Información imperfecta

La información cotidiana con la que se trabaja está afectada de ciertas imperfecciones. El ser humano funciona habitual y sorprendentemente bien con ellas. Sin embargo, estas imperfecciones plantean dificultades de uso computacional. Según Francisco Crespo, en su tesis de doctorado del año 2003 titulada “Un modelo paramétrico matemático difuso para la estimación del esfuerzo de desarrollo del software”, la información perfecta es aquella que no contiene imperfecciones tales como la imprecisión, la vaguedad, la ambigüedad, la aleatoriedad o la incertidumbre. Sin embargo, en la realidad se trabaja con diferentes tipos de imperfección en la información, que provienen de distintos orígenes. Por ejemplo, la aleatoriedad es una fuente de imperfección en la información que se ha estudiado extensamente en el campo de la “Teoría de la Probabilidad”. Por otro lado, el lenguaje natural utiliza la vaguedad en la comunicación como una de sus características más habituales. En el contexto de los sistemas de información, en muchas ocasiones se utiliza el término incertidumbre para hacer referencia a varios de esos tipos de imperfección en la información o en los datos. En la introducción realizada en el libro escrito por Klir y Wierman, el año 1998 titulado “Información basada en incertidumbre”, la palabra incertidumbre se utiliza como término general que hace referencia a diferentes deficiencias en la información: La información, que pertenece al modelo dentro del cual se está conceptualizando la situación, puede ser incompleta, imprecisa, fragmentada, no completamente fiable, vaga, contradictoria o deficiente de alguna otra forma. En general, estas diversas deficiencias en la información pueden derivar en diferentes tipos de incertidumbre.

Por otro lado, según el Diccionario de la Real Academia de la Lengua Española, el término incertidumbre se define como la “falta de certidumbre o certeza”, remitiendo al término certeza, que cuenta con dos acepciones: “Conocimiento seguro y claro de algo” y “firme adhesión de la mente a algo, sin temor de errar”. Los términos seguridad y claridad hacen referencia a dos tipos fundamentales de imperfección en la información, no necesariamente excluyentes: La incertidumbre es la imperfección resultante de la duda o inseguridad de la adecuación a la realidad de una determinada proposición o información. Por ejemplo, si no se está seguro de la edad de un estudiante, pero se sabe que es joven, y se afirma que “el estudiante tiene 21 años”, la proposición es precisa pero incierta. Este tipo de imperfección se encuentra en la persona, o el agente o sistema, que duda sobre la realidad. La imprecisión es la imperfección sobre el contenido mismo de la proposición. En la situación anterior, si se afirma “el estudiante es joven”, la proposición es imprecisa pero no incierta. Este tipo de imperfección está contenido en la propia información.

Según el investigador Villar, en la tesis de grado del año 1997 titulada “Aplicación de la teoría de conjuntos borrosos al diagnóstico de procesos industriales”, en la mayor parte de las ocasiones en las que se llevan a cabo procesos de toma de decisiones en el mundo real, la información de que se dispone es de algún modo imperfecta al no poder ser expresada de una manera precisa, cierta, completa y consistente. Así, la imperfección en la información debe ser entendida en su sentido más amplio en donde la imprecisión, la vaguedad, la incertidumbre y la erroneidad son los aspectos más significativos que la caracterizan. La imprecisión se presenta por la ausencia de especificidad en la información. Se puede tener total certeza sobre la veracidad de la afirmación, pero resulta ser totalmente imprecisa y por lo tanto poco específica. Por el contrario, cuanto más precisa es una información, menor es la veracidad de la misma y mayor su concreción. La presencia de parecidos parciales genera la existencia de grados de verdad parciales que dan lugar a la vaguedad en los conceptos. Usualmente la vaguedad aparece en afirmaciones de uso común en el lenguaje hablado, tanto en la vida cotidiana como en ambientes más técnicos o científicos, considerados generalmente más precisos.

