Sistemas Expertos SE

Introducción

Estos sistemas permiten la creación de máquinas que razonan como el hombre, restringiéndose a un espacio de conocimientos limitado. En teoría pueden razonar siguiendo los pasos que seguiría un experto humano (médico, analista, empresario, etc.) para resolver un problema concreto. Este tipo de modelos de conocimiento por ordenador ofrece un extenso campo de posibilidades en resolución de problemas y en aprendizaje. Su uso se extenderá ampliamente en el futuro, debido a su importante impacto sobre los negocios y la industria.

Se pueden considerar como el primer producto verdaderamente operacional de la inteligencia artificial. Son programas de ordenador diseñados para actuar como un especialista humano en un dominio particular o área de conocimiento. En este sentido, pueden considerarse como intermediarios entre el experto humano, que transmite su conocimiento al sistema, y el usuario que lo utiliza para resolver un problema con la eficacia del especialista.

Los Sistemas Expertos

Son llamados así porque emulan el razonamiento de un experto en un dominio concreto, y en ocasiones son usados por éstos. Con los sistemas expertos se busca una mejor calidad y rapidez en las respuestas, dando así lugar a una mejora de la productividad del propio experto al usar este tipo de sistemas informáticos.

Es una aplicación informática capaz de solucionar un conjunto de problemas que exigen un gran conocimiento sobre un determinado tema. Un sistema experto es un conjunto de programas que, sobre una base de conocimientos, posee información de uno o más expertos en un área específica, donde el poder de resolución de un problema en un programa de computadora viene del conocimiento de un dominio específico. Estos sistemas imitan las actividades de un humano para resolver problemas de distinta índole (no necesariamente tiene que ser de inteligencia artificial. También se dice que un Sistema Experto se basa en el conocimiento declarativo hechos sobre objetos, situaciones) y el conocimiento de control información sobre el seguimiento de una acción.

Para que un sistema experto sea herramienta efectiva, los usuarios deben interactuar de una forma fácil, reuniendo dos capacidades para poder cumplirlo:

• Explicar sus razonamientos o base del conocimiento: los sistemas expertos se deben realizar siguiendo ciertas reglas o pasos comprensibles de manera que se pueda generar la explicación para cada una de estas reglas, que a la vez se basan en hechos.

• Adquisición de nuevos conocimientos o integrador del sistema: son mecanismos de razonamiento que sirven para modificar los conocimientos anteriores. Sobre la base de lo anterior se puede decir que los sistemas expertos son el producto de investigaciones en el campo de la inteligencia artificial ya que ésta no intenta sustituir a los expertos humanos, sino que se desea ayudarlos a realizar con más rapidez y eficacia todas las tareas que realiza.

Debido a esto en la actualidad se están mezclando diferentes técnicas o aplicaciones aprovechando las ventajas que cada una de estas ofrece para poder tener empresas más seguras. Un ejemplo de estas técnicas sería los agentes que tienen la capacidad de negociar y navegar a través de recursos en línea; y es por eso que en la actualidad juega un papel preponderante en los sistemas expertos.

Tipos de Sistema Expertos.

Principalmente existen tres tipos de sistemas expertos:

1. Basados en reglas previamente establecidas.

2. Basados en casos o CBR (Case Based Reasoning).

3. Basados en redes bayesianas.

4. En cada uno de ellos, la solución a un problema planteado se obtiene:

Aplicando reglas heurísticas apoyadas generalmente en lógica difusa para su evaluación y aplicación.

1. Aplicando el razonamiento basado en casos, donde la solución a un problema similar planteado con anterioridad se adapta al nuevo problema.

2. Aplicando redes bayesianas, basadas en estadística y el teorema de Bayes.

Ventajas y Desventajas de los Sistemas Expertos

Ventajas.

• 1. Permanencia: A diferencia de un experto humano un SE (sistema experto) no envejece, y por tanto no sufre pérdida de facultades con el paso del tiempo.

• 2. Replicación: Una vez programado un SE lo podemos replicar infinidad de veces.

• 3. Rapidez: Un SE puede obtener información de una base de datos y realizar cálculos numéricos mucho más rápido que cualquier ser humano.

• 4. Bajo costo: A pesar de que el costo inicial pueda ser elevado, gracias a la capacidad de duplicación el coste finalmente es bajo.

• 5. Entornos peligrosos: Un SE puede trabajar en entornos peligrosos o dañinos para el ser humano.

