Problemas Basicos En La Inteligencia Artificial

PROBLEMAS BÁSICOS EN Inteligencia Artificial

Para construir un sistema básico de inteligencia artificial capaz de resolver un problema específico, es necesario realizar las siguientes acciones:

• Definir de una forma precisa el problema, incluyendo especificaciones de las condiciones iniciales y de las situaciones finales que pueden considerarse como soluciones aceptables al problema.

• Analizar el problema. Puede darse el caso de que unos muy pocos rasgos importantes puedan tener un gran impacto en la identificación de la técnica más apropiada para resolver el problema.

• Identificar y representar el conocimiento que es necesario para resolver el problema.

• Escoger la mejor técnica y aplicarla para la resolución del problema.

Definición del Problema

El primer paso hacia el diseño de un programa que resuelva un problema en IA, debe ser la creación de una forma descriptiva formal y manipulable del problema, a partir de la descripción informal del mismo.

La definición del problema como una búsqueda en el espacio de estados forma la base de la mayoría de los métodos que se utilizan para la solución de problemas en IA. Los estados del sistema o descripción de estados, son representaciones que contienen el conjunto de toda la información que describe la situación actual del sistema. En cambio, el espacio de estado del sistema o espacio del problema, es el dominio que contiene todos los posibles estados del sistema. El espacio de estados puede ser finito o infinito.

Los mecanismos que se emplean para modificar o transformar un estado del sistema, toman el nombre de operadores, producciones o acciones, y se utilizan para enlazar un estado actual, con otro estado objetivo.

Cuando existen varias posibles soluciones, representadas por diversas secuencias de operadores que enlazan dos estados, es necesario desarrollar algoritmos de IA que sean capaces de identificar las mejores secuencias.

En general, el posible número secuencias de operadores a ser exploradas en el desarrollo de una solución puede ser muy grande, por lo que los algoritmos que se empleen no deben requerir la enumeración de todas las secuencias posibles. Esto sugiere el empleo de un proceso de búsqueda para tratar de encontrar una solución aceptable.

La búsqueda es un proceso de gran importancia en la resolución de problemas difíciles para los que no se dispone de técnicas más directas. Los procesos de búsqueda están cercanamente relacionados con los procesos de optimización.

En resumen, la representación como espacio de estados ofrece una estructura que permite:

• Definir formalmente el problema, al poder convertir alguna situación dada en una situación deseada utilizando un conjunto de operaciones permitidas.

• Definir la resolución de un problema como la combinación de dos componentes:

• Un conjunto de operadores que, al modificar o transformar un estado, representan movimiento en el espacio del problema.

• Un proceso de búsqueda, que explorando el espacio intenta encontrar alguna ruta desde el estado actual hasta un estado objetivo.

Al proceso que se encarga de convertir una descripción informal, en una descripción formal del problema, se lo denomina operacionalización. Los pasos a seguirse son los siguientes:

• Definir el espacio de estado que contiene todas las configuraciones posibles de los objetos relevantes. Esto es posible, sin necesariamente enumerar en forma explícita todos los estados que contiene.

• Especificar uno o más estados dentro de ese espacio que correspondan a posibles situaciones desde donde el proceso de resolución pueda arrancar (estados iniciales).

• Especificar uno o más estados que podrían ser aceptables como soluciones al problema (estados objetivo).

• Especificar un conjunto de operadores que describan las acciones posibles. Para esto se debe considerar los siguientes aspectos:

• ¿Qué suposiciones implícitas están presentes en la descripción informal del problema?

• ¿Qué generalidad deben tener los operadores?

• ¿Qué cantidad del trabajo requerido para resolver el problema debería estar incluido y representado en los operadores?

Luego, el problema puede ser resuelto utilizando el conjunto de operadores, en combinación con una estrategia de control apropiada, para moverse dentro del espacio de estados del problema hasta encontrar un sendero entre el estado inicial y el estado objetivo. Como se indicó anteriormente, el mecanismo de búsqueda es fundamental para el proceso de solución del problema. Adicionalmente, proporciona un marco donde pueden intercalarse métodos más directos de resolución de partes del problema, en caso de ser esto posible.

