Parte III

Agentes que razonan de manera lógica

Agente basado en el conocimiento

El enfoque basado en el conocimiento tiene como objetivo implantar agentes que se pueden considerar como entidades que poseen un conocimiento de su mundo, y que también son capaces de razonar sobre las posibles acciones que pueden emprender.

Base de conocimientos

El componente principal de un agente basado en el conocimiento es su base de conocimientos, o BC. De manera informal podría decirse que una base de conocimientos es un conjunto de representaciones de ciertos hechos acerca del mundo. Cada una de estas representaciones se denomina oración. Las oraciones se expresan en un lenguaje denominado lenguaje para la representación del conocimiento.
Para interactuar con la BC, es decir para agregarle nuevas oraciones e interrogarle sobre ellas, existen dos tareas que pueden realizarse: INFORMAR y PREGUNTAR, respectivamente.

Informar y preguntar

Siempre que se solicita la intervención de un programa de agente, se realizan dos acciones. Primera, el programa INFORMA a la base de conocimientos lo que percibe. Segunda, le PREGUNTA a la base de conocimientos cuál es la acción que debe emprender. Debe quedar claro que es el agente quien informa y pregunta a su BC, y no una entidad externa a él.

Características

El agente basado en el conocimiento no determina las acciones a seguir en forma arbitraria, sino que se caracteriza por los siguientes tres niveles:

• El nivel de conocimiento o nivel epistemológico: es el más abstracto de los tres. Se puede describir un agente basándose en lo que éste sabe. Si INFORMAR y PREGUNTAR funcionan bien, la mayoría de las veces basta con trabajar en este nivel sin necesidad de ocuparse de los niveles inferiores.

• El nivel lógico: es donde el conocimiento se codifica mediante oraciones.

• El nivel de implantación: es el que opera la arquitectura del agente y es donde se encuentran las representaciones físicas de las oraciones correspondientes al nivel lógico.
  

Enfoque declarativo

Si es posible entender la operación de un agente basado en el conocimiento en función de lo que éste sabe, entonces es posible construirlo informándole todo lo que necesita saber. El programa inicial del agente, antes de que empiece a recibir percepciones, se construye incorporando de una en una todas las oraciones que representan todo lo que el diseñador sabe acerca del ambiente. A lo anterior se lo conoce como enfoque declarativo de la construcción de un sistema. 

Aprendizaje

Es posible diseñar mecanismos de aprendizaje producen un conocimiento general acerca del ambiente una vez que se les proporciona un conjunto de percepciones. Mediante la incorporación de mecanismos de aprendizaje en un agente basado en el conocimiento se logra la total autonomía de éste.

El ambiente del mundo Wumpus

Wumpus es un antiguo juego de computadora que resulta excelente como ambiente que sirve de campo de prueba de los agentes inteligentes.

Especificación del ambiente

• En el cuadro donde está el wumpus y en los cuadros directamente contiguos (no los que estén en sentido diagonal) el agente alcanza a percibir un hedor.

• En los cuadros directamente contiguos a un precipicio el agente recibe una brisa.

• En el cuadro donde está el oro el agente recibe un resplandor.

• Si al caminar el agente topa con un muro percibirá un golpe.

• Si mata al wumpus, éste lanza un gemido que se escucha por toda la cueva.

El agente recibe las percepciones a través de una lista de cinco símbolos. [Hedor, Brisa, Resplandor, Golpe, Gemido].
Hay acciones para desplazarse, recoger un objeto, lanzar una flecha o salir de la cueva.
El agente encontrará una horrible muerte si entra en un cuadro con precipicio o con un wumpus vivo.
La meta del agente es encontrar el oro y llevarlo al punto de partida lo más rápido posible.

Para lograr un buen desempeño en este mundo, el agente deberá ser capaz de realizar razonamientos sobre los conocimientos que posee, es decir, inferir sobre conocimientos obtenidos en distintos momentos y lugares. La inferencia es típica del razonamiento lógico.

Representación, razonamiento y lógica

El objetivo de la representación del conocimiento es expresar éste en forma manejable por la computadora, de manera que se la pueda utilizar como un auxiliar para el buen desempeño de los agentes. Un lenguaje para la representación del conocimiento consta de dos aspectos:
La sintaxis del lenguaje explica las posibles configuraciones mediante las cuales se forman las oraciones.
La semántica determina los hechos del mundo a los que hacen alusión las oraciones. Mediante la semática, cada oración expresa algo relacionado con el mundo.

Inferencia

Con base en la sintaxis y la semántica se obtiene el mecanismo de inferencia que servirá al agente que emplee el lenguaje:
Recuérdese que la semántica del lenguaje determina el hecho al que alude una determinada oración. Los hechos forman parte del mundo y,.debido a que el mundo no es abarcable por ningún humano o computadora, los mecanismos de razonamiento deben basarse en la representación de los hechos, no en los hechos mismos.

La inferencia debe ser un proceso para construir nuevas configuraciones físicas (oraciones) a partir de otras anteriores. Un proceso adecuado deberá garantizar que las nuevas configuraciones representen hechos derivados de aquellos representados por configuraciones anteriores.

Consecuencia o implicación

Relación que guardan dos oraciones, y que refleja el hecho de que una es consecuencia  o se deriva de la otra. Lo que deseamos es obtener generar nuevas oraciones que necesariamente sean verdaderas, suponiendo que las previas también lo sean.