• 6. Fiabilidad: Los SE no se ven afectados por condiciones externas, un humano sí (cansancio, presión, etc.).

• 7. Consolidar varios conocimientos.

• 8. Apoyo Académico.

Desventajas.

• 1. Sentido común: Para un Sistema Experto no hay nada obvio. Por ejemplo, un sistema experto sobre medicina podría admitir que un hombre lleva 40 meses embarazado, a no ser que se especifique que esto no es posible ya que un hombre no puede gestar hijos.

• 2. Lenguaje natural: Con un experto humano podemos mantener una conversación informal mientras que con un SE no podemos.

• 3. Capacidad de aprendizaje: Cualquier persona aprende con relativa facilidad de sus errores y de errores ajenos, que un SE haga esto es muy complicado.

• 4. Perspectiva global: Un experto humano es capaz de distinguir cuales son las cuestiones relevantes de un problema y separarlas de cuestiones secundarias.

• 5. Capacidad sensorial: Un SE carece de sentidos.

• 6. Flexibilidad: Un humano es sumamente flexible a la hora de aceptar datos para la resolución de un problema.

• 7. Conocimiento no estructurado: Un SE no es capaz de manejar conocimiento poco estructurado.

Estructura Básica de un Sistema Experto

Un Sistema Experto está conformado por:

• 1. Especialistas Humanos

• 2. Ingenieros en Conocimientos.

• 3. Base de conocimientos (BC): Contiene conocimiento modelado extraído del diálogo con un experto.

• 4. Base de hechos (Memoria de trabajo): contiene los hechos sobre un problema que se ha descubierto durante el análisis.

• 5. Motor de inferencia: Modela el proceso de razonamiento humano.

• 6. Módulos de justificación: Explica el razonamiento utilizado por el sistema para llegar a una determinada conclusión.

• 7. Interfaz de usuario: es la interacción entre el SE y el usuario, y se realiza mediante el lenguaje natural.

Tareas que realiza un Sistema Experto

Diseño.

Diseño es el proceso de especificar una descripción de un artefacto que satisface varias características desde un número de fuentes de conocimiento.

El diseño se concibe de distintas formas:

• 1. El diseño en ingeniería es el uso de principios científicos, información técnica e imaginación en la definición de una estructura mecánica, máquina o sistema que ejecute funciones específicas con el máximo de economía y eficiencia.

• 2. El diseño industrial busca rectificar las omisiones de la ingeniería, es un intento consciente de traer forma y orden visual a la ingeniería de hardware donde la tecnología no provee estas características.

Los Sistemas Expertos en diseño ven este proceso como un problema de búsqueda de una solución óptima o adecuada. Las soluciones alternas pueden ser conocidas de antemano o se pueden generar automáticamente probándose distintos diseños para verificar cuáles de ellos cumplen los requerimientos solicitados por el usuario, ésta técnica es llamada "generación y prueba", por lo tanto estos SE son llamados de selección. En áreas de aplicación, la prueba se termina cuando se encuentra la primera solución; sin embargo, existen problemas más complejos en los que el objetivo es encontrar la solución óptima.

Monitorización.

La monitorización es un caso particular de la interpretación, y consiste en la comparación continua de los valores de las señales o datos de entrada y unos valores que actúan como criterios de normalidad o estándares. En el campo del mantenimiento predictivo los Sistemas Expertos se utilizan fundamentalmente como herramientas de diagnóstico. Se trata de que el programa pueda determinar en cada momento el estado de funcionamiento de sistemas complejos, anticipándose a los posibles incidentes que pudieran acontecer. Así, usando un modelo computacional del razonamiento de un experto humano, proporciona los mismos resultados que alcanzaría dicho experto.

Planificación.

La planificación es la realización de planes o secuencias de acciones y es un caso particular de la simulación. Está compuesto por un simulador y un sistema de control. El efecto final es la ordenación de un conjunto de acciones con el fin de conseguir un objetivo global.

Los problemas que presentan la planificación mediante SE son los siguientes:

• 1. Existen consecuencias no previsibles, de forma que hay que explorar y explicar varios planes.

• 2. Existen muchas consideraciones que deben ser valoradas o incluirles un factor de peso.

• 3. Suelen existir interacciones entre planes de sus objetivos diversos, por lo que deben elegirse soluciones de compromiso.

