisfactoria, en
  forma de diagnósticos, instrucciones,
  predicciones o consejos ante las situaciones
  reales que se planteen.
• Tienen la capacidad de justificar su propia línea
  de razonamiento. El estilo adoptado para alcanzar
  estas características es la programación basada
  en reglas, que es una de las particularidades
  fundamentales de este tipo de sistemas.

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
4
Estructura de los SBC

• En un sistema basado en conocimientos se deben
  incluir dos tipos de conocimiento
• "conocimiento acerca del problema particular" y
• "conocimiento acerca de cómo obtener más
  conocimiento
• a partir del que ya se tiene".
• Los componentes principales de un SBC son
• Base de Conocimientos (BC) y
• Programa de Inferencia

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
5
Formas de Representación del Conocimiento

• El punto de partida de los sistemas basados en el
  conocimiento, es la búsqueda de estructuras,
  procedimientos, métodos, etc.
• Las Formas de Representación del Conocimiento
  (FRC) son estructuras con características
  especiales, que permiten expresar situaciones del
  mundo real y su almacenamiento en las
  computadoras.
• Permiten formalizar el conocimiento de un dominio.

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
6
Contenido

• Introducción
• Antecedentes y motivación
• Lenguaje de representación del conocimiento
  HAries
• Planteamiento del problema
• Objetivos
• Metodología
• Cronograma de actividades
• Trabajos relacionados
• Resultados esperados
• Referencias

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
7
Antecedentes y motivación

• La construcción de SBC complejos requiere modelar
  y representar grandes cantidades de conocimiento,
  por lo que se pueden introducir errores
  potenciales inadvertidamente. Por lo cual
  últimamente se ha prestado mucha atención en la
  verificación de los mismos.
• Cuando los SBC están siendo verificados, deben
  considerarse sus principales componentes, es
  decir, su Máquina de Inferencia y su Base de
  Conocimientos (BC)
• A pesar de que las definiciones de verificación
  de SBC varían en la literatura, es común a todas
  que la verificación de la base de conocimientos
  incluye el chequeo del conocimiento para detectar
  anomalías lógicas, semánticas y estructurales.
• El tipo de situaciones conflictivas que pueden
  aparecer cuando una BC es inconsistente depende
  de las características del lenguaje de
  representación del conocimiento que se esté
  utilizando.

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
8
Contenido

• Introducción
• Antecedentes y motivación
• Lenguaje de representación del conocimiento
  HAries
• Planteamiento del problema
• Objetivos
• Metodología
• Cronograma de actividades
• Trabajos relacionados
• Resultados esperados
• Referencias

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
9
HAries

• HAries es un lenguaje de representación del
  conocimiento, que posibilita el desarrollo de
  sistemas inteligentes en diversos dominios del
  conocimiento. Consta de varias herramientas en
  aspectos tales como la Representación de
  Conocimientos (RC), las Estrategias de Control,
  el Razonamiento con Incertidumbre, el Aprendizaje
  Automático y otras.
• Atendiendo a su concepción general, los
  principales componentes de HAries son
• Sistema de Control General (HAries).
• Sistema de Adquisición y Manipulación de
  Conocimientos (HAriesA).
• Sistema Consultante para el Desarrollador
  (HAriesC).
• Sistema Consultante para Explotación de
  Aplicaciones (HAriesCI).
• Utilitarios.

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
10
HAries
Estructuras de Representación de Conocimientos en
HAries
Conceptos
Relaciones
Reglas de Producción Generalizadas
Relaciones Contextuales
Relaciones de Eval. Alternativa
Reglas de Conclusión y Apoyo
Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
11
Proposiciones

• Es un planteamiento o aseveración que expresa
  nuestro criterio, opinión, juicio o descripción
  sobre el objeto de estudio que puede, en un
  momento determinado, resultar verdadero o falso.
• Una proposición se caracteriza por
• Representar un concepto de la realidad.
• Tener asociado un valor de certidumbre, que
  exprese el grado de veracidad con que se cumple
  la situación planteada.
• Estructura de la proposición

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
12
Variables

• La diferencia entre las proposiciones y las
  variables radica en que las primeras indican el
  grado de certeza que se tiene sobre un
  conocimiento, mientras que las variables
  representan el valor en sí, que toma dicho
  conocimiento.
• De acuerdo a la naturaleza del valor que se le
  vaya a asignar a la variable, se clasifican en

