Desarrollo de Sistemas Expertos E-Book

Nicolas Kemper Valverde

• Herausgeber: Editora Dialética
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Spanisch

Seitenzahl: 227

Veröffentlichungsjahr: 2026

Beschreibung

La integración de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) y más particularmente Inteligencia Artificial (IA) y los Sistemas Expertos (SE) en el contexto educativo, incorporan un importante tema de acción y reflexión para los profesionales de la educación. De hecho, los tomadores de decisiones, científicos y docentes en el campo cuestionan el lugar que ocupa la tecnología digital y los medios a implementar para integrarla con éxito, lo que a veces resulta sumamente complejo. Nuevas tecnologías digitales están apareciendo cada vez más rápidamente en las instituciones educativas. Este es particularmente el caso de la IA, integrada masivamente en las escuelas de América del Norte y Europa. El uso e integración de esta herramienta, relativamente reciente en el ámbito escolar, exige una reflexión crítica con relación a las prácticas tecnopedagógicas de los docentes y de sus procesos de integración inherentes. Los autores de este libro nos presentan sus investigaciones elaboradas sobre el tema de los SE y su relación con la IA. Por otro lado, utilizan como vía a los SE para concretar esta integración. Las investigaciones de estos estudiosos demuestran que los procesos de integración se construyen gradualmente y que un análisis cuidadoso de los mismos permitiría comprender las diversas realidades tecnopedagógicas que actúan en las instituciones educativas.

Leseprobe

ÍNDICE

PRIMERA PARTE – FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y METODOLOGÍAS

CAPÍTULO 1 • INTELIGENCIA ARTIFICIAL Y SISTEMAS EXPERTOS

1. ¿Qué es la inteligencia artificial?

2. Emulación/simulación de entes inteligentes

3. Sistemas inteligentes

4. Agentes inteligentes

CAPÍTULO 2 • INGENIERÍA DEL CONOCIMIENTO

Introducción

1. Datos, información y conocimiento

2. Comparación entre programación convencional y programación en inteligencia artificial

3. Características generales del conocimiento

Conocimiento superficial y conocimiento profundo

Características del conocimiento en IA

4. El ingeniero del conocimiento

5. Fuentes del conocimiento

6. Ingeniería del conocimiento

7. Problemas principales de la ingeniería del conocimiento

7.1 Adquisición del conocimiento

Validación y verificación

7.1.1 Métodos para la adquisición del conocimiento

7.1.2 Mapas de conocimiento

7.1.3 Problemas y limitaciones en la adquisición del conocimiento

7.2 Representación del conocimiento

7.2.1 Reglas de producción

7.2.2 Frames

7.3 Métodos de inferencia

7.3.1 Razonamiento hacia adelante

7.3.2 Razonamiento hacia atrás

7.3.3 Razonamiento oportunístico

8. Representación y procesamiento de la incertidumbre

CAPÍTULO 3 • SISTEMAS EXPERTOS

1. ¿Qué es un sistema experto?

2. Estructura de un sistema experto

3. Funcionalidad de un sistema experto

4. Arquitectura de sistemas expertos

5. Categorías de sistemas expertos

6. Características generales de los sistemas expertos

7. ¿Cuándo es apropiado un sistema experto?

8. ¿Qué se requiere para desarrollar un sistema experto?

9. Tipos de sistemas expertos

10. Aplicación de los sistemas expertos

11. El elemento humano en los sistemas expertos

12. Beneficios de los sistemas expertos

13. ¿Cuánto cuesta desarrollar un sistema experto?

14. Problemas y limitaciones de los sistemas expertos

CAPÍTULO 4 • DESARROLLO DE SISTEMAS EXPERTOS

1. Proceso de desarrollo de un sistema experto

1.1 Etapa 1: Análisis del problema

1.2 Etapa 2: Análisis y diseño del sistema

1.3 Etapa 3: Desarrollo del prototipo rápido

1.4 Etapa 4: Desarrollo del sistema

1.5 Etapa 5: Implementación

1.6 Etapa 6: Post-implementación

DESARROLLO DE PROTOTIPOS • ESQUEMA BÁSICO PARA EL DESARROLLO Y PRESENTACIÓN DE PROTOTIPOS

Actividades básicas a realizar

1. Aprendizaje del EXSYSProfessional

2. Elaboración del potencial de aplicaciones

3. Selección de la aplicación a realizar

4. Desarrollo del Sistema Experto Prototipo

5. Evaluación de las aplicaciones

REFERENCIAS

SEGUNDA PARTE – APLICACIONES DE SISTEMAS EXPERTOS

CAPÍTULO 1 • DISEÑO Y DESARROLLO DE UN SISTEMA INTELIGENTE PARA EL DIAGNÓSTICO Y MONITOREO DE PLAGAS Y ENFERMEDADES EN FRUTAS Y HORTALIZAS