Nuevas oraciones

Mediante un procedimiento de inferencia se pueden obtener dos cosas: partiendo de una base de conocimiento BC, tal procedimiento permite generar nuevas oraciones X que dan a entender que son implicaciones de BC. O bien, dados una BC y otra oración X, informará si X es consecuencia de la BC o si no lo es.

Procedimiento de inferencia

A un procedimiento de inferencia que genere sólo oraciones implicadas se le denomina procedimiento fidedigno o protector de la verdad.
A un procedimiento de inferencia se le puede describir por las oraciones que pueden derivarse a partir de él.
El testimonio de la manera de operar de un procedimiento de inferencia confiable se denomina demostración.
Se considera que un procedimiento de inferencia es completo si es capaz de encontrar la demostración respectiva de toda oración implicada. Sin embargo, en muchas BC el conjunto de todas las consecuencias en infinito, y por lo tanto resulta imposible encontrar las demostraciones de todas las oraciones implicadas. Esto implica que la mayoría de los procedimientos de inferencia no son completos.

Para contar con una inferencia segura, se debe lograr que los pasos de inferencia respeten la semántica de las oraciones sobre las que se aplican, es decir, que dada una cierta BC, mediante los pasos de inferencia se obtengan solamente nuevas oraciones que representen hechos derivados de los hechos representados por la BC. La teoría de la demostración especifica los pasos de razonamiento que son confiables.

Representación

En un buen lenguaje para representar el conocimiento se combinan las ventajas de los lenguajes naturales y la de los lenguajes formales. Debe ser lo suficientemente expresivo y conciso para que nos permita expresar de manera sucinta todo lo que hay que decir. Debe ser inequívoco (no ambiguo) e independiente del contexto para su interpretación, de manera que lo que se diga hoy siga siendo interpretable el día de mañana. Debe ser eficiente en el sentido de que debe existir un procedimiento de inferencia que permita obtener nuevas inferencias a partir de oraciones en nuestro idioma. Es importante tener en cuenta que independientemente del lenguaje que se emplee se deberá utilizar la notación lógica, por lo que es imprescindible familiarizarse con ella.

Semántica: ninguna oración tiene significado por sí misma, quien la escriba tiene que proporcionar su respectiva interpretación; debe aclarar a qué hecho corresponde.
Todos los lenguajes de representación exigen una relación sistemática entre oraciones y hechos. 

Los lenguajes de los que nos ocuparemos son todos compositivos o de composición: el significado de una oración es función del significado de sus partes. Una vez que mediante la semántica se interpreta de una manera determinada una oración, ésta afirma que el mundo es de esta forma y no de otra. La validez de la oración depende tanto su interpretación como del estado actual del mundo.

Inferencia

Los términos razonamiento e inferencia son utilizados para referirse a cualquier proceso mediante el que se obtienen conclusiones.
La inferencia lógica o deducción es un proceso mediante el que se implanta la relación de implicación que existe entre oraciones.

Validez

Se dice que una oración es válida o necesariamente verdadera si y sólo si es verdadera en todas las posibles interpretaciones de todos los mundos posibles, es decir, con independencia de lo que supuestamente signifique y de lo que esté sucediendo en el universo descrito. También se llaman oraciones analíticas o tautologías.

Satisfacción

Se considera que una oración es satisfactible si y sólo si existe una interpretación en algún mundo para la que es válida. Lo contrario es el caso de las oraciones insatisfactibles.

Lógica

Una lógica consta de:

• un sistema formal para describir lo que está sucediendo y que consta a su vez de sintaxis y semantica;

• la teoría de la demostración, un conjunto de reglas paar deducir las implicaciones de un conjunto de oraciones.

Lógica de primer orden

La lógica de primer orden se preocupa por la representación de los mundos en términos de objetos y predicados sobre objetos (es decir, propiedades de los objetos o relaciones entre los objetos), así como del uso de conectivos y cuantificadores, mediante los cuales se pueden escribir oraciones sobre todo lo que pasa en el universo, a un mismo tiempo.

Lógica propositiva o booleana

En la lógica propositiva los símbolos representan proposiciones completas (hechos). Todas las oraciones se forman combinando los signos anteriores mediante las siguientes reglas:
Las constantes lógicas Verdadero y Falso constituyen oraciones en si mismas.
Un símbolo propositivo tal como P o Q es una oración en si mismo.
Encerrar entre paréntesis una oración produce también una oración, por ejemplo (P^Q). Una oración se forma combinando oraciones más sencillas con uno de los cinco conectores lógicos:

Semántica

La semántica de la lógica propositiva también es bastante directa. Se define especificando la interpretación de los signos de proposición y de las constantes y especificando el significado de los conectores lógicos.
El significado de una oración compleja se obtiene del significado de cada una de sus partes, y su validez se puede determinar mediante tablas de verdad.

Reglas de inferencia en la lógica propositiva

El procedimiento que mediante tablas de verdad permite cerciorarse de la confiabilidad de una inferencia podría a clases enteras de inferencias. Existen ciertos patrones de inferencias que se presentan una y otra vez, lo que permite establecer de una vez por todas su confiabilidad. De esta manera se aprehende el patrón respectivo en algo que se conoce como regla de inferencia. Una vez que se establece una reglas de inferencia se puede simplemente emplear, sin necesidad de construir nuevamente las tablas de verdad, que en muchos casos resulta tedioso.