Representación estructurada - Integración de paradigmas



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Redes Semánticas Primer antecedente histórico Las redes asociativas encuentra su primera aplicación en lenguaje natural. A finales de los setenta Ross Quillian denominó “red semántica” a un sistema que intentaba representar el significado de las palabras de la lengua inglesa Introdujo conexiones superset/subset (relaciones taxonómicas) Nodos codifican objetos y atributos Conexiones codifican relaciones entre objetos: and, or, modificación Posteriormente se aplica a redes donde se representan conceptos como estructura de objetos físicos, etc.
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Redes Semánticas Las redes están presentes en la mayoría de las técnicas de representación Los grafos están incluidos en las redes, y estos son la estructura abstracta más común en toda la computación. Ejemplos de redes Redes taxonómicas clasificación conceptos jerarquías de herencia reutilización de código/ herencia de propiedades (inferencia) Redes bayesianas Sistemas de diagnóstico basado en métodos probabilísticos, en el que la red representa las dependencias de las variables. Redes de Petri Representación de procesos concurrentes.
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La mente organiza el conocimiento jerárquicamente Los humanos organizan su conocimiento jerárquicamente, con la información asociada en los niveles apropiados más altos en la jerarquía Collins y Quillian (1969)Objetivo modelar gestión y almacenamiento de información en humanos. Test ejemplo: ciertas propiedades de los pájaros: ¿Un canario es un pájaro? t1 ¿Puede cantar un canario? t2 ¿Puede volar un canario? t3 t2 < t3lo mas rápido fue lo más específico del canario Cuando se preguntó si un avestruz podía volar, la respuesta fue más rápida que a la pregunta de si podía respirar tiempos de respuesta
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Resultado Red semántica desarrollada por Collins y Quilian en su investigación sobre almacenamiento de información humana y tiempos de respuesta (Gp:) 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 (Gp:) Complejidad de la sentencia (Gp:) Tiempo de respuesta (seg) (Gp:) Un canario tiene piel (Gp:) Un canario puede volar (Gp:) Un canario puede cantar (Gp:) Un canario es un canario (Gp:) Un canario es un pájaro (Gp:) Un canario es un animal
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Juan tira la pelota Red: Lógica: $ x. Tira(Juan, x) Ù Pelota(x) Problema: Nos gustaría aportar información extra sobre el evento "Tira", tal como el tiempo, lugar, o intensidad.
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Inferencia: Herencia de propiedades Herencia es el algoritmo de inferencia más común en los sistemas de redes semánticas. A través de relaciones es-un e instancia Las preguntas son de la forma: “cuál es el valor de la propiedad p para el nodo x” Respuesta cuando x tiene la propiedad p x es-un y e y tiene la propiedad p x es-un z1, z1 es-un z2, ... , zn-1 es-un zn, y zn tiene la propiedad p En otro caso, la respuesta está indefinida
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Razonamiento por defecto ¿Y si hay múltiples posibles respuesta? " x Mamifero(x) ® NumPatas(x) = 4 " x Humano(x) ® Mamifero(x) " x Humano(x) ® NumPatas(x) = 2 Problema en Lógica: Esto es inconsistente, puesto que de Humano(Juan) podemos deducir que 2 = 4. Solución: No podemos usar LPO. Debemos usar lógica por defecto o lógica no monótona. ¡ Pero estas lógicas no son mecanizables ! Solución en redes semánticas: distancia inferencial
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Distancia inferencial Touretzky 1986 “The mathematics of inheritance systems” Si a y b son antecesores de x, y a es antecesor de b , entonces b es inferencialmente mas cercano a x que a. Si a y b tienen ambos un valor para la propiedad p , x heredará su valor para la propiedad p de b (e ignorará completamente el valor para p de a) Si a no es un antecesor de b y b no es un antecesor de a , entonces a y b están en conflicto en lo que se refiere a la herencia de x : si a y b tienen diferentes valores para la propiedad p , entonces x no tendrá un valor para la propiedad p Los nodos que no son antecesores de x son completamente irrelevantes en lo que se refiere a la herencia de x.
