Modelos de Conocimiento Basados en Ontologías para la ...

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08.05.2013 Views

Capítulo 3. Representación del conocimiento y ontologías prestará atención a la evolución del mismo desde su aparición, a principios del siglo XX, hasta la actualidad, exponiendo las ideas principales, así como los formalismos mediante los que se representan estas estructuras conceptuales en un ordenador. Todas estas exposiciones son importantes para la elección de la aproximación a seguir al construir la ontología para el dominio de control automático. Aunque la disciplina de la representación del conocimiento tiene sus raíces en la inteligencia artificial, los problemas abordados por la misma aparecen también en el proceso de programación de cualquier aplicación informática. Hoy en día existe cada vez una preocupación mayor por este tema tal como se muestra en el apartado 3.4, dedicado a presentar las similitudes entre las aproximaciones basadas en el modelado conceptual provenientes del campo de la ingeniería del software y las del campo de la ingeniería del conocimiento. Este apartado pretende mostrar cómo el paradigma del modelado del conocimiento está ganando aceptación en todos los ámbitos de la construcción del software y que ambas disciplinas se encuentran en un proceso de intercambio de ideas, pudiéndose incluso hablar de convergencia. El capítulo finaliza, en el apartado 3.5, con un repaso a los trabajos e investigaciones en los que las técnicas de la ingeniería del conocimiento y las ontologías se han aplicado a dominios relacionados con la ingeniería de sistemas. Este punto es un complemento a los temas abordados en el capítulo 2. Finalmente, el punto 3.6 está dedicado a la discusión y conclusiones parciales. 3.2 Evolución de la representación del conocimiento 3.2.1 El origen de la representación del conocimiento. La inteligencia artificial (IA) empezó su andadura en los años 1950s buscando mecanismos de razonamiento generales que emulasen a los del cerebro humano y que pudiesen ser utilizados para resolver cualquier tipo de problema de los habitualmente resueltos por las personas. El desarrollo más representativo de esta aproximación fue el denominado "Solucionador General de Problemas" (General Problem Solver) (Newell et. al., 1959). Sin embargo este objetivo es abandonado pronto ante los resultados obtenidos en las primeras experiencias realizadas, donde se ve que mecanismos genéricos de razonamiento sólo son capaces de resolver problemas matemáticos (por tanto ya muy formalizados desde su planteamiento) sencillos y que, además, las técnicas utilizadas no escalan bien, es decir, que sólo podían ser utilizadas para resolver problemas "de juguete", mientras que dejaban de ser válidas cuando el problema aumentaba de tamaño o consistía en una aplicación real. 28

Capítulo 3. Representación del conocimiento y ontologías En los años 1960s y 1970s se plantea que lo realmente importante para que un ordenador pueda manejar y resolver problemas habitualmente solucionados por seres humanos es tener tanta información como sea posible sobre el dominio específico del problema y no confiar en mecanismos generales de razonamiento que puedan ser aplicados de forma universal. De esta forma se produce un doble cambio en la orientación de la investigación en inteligencia artificial: por un lado se pasa de buscar soluciones para cualquier problema a restringir mucho el dominio en el cual la aplicación de IA funcionará como tal, por otro lado se pasa de plantear la búsqueda de mecanismos generales y universales de razonamiento a la idea de que lo realmente importante es que el sistema tenga tanto conocimiento interno como sea posible acerca del dominio de aplicación. De este modo surge el problema de la "representación del conocimiento", es decir, cómo llevar el conocimiento (almacenado en una mente humana) de un determinado dominio a un ordenador. Uno de los primeros proyectos donde se pone de manifiesto este problema y sus posibles soluciones es SHRDLU (Winograd, 1972), nombre de un robot virtual que debía manipular bloques de diferente tipo y color a partir de las indicaciones que un usuario introducía en el sistema en forma de sentencias en lenguaje natural controlado 19 . En este proyecto la representación del conocimiento se hacía mediante una base de datos que contenía los diferentes bloques, sus colores y las posiciones relativas de los mismos, es decir, definiendo un "micromundo" que constituía el dominio de conocimiento a manejar. 3.2.2 Del paradigma de la extracción al del modelado del conocimiento. A partir del planteamiento y estudio del problema de la representación del conocimiento proliferan, al final de los años 1970s y durante los 1980s, los denominados “sistemas expertos”: aplicaciones software capaces de solucionar problemas dentro de un dominio reducido emulando los métodos utilizados por personas expertas (de ahí su nombre) en ese dominio. Algunos de estos sistemas expertos tuvieron bastante éxito e incluso fueron utilizados por empresas generando sustanciosos beneficios (en (McDermott, 1982) se describe el caso más paradigmático de éxito en el aspecto económico: el sistema R1/XCON). Los sistemas expertos contaban con una representación explícita del conocimiento del dominio del problema, constando ésta habitualmente de varios módulos más o menos independientes entre sí: 19 Este trabajo contiene el germen muchas de las técnicas que en los años 80 serían utilizadas en la programación de los denominados “sistemas expertos” y es también uno de los primeros en tratar el problema del procesamiento del lenguaje natural en los ordenadores. 29

Capítulo 3. Repres<strong>en</strong>tación <strong>de</strong>l conocimi<strong>en</strong>to y ontologías<br />