Análisis del Problema

Para poder escoger el o los métodos más apropiados para resolver un problema, es necesario analizarlo en algunos aspectos claves y buscar las respuestas necesarias a las siguientes preguntas:

• ¿Puede el problema ser descompuesto en un conjunto de subproblemas pequeños y, posiblemente, independientes?

• ¿Podrían ignorarse pasos de solución o ser corregidos si resultaran inútiles?

• ¿Es posible predecir el o los resultados del problema?

• ¿Una buena solución al problema es suficientemente obvia, sin necesidad de compararla con otras posibles soluciones?

• ¿La solución deseada es un estado o una ruta desde un estado inicial hasta un estado objetivo?

• ¿Es absolutamente necesaria toda una cantidad de conocimiento para resolver el problema, o es importante sólo para restringir la búsqueda?

• ¿Puede un computador, al que se le ha dado el problema, retornar por sí sólo la solución, o será necesario que haya una interacción entre el computador y una persona?

Las respuestas que se den a las preguntas planteadas no sólo afectan a la definición del problema en si mismo, sino también a las características de la solución deseada y a las circunstancias bajo las cuales debe darse la solución.

Representación

En general, una representación es un conjunto de convenciones sobre la forma de describir algún tipo de cosa. El hallar una representación apropiada es una parte fundamental de la resolución de un problema.

El principio de la representación establece que:

Una vez que un problema es descrito mediante una buena representación, el problema está casi resuelto.

Descripciones Explícitas

La descripción explícita de una buena representación está caracterizada por los siguientes aspectos importantes:

• Hace explícitos los objetos y las relaciones de importancia: de una sola mirada se puede apreciar lo que sucede.

• Pone de manifiesto las restricciones inherentes al problema.

• Agrupa los objetos y las relaciones.

• Suprime los detalles insignificantes.

• Es transparente: se puede entender lo que representa.

• Es completa: contiene todo lo que es necesario que debe expresar.

• Es concisa: expresa todo lo necesario con eficacia.

Las representaciones tienen cuatro ingredientes fundamentales:

• El léxico, que determina los símbolos que están permitidos en el vocabulario de la representación.

• Una parte estructural que describe las restricciones sobre la forma en que los símbolos pueden ordenarse.

• Una parte operativa que especifica los procedimientos de acceso que permiten crear descripciones; así como la forma de modificarlas y utilizarlas para responder preguntas.

• Una parte semántica que establece una forma de asociar el significado con las descripciones.

Para ilustrar el problema de la representación, considérese el siguiente ejemplo:

Un granjero desea cruzar un río llevando consigo un lobo silvestre, una oveja y una carga de col. Por desgracia su bote es tan pequeño que sólo puede transportar una de sus pertenencias en cada viaje. Peor aún, si no vigila al lobo, puede comerse a la oveja y si no cuida la col, puede comerse la oveja; de modo que no puede dejar al lobo solo con la oveja, ni a la oveja sola con la col. ¿ Cómo puede hacer para cruzar el río sin contratiempos?

La representación utilizada en el problema del granjero, es un ejemplo de red semántica. Desde el punto de vista del léxico, las redes semánticas están formadas por nodos, que representan objetos; enlaces, que representan relaciones entre objetos; y, etiquetas de enlace, que denotan relaciones particulares.

Desde el punto de vista estructural, los nodos están conectados entre sí por enlaces etiquetados. En los diagramas, los nodos aparecen como círculos, elipses o rectángulos; y, los enlaces como flechas que apuntan de un nodo a otro.

Desde la perspectiva de la semántica, el significado de los nodos y sus enlaces, depende de la aplicación.

Desde la perspectiva operativa, los procedimientos de acceso son, en general, cualquiera de los siguientes: constructores, destructores, lectores y escritores. Las redes semánticas usan constructores para formar nodos y enlaces; lectores para responder preguntas acerca de estos; escritores, para modificar nodos y enlaces; y, ocasionalmente, destructores, para borrar nodos y enlaces

Figura 2.1 Representación del problema del granjero, el lobo, la oveja y la col.

Las especificaciones dadas por una red semántica, son los suficientemente explícitas, como para ser utilizadas en representaciones de problemas de IA.

Existen diversos grupos de familias de representaciones,

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