• 4. Trabajo frecuente con incertidumbre, pues la mayoría de los datos con los que se trabaja son más o menos probables pero no seguros.

• 5. Es necesario hacer uso de fuentes diversas tales como bases de datos.

Control.

Un sistema de control participa en la realización de las tareas de interpretación, diagnóstico y reparación de forma secuencial. Con ello se consigue conducir o guiar un proceso o sistema. Los sistemas de control son complejos debido al número de funciones que deben manejar y el gran número de factores que deben considerar; esta complejidad creciente es otra de las razones que apuntan al uso del conocimiento, y por tanto de los Sistema Expertos.

Cabe aclarar que los sistemas de control pueden ser en lazo abierto, si en el mismo la realimentación o el paso de un proceso a otro lo realiza el operador, o en lazo cerrado si no tiene que intervenir el operador en ninguna parte del mismo. Reparación, correcta o terapia.

La reparación, corrección, terapia o tratamiento consiste en la proposición de las acciones correctoras necesarias para la resolución de un problema. Los SE en reparación tienen que cumplir diversos objetivos, como son: Reparación lo más rápida y económicamente posible. Orden de las reparaciones cuando hay que realizar varias. Evitar los efectos secundarios de la reparación, es decir la aparición de nuevas averías por la reparación.

Simulación.

La simulación es una técnica que consistente en crear modelos basados en hechos, observaciones e interpretaciones sobre la computadora, a fin de estudiar el comportamiento de los mismos mediante la observación de las salidas para un conjunto de entradas. Las técnicas tradicionales de simulación requieren modelos matemáticos y lógicos, que describen el comportamiento del sistema bajo estudio.

El empleo de los SE para la simulación viene motivado por la principal característica de los SE, que es su capacidad para la simulación del razonamiento de un experto humano, que es un proceso complejo.

En la aplicación de los SE para simulación hay que diferenciar cinco configuraciones posibles:

• Un SE puede disponer de un simulador con el fin de comprobar las soluciones y en su caso rectificar el proceso que sigue.

• Un sistema de simulación puede contener como parte del mismo a un SE y por lo tanto el SE no tiene que ser necesariamente de simulación.

• Un SE puede controlar un proceso de simulación, es decir que el modelo está en la base de conocimiento del SE y su evolución es función de la base de hechos, la base de conocimientos y el motor de inferencia, y no de un conjunto de ecuaciones aritmético – lógicas.

• Un SE puede utilizarse como consejero del usuario y del sistema de simulación.

• Un SE puede utilizarse como máscara o sistema frontal de un simulador con el fin de que el usuario reciba explicación y justificación de los procesos.

Instrucción.

Un sistema de instrucción realizara un seguimiento del proceso de aprendizaje. El sistema detecta errores ya sea de una persona con conocimientos e identifica el remedio adecuado, es decir, desarrolla un plan de enseñanza que facilita el proceso de aprendizaje y la corrección de errores.

Recuperación de información.

Los Sistemas Expertos, con su capacidad para combinar información y reglas de actuación, han sido vistos como una de las posibles soluciones al tratamiento y recuperación de información, no sólo documental. La década de 1980 fue prolija en investigación y publicaciones sobre experimentos de este orden, interés que continua en la actualidad.

Lo que diferencia a estos sistemas de un sistema tradicional de recuperación de información es que éstos últimos sólo son capaces de recuperar lo que existe explícitamente, mientras que un Sistema Experto debe ser capaz de generar información no explícita, razonando con los elementos que se le dan. Pero la capacidad de los SE en el ámbito de la recuperación de la información no se limita a la recuperación. Pueden utilizarse para ayudar al usuario, en selección de recursos de información, en filtrado de respuestas. Un SE puede actuar como un intermediario inteligente que guía y apoya el trabajo del usuario final.

Sistemas de Inteligencia Artificial

Es un área multidisciplinaria que, a través de ciencias como la informática, la lógica y la filosofía, estudia la creación y diseño de entidades capaces de resolver cuestiones por sí mismas utilizando como paradigma la inteligencia humana.

General y amplio como eso, reúne a amplios campos, los cuales tienen en común la creación de máquinas capaces de pensar. En ciencias de la computación se denomina inteligencia artificial a la capacidad de razonar de un agente no vivo. John McCarthy acuñó la expresión inteligencia artificial en 1956, y la definió así: Es la ciencia e ingenio de hacer máquinas inteligentes, especialmente programas de cómputo inteligentes.

