Dise

1
Diseño e Implementación deSistemas Basados en
Conocimiento
La metodología CommonKADS

• 6.1 Introducción
• 6.2 Diseño que mantiene la estructura
• 6.3 Paso 1 Diseño arquitectura del sistema
• 6.4 Paso 2 Identificar plataforma implementación
• 6.5 Paso 3Especificar componentes
  arquitectónicos
• 6.6 Paso 4 Especificar aplicación
• 6.7 Ejemplo de Implementación. Aplicación
  Vivienda en Prolog
• Carlos Alonso González
• Dpto. de Informática
• Universidad de Valladolid

2
6.1 Introducción

• Diseño
• Entrada
• Modelo de conocimiento
• Requisitos funcionales relacionados con
  razonamiento
• Modelo de comunicación
• Requisitos funcionales relacionados con la
  interacción
• Otros modelos requisitos no funcionales
• Salida
• Especificación de una arquitectura software
• Diseño de la aplicación sobre esta arquitectura

3
(No Transcript)
4
Arquitectura del sistema

• Fundamento del proceso de diseño
• Descripción de la estructura del software en
  términos de
• Descomposición en subsistemas
• Régimen de Control
• Descomposición de subsistemas en módulos software
• CommonKADS proporciona Arquitectura de Referencia
• Esquema de arquitectura que se puede
  particularizar para diversos sistemas

5
6.2 Diseño que mantiene la estructura I

• Objetivo minimizar diferencias entre
  especificaciones de la aplicación y
  especificaciones de la arquitectura
• Diseño que no mantiene la estructura
• Por ejemplo, Sistema Experto primera generación
  (una sola base de reglas, sin estructura)
• Se pierde distinción entre los distintos tipos de
  conocimiento
• Diseño que mantiene la estructura
• Conserva el contenido y la estructura de los
  modelos de análisis

6
Diseño que mantiene la estructura II

• Mantener simultáneamente el contenido y la
  estructura del modelo de análisis durante el
  diseño
• Principio fundamental de diseño moderno
• El diseño se contempla como añadir detalles
  específicos de la implementación a los resultados
  del análisis
• Directamente relacionado con criterios de calidad

7
Criterios de calidad para el diseño de Sistemas
Basados en Conocimiento

• Reutilización de código/elementos de diseño
• Hace explícito el propósito de los fragmentos de
  código
• Facilita Mantenimiento y Adaptación
• Facilita el trazado de requisitos
• Explicación
• Permite explicar el proceso de razonamiento en
  términos del modelo de conocimiento
• Ayuda a la elicitación de conocimiento
• El modelo de conocimiento aporta semántica al
  código, facilitando
• Editores de conocimiento
• Aprendizaje, ...

8
Etapas proceso de diseño
9
6.3 Paso 1Diseño arquitectura del sistema

• Descripción arquitectura
• Descomposición en subsistemas
• Régimen de Control
• Descomposición de subsistemas en módulos software
• CommonKADS propone una arquitectura de
  referencia, descrita a dos niveles
• Arquitectura del sistema global
• Arquitectura del subsistema Modelo de Aplicación

10
Arquitectura de referenciaModel-View-Controller
11
Subsistema Modelo de Aplicación

• En general, datos y funciones que proporcionan la
  funcionalidad de la aplicación
• En CommonKADS, el modelo de conocimiento
• Datos
• Bases de conocimiento
• Datos dinámicos manipulados durante el
  razonamiento (papeles dinámicos)
• Funciones
• Tareas, subtareas, inferencias y funciones de
  transferencia

12
Subsistema vistas

• Visualizar datos y funciones de aplicación
• Quizás múltiples visualizaciones del mismo
  elemento
• Combinar visualizaciones de múltiples elementos
  de la aplicación
• Desacoplo objetos/visualización
• Requiere mecanismos de actualización/integridad

13
Subsistema controlador

• Unidad central de comando y control
• Proporciona manejadores para eventos internos y
  externos
• Activa funciones de aplicación
• Puede definir sus propias vistas
• Puede incluir reloj interno y agenda
• Comportamiento tipo demon

14
Arquitectura del subsistema Modelo de
Aplicación

• Principio
• Diseño que mantiene la estructura
• Opciones
• Descomposición funcional u orientada al objeto
• Elección descomposición orientada al objeto
• Encaja bien con el carácter declarativo con que
  se especifican los componentes del modelo de
  conocimiento
• Simplifica asociación componentes-objetos si
  utilizamos implementación Orientada a Objeto

15
Arquitectura SubsistemaModelo de Aplicación
16
6.4 Paso 2Identificar plataforma implementación

• Criterios selección
• Biblioteca de clases para vistas
• Su desarrollo requiere mucho trabajo de
  implementación
• Formalismos declarativos de representación de
  conocimiento
• idem
• Interfaces estándar con otro software
• ODBC, CORBA
• Suele ser necesario
• Lenguaje tipado
• Tipado débil supone mayor trabajo al volcar
  elementos de análisis
• Flujos de control
• Soporte CommonKADS

17
6.5 Paso 3Especificar componentes
arquitectónicos

• 3.1 Controlador
• Interfaz de gestor de eventos internos, externos
• Control tipo demon (reloj y agenda)?
• Se precisan interrupciones (en la ejecución de
  tareas)?
• Necesidad de proceso concurrente?