Introducción

4.1 Sistemas Inteligentes aplicados en la agricultura

4.2. Diseño del sistema

4.2.1 Módulo de Monitoreo y Control de Enfermedades

4.2.2 Módulo de Diagnóstico y Control de Enfermedades

4.2.3 Módulo de Diagnóstico y Control de Plagas

4.2.4 Representación y Técnica de Control del Conocimiento

4.2.4.1 Representación - Módulo de Monitoreo y Control de Enfermedades

4.2.4.2 Representación - Módulo de Diagnóstico y Control de Enfermedades

4.2.4.3. Representación - Módulo de Diagnóstico y Control de Plagas

4.3. Desarrollo del sistema

4.3.1 Descripción general

4.3.2 Monitoreo de enfermedades

4.3.3 Diagnóstico de enfermedades

4.3.4 Diagnóstico de plagas

REFERENCIAS

CAPÍTULO 2 • APLICACIONES EN MEDICINA

1. Marco teórico

1.1 Apendicitis aguda

1.2 Puntuación de apendicitis pediátrica (PAS)

1.3 Puntaje de Alvarado para apendicitis aguda

1.4 Calculadora de riesgo de apendicitis pediátrica (pARC)

1.5 Pendicectomía convencional y laparoscópica

2. Diseño y desarrollo del sistema

2.1 Descripción general

2.2 Módulo de selección de la herramienta de diagnóstico

2.3 Módulo de recomendación del tipo de cirugía

2.4 Módulos de diagnóstico del riesgo de apendicitis

3. Resultados

CAPÍTULO 3 • APLICACIONES PARA LA GESTIÓN DEL CONOCIMIENTO EN ORGANIZACIONES

Introducción

1. La perspectiva de creación y desarrollo del conocimiento

2. Sistemas de gestión del conocimiento

3. Características de un sistema de gestión del conocimiento en las organizaciones

4. Bases de diseño del sistema experto para la gestión del conocimiento

5. Alcances del sistema experto para la gestión del conocimiento y otros sistemas basados en tecnologías de la información