La incertidumbre concierne al estado de conocimiento acerca de la certeza de un suceso. Así, la certeza puede ser verdadera o falsa, pero el conocimiento puede no permitir decidir entre la veracidad o falsedad del suceso. Existen varias formas usualmente frecuentes de expresar la incertidumbre en el lenguaje hablado. Una muy habitual es considerar probabilidades, generalmente subjetivas, o considerar posibilidades. En todas ellas hay diferencias semánticas importantes que dan lugar a distintas formas de entender la incertidumbre. Por otro lado, no debe confundirse la incertidumbre de una información con los grados de verdad parciales. La erroneidad o incoherencia en la información se da cuando ésta es incompatible con el conocimiento disponible. Para evitar una confusión terminológica, se utiliza el término imperfección en sentido general, y para discutir aspectos específicos, que afecten sólo a un tipo determinado, se hace referencia explícita a la clasificación del investigador Smets, en el artículo escrito el año 1997 titulado “Información imperfecta: Imprecisión-incertidumbre”, según la cual, los diferentes modelos de información “imperfecta” se pueden categorizar en tres grupos, dependiendo de la fuente de la imperfección: (1) Imprecisión. En este caso existe falta de exactitud en la información, que puede o no contener un error, de modo que se tienen dos subgrupos: (a) Imprecisión con error. Si hay un error con respecto a la realidad, se tiene imprecisión combinada con error, que puede variar desde una pequeña inexactitud, hasta información completamente incorrecta e incluso carente de sentido. (b) Imprecisión sin error. Hay casos en los cuales la información es vaga, pero no errónea. En otros casos, la información es incompleta, aunque no errónea. (2) Inconsistencia. Cuando se combina varias fuentes de información, se puede dar el caso de información inconsistente, cuando las afirmaciones entran en conflicto o son incoherentes. (3) Incertidumbre. La incertidumbre hace referencia al estado de conocimiento del individuo sobre la relación entre una información y la realidad.

Algunas de las medidas que cuantifican la información imperfecta, conocidas como técnicas de representación de la información imperfecta, son las siguientes: (1) La medida difusa de Sugeno. El año 1977 el profesor Sugeno, en el artículo titulado “Medidas difusas e integrales difusas: una guía”, estableció los axiomas fundamentales que cualquier medida de incertidumbre e imprecisión debían satisfacer. (2) Teoría de la probabilidad. La teoría de la probabilidad es una de las herramientas de modelado de la incertidumbre más antiguas en donde han dejado huella científicos de gran talla como Kolmogorov, Galileo, Fermat, Pascal, Bernoulli, Laplace, Gauss, Bayes, entre muchos otros. Se la considera la técnica de modelado de la incertidumbre con mayor uso en campos tan diversos como la investigación de operaciones, la economía, las finanzas, las comunicaciones, etc. (3) Modelos de cotas de probabilidad. En ocasiones, no es sencillo cuantificar la incertidumbre de manera precisa usando una única medida de probabilidad, y es necesario considerar un conjunto de medidas de probabilidad admisibles para el modelado de la incertidumbre, tal como se describe entre otros en el libro escrito el año 1981 por Walley, titulado “Razonamiento estadístico con probabilidades imprecisas”. En esta situación pueden definirse cotas de probabilidad superior e inferior para cada evento. (4) Conjuntos difusos y la teoría de la posibilidad. La teoría de conjuntos difusos, introducida por Lofti A. Zadeh en su publicación del año 1965 titulada “Conjuntos difusos”, marcó un hito en el modelado de la información imperfecta y sirvió para incluir a la teoría de conjuntos tradicional como un caso particular de la teoría de conjuntos difusos. La teoría de la posibilidad es una aplicación importante de la teoría de conjuntos difusos que fue introducida por Zadeh el año 1978, en el artículo titulado “Conjuntos difusos como una base para una teoría de posibilidades”, que permite modelar la imprecisión y la incertidumbre en la información en un mismo marco teórico.

Las técnicas de información imperfecta que complementan las presentadas en el párrafo anterior son: (5) La teoría de la evidencia. Desde que fue introducida por Dempster y Shaffer, en el artículo del año 1967 titulado “Probabilidades superior e inferior inducidas por una asignación de varios valores”, complementado con el libro del año 1976 titulado “Teoría de la evidencia”, dos de los objetivos principales que ha tenido la teoría de la evidencia concerniendo al modelado y cuantificación de la credibilidad atribuida a los eventos han sido, por un lado, establecer una representación formal de la imperfección de la información y, por otro, permitir que la información proveniente de diferentes fuentes pueda ser combinada para generar esquemas de inferencia que puedan ayudar a la toma de decisiones con algún grado de certeza. (6) Factores de certeza. Los factores de certeza fueron originariamente utilizados en el sistema experto MYCIN, reportado en detalle en el libro “Sistemas expertos basados en reglas: Experimentos MYCIN para el Proyecto de Programación Heurística de Stanford”, y han sido muy utilizados posteriormente debido a su simplicidad. Los autores de MYCIN decidieron no utilizar las técnicas proporcionadas por la teoría de probabilidad debido a que los siguientes son inconvenientes típicos de la teoría de la probabilidad: (a) Los expertos no consiguen expresar sus procesos de razonamiento en términos probabilísticos coherentes. (b) La probabilidad requiere de grandes cantidades de datos y muchas aproximaciones y suposiciones. Así, los creadores de MYCIN desarrollaron una nueva técnica, cuya base es la teoría lógica de la probabilidad, en donde la probabilidad es el grado de confirmación de una hipótesis con respecto a la observación de la evidencia.