• 1. Búsqueda del estado requerido en el conjunto de los estados producidos por las acciones posibles.

• 2. Algoritmos genéticos (análogo al proceso de evolución de las cadenas de ADN).

• 3. Redes neuronales artificiales (análogo al funcionamiento físico del cerebro de animales y humanos).

• 4. Razonamiento mediante una lógica formal análogo al pensamiento abstracto humano.

Existen distintos tipos de percepciones y acciones, que pueden ser obtenidas y producidas, respectivamente, por sensores físicos y sensores mecánicos en máquinas, pulsos eléctricos u ópticos en computadoras, tanto como por entradas y salidas de bits de un software y su entorno software.

En el año 2011 IBM desarrolló una supercomputadora llamada Watson, la cual ganó una ronda de tres juegos seguidos de Jeopardy!, venciendo a sus dos máximos campeones, y ganando un premio de 1 millón de dólares que IBM luego donó a obras de caridad.10

Existen personas que al dialogar sin saberlo con un chatbot no se percatan de hablar con un programa, de modo tal que se cumple la prueba de Turing como cuando se formuló: Existirá Inteligencia Artificial cuando no seamos capaces de distinguir entre un ser humano y un programa de computadora en una conversación a ciegas.

Categorías de la inteligencia artificial.

Stuart Russell y Peter Norvig diferencian estos tipos de la inteligencia artificial:

• 1. Sistemas que piensan como humanos. Estos sistemas tratan de emular el pensamiento humano; por ejemplo las redes neuronales artificiales. La automatización de actividades que vinculamos con procesos de pensamiento humano, actividades como la Toma de decisiones, Resolución de problemas y aprendizaje.

• 2. Sistemas que actúan como humanos. Estos sistemas tratan de actuar como humanos; es decir, imitan el comportamiento humano; por ejemplo la robótica. El estudio de cómo lograr que los computadores realicen tareas que, por el momento, los humanos hacen mejor.

• 3. Sistemas que piensan racionalmente. Es decir, con lógica (idealmente), tratan de imitar o emular el pensamiento lógico racional del ser humano; por ejemplo los sistemas expertos. El estudio de los cálculos que hacen posible percibir, razonar y actuar.

• 4. Sistemas que actúan racionalmente (idealmente) Tratan de emular de forma racional el comportamiento humano; por ejemplo los agentes inteligentes. Está relacionado con conductas inteligentes en artefactos.

Escuelas de pensamiento

La Inteligencia Artificial se divide en dos escuelas de pensamiento:

Inteligencia artificial convencional.

Se conoce también como Inteligencia Artificial simbólico-deductiva. Está basada en el análisis formal y estadístico del comportamiento humano ante diferentes problemas:

• 1. Razonamiento basado en casos: Ayuda a tomar decisiones mientras se resuelven ciertos problemas concretos y, aparte de que son muy importantes, requieren de un buen funcionamiento.

• 2. Sistemas expertos: Infieren una solución a través del conocimiento previo del contexto en que se aplica y ocupa de ciertas reglas o relaciones.

• 3. Redes bayesianas: Propone soluciones mediante inferencia probabilística.

• 4. Inteligencia artificial basada en comportamientos: Esta inteligencia contiene autonomía y puede auto-regularse y controlarse para mejorar.

• 5. Smart process management: Facilita la toma de decisiones complejas, proponiendo una solución a un determinado problema al igual que lo haría un especialista en la dicha actividad.

Inteligencia artificial computacional.

La Inteligencia Computacional (también conocida como IA su simbólica-inductiva) implica desarrollo o aprendizaje interactivo (por ejemplo, modificaciones interactivas de los parámetros en sistemas conexionistas). El aprendizaje se realiza basándose en datos empíricos.

La inteligencia artificial y los sentimientos.

El concepto de IA es aún demasiado difuso. Contextualizando, y teniendo en cuenta un punto de vista científico, podríamos englobar a esta ciencia como la encargada de imitar una persona, y no su cuerpo, sino imitar al cerebro, en todas sus funciones, existentes en el humano o inventadas sobre el desarrollo de una máquina inteligente.

A veces, aplicando la definición de Inteligencia Artificial, se piensa en máquinas inteligentes sin sentimientos, que «obstaculizan» encontrar la mejor solución a un problema dado. Muchos pensamos en dispositivos artificiales capaces de concluir miles de premisas a partir de otras premisas dadas, sin que ningún tipo de emoción tenga la opción de obstaculizar dicha labor.

