Representacion del Conocimiento

REPRESENTACIÓN DEL CONOCIMIENTO

En organismos biológicos se estima que el conocimiento es almacenado como estructuras complejas de neuronas interconectadas.
En las computadoras, el conocimiento también se almacena como estructuras simbólicas, pero en forma de estados eléctricos y magnéticos.
En forma natural, el ser humano representa el conocimiento simbólicamente: imagenes, lenguaje hablado y lenguaje escrito. Adicionalmente, ha desarrollado otros sistemas de representación del conocimiento: literal, numérico, estadístico, estocástico, lógico.
La ingenieria cognoscitiva ha adaptado diversos sistemas de representación del conocimiento que, implantados en un computador, se aproximan mucho a los modelos elaborados por la psicologia cognoscitiva para el cerebro humano. Entre los principales se tienen:

Lógica Simbólica Formal:

- Lógica proposicional
- Lógica de predicados.
- Reglas de producción.

Formas Estructuradas:

- Redes asociativas.
- Estructuras marco.
- Representación orientada a objetos.

Lógica Proposicional

La lógica proposicional es la más antigua y simple de las formas de lógica. Utilizando una representación primitiva del lenguaje, permite representar y manipular aserciones sobre el mundo que nos rodea. La lógica proposicional permite el razonamiento, a través de un mecanismo que primero evalúa sentencias simples y luego sentencias complejas, formadas mediante el uso de conectivos proposicionales, por ejemplo Y (AND), O (OR). Este mecanismo determina la veracidad de una sentencia compleja, analizando los valores de veracidad asignados a las sentencias simples que la conforman.
Una proposición es una sentencia simple que tiene un valor asociado ya sea de verdadero (V), o falso (F). Por ejemplo:

Hoy es Viernes
Ayer llovió
Hace frío

La lógica proposicional, permite la asignación de un valor verdadero o falso para la sentencia completa, no tiene facilidad par analizar las palabras individuales que componen la sentencia. Por este motivo, la representación de las sentencias del ejemplo, como proposiciones, sería:

hoy es Viernes
ayer llovió
hace frío

La proposiciones pueden combinarse para expresar conceptos más complejos. Por ejemplo:
hoy es Viernes y hace frío.
A la proposición anterior dada como ejemplo, se la denomina fórmula bien formada (well-formed formula, wff). Una fórmula bien formada puede ser una proposición simple o compuesta que tiene sentido completo y cuyo valor de veracidad, puede ser determinado. La lógica proposicional proporciona un mecanismo para asignar valores de veracidad a la proposición compuesta, basado en los valores de veracidad de las proposiciones simples y en la naturaleza de los conectores lógicos involucrados.

Representación mediante Lógica de Predicados

La principal debilidad de la lógica proposicional es su limitada habilidad para expresar conocimiento. Existen varias sentencias complejas que pierden mucho de su significado cuando se las representa en lógica proposicional. Por esto se desarrolló una forma lógica más general, capaz de representar todos los detalles expresados en las sentencias, esta es la lógica de predicados.
La lógica de predicados está basada en la idea de las sentencias realmente expresan relaciones entre objetos, así como también cualidades y atributos de tales objetos. Los objetos pueden ser personas, objetos físicos, o conceptos. Tales cualidades, relaciones o atributos, se denominan predicados. Los objetos se conocen como argumentos o términos del predicado.
Al igual que las proposiciones, los predicados tienen un valor de veracidad, pero a diferencia de las preposiciones, su valor de veracidad, depende de sus términos. Es decir, un predicado puede ser verdadero para un conjunto de términos, pero falso para otro.

Por ejemplo, el siguiente predicado es verdadero:

color (yerba, verde)
el mismo predicado, pero con diferentes argumentos, puede no ser verdadero:
color (yerba, azul) o color (cielo, verde)

INFERENCIA Y RAZONAMIENTO.