6. Diseño del sistema experto para la gestión del conocimiento

PRÓLOGO

La integración de las Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) y más particularmente Inteligencia Artificial (IA) y los Sistemas Expertos (SE) en el contexto educativo, incorporan un importante tema de acción y reflexión para los profesionales de la educación. De hecho, los tomadores de decisiones, científicos y docentes en el campo cuestionan el lugar que ocupa la tecnología digital y los medios a implementar para integrarla con éxito, lo que a veces resulta sumamente complejo. Nuevas tecnologías digitales están apareciendo cada vez más rápidamente en las instituciones educativas. Este es particularmente el caso de la IA, integrada masivamente en las escuelas de América del Norte y Europa. El uso e integración de esta herramienta, relativamente reciente en el ámbito escolar, exige una reflexión crítica con relación a las prácticas tecnopedagógicas de los docentes y de sus procesos de integración inherentes. Los autores de este libro nos presentan sus investigaciones elaboradas sobre el tema de los SE y su relación con la IA. Por otro lado, utilizan como vía a los SE para concretar esta integración. Las investigaciones de estos estudiosos demuestran que los procesos de integración se construyen gradualmente y que un análisis cuidadoso de los mismos permitiría comprender las diversas realidades tecnopedagógicas que actúan en las instituciones educativas. El título de este libro alude al desarrollo de SE, sus fundamentos teóricos, metodología y aplicaciones. Nos remite al concepto de SE como una IA diseñada para simular el conocimiento de un experto humano que se vale de una base de conocimiento de un dominio específico, y utiliza un motor de inferencia para simular el razonamiento. En el párrafo anterior, se involucran conceptos tales como: IA, simulación, base de conocimiento específica del dominio, motor de inferencia y razonamiento. Haremos una aproximación a estos conceptos, para después crear una descripción lo más apegada posible a las narrativas que han preparado sus autores mediante el menú teórico-metodológico y tecnopedagógico que nos formulan en este libro. La IA se refiere a los sistemas o máquinas que imitan la inteligencia humana para realizar tareas. Siempre pueden mejorar y llegar a un resultado mediante aproximaciones sucesivas en función de la información que obtienen. La IA se manifiesta de muchas formas. Por ejemplo, en los chatbots, tan de moda actualmente, se utiliza la IA para comprender los problemas de los usuarios y responderles competentemente. La IA da cuenta del proceso y de la manera de pensar y analizar datos en profundidad. Su objetivo es mejorar significativamente las capacidades y habilidades humanas. Esto la convierte en un activo productivo de excelencia. Por otra parte, la simulación es la representación de un cierto comportamiento de un proceso físico, industrial, biológico, económico o social, mediante un modelo cuyos parámetros y variables son imágenes del proceso estudiado. Entre sus principales ventajas se encuentra el hecho de que se puede diseñar sin errores y consigue mejorar constantemente los procesos; se reducen costos y previenen fallas. En el campo de la IA, se dice que un SE es una aplicación diseñada para modelar el razonamiento de un especialista humano, mediante la reproducción de sus mecanismos cognitivos. El software o programas informáticos utilizados aplican un razonamiento basado en hechos conocidos y reglas implementadas al inicio. Se hacen deducciones o conclusiones y se explica cómo se obtuvieron los resultados. Una base de conocimiento reúne el saber especifico de un campo especializado. Contiene reglas, hechos u otras representaciones. Como contiene reglas, se usan motores de inferencia, que simulan un razonamiento lógico deductivo, con el objetivo de inferir nuevos hechos. Las bases de conocimiento también son denominadas SE, se utilizan para reunir de forma centralizada la experiencia de un dominio, que generalmente se formaliza de forma declarativa. Es importante establecer la diferencia entre una base de conocimiento y una base de datos. Es de esta manera que, con un estilo llano, simple y conciso, los autores de este libro despliegan un verdadero tesoro que consiste en detallar un camino muy didáctico y claramente definido, que nos prepara para lograr la comprensión cabal de lo que representan los fundamentos, metodologías y aplicaciones de los SE. El material que tiene en sus manos está dividido en dos partes. La primera se aboca al sustento teórico y a las metodologías del desarrollo de los SE. La segunda parte, se concentra en proporcionarnos tres ejemplos de aplicación de los SE en agricultura, medicina y de gestión de conocimiento en las organizaciones. En efecto, en la primera parte del primer capítulo que es introductorio, los autores, nos llevan de la mano, recuperando y redescubriendo lo que es la IA, sobre todo, partiendo del pensar como humano a través del enfoque de la prueba de Turing. De manera sucesiva, integran todos los elementos que componen el actuar en forma racional, la emulación y simulación de entes inteligentes, las técnicas de la inteligencia artificial, el dominio de aplicación, los problemas y las características generales de los sistemas inteligentes, así como los distintos tipos de sistemas, agentes y ambientes inteligentes. Todo esto, son las bases de la IA. No tiene sobrante la explicación de todos estos elementos interrelacionados que nos ofrecen en este primer capítulo sus autores. De la misma manera desarrollan el capítulo 2, la ingeniería del conocimiento. En este capítulo hacen la aclaración de cómo la ingeniería del conocimiento se transforma en el espíritu de la IA, puesto que en ella se congregan las áreas fundamentales que intervienen en el desarrollo de un SE. Es la ingeniería del conocimiento la que proveerá del saber experto para dar solución a un problema específico. Esta solución se programará en el propio SE, mediante la representación lógica de dicho conocimiento y del desarrollo de programas de razonamiento o inferencia. Los autores, logran decantar espléndidamente en el capítulo 3, la interrelación entre la IA y los SE. Hacen gala de la ingeniería del conocimiento como el elemento primordial de la IA para representar de manera lógica el conocimiento, a través del desarrollo de programas de inferencia. Abundan sobre la pericia artificial asociándola con la inteligencia en el comportamiento humano y, finalmente, nos instruyen en cómo desarrollar SE de manera natural, independientemente de su complejidad, sobre todo, cuando se combina el sistema inteligente con disciplinas como la robótica o el procesamiento de lenguaje natural. Describen de manera holista cuándo es apropiado desarrollar un SE, los diferentes tipos de SE, la importancia del elemento humano en los SE, así como los beneficios, costos, problemáticas y limitaciones de los SE. Finalmente, en el cuarto y último capítulo de esta primera parte que desarrollan, explicitan de manera completa y llana, el análisis del problema, el diseño del SE, el desarrollo del prototipo, el desarrollo del sistema, su implementación y post implementación. Es importante notar la maestría con la que nos describen estas componentes de interacción entre la IA y los SE. En la segunda parte del libro, los autores desarrollan tres aplicaciones de SE implementados para dar cuenta de la importancia de su aplicación en todas y cada una de las disciplinas del saber. En su primer ejemplo, inician revelándonos un sistema inteligente y actual en el campo de la agricultura para el diagnóstico de enfermedades en plantas. Su desarrollo propone el incremento de producción de frutas y hortalizas con una mayor calidad, aplicando técnicas de IA para la toma de decisiones y de gestión en el monitoreo y control de enfermedades y plagas. De manera detallada dan cuenta del diseño total del sistema incluyendo sus módulos de monitoreo, diagnóstico, representación y control de plagas y enfermedades. Sus resultados son realmente motivantes y alentadores.