La mayoría de los investigadores en el ámbito de la Inteligencia Artificial se centran sólo en el aspecto racional, muchos de ellos consideran seriamente la posibilidad de incorporar componentes emotivos como indicadores de estado, a fin de aumentar la eficacia de los sistemas inteligentes.

Hay que saber que ya existen sistemas inteligentes. Capaces de tomar decisiones,  la mayoría de los investigadores en el ámbito de la Inteligencia Artificial se centran sólo en el aspecto racional, muchos de ellos consideran seriamente la posibilidad de incorporar componentes emotivos como indicadores de estado, a fin de aumentar la eficacia de los sistemas inteligentes.

Al tener sentimientos al menos potencialmente, motivaciones, podrán actuar de acuerdo con sus intenciones, se podría equipar a un robot con dispositivos que controlen su medio interno; por ejemplo, que sientan hambre al detectar que su nivel de energía está descendiendo o que sientan miedo cuando aquel esté demasiado bajo. Esta señal podría interrumpir los procesos de alto nivel y obligar al robot a conseguir el preciado elemento. Incluso se podría introducir el dolor o el sufrimiento físico, a fin de evitar las torpezas de funcionamiento como, por ejemplo, introducir la mano dentro de una cadena de engranajes o saltar desde una cierta altura, lo cual le provocaría daños irreparables.

Esto significa que los sistemas inteligentes deben ser dotados con mecanismos de retroalimentación que les permitan tener conocimiento de estados internos, igual que sucede con los humanos que disponen de propiocepción, interocepción, nocicepción, etcétera. Esto es fundamental tanto para tomar decisiones como para conservar su propia integridad y seguridad.

A los sistemas inteligentes el no tener en cuenta elementos emocionales les permite no olvidar la meta que deben alcanzar. En los humanos el olvido de la meta o el abandonar las metas por perturbaciones emocionales es un problema que en algunos casos llega a ser incapacitante. Los sistemas inteligentes, al combinar una memoria durable, una asignación de metas o motivación, junto a la toma de decisiones y asignación de prioridades con base en estados actuales y estados meta, logran un comportamiento en extremo eficiente, especialmente ante problemas complejos y peligrosos.

Criticas.

Las principales críticas a la inteligencia artificial tienen que ver con su capacidad de imitar por completo a un ser humano. Estas críticas ignoran que ningún humano individual tiene capacidad para resolver todo tipo de problemas, y autores como Howard Gardner han propuesto que existen inteligencias múltiples. Un sistema de inteligencia artificial debería resolver problemas. Por lo tanto es fundamental en su diseño la delimitación de los tipos de problemas que resolverá y las estrategias y algoritmos que utilizará para encontrar la solución.

En los humanos la capacidad de resolver problemas tiene dos aspectos: los aspectos innatos y los aspectos aprendidos. Los aspectos innatos permiten por ejemplo almacenar y recuperar información en la memoria y los aspectos aprendidos el saber resolver un problema matemático mediante el algoritmo adecuado. Del mismo modo que un humano debe disponer de herramientas que le permitan solucionar ciertos problemas, los sistemas artificiales deben ser programados de modo tal que puedan resolver ciertos problemas.

Muchas personas consideran que el test de Turing ha sido superado, citando conversaciones en que al dialogar con un programa de inteligencia artificial para chat no saben que hablan con un programa. Esta situación no es equivalente a un test de Turing, que requiere que el participante esté sobre aviso de la posibilidad de hablar con una máquina.

Otros experimentos mentales como la Habitación china de John Searle han mostrado cómo una máquina podría simular pensamiento sin tener que tenerlo, pasando el test de Turing sin siquiera entender lo que hace. Esto demostraría que la máquina en realidad no está pensando, ya que actuar de acuerdo con un programa preestablecido sería suficiente. Si para Turing el hecho de engañar a un ser humano que intenta evitar que le engañen es muestra de una mente inteligente, Searle considera posible lograr dicho efecto mediante reglas definidas a priori.