Tj - Textos Prj - Proposiciones asociadas Vrj -
Valores Cj - Certidumbre asociada ACj - Acciones
asociadas Fj - Fórmula Oj - Opciones Drj -
Definición de la relación Erj - Error
permitido GPrj - Grupos de proposiciones Ij -
Lista de imágenes Zj - Zonas sensibles
Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
13
Base de Control

• Es una estructura a nivel jerárquico superior que
  puede ser considerada como meta-conocimiento,
  puesto que se utiliza para indicarle al sistema
  como utilizar su conocimiento. Permite dividir un
  problema en partes, posibilita cambiar el flujo
  de ejecución del sistema y controla el proceso de
  elaboración de las conclusiones.
• Se denomina Base de Control al par lt Rg , E gt
  donde
• Rg representa un conjunto de Reglas Asociadas y
• E un conjunto de t estructuras (ei)

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
14
Reglas de Producción Generalizadas
Constituyen un modelo natural de la manera en que
los humanos representan los problemas, en
términos de la notación SI...ENTONCES Se llama
Regla de Producción Generalizada (RPG) a toda
relación de la forma
Si se está absolutamente seguro de que se cumple
el antecedente A entonces se puede afirmar que
esto contribuye en WS11 al grado de certidumbre
global de S1, en WS21 al grado de certidumbre
global de S2, y así sucesivamente para los r
sucedentes, y si por el contrario se está
absolutamente seguro de que No se satisface A
entonces eso contribuye en WS12 al peso de S1,
en WS22 al peso de S2 y de la misma forma
hasta Sr.
Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
15
Relaciones

• Contextuales
• Se llama Relación Contextual con respecto a la
  proposición Pj a la expresión
• Pj(W) _at_ Cond

Y significa que tiene sentido la evaluación de
Pj si y solo si se cumple la condición de
análisis expresada en Cond y en caso contrario Pj
toma el peso altermo W.
Evaluación Alternativa Constituye un tipo de
relación que afecta solamente la forma de evaluar
Pj, ya que ésta puede variar en correspondencia
con una condición, que de cumplirse determinará
que Pj se evalúe como si fuera una pregunta,
independientemente de si existen o no relaciones
con otras proposiciones que posibiliten su
deducción. Mientras que de no cumplirse la
condición dada, entonces no se modifica el modo
de evaluación natural.
Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
16
Reglas de Conclusión y Apoyo

• Conclusión
• Están relacionadas con la inclusión de los textos
  libres o las proposiciones, como parte de los
  resultados.
• Se llama Regla de Conclusión a una expresión que
  tiene la siguiente estructura
• ANT ? SucA ParámetrosA
• SucN ParámetrosN

Reglas de Apoyo Son aquellas que permiten la
introducción de variaciones externas a los
esquemas globales de control, de forma tal que se
pueda expresar en qué momento y bajo qué
condiciones, se necesita un cambio al esquema
interno y cuál debe ser. Se tienen seis tipos
de reglas de apoyo Visualización parcial de los
resultados, Interrupción del proceso de
elaboración de las conclusiones, Saltos en la
evaluación de las reglas, Regla de acción en el
sucedente, Asignación de pesos y Reevaluación.
Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
17
Contenido

• Introducción
• Antecedentes y motivación
• Lenguaje de representación del conocimiento
  HAries
• Planteamiento del problema
• Objetivos
• Metodología
• Cronograma de actividades
• Trabajos relacionados
• Resultados esperados
• Referencias

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
18
Planteamiento del problema

• Cuando se construyen SBC, es usual que la
  información llevada a la base esté integrada por
  grandes cantidades de conocimiento. Esto conduce
  a la introducción de múltiples anomalías y
  errores en su estructura.
• El proceso de verificación de los SBC busca la
  detección y corrección de estos errores y al
  mismo tiempo, es una parte importante en el
  aseguramiento de la confiabilidad para estos
  sistemas.
• Se plantea el desarrollo de un sistema de
  verificación y análisis de sistemas basados en
  conocimiento aplicado al lenguaje de
  representación HAries, el cual permitirá
  confirmar que el sistema es lógicamente
  consistente, tras la detección de errores
  lógicos, semánticos y estructurales en su base de
  conocimientos.
• Extracción de características para el análisis de
  la estructura teórica de las bases, mediante la
  construcción de tablas de parámetros estadísticos
  simples y gráficos, que muestren la composición
  de las mismas.

