Representación Informática del Conocimiento

Durante desarrollo de este artículo presentaremos diferentes aspectos relacionados con la fase de formalización y la representación de informática del conocimiento, basados en la visión de la ingeniería del conocimiento que nos presentan A. Gómez y colegas en su libro Ingeniería del conocimiento [1]. Hemos de iniciar nuestro análisis de estos tópicos, describiendo algunos términos importantes en relación con el objetivo de estudio.

Un modelo conceptual es según [1], una representación de los conocimientos del experto, externa al ordenador, en estructuras no computacionales. Mientras, que un modelo formal es de acuerdo con [1], una representación semi-computable de los conocimientos y conducta del experto.

De acuerdo con la visión de los autores [1], con la finalización de la etapa de conceptualización, termina el trabajo de modelado del problema desde el punto de vista del dominio y se pasa al modelado del problema desde el punto de vista del sistema, este último es el objetivo de la fase de formalización. En donde se han de transformar los modelos conceptuales obtenidos en nuevos modelos formales, utilizando para ello los formalismos de representación de los conocimientos.

A grandes rasgos de acuerdo con los autores [1],  el hecho de formalizar, implica el representar simbólicamente los conocimientos mediante alguno de los formalismos existentes, organizarlos de acuerdo con algún modelo de diseño y determinar los métodos de inferencia adecuados para manejar eficientemente dichos conocimientos. Con el objetivo de representar los conocimientos del experto en el ordenador [1], se han de utilizar aquellos formalismos o técnicas de presentación de los conocimientos.  Dado que son múltiples los formalismos que permiten representar los conocimientos de un dominio, con este artículo hemos de presentar algunos de los más relevantes según los autores.

Tipos de formalizmos

De acuerdo con los autores consultados [1] el rendimiento de un sistema basado en conocimiento, SBC de ahora en adelante, depende entre otras cosas del formalismo que se haya utilizados en la representación de los conocimientos, y de las técnicas empleadas para realizar inferencias. Dado que no existe una técnica de presentación universal que permita modelar todos los conocimientos de un problema previamente conceptualizados.

Una de los primeros tópicos a estudiar [1] es la capacidad de representación del formalismo que hemos de seleccionar en relación con los conocimientos, en este sentido los autores presentan una clasificación para los formalismos basada en la representación de: conceptos, relaciones o acciones, destacando entre ellos:

• a) Basados en conceptos: de acuerdo con los autores [1] estos, representan las principales clases y entidades del dominio, sus propiedades, y los posibles valores que puede tomar cada una. Como caso de estudio en este artículo analizaremos los Marcos o Frames.
• b) Basados en relaciones: lo cuales de acuerdo con los autores [1] centran su atención en las relaciones que aparecen entre los conceptos o entidades del dominio. De este grupo, en este artículo hemos de profundizar sobre las redes semánticas.
• c) Basados en acciones: De acuerdo con los autores [1], estos describen los conocimientos del dominio como un conjunto de acciones básicas. En este grupo aplicaremos como caso de estudio Guiones.

MARCOS

De acuerdo con lo establecido por los autores [1], el formalismo de Marcos, en inglés Frames, fue definido por Minsky como una estructura de datos para representar estereotipos. Básicamente, está formado por un nombre y un conjunto de propiedades.  Los conocimientos que allí se representan son conocimientos declarativos del dominio.

Los marcos [1] organizan los conocimientos del dominio en árboles, también llamados jerarquías, o en grafos, ambos construidos por especialización de conceptos generales en conceptos más específicos. 

Para representar los conocimientos [1], los conceptos que se deben utilizar son: marcos para representar conceptos, relaciones para expresar dependencias entre conceptos, propiedades para describir cada concepto, y facetas  para expresar de múltiples formas los valores con los que se puede rellenar cada propiedad.

Los conceptos [1], se representan a través de marcos clase y marcos instancia, donde el primero representa entidades genéricas y el segundo representa los elementos instancia de las anteriores entidades. 

Este formalismo [1] soporta también relaciones entre conceptos y las representa, precisamente, con relaciones entre marcos clase, entre marcos instancias y marcos clases, y entre marcos instancia. Permite entre estas, ciertas relaciones que son independientes del dominio de la aplicación y que se llaman relaciones estándar, también existen otras relaciones llamadas relaciones no estándar, para representar relaciones a medida entre conceptos de un dominio.

