Sistema experto

Os sistemas expertos son chamados así porque emulan o razoamento dun experto nun dominio concreto, e en ocasións son usados por estes. Cos sistemas expertos búscase unha mellor calidade e rapidez nas respostas, dando así lugar a unha mellora da produtividade do propio experto ao usar este tipo de sistemas informáticos.

Sistema experto (SE)

É unha aplicación informática capaz de solucionar un conxunto de problemas que esixen un gran coñecemento sobre un determinado tema. É un conxunto de programas que, sobre unha base de coñecementos, posúe información dun ou máis expertos nunha área específica.

Pódese entender como unha rama da intelixencia artificial, onde o poder de resolución dun problema nun programa de computadora vén do coñecemento dun dominio específico. Estes sistemas imitan as actividades dun humano para resolver problemas de distinta índole (non necesariamente ten que ser de intelixencia artificial). Tamén se di que un SE se basea no coñecemento declarativo (feitos sobre obxectos, situacións) e o coñecemento de control (información sobre o seguimento dunha acción).

Para que un sistema experto sexa unha ferramenta efectiva, os usuarios deben interactuar dunha forma fácil, reunindo dúas capacidades para poder cumprilo:

1. Explicar os seus razoamentos ou base do coñecemento: os sistemas expertos débense realizar seguindo certas regras ou pasos comprensibles de maneira que se poida xerar a explicación para cada unha destas regras, que á súa vez se basean en feitos.
2. Adquisición de novos coñecementos ou integrador do sistema: son mecanismos de razoamento que serven para modificar os coñecementos anteriores. Sobre a base do anterior pódese dicir que os sistemas expertos son o produto de investigacións no mesmo campo da intelixencia artificial xa que esta non intenta substituír os expertos humanos, senón que desexa axudalos a realizar con máis rapidez e eficacia todas as tarefas que realiza.

Debido a isto, na actualidade estanse mesturando diferentes técnicas ou aplicacións aproveitando as vantaxes que cada unha destas ofrece para poder ter empresas máis seguras. Un exemplo destas técnicas sería os axentes que teñen a capacidade de negociar e navegar a través de recursos en liña; e é por iso que na actualidade xoga un papel preponderante nos sistemas expertos.

Estrutura básica dun SE

Un Sistema Experto está conformado por:

• Especialistas humanos
• Enxeñeiros en coñecementos.
• Base de coñecementos (BC): contén coñecemento extraído do diálogo cun experto.
• Base de feitos (Memoria de traballo): contén os feitos sobre un problema que se descubriu durante a análise.
• Motor de inferencia: modela o proceso de razoamento humano.
• Módulos de xustificación: explica o razoamento utilizado polo sistema para chegar a unha determinada conclusión.
• Interface gráfica de usuario: é a interacción entre o SE e o usuario, e realízase mediante a linguaxe natural.

Tipos de SE

Principalmente existen 3 tipos de SE:

• Baseados en regras previamente establecidas.
• Baseados en casos ou CBR (Case Based Reasoning).
• Baseados en redes bayesianas.

A solución a un problema formulado pódese obter:

• Aplicando regras heurísticas apoiadas xeralmente en lóxica difusa para a súa avaliación e aplicación.
• Aplicando o razoamento baseado en casos, onde a solución a un problema similar formulado con anterioridade se adapta ó novo problema.
• Aplicando redes bayesianas, baseadas en estatística e no teorema de Bayes.

Vantaxes e limitacións dos sistemas expertos

Vantaxes

• Permanencia: a diferenza dun experto humano, un SE no envellece, e por tanto non sofre perda de facultades co paso do tempo.
• Replicación: unha vez programado un SE podémolo replicar infinidade de veces.
• Rapidez: un SE pode obter información dunha base de datos e realizar cálculos numéricos moito máis rápido que calquera ser humano.
• Baixo custo: a pesar de que o custo inicial poida ser elevado, grazas á capacidade de duplicación o custo finalmente é baixo.
• Contornos perigosos: un SE pode traballar en contornos perigosos daniños para o ser humano.
• Fiabilidade: os SE non se ven afectados polas condicións externas, un humano si (cansazo, presión, etc.).
• Consolidar varios coñecementos.
• Apoio académico.