Inferir es concluir o decidir a partir de algo conocido o asumido; llegar a una conclusión. A su vez, razonar es pensar coherente y lógicamente; establecer inferencias o conclusiones a partir de hechos conocidos o asumidos.
El proceso de razonamiento, por lo tanto, involucra la realización de inferencias, a partir de hechos conocidos. Realizar inferencias significa derivar nuevos hechos a partir de un conjunto de hechos conocidos como verdaderos. La lógica de predicados proporciona un grupo de reglas sólidas, con las cuales se pueden realizar inferencias. Las principales Reglas de Inferencia son:

Modus ponens.- Es la más importante, en los sistemas basados en conocimiento. Establece que:
Si las sentencias p y (p y q) se conocen que son verdaderas, entonces se puede inferir que q también es verdadera.

Modus tolens.- Esta regla establece que:
Si la sentencia (p y q) es verdadera y q es falsa, entonces se puede inferir que p también es falsa.

Resolución.- Utiliza refutación para comprobar una determinada sentencia. La refutación intenta crear una contradicción con la negación de la sentencia original, demostrando, por lo tanto, que la sentencia original es verdadera. La resolución es una técnica poderosa para probar teoremas en lógica y constituye la técnica básica de inferencia en PROLOG, un lenguaje que manipula en forma computacional la lógica de predicados. La regla de resolución, establece que:

Si (A y B) es verdadero y (~B y C) es verdadero, entonces (A y C) también es verdadero.

En lógica de predicados, existen tres métodos básicos de razonamiento: deductivo, abductivo e inductivo.

Deducción.- Es el razonamiento a partir de un principio conocido hacia un desconocido; de lo general, a lo específico, o de la premisa a la conclusión lógica. La deduccion realiza inferencias lógicamente correctas. Esto significa que la deducción a partir de premisas verdaderas, garantiza el resultado de conclusiones también verdaderas.

La deducción es el metodo más ampliamente comprendido, aceptado y reconocido de los tres indicados. Es la base tanto de la lógica proposicional, como de la lógica de predicados. A manera de ejemplo, el método deductivo, se puede expresar, utilizando lógica de predicados, como sigue:
A, B, C, [mayor (A, B) mayor (B, C) mayor (A, C)]

Abducción.- Es un método de razonamiento comúnmente utilizado para generar explicaciones. A diferencia de la induccion, la abducción no garantiza que se puedan lograr conclusiones verdaderas, por lo tanto no es un método sólido de inferencia. La forma que tiene la abducción es la siguiente:
Si la sentencia (A y B) es verdadera y B es verdadera, entonces A es posiblemente verdadera.
En abducción, se empieza por una conclusión y se procede a derivar las condiciones que podrían hacer a esta conclusión válida. En otras palabras, se trata de encontrar una explicación para la conclusión.

Inducción.- Se define como el razonamiento a partir de hechos particulares o casos individuales, para llegar a una conclusión general. El método inductivo es la base de la investigacion cientifica. La forma más común del método inductivo es la siguiente:
Si se conoce que P(a), P(b), ......, P(n) son verdaderos, entonces se puede concluir que, X, P(X) es también verdadero.
La inducción es una forma de inferencia muy importante ya que el aprendizaje, la adquisición de conocimiento y el descubrimiento están basados en ella. Al igual que la abducción, la inducción no es un método sólido de inferencia. El razonamiento deductivo es una forma monotónica de razonar que produce argumentos que preservan la verdad. En un sistema monotónico todos los axiomas utilizados se conocen como verdaderos por sus propios méritos, o pueden ser derivados de otros hechos conocidos como verdaderos. Los axiomas no pueden cambiar, ya que una vez que se los conoce como verdaderos, siempre permanecen así y no pueden ser modificados o retractados. Esto significa que en el razonamiento monotónico el conjunto de axiomas continuamente crece en tamaño.
Otro aspecto del razonamiento monotónico es que si más de una inferencia lógica puede ser hecha a un tiempo específico y una de ellas se realiza, las inferencias que quedan serán todavía aplicables después que dicha inferencia haya sido hecha.