El formalismo de marcos [1], permite realizar importantes y poderosas inferencias utilizando los conocimientos almacenados. En concreto, las tres técnicas de inferencia que utilizan los marcos, de forma integrada son: equiparación, para clasificar entidades; herencia de propiedades para compartir propiedades entre marcos y, valores activos para representar la conducta del sistema y mantener la integridad de los datos almacenados.

En general, los SBC suelen representar los conocimientos estáticos del dominio en marcos, frente a redes semánticas ya que: permiten construir taxonomías de conceptos por especialización de conceptos generales en conceptos más específicos. En las bases de conocimientos formalizadas en marcos las propiedades se pueden definir de forma declarativa y procedimental. Los marcos permiten mantener internamente las restricciones, entre otras propiedades destacadas por los autores en [1].

REDES SEMÁNTICAS

De acuerdo con los autores en [1], las redes semánticas fueron definidas por Quillian. Una red semántica es un grafo orientado formado por nodos y por arcos unidireccionales. 

Como se expresaba previamente, en una red semántica [1], la información se representa, en un grafo orientado que esta formado por un conjunto de nodos y arcos unidireccionales, ambos etiquetados. Los nodos, representan conceptos e instancias de dichos conceptos y los arcos, que conectan nodos, relaciones binarias entre ellos. Por tanto, el significado de un concepto en la red dependerá de la forma en la que dicho concepto se relaciona con otros conceptos.

Los principales problemas de esta técnica [1], son la falta de una terminología adecuada, universalmente aceptada y de una semántica uniforme y precisa. Sin embargo, el diagramado en gráfico y su interpretación intuitiva las hace rápidamente compresibles y utilizadas al comenzar la formalización.

La representación de los conceptos [1], se modela mediante pares de atributo-valor. Los pares se representan, de la siguiente forma: el nodo origen es el objeto o concepto para el cual se definen los pares atributo-valor, los arcos que parten de dicho nodo son los atributos del par y los  nodos destino representan los valores de los atributos.

La representación de acciones [1], se realiza a través de la gramática de casos de Fillmore, las cuales se basan en que toda proposición, contenida en una sentencia, tiene una estructura profunda formada por un verbo, que es el elemento principal  y una o más frases nominales. Cada frase nominal se relaciona con el verbo mediante un conjunto de casos.  

Un sistema que utilice como formalismo de representación de conocimiento [1], estas redes, debe utilizar los conocimientos almacenados en la red para resolver los casos que se le planteen, de ahí que la eficacia del razonamiento en estas redes depende de los procedimientos que trabajan con la semántica de sus arcos. En este sentido las técnicas más empleadas son: equiparación y herencia de propiedades.

Se entiende de [1] que un fragmento de red se equipara con una red semántica, si el primer fragmento se puede asociar con un fragmento de la segunda. Mientras que la herencia de propiedades permite que nodos específicos accedan a propiedades definidas en otros nodos utilizando arcos de relación.

GUIONES

De acuerdo con los autores en [1], los guiones se utilizan para describir secuencias de sucesos estereotipados que tienen lugar en un dominio. Estos se ajustan bien para tratar situaciones dinámicas. 

Los guiones están compuestos de campos como los marcos, la diferencia está en su propósito pues mientras los marcos representan conceptos,  los guiones representan acciones en las que intervienen tales conceptos. Los componentes más comunes de los guiones son: 

• Cabecera: que explica el tipo de secuencia que representa.
• Condiciones de entrada: son aquellas condiciones que deben satisfacerse para que el guión sea instanciado.
• Condiciones de salida: conjunto de acciones ciertas una vez ejecutados los eventos descritos en el guión.
• Escenas: conforma una descripción de todos los eventos que ocurren en la situación descrita por el guión.

Si bien cualquiera de las técnicas que hemos evaluado en este artículo proponen unas interesantes capacidades de representación de conocimientos y facilidades de inferencia a partir de dicha representación, es importante conocer muy bien el objetivo de la representación antes de elegir la forma de representarlo. De acuerdo con los autores [1], la técnica de representación elegida para la mayoría de los SBC, por diferentes motivos y ventajas sobre, por ejemplo, las redes semánticas, son los Marcos. 

Referencias

[1] A. Gómez, N. Juristo, C. Montes y J. Pazos, Ingeniería del Conocimiento. España: Centro de Estudios Ramón Areces S. A., Tomás Bretón, 21, 28045, Madrid, 1997, cap. 6.