Limitacións

• Sentido común: para un Sistema Experto non hai nada obvio. Por exemplo, un sistema experto sobre medicina pode admitir que un home leva 40 meses embarazado, a non ser que se lle especifique que isto non é posible xa que un home non pode xestar fillos.
• Linguaxe natural: cun experto humano podemos manter unha conversa informal mentres que cun SE non podemos.
• Capacidade de aprendizaxe: calquera persoa aprende con relativa facilidade dos seus erros e de erros alleos, que un SE faga isto é moi complicado.
• Perspectiva global: un experto humano é capaz de distinguir cales son as cuestións relevantes dun problema e separalas de cuestións secundarias.
• Capacidade sensorial: un SE carece de sentidos.
• Flexibilidade: un humano é sumamente flexible a hora de aceptar datos para a resolución dun problema.
• Coñecemento non estruturado: un SE non é capaz de manexar coñecemento pouco estruturado.

Exemplos importantes

• Dendral
• XCon
• Dipmeter Advisor
• Mycin
• CADUCEUS
• R1
• CLIPS, Jess
• Prolog

Tarefas que realiza un sistema experto

Monitorización

A monitorización é un caso particular da interpretación, e consiste na comparación continua dos valores dos sinais ou datos de entrada e uns valores que actúan como criterios de normalidade ou estándares. No campo do mantemento predictivo os Sistemas Expertos utilízanse fundamentalmente como ferramentas de diagnóstico. Trátase de que o programa poida determinar en cada momento o estado de funcionamento de sistemas complexos, anticipándose ós posibles incidentes que puideran acontecer. Así, usando un modelo computacional do razoamento dun experto humano, proporciona os mesmos resultados que alcanzaría dito experto.

Deseño

Deseño é o proceso de especificar unha descrición dun artefacto que satisfai varias características desde un número de fontes de coñecemento.

O deseño concíbese de distintas formas:

• O deseño en enxeñería é o uso de principios científicos, información técnica e imaxinación na definición dunha estrutura mecánica, máquina ou sistema que execute funcións específicas co máximo de economía e eficiencia.
• O deseño industrial busca rectificar as omisións da enxeñería, é un intento consciente de traer forma e orde visual á enxeñería de hardware onde a tecnoloxía non prové destas características.

Os SE en deseño ven este proceso como un problema de busca dunha solución óptima ou adecuada. As solucións alternativas poden ser coñecidas de antemán ou pódense xerar automaticamente probándose distintos deseños para verificar cales cumpren os requirimentos solicitados polo usuario, esta técnica chámase "xeración e proba", polo tanto estes SE son chamados de selección. En áreas de aplicación, a proba termina cando se encontra a primeira solución; non obstante, existen problemas máis complexos nos que o obxectivo é encontrar a solución óptima.

Planificación

A planificación é a realización de plans ou secuencias de accións e é un caso particular da simulación. Componse por un simulador e un sistema de control. O efecto final é a ordenación dun conxunto de accións co fin de conseguir un obxectivo global.

Os problemas que presenta a planificación mediante SE son os seguintes:

• Existen consecuencias non previsibles, de forma que hai que explorar e explicar varios plans.
• Existen moitas consideracións que deber ser valoradas ou incluírlles un factor de peso.
• Adoitan existir interaccións entre plans de subobxectivos diversos, polo que deben elixirse solucións de compromiso.
• Traballo frecuente con incerteza, pois a maioría dos datos cos que se traballa son máis ou menos probables pero non seguros.
• É necesario facer uso de fontes diversas, tales como bases de datos.

Control

Un sistema de control participa na realización das tarefas de interpretación, diagnóstico e reparación de forma secuencial. Con isto conséguese conducir ou guiar un proceso ou sistema. Os sistemas de control son complexos debido ó número de funcións que deben manexar e ó gran número de factores que deben considerar; esta complexidade crecente é outra das razóns que apuntan ó uso do coñecemento, e por tanto dos SE.