18
Paso 3Especificar componentes arquitectónicos

• 3.2 Vistas
• Tipos de vistas ventanas, menús SQL, browsers
  ...
• Múltiples vistas, asegurando integridad
• Interfaces
• Interfaz de usuario final
• Facilidades especiales?
• Visualizaciones específicas del dominio
• Interfaz experto
• Interfaz para traza
• Interfaz para editar/refinar bases de
  conocimientos

19
Interfaz experto traza
20
Paso 3Especificar componentes arquitectónicos

• 3.3 Modelo de aplicación
• Tarea
• Método de Tarea
• Inferencia
• Método de Inferencia
• Función de Transferencia
• Papel Dinámico
• Papel Estático
• Modelo de Dominio
• Constructores del Dominio

21
Modelo de aplicación facilidades (I)

• Tarea
• Operaciones inicializar, ejecutar
• Método de tarea
• Elementos del lenguaje de control
• Declarativos o imperativos?
• Inferencia
• Ejecutar, mas soluciones?, tiene solución?
• Conexión con métodos de inferencia

22
Modelo de aplicación facilidades (II)

• Método de inferencia (método computacional que
  realiza la inferencia)
• Biblioteca de métodos?
• Relación muchos-a-muchos ente inferencias y
  métodos de inferencia
• Función de transferencia
• Mecanismo de paso de mensajes
• Papel Dinámico
• Tipos de datos permitidos elemento, lista,
  conjunto ...
• Operaciones de acceso/modificación seleccionar,
  añadir, eliminar ...

23
Modelo de aplicación facilidades (III)

• Papel Estático
• Funciones de acceso/query
• Modelo de dominio (Base de Conocimiento)
• representación
• Funciones de acceso/query
• Funciones de modificación/análisis
• Constructores de dominio (Esquema de dominio)
• documentación

24
6.6 Paso 4 Especificar aplicación

• Se trata de especificar la aplicación en el
  contexto de la arquitectura
• Paso 4a proyectar la información de análisis
  sobre la arquitectura
• Proyectar modelo de conocimiento y comunicación
  en la arquitectura
• e.g. para cada tarea Modelo Conocimiento, crear
  objeto tarea
• Asegura conservación de la estructura
• Proceso manual tedioso (ver pagina
  http//www.commonkads.uva.nl/)
• Paso 4b añadir detalles de diseño
• Lista de detalles de diseño que hay que añadir
  para operazionalizar totalmente el modelo de
  análisis

25
4b Añadir detalles de diseño

• Para el modelo de aplicación
• Para cada método de tarea
• escribir estructura de control en el lenguaje
  proporcionado
• Para cada inferencia
• Identificar asociación papeles con dominio
• Escribir la especificación de la invocación a la
  inferencia
• Método de inferencia
• Especificar un método de inferencia para cada
  inferencia
• Típico método razonamiento IA encadenamiento
  hacia delante, ...
• Algoritmo estándar ordenar, seleccionar, ...
• Para cada papel dinámico
• Elegir tipo de dato

26
6.7 Ejemplo de Implementación.Aplicación
Vivienda en PROLOG

• Implementación en PROLOG del Diseño que preserva
  la estructura de los modelos de análisis
• Plataforma software Prolog
• 1 capa abstracción facilidades o-o, objetos-CK,
  facilidades inferencias
• 2 capa abstracción Modelo MVC

27
Implementación Prolog
28
O-O Kernel

• 1er capa sobre el núcleo Prolog
• Aporta conceptos orientación a objeto
• Objetivo
• Facilitar implementación Prolog de la
  descomposicion de objetos del subsistema modelo
  de aplicación
• Facilidades para actualizar vistas requeridas por
  arquitectura MVC
• Proporciona tres tipos de primitivas O-O
• Definición de clases, atributos y operaciones
• Acciones, como creación de objetos, modificación
  de valores,...
• Queries, cómo acceder al valor actual de un
  atributo

?
oo_kernel.pl
29
CommonKADS Kernel

• 2a capa sobre el núcleo Prolog
• Aporta soporte CommonKADS en arquitectura MVC
• Objetivo
• Facilitar volcar modelo de comunicación en
  subsistema controlador
• Facilitar volcar modelo de conocimiento en
  subsistema modelo de aplicación
• Proporciona
• Soporte para descomposición de objetos del
  subsistema modelo de aplicación
• Incluye extensiones especificas para la
  arquitectura

?
ck_kernel.pl
30
Biblioteca de métodos de Inferencia

• Interprete de reglas con
• Encadenamiento hacia delante
• Encadenamiento hacia atrás

inf_methods.pl
31
Realización de la aplicación

• 4a Volcar modelo de análisis en la arquitectura
• Especializar las clases definidas en ck_kernel.pl
• E.g. Modelo conocimiento, Tareas
  def_class(assess_case, task). def_class(abstract_c
  ase, task). def_class(match_case, task).
• E. g. Modelo de comunicación def_class(order_asse
  ssment, transaction). def_class(get_case,
  transaction)....
• 4b codificar extensiones especificas de la
  aplicación
• Definir tipos de datos para papeles dinámicos
• Para cada inferencia, implementar operación
  llamada al método de inferencia
• Para cada método de tarea, implementar método
  execute
• Escribir manipuladores de cada transacción
• 4b codificar las vistas

model.pl
views_term.pl
controller.pl