Uno de los mayores problemas en sistemas de inteligencia artificial es la comunicación con el usuario. Este obstáculo es debido a la ambigüedad del lenguaje, y apareció ya en los inicios de los primeros sistemas operativos informáticos. La capacidad de los humanos para comunicarse entre sí implica el conocimiento del lenguaje que utiliza el interlocutor. Para que un humano pueda comunicarse con un sistema inteligente hay dos opciones: o bien el humano aprende el lenguaje del sistema como si aprendiese a hablar cualquier otro idioma distinto al nativo, o bien el sistema tiene la capacidad de interpretar el mensaje del usuario en la lengua que el usuario utiliza.

Los desarrollos en inteligencia artificial son mayores en los campos disciplinares en los que existe mayor consenso entre especialistas. Un sistema experto es más probable de ser programado en física o en medicina que en sociología o en psicología. Esto se debe al problema del consenso entre especialistas en la definición de los conceptos involucrados y en los procedimientos y técnicas a utilizar. Por ejemplo, en física hay acuerdo sobre el concepto de velocidad y cómo calcularla. Sin embargo, en psicología se discuten los conceptos, la etiología, la psicopatología y cómo proceder ante cierto diagnóstico. Esto dificulta la creación de sistemas inteligentes porque siempre habrá desacuerdo sobre lo que se esperaría que el sistema haga. A pesar de esto hay grandes avances en el diseño de sistemas expertos para el diagnóstico y toma de decisiones en el ámbito médico y psiquiátrico.

Sistema de Lenguaje natural

Permite la comunicación entre humanos y máquinas, donde los fenómenos lingüísticos, como los verbos, frases y cláusulas actúan como controles de la interfaz de usuario para crear, seleccionar y modificar datos en las aplicaciones de software.

En el diseño de la interfaz de lenguaje natural los interfaces son buscados por su velocidad y facilidad de uso, pero además hay factores como la comprensión, que añaden una dificultad significativa, ya que podemos encontrar entradas ambiguas en el sistema

El Lenguaje Natural compone un área activa de estudio en el campo del procesamiento de la lingüística computacional. Una intuitiva interfaz de lenguaje natural en general es uno de los grandes objetivos activos de la Web Semántica.

Es importante tener en cuenta que las interfaces de texto son naturales en diversos grados, y que muchos lenguajes de programación formal (no natural) incorporan idiomas de lenguaje natural humano. Del mismo modo, un motor tradicional de búsqueda de palabras clave podría ser descrito como una interfaz de usuario de la lengua natural superficial.

A lo largo de la historia los lenguajes naturales han ido evolucionando, de forma paralela al desarrollo y evolución de la especie humana. En los últimos años, las aplicaciones diseñadas han intentado promover la comunicación entre humanos y máquinas por lo que se han incluido técnicas de reconocimiento de voz. Hoy en día el campo del reconocimiento de lenguaje natural está trabajando para mejorar los resultados, superando las diferentes dificultades que se comentan más adelante.

Los primeros contactos con la interfaz de usuario de lenguaje natural datan de los años sesenta y setenta de la mano del prototipo NI

• Lunar: una interfaz de lenguaje natural en conexión a una base de datos con análisis químicos de las rocas lunares de Apolo-11 por William A. Woods.

• Chat-80: transforma preguntas en inglés en expresiones Prolog, las cuales fueron evaluados en relación con la base de datos Prolog. El código de la charla-80 fue ampliamente difundido, y formó la base de muchas otras interfaces experimentales Nl.

• Janus: es también uno de los pocos sistemas de apoyo a las cuestiones temporales.

• Intellect de Trinzic: (formado por la fusión de AICorp y Aion).

• Bbn"s Parlance: construido sobre la experiencia del desarrollo de los sistemas Rus e Irus.

• IBM Languageaccess

• Q&A de Symantec.

• Datatalker de Natural Language Inc.

• Loqui de Bim.

• English Wizard de Linguistic Technology Corporation.

Procesado y reconocimiento del Lenguaje Natural.

Dificultades del reconocimiento.

Los sistemas de reconocimiento se pueden dividir en dos tipos principales. Sistemas de reconocimiento de patrones entrenados, éste compara los patrones con otros patrones ya conocidos y clasificados para determinar la similitud y por tanto el reconocimiento. Y por otro lado tenemos los Sistemas fonéticos que utilizan el conocimiento del cuerpo humano (la producción del habla y audición) para comparar las características del lenguaje (fonética, tales como sonidos de las vocales). Los sistemas más modernos se centran en el enfoque de reconocimiento de patrones, ya que combina muy bien con las técnicas de computación actual y tiende a tener una mayor precisión.