En los años 1960s y 1970s se p<strong>la</strong>ntea que lo realm<strong>en</strong>te importante <strong>para</strong> que un<br />

or<strong>de</strong>nador pueda manejar y resolver problemas habitualm<strong>en</strong>te solucionados por<br />

seres humanos es t<strong>en</strong>er tanta información como sea posible sobre el dominio<br />

específico <strong>de</strong>l problema y no confiar <strong>en</strong> mecanismos g<strong>en</strong>erales <strong>de</strong> razonami<strong>en</strong>to<br />

que puedan ser aplicados <strong>de</strong> forma universal. De esta forma se produce un doble<br />

cambio <strong>en</strong> <strong>la</strong> ori<strong>en</strong>tación <strong>de</strong> <strong>la</strong> investigación <strong>en</strong> intelig<strong>en</strong>cia artificial: por un <strong>la</strong>do<br />

se pasa <strong>de</strong> buscar soluciones <strong>para</strong> cualquier problema a restringir mucho el<br />

dominio <strong>en</strong> el cual <strong>la</strong> aplicación <strong>de</strong> IA funcionará como tal, por otro <strong>la</strong>do se pasa<br />

<strong>de</strong> p<strong>la</strong>ntear <strong>la</strong> búsqueda <strong>de</strong> mecanismos g<strong>en</strong>erales y universales <strong>de</strong> razonami<strong>en</strong>to a<br />

<strong>la</strong> i<strong>de</strong>a <strong>de</strong> que lo realm<strong>en</strong>te importante es que el sistema t<strong>en</strong>ga tanto conocimi<strong>en</strong>to<br />

interno como sea posible acerca <strong>de</strong>l dominio <strong>de</strong> aplicación.<br />

De este modo surge el problema <strong>de</strong> <strong>la</strong> "repres<strong>en</strong>tación <strong>de</strong>l conocimi<strong>en</strong>to", es <strong>de</strong>cir,<br />

cómo llevar el conocimi<strong>en</strong>to (almac<strong>en</strong>ado <strong>en</strong> una m<strong>en</strong>te humana) <strong>de</strong> un<br />

<strong>de</strong>terminado dominio a un or<strong>de</strong>nador. Uno <strong>de</strong> los primeros proyectos don<strong>de</strong> se<br />

pone <strong>de</strong> manifiesto este problema y sus posibles soluciones es SHRDLU<br />

(Winograd, 1972), nombre <strong>de</strong> un robot virtual que <strong>de</strong>bía manipu<strong>la</strong>r bloques <strong>de</strong><br />

difer<strong>en</strong>te tipo y color a partir <strong>de</strong> <strong>la</strong>s indicaciones que un usuario introducía <strong>en</strong> el<br />

sistema <strong>en</strong> forma <strong>de</strong> s<strong>en</strong>t<strong>en</strong>cias <strong>en</strong> l<strong>en</strong>guaje natural contro<strong>la</strong>do 19 . En este proyecto<br />

<strong>la</strong> repres<strong>en</strong>tación <strong>de</strong>l conocimi<strong>en</strong>to se hacía mediante una base <strong>de</strong> datos que<br />

cont<strong>en</strong>ía los difer<strong>en</strong>tes bloques, sus colores y <strong>la</strong>s posiciones re<strong>la</strong>tivas <strong>de</strong> los<br />

mismos, es <strong>de</strong>cir, <strong>de</strong>fini<strong>en</strong>do un "micromundo" que constituía el dominio <strong>de</strong><br />

conocimi<strong>en</strong>to a manejar.<br />

3.2.2 Del <strong>para</strong>digma <strong>de</strong> <strong>la</strong> extracción al <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong><strong>la</strong>do <strong>de</strong>l<br />

conocimi<strong>en</strong>to.<br />

A partir <strong>de</strong>l p<strong>la</strong>nteami<strong>en</strong>to y estudio <strong>de</strong>l problema <strong>de</strong> <strong>la</strong> repres<strong>en</strong>tación <strong>de</strong>l<br />

conocimi<strong>en</strong>to proliferan, al final <strong>de</strong> los años 1970s y durante los 1980s, los<br />

<strong>de</strong>nominados “sistemas expertos”: aplicaciones software capaces <strong>de</strong> solucionar<br />

problemas <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un dominio reducido emu<strong>la</strong>ndo los métodos utilizados por<br />

personas expertas (<strong>de</strong> ahí su nombre) <strong>en</strong> ese dominio. Algunos <strong>de</strong> estos sistemas<br />

expertos tuvieron bastante éxito e incluso fueron utilizados por empresas<br />

g<strong>en</strong>erando sustanciosos b<strong>en</strong>eficios (<strong>en</strong> (McDermott, 1982) se <strong>de</strong>scribe el caso más<br />

<strong>para</strong>digmático <strong>de</strong> éxito <strong>en</strong> el aspecto económico: el sistema R1/XCON).<br />

Los sistemas expertos contaban con una repres<strong>en</strong>tación explícita <strong>de</strong>l conocimi<strong>en</strong>to<br />

<strong>de</strong>l dominio <strong>de</strong>l problema, constando ésta habitualm<strong>en</strong>te <strong>de</strong> varios módulos más o<br />

m<strong>en</strong>os in<strong>de</strong>p<strong>en</strong>di<strong>en</strong>tes <strong>en</strong>tre sí:<br />

19 Este trabajo conti<strong>en</strong>e el germ<strong>en</strong> muchas <strong>de</strong> <strong>la</strong>s técnicas que <strong>en</strong> los años 80 serían utilizadas <strong>en</strong> <strong>la</strong> programación <strong>de</strong> los<br />

<strong>de</strong>nominados “sistemas expertos” y es también uno <strong>de</strong> los primeros <strong>en</strong> tratar el problema <strong>de</strong>l procesami<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l l<strong>en</strong>guaje<br />

natural <strong>en</strong> los or<strong>de</strong>nadores.<br />

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