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
19
Contenido

• Introducción
• Antecedentes y motivación
• Lenguaje de representación del conocimiento
  HAries
• Planteamiento del problema
• Objetivos
• Metodología
• Cronograma de actividades
• Trabajos relacionados
• Resultados esperados
• Referencias

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
20
Objetivos

• General
• Desarrollar un sistema que permita analizar y
  verificar la estructura teórica de Sistemas
  Basados en Conocimiento de tipo HAries.
• Específicos
• Extracción de parámetros generales y particulares
  de sistemas basados en conocimiento.
• Búsqueda de errores lógicos, semánticos y
  estructurales.
• Análisis de inconsistencias en las relaciones
  entre las estructuras de representación del
  conocimiento.

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
21
Contenido

• Introducción
• Antecedentes y motivación
• Lenguaje de representación del conocimiento
  HAries
• Planteamiento del problema
• Objetivos
• Metodología
• Cronograma de actividades
• Trabajos relacionados
• Resultados esperados
• Referencias

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
22
Metodología

• Recopilación bibliográfica y análisis detallado
  de los métodos y herramientas de verificación
  existentes.
• Estudio del lenguaje de representación del
  conocimiento HAries.
• Diseño del módulo de extracción, análisis de los
  parámetros involucrados e implementación
  computacional.
• Aplicación del módulo de extracción en casos
  prácticos.
• Establecimiento de los criterios a tomar en
  cuenta en el módulo de verificación para cada una
  de las estructuras de representación del
  conocimiento en HAries y las relaciones entre
  ellas.
• Implementación computacional del módulo de
  verificación.
• Aplicación de los conceptos de verificación
  implementados en sistemas reales.
• Escritura de artículos relacionados con el
  trabajo.

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
23
Contenido

• Introducción
• Antecedentes y motivación
• Lenguaje de representación del conocimiento
  HAries
• Planteamiento del problema
• Objetivos
• Metodología
• Cronograma de actividades
• Trabajos relacionados
• Resultados esperados
• Referencias

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
24
Cronograma de actividades (1er Cuatrimestre)
No. Descripción de actividad Sep. Oct. Nov. Dic.
1 Revisión del estado del arte
2 Estudio del lenguaje de representación del conocimiento HAries
3 Definición y análisis de los parámetros a extraer de la base de conocimiento
4 Diseño del módulo de extracción de parámetros
5 Implementación computacional del módulo de extracción
6 Extracción de los parámetros especificados en bases de conocimiento de casos prácticos
7 Documentación del módulo de extracción
8 Establecimiento formal de los criterios de verificación
9 Diseño del módulo de verificación
- Elaboración del documento de tesis
25
Cronograma de actividades (2do Cuatrimestre)
No. Descripción de actividad Ene. Feb. Mar. Abr.
10 Búsqueda de los errores lógicos establecidos
11 Exploración para la localización de errores o inconsistencias semánticas (valores legales y relaciones entre estructuras)
12 Rastreo de errores estructurales (duplicación, redundancia y ciclos)
13 Desempeño del módulo en aplicaciones reales
- Elaboración del documento de tesis
26
Cronograma de actividades (3er Cuatrimestre)
No. Descripción de actividad May Jun. Jul. Ago.
-(12) Rastreo de errores estructurales (duplicación, redundancia y ciclos)
-(13) Desempeño del módulo en aplicaciones reales
14 Integración de los criterios implementados en el módulo de verificación
15 Documentación del módulo de verificación
16 Redefinición de algunos aspectos del trabajo
17 Elaboración del documento de tesis
18 Revisiones y correcciones del documento de tesis
19 Presentación final de tesis
27
Contenido

• Introducción
• Antecedentes y motivación
• Lenguaje de representación del conocimiento
  HAries
• Planteamiento del problema
• Objetivos
• Metodología
• Cronograma de actividades
• Trabajos relacionados
• Resultados esperados
• Referencias