Referencias Bibliográficas

• Buchanan, B.G. and Shortliffe, E.H. (1984) Rule-Based Expert Systems: The MYCIN Experiments for the Stanford Heuristic Programming Project. Addison-Wesley, Reading, MA.
• Crespo Yáñez, F.J. (2003) Un Modelo Paramétrico Matemático Difuso para la Estimación del Esfuerzo de Desarrollo del Software. Tesis de doctorado de la Universidad de Álcala. España.
• Dempster, A.P. (1967) Upper and Lower Probabilities Induced by a Multivalued Mapping. Ann. Math. Statistics, vol. 38, pp. 325-339.
• Klir, G. and Wierman, M. (1998) Uncertainty-Based Information. Elements of Generalized Information Theory. Springer-Verlag.
• Shaffer, G. (1976) A Mathematical Theory of Evidence. Princeton: Princeton University Press.
• Smets, P. (1997) Imperfect information: Imprecision-uncertainty. In Uncertainty Management in Information Systems. From Needs to Solutions, pages 225–254. Kluwer Academic Publishers.
• Sugeno, M. (1977) Fuzzy Measures and Fuzzy Integrals: a survey, in Fuzzy Automata and Decision Processes. North Holland, Amsterdam: M.M. Gupta, G.N. Saridis and B.R. Gaines, pp. 89-102.
• Villar, J. (1997) Aplicación de la teoría de conjuntos borrosos al diagnóstico de procesos industriales, en Departamento de Electrónica y Automática. Madrid: Tesis doctoral Universidad Pontificia de Comillas.
• Walley, P. (1981) Statistical Reasoning with Imprecise Probabilities. London: Chapman and Hall.
• Zadeh L. A. (1965) Fuzzy Sets. Information and Control, vol. 8, pp. 338-353.
• Zadeh L. A. (1978) Fuzzy Sets as a Basis for a Theory of Possibility. Fuzzy Sets and Systems, vol. 1, pp. 3-28.

Guillermo Choque Aspiazu
http://www.eldiario.net/
Mayo 21 de 2012

Agentes moviles

La programación orientada a objetos representó en su tiempo un gran salto adelante con respecto a la programación estructurada. La teoría de agentes establece una serie de mecanismos que pretenden dar un paso más allá en el tratamiento informático distribuido, añadiendo características como la localización o la situación, y permitiendo la interacción dinámica de componentes autónomos y heterogéneos. La teoría de los agentes, y por extensión la asociada a los agentes móviles, va un paso más allá en el procesamiento entre módulos funcionales cooperantes y espacialmente separados, al permitir la programación de entidades computacionales móviles con capacidad de representación para ejecutar determinadas tareas en el ambiente citado y asociado con los sistemas distribuidos y las redes de computadoras.

Según los editores Imielinski y Korth, en el libro publicado el año 1996 titulado “Computación móvil”, un agente software es un módulo software que se ejecuta en un cierto lugar o contexto de ejecución. Un lugar es creado utilizando un sistema de agentes, el cual es una plataforma que puede crear, interpretar, ejecutar, transferir y liberar agentes. Un agente posee las siguientes propiedades principales, aclarando que en algunos contextos específicos no tienen porque concurrir todas las propiedades: (1) Autonomía, posee el control sobre sus propias acciones; (2) Finalidad, gestiona una agenda de objetivos; (3) Cooperación, un agente es capaz de comunicarse con otros agentes; (4) Aprendizaje, cambia su comportamiento de acuerdo a su experiencia previa; (5) Movilidad, puede viajar de una computadora a otra, en realidad de un lugar a otro; (6) Reactividad, siente los cambios de su entorno y reacciona ante ellos; (7) Persistencia, para interrumpir su ejecución y continuarla más adelante. Sin embargo, en el contexto de los sistemas de información distribuidos la movilidad se convierte en una de las características más interesantes. Algunos de los sistemas de agentes móviles más relevantes son Aglets y Voyager. Aglets es una biblioteca de clases Java empleada para el desarrollo de agentes móviles. Fue creada por el Laboratorio de Investigación IBM de Tokyo, por los investigadores Lange y Oshima, reportado en el libro escrito el año 1998 titulado “Programación y desarrollo de agentes móviles Java con Aglets”. Un aglet es un objeto Java transportable y persistente que se ejecuta de manera asíncrona en un nodo que posee un contexto de ejecución. El contexto de ejecución proporciona un ambiente seguro, protegiendo tanto al nodo como al aglet de aglets maliciosos. Un aglet refleja el modelo de applet en Java pero brindándole la propiedad de movilidad. Aglet es una palabra que resulta de la combinación de los términos agente y applet y representa el siguiente paso en la evolución de contenido ejecutable en Internet. Por su parte Voyager es una plataforma escrita en Java para el desarrollo de cómputo distribuido basada en agentes y fue creado por la empresa ObjectSpace el año 1999. Esta plataforma proporciona un extenso conjunto de objetos con capacidades de mensajería, así como objetos que se mueven como agentes en una red. De esta forma se puede decir que Voyager permite crear aplicaciones de red utilizando alguna técnica de programación convencional o bien fundada en agentes, mayores detalles pueden ser consultados en el sitio: http://www.objectspace.com.