Aun así existen una serie de factores que dificultan estos procesos, ya que influyen en el tratado de la señal y por tanto en el reconocimiento. Algunos de ellos son los siguientes:

• La variación fonética inter-locutor e intra-locutor: La variación inter-locutor, da lugar a que cuando se está emitiendo una secuencia concreta de palabras, con el mismo estilo de habla, y sin diferencias geográficas o sociales, aun así existan variaciones en el lenguaje. Por otro lado la variación intra-locutor, estudia qué cambia en cada persona cuando habla espontáneamente o cuando lee.

• Los estilos de habla: Entre todos los hablantes existe un amplio repertorio de estilos que pueden modificar la inteligibilidad de la palabra. El estilo depende del grado de atención del hablante hacia las características de su propia producción lingüística"(William Labov).

• Las difluencias en el habla espontánea: En este apartado podemos encontrar un amplio conjunto de variaciones que cambian la fluidez de la lingüística. Entre ellas encontramos las pausas, repeticiones, palabras truncadas, alargamientos vocálicos, interrupciones, frases inacabadas e incluso variaciones en la velocidad.

• Las características del entorno: Por último tenemos el factor externo al locutor, y no por ello menos importante, debido a que las variaciones ambientales del entorno pueden entorpecer significativamente el procesado de la señal. En este caso nos encontramos con ruidos que pueden distorsionar o enmascarar, y cambios de sonido ambiente que pueden modificar la señal de forma transitoria.

Tratamiento de la señal.

La implementación de un sistema de reconocimiento de lenguaje natural, conlleva el tratamiento de la señal acústica, pasando por diferentes bloques que nos ayudarán a extraer las características necesarias para implementar el sistema. Éste tratamiento lo podríamos resumir con los siguientes apartados:

1. El primer paso es la captura de la señal de voz. Se utiliza un micrófono que a través de un convertidor CAD(Conversor Analógico/Digital) convierte la señal acústica en una señal eléctrica, a la cual se le realiza la extracción de parámetros. En este paso existe una dificultad añadida, provocada por la no linealidad y perdida de frecuencias introducido por el sistema micrófono/convertidor.

2. La siguiente etapa es la segmentación y el etiquetado, aquí el sistema intenta encontrar las regiones estables donde las características son constantes. Uno de las técnicas más utilizadas es la utilización de solapamiento entre el enventanado, para evitar dejar parte de señal sin analizar. En este nivel además se suelen aplicar filtros de normalización y pre-énfasis, con los cuales se prepara la señal para ser procesada.

3. En tercer lugar se realiza el cálculo de parámetros, lo que proporciona una representación espectral de las características de la señal de voz que podemos utilizar para entrenar el sistema de reconocimiento (HMM, Redes neuronales, entre otros). Los métodos más comunes en esta etapa son el análisis de banco de filtros y LPC. Para el cálculo de coeficientes que caracterizan la señal se sigue un patrón de bloques estandarizado por la ETSI.

Objetivos Generales

La interfaz de lenguaje natural en el pasado dio lugar a los usuarios que querían antropomorfizar sus equipos, o al menos atribuir más inteligencia que la que garantizan. Esto conduce a expectativas poco realistas de las capacidades del sistema por parte del usuario. Tales expectativas hacen difícil aprender las restricciones del sistema, y si ellos les atribuyen un exceso de capacidad, esto dará lugar a la decepción cuando el sistema no funcione como se espera.

• Modificador de unión

La pregunta de "Lista de todos los empleados de la empresa con un permiso de conducir" es ambigua a menos que sepa que las compañías no pueden tener licencias de conducir.

• Conjunción y disyunción

"Lista de todos los solicitantes que viven en California y Arizona." Es ambiguo a menos que se sepa que una persona no puede vivir en dos lugares a la vez.

• Resolución de la anáfora

Resuelve lo que un usuario quiere decir por el 'él', 'ella' o 'esto', en una consulta auto-referencial

Otros objetivos a tener en cuenta de forma más general son la velocidad y eficiencia del sistema interfaz, como en cualquier otro algoritmo estos dos puntos son los que determinarán que unas técnicas sean mejores que otras y por tanto que tengan mayor éxito en el mercado.

Por último, respecto a las técnicas utilizadas, el principal problema a resolver es el de crear un algoritmo general que pueda reconocer todos los tipos de voces, sin diferenciar entre nacionalidad, sexo o edad. Ya que pueden existir diferencias significativas entre las características extraídas a varios locutores que pronuncian la misma palabra o frase.