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
28
Trabajos relacionados

• Métodos Herramientas
• Tabulares RPC, CHECK,
  IMVER
• Redes de Petri
  PREPARE
• Grafos ARC, COVER,
  SVEPOA
• Generación de Niveles
  KB-REDUCER, COVADIS, IN-DEPTH
• Interpretaciones Algebraicas
  KIV
• Meta Conocimiento
  TEIRESIAS, EVA, CRIB

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
29
Contenido

• Introducción
• Antecedentes y motivación
• Lenguaje de representación del conocimiento
  HAries
• Planteamiento del problema
• Objetivos
• Metodología
• Cronograma de actividades
• Trabajos relacionados
• Resultados esperados
• Referencias

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
30
Resultados esperados

• Al culminar este trabajo y en correspondencia con
  los objetivos definidos, el lenguaje de
  representación del conocimiento HAries contará
  una herramienta que permita de forma automática
• Estudiar los sistemas desarrollados con este
  lenguaje.
• Detectar errores e inconsistencias.
• La herramienta estará dividida en dos módulos
  principales
• Módulo de extracción de parámetros
• Módulo de verificación

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
31
Resultados esperados

• Módulo de extracción de parámetros
• Construcción de tablas de parámetros estadísticos
  simples y gráficos. Brindará al programador
  información sobre la composición de las bases de
  conocimiento. Se mostrarán parámetros generales,
  el estado de los archivos e información
  específica de las estructuras Proposición,
  Reglas de Producción, Variables y Base de
  Control.
• Módulo de verificación
• Brindará algunas facilidades en el proceso de
  desarrollo de las aplicaciones con la detección
  de los siguientes errores
• Estructurales Redundancia, Duplicación y Ciclos
  (locales, particulares y globales)
• Lógicos Conflictos en las reglas
• Semánticos Valores legales, Relaciones entre las
  estructuras

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
32
Contenido

• Introducción
• Antecedentes y motivación
• Lenguaje de representación del conocimiento
  HAries
• Planteamiento del problema
• Objetivos
• Metodología
• Cronograma de actividades
• Trabajos relacionados
• Resultados esperados
• Referencias

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos
33
Referencias

• Alonso M. A., De la Cruz A. V., Gutiérrez A.,
  HAries A Knowledge Representation Language. In
  Proceedings of the 8th World Multi-Conference on
  Systemics, Cybernetics and Informatics, Florida,
  USA. Vol.2, pp. 358-361 (2004)
• De la Cruz, A.V., Valdés J.J., Jocik E., Balsa
  J., Rodríguez A., Fundamentos y Práctica de la
  Construcción de Sistemas Expertos. Editorial
  Academia, La Habana, Cuba (1993)
• Cardeñosa J., Juristo N., General Overview of
  the Valid Project. In Proceedings European
  Symposium on the Validation and Verification of
  Knowledge Based Systems, EUROVAV93, pp.53-67
  (1993)
• Coenen F., An Advanced Binary Encoded Matrix
  Representation For Rulebase Verification.
  Department of Computer Science, Liverpool
  University, Chadwick Building (1998)
• De Antonio A., Una interpretación Algebraica de
  la Verificación de Sistemas basados en el
  Conocimiento, Facultad de Informática,
  Universidad Politécnica de Madrid (1994)
• Meseguer P. and Verdaguer A., Verification of
  Multi-level Rule-based Expert Systems Theory and
  Practice. In International Journal of Expert
  Systems, Vol. 6 No. 2, pp.163-192 (1993)
• Nazareth D.L., Investigating the applicability
  of petri nets for rule-based system
  verification. In IEEE Transactions on Knowledge
  and Data Engineering, Vol. 4 No. 3, pp.402-415
  (1993)
• Nguyen T. A., Perkins W. A. and Pecora D.,
  Knowledge Base Verification. In AI Magazine,
  Vol.8, No.2, pp. 69-75 (1987)
• Suwa M., Scott A.C., and Shortliffe E.H., An
  approach to verifying completeness and
  consistency in a rule based expert system. In AI
  Magazine, Vol. 3, No. 4, pp.16-21 (1982)

Sistema para el análisis y verificación de
Sistemas Basados en Conocimientos