Enseguida, con un ejemplo médico, nos muestran el desarrollo de un SE, para el diagnóstico de la apendicitis aguda. Su SE está abocado a la recolección de información básica del paciente e identifica el nivel de riesgo de éste, para sugerir el mejor tipo de cirugía y del tratamiento de este padecimiento. El desarrollo de este sistema considera módulos para diagnóstico, procedimiento y recomendación de tipo de cirugía. De igual manera, nos revelan derivaciones muy satisfactorias. Finalmente, los autores concluyen su obra, ejemplificando distintos modelos y aplicaciones para la gestión del conocimiento en organizaciones. Conciben la gestión del conocimiento como un sistema que integra la recuperación, almacenamiento, procesamiento y difusión del conocimiento que se genera, es decir, lo imaginan como un campo que va más allá de los sistemas informáticos, en donde se produce una base de conocimiento que tiene una función social y que responde a sus usuarios de manera eficiente y competitiva. De esta manera, hacen el análisis de la perspectiva de creación y desarrollo del sistema de gestión de conocimiento, así como de las características de estos en las organizaciones; de las bases de diseño, los alcances para la gestión de conocimiento y finalmente, perfeccionan el diseño del SE. Como se puede notar, las dos partes que componen esta obra son complementarias e indisociables. En la primera parte obtendremos las bases teóricas de los SE y en la segunda comprenderemos las posibles aplicaciones, alcances y limitaciones de los SE en la vida cotidiana. Huelga decir que todos actores de la educación, principalmente los docentes, encontrarán en este libro vías de reflexión y acción en torno a la integración inteligente de los SE y de la IA en el ámbito educativo en todos sus sistemas y niveles.

¡Que disfruten su lectura!

AGRADECIMIENTOS

Agradecemos al Dr. Enrique Ruiz-Velasco Sánchez, por haberse tomado el tiempo para leer este texto y su valiosa colaboración para escribir el prólogo de esta obra. Su valiosa experiencia en temas de tecnología, especialmente la Inteligencia Artificial en la Educación, permite orientar esta publicación a la población de jóvenes que deseen incursionar en el diseño y desarrollo de los sistemas inteligentes.

Agradecemos la valiosa colaboración en la revisión de los contenidos de esta obra de la Dra. Martha Patricia Morales García, su experiencia en el diseño y escritura de textos fue parte importante para la estructura de los contenidos de este libro.

Agradecemos a la M.I. Carmen Arelio Baranda, por el apoyo prestado en la investigación del estado del arte de los temas de este libro.

Agradecemos a la Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA) de la Universidad Nacional Autónoma de México por su apoyo para el desarrollo de esta obra y el proyecto PAPIME PE105021 “Diseño y Desarrollo de un libro electrónico para el aprendizaje de Sistemas Expertos”

PRIMERA PARTE

FUNDAMENTOS TEÓRICOS Y METODOLOGÍAS