Utilidades y Aplicaciones.

La interfaz de lenguaje natural y su reconocimiento con resultados satisfactorios, dan lugar a que esta tecnología pueda ser utilizada para diferentes usos y aplicaciones. Algunos de los principales usos son:

• Dictado: éste es el uso más común para los sistemas de ASR en la actualidad. Esto incluye transcripciones médicas, dictados legales y comerciales, así como procesamiento de textos en general.

• Aplicaciones de mando y control: estos sistemas están diseñados para realizar funciones y acciones, un ejemplo sería la telefonía.

• Medicina y discapacidad: muchas personas tienen dificultades para escribir, debido a limitaciones físicas, la distrofia, y muchos otros. Por ejemplo, las personas con problemas auditivos pueden usar un sistema conectado a su teléfono para convertir el discurso de la persona que llama en texto.

• Aplicaciones integradas: algunos teléfonos móviles más modernos incluyen reconocimiento de voz que permiten expresiones como "Call Home". Esto podría significar un factor importante en el futuro de las interfaces del reconocimiento de lenguaje natural.

 Aplicaciones que utilizan el reconocimiento de Lenguaje Natural.

Ubiquity: es un servicio online que responde a las consultas directamente mediante un cálculo de la respuesta a partir de datos estructurados, en lugar de proporcionar una lista de documentos o páginas web que podrían contener la respuesta como un motor de búsqueda. Fue anunciado en marzo de 2009 por Stephen Wolfram, y fue lanzado al público el 15 de mayo de 2009.

Siri: es una aplicación de asistente personal para iPhone OS. La aplicación utiliza el procesamiento del lenguaje natural para responder a las preguntas y hacer recomendaciones. La aplicación para el iPhone es el primer producto publicado por sus creadores, que se centra en aplicaciones de inteligencia artificial. El grupo de marketing de la compañía asegura que Siri se adapta a las preferencias individuales del usuario a través del tiempo y personaliza los resultados, para completar tareas como hacer una reserva para una cena.

Wolfram Alpha: es un servicio online que responde a las consultas directamente mediante un cálculo de la respuesta a partir de datos estructurados, en lugar de proporcionar una lista de documentos o páginas web que podrían contener la respuesta como un motor de búsqueda. Fue anunciado en marzo de 2009 por Stephen Wolfram, y fue lanzado al público el 15 de mayo de 2009.

Aprendizaje de Maquina.

Es una rama de la inteligencia artificial cuyo objetivo es desarrollar técnicas que permitan a las computadoras aprender. De forma más concreta, se trata de crear programas capaces de generalizar comportamientos a partir de una información no estructurada suministrada en forma de ejemplos. Un proceso de inducción del conocimiento. En muchas ocasiones el campo de actuación del aprendizaje automático se solapa con el de la estadística, ya que las dos disciplinas se basan en el análisis de datos.

El aprendizaje automático se centra más en el estudio de la complejidad computacional de los problemas. Muchos problemas son de clase NP-hard, por lo que gran parte de la investigación realizada en aprendizaje automático está enfocada al diseño de soluciones factibles a esos problemas. El aprendizaje automático puede ser visto como un intento de automatizar algunas partes del método científico mediante métodos matemáticos

El aprendizaje automático tiene una amplia gama de aplicaciones, incluyendo motores de búsqueda, diagnósticos médicos, detección de fraude en el uso de tarjetas de crédito, análisis del mercado de valores, clasificación de secuencias de ADN, reconocimiento del habla y del lenguaje escrito, juegos y robótica.

Interacción Hombre-Máquina.

Algunos sistemas de Aprendizaje Automático intentan eliminar toda necesidad de intuición o conocimiento experto de los procesos de análisis de datos, mientras otros tratan de establecer un marco de colaboración entre el experto y la computadora. La intuición humana no puede ser reemplazada en su totalidad, ya que el diseñador del sistema ha de especificar la forma de representación de los datos y los métodos de manipulación y caracterización de los mismos. Sin embargo, las computadoras son utilizadas por todo el mundo con fines tecnológicos muy buenos.

Tipos de Algoritmos.

Los diferentes algoritmos de Aprendizaje Automático se agrupan en una taxonomía en función de la salida de los mismos. Algunos tipos de algoritmos son:

Aprendizaje supervisado