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Ejemplo distancia inferencial ¿Cómo se resuelve en lenguajes con herencia múltiple (p.e. CLOS)?
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Un ejemplo más grande de redessemánticas Dibujar la una red semántica que represente la siguiente información: La mayoría de las personas come hamburguesas Algunas personas son vegetarianas Los vegetarianos no comen hamburguesas, a menos que se encuentren hambrientos-en-frente-de-un-McDonalds Los vegetarianos puen ser estrictos y no-estrictos Los vegetarianos-no-estrictos comen hamburguesas si se encuentran en una fiesta-de-sólo-hamburguesas John y Sue son vegetarianos-estrictos Mary y Bill son vegetarianos-no-estrictos Bill está en una fiesta-de-sólo-hamburguesas Sue se encuentra hambrienta-en-frente-de-un-McDonalds
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Red semántica del ejemplo ¿Comió John alguna hamburguesa? ¿Comió Sue alguna hamburguesa? ¿Comió Mary alguna hamburguesa? ¿Comió Bill alguna hamburguesa?
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Frames (marcos) Bartlett 1932, Minsky MIT 1975Los sistemas basados en frames fueron propuestos originariamente por Marvin Minsky del MIT, en un artículo: "A Framework for Representing Knowledge" Su trabajo está relacionado con el del psicólogo Jean Piaget. Minsky estaba interesado en la ayuda que un sistema de frames podía proporcionar para controlar el razonamiento en un sistema de percepción en el campo de visión por computador o en la comprensión del lenguaje natura “ No computer has ever been designed that is ever aware of what it's doing; but most of the time, we aren't either. —Marvin Minsky
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Frames (marcos) Análisis de una situación por un humano 1) consulta las estructuras de su memoria sobre situaciones anteriores, 2) selecciona la estructura que parece más cercana a la situación actual y la modifica, si es necesario, para que encaje lo mejor posible Minsky: formalismo basado en la reutilización de estructuras (frames) que representan patrones de situaciones. Los frames sirven como descripciones estereotípicas de situaciones u objetos. Redes semánticas como estructuras de registro Foco en expectaciones/por defecto
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¿Que son los frames? Frame de una "habitación" El frame de una "habitación" debería contener componentes como puerta, suelo, paredes, y techo. El frame de la "habitación" debería incluir también cierta información esperada: "las paredes de la habitación son planas y se juntan en ángulos rectos". Ciertos tipos de puertas dependen de ciertos tipos de habitaciones. Incluso antes de entrar en una habitación podríamos decir si se entra en un armario, una habitación o se sale al exterior. Podrían crease subconceptos de "habitación", p.e. frames para "comedor", "dormitorio" o "baño". En el frame del "baño", esperaríamos no encontrar una puerta de cristal.
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Los frames después de Minsky Los sistemas actuales reflejan el espíritu anterior pero su forma ha evolucionado considerablemente Objetivo adicional: manipular conocimiento difícil de manipular usando cálculo de predicados valores por defecto, excepciones e información redundante o incompleta Se quiere una estructura flexible, con capacidad para evolucionar Nos interesa su aspecto computacional. Ideas clave: Jerarquía y herencia son los conceptos básicos asociados a los frames Uso de conocimiento por defecto Posibilidad de asociar procedimientos para completar capacidades Métodos y demonios.
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Aspectos de interés para la programación Los frames son prototipos: Representa información por defecto que caracteriza una familia de entidades. Referencia para comparar objetos a ser reconocidos, analizados, clasificados. Generalmente están organizados en una estructura a tres niveles (objeto, atributo, valor): Frame (objeto) slot (atributo) facet (valor) Frame: entidad Slot: propiedades de la entidad Facet: características descriptivas o de comportamiento del slot Herencia Clases Instancias