Debemos aclarar que os sistemas de control poden ser en lazo aberto, se a realimentación ou o paso dun proceso a outro realízao o operador, ou en lazo pechado, se non ten que intervir o operador en ningunha parte do mesmo.

Reparación, corrección ou terapia

A reparación, corrección, terapia ou tratamento consiste na proposición das accións correctoras necesarias para a resolución dun problema. Os SE en reparación teñen que cumprir diversos obxectivos, como son:

• Reparación o máis rápida e economicamente posible.
• Orde das reparacións cando hai que realizar varias.
• Evitar os efectos secundarios da reparación, é dicir, a aparición de novas avarías pola reparación.

Simulación

A simulación é unha técnica que consiste en crear modelos baseados en feitos, observacións e interpretacións sobre a computadora, a fin de estudar o comportamento dos mesmos mediante a observación das saídas para un conxunto de entradas. As técnicas tradicionais de simulación requiren modelos matemáticos e lóxicos, que describen o comportamento do sistema baixo estudo.

O emprego dos SE para a simulación vén motivado pola principal característica dos SE, que é a súa capacidade para a simulación do razoamento dun experto humano, que é un proceso complexo.

Na aplicación dos SE para simulación hai que diferenciar cinco configuracións posibles:

1. Un SE pode dispoñer dun simulador co fin de comprobar as solucións e no seu caso rectificar o proceso que segue.
2. Un sistema de simulación pode conter como parte do mesmo a un SE e polo tanto, o SE non ten que ser necesariamente de simulación.
3. Un SE pode controlar un proceso de simulación, é dicir que o modelo está na base de coñecemento do SE e a súa evolución é función da base de feitos, a base de coñecementos e o motor de inferencia, e non dun conxunto de ecuacións aritmético – lóxicas.
4. Un SE pode utilizarse como conselleiro do usuario e do sistema de simulación.
5. Un SE pode utilizarse como máscara ou sistema frontal dun simulador co fin de que o usuario reciba explicación e xustificación dos procesos.

Instrución

Un sistema de instrución realizará un seguimento do proceso de aprendizaxe. O sistema detecta erros xa sexa dunha persoa con coñecementos ou non, e identifica o remedio axeitado, é dicir, desenvolve un plan de ensinanza que facilita o proceso de aprendizaxe e a corrección de erros.

Recuperación de información

Os Sistemas Expertos, coa súa capacidade para combinar información e regras de actuación, víronse como unha das posibles solucións ó tratamento e recuperación de información, non só documental. A década de 1980 foi prolixa en investigación e publicacións sobre experimentos desta orde, interese que continúa na actualidade.

O que diferencia estes sistemas dun sistema tradicional de recuperación de información é que estes últimos só son capaces de recuperar o que existe explicitamente, mentres que un Sistema Experto debe ser capaz de xerar información non explícita, razoando cos elementos que se lle dan. Pero a capacidade dos SE no ámbito da recuperación da información non se limita á recuperación. Poden utilizarse para axudar ó usuario, en selección de recursos de información, en filtrado de respostas, etc. Un SE pode actuar como un intermediario intelixente que guía e apoia o traballo do usuario final.

Véxase tamén

Ligazóns externas

• Expert System in Real World Applications (en inglés)
• Semantic Networks and Intelligent Agents (en inglés)
• Sistemas Expertos y Modelos de Redes Probabilísticas (en castelán)
• Rule-Based Expert Systems: The MYCIN Experiments of the Stanford Heuristic Programming Project (en inglés)
• Lenguaje de creación de Sistemas Expertos basado en CommonKADS (en castelán)
• Lenguaje para implementar sistemas expertos con modelos algebraicos (en castelán)
• Conceptos básicos sobre sistemas expertos (en castelán)
• Sistemas expertos en medicina (información xeral) (en castelán)