Según Lange y Oshima, en la obra citada anteriormente, los agentes móviles se caracterizan por su capacidad para desplazarse entre los nodos de una red de aplicaciones distribuidas. En palabras de los investigadores Huhns y Singh, en las lecturas sobre agentes reportadas el año 1998, en el caso de agentes no móviles, todo el proceso que se desea o necesita realizar se completa en el propio nodo que inició su ejecución, en el que se mantendrá durante todo su tiempo de vida. La solicitud de información a otros nodos se realizará mediante los mecanismos habituales de comunicación como son las llamadas a procedimientos remotos. Los agentes móviles, con su capacidad para desplazarse, permitirán aprovechar las capacidades de los distintos nodos por los que se pueden desplazar para mejorar el rendimiento en la obtención del objetivo perseguido. Diversos autores, propugnan que los agentes móviles son una de las últimas etapas en la evolución de los sistemas distribuidos que en un futuro, podrían estar formados únicamente por una red compleja de agentes inteligentes móviles, lo que se considera un multiagente.

Según el investigador Karnik, en su tesis de doctorado escrita el año 1998 titulada “Seguridad en sistemas de agentes móviles”, el paradigma del agente móvil ha sido estudiado por muchos especialistas en diferentes campos. Por esta razón este concepto se encuentra en un abanico muy amplio de sistemas y aplicaciones aunque no siempre tratado del mismo modo. Algunas de las aplicaciones más características de este paradigma son el comercio electrónico y los sistemas que implican algún tipo de negociación. En general, se puede decir que desde el punto de vista de la transmisión de datos, el concepto del agente siempre resulta conveniente en los casos en los que se procesan datos remotos, el programa es mucho menor que los mismos, o las características del almacenamiento de esos datos hacen inconveniente su transmisión. Evidentemente en aplicaciones tales como las de comercio electrónico en las que se gestiona dinero, la confianza de los usuarios es un prerrequisito para su uso. Los agentes móviles son procesos software capaces de desplazarse dentro de redes de área amplia, como Internet, interactuando con hosts remotos, recogiendo información para el usuario y retornando al lugar de origen habiendo llevado a cabo las tareas solicitadas por el usuario.

Los agentes móviles también se denominan agentes transportables, agentes itinerantes, agentes de red, agentes ágiles y objetos móviles. Una definición de agente móvil es propuesta por Lange y Oshima, en la obra citada del año 1998, como: Un objeto de software que es capaz de migrar entre los nodos o dominios de una red en un sistema distribuido. Creado en un entorno de ejecución, el agente puede transportar su estado, valores de sus atributos que le sirven para determinar qué hacer cuando se reanuda la ejecución del mismo en el entorno destino, y su código, referido como instrucciones que forman lo que el agente debe ejecutar, a otro contexto en donde reanudará la ejecución. Estos agentes aprovechan los recursos del nodo destino en beneficio del nodo que los inició. También se considera por otros autores que un agente móvil puede entenderse como la unión del código del agente, los estados de ejecución, los datos y el itinerario. Todos estos elementos deben ser portables para migrar y ser ejecutados en distintos nodos. Las características de un agente móvil reseñadas en los distintos trabajos sobre estos, son las mismas que ya se vieron para los agentes en general pero extendidas y con matices respecto a la movilidad de la que disponen: (1) Autonomía de movimiento, ya que será un proceso autónomo o semiautónomo, capaz de decidir cuándo, cómo y en qué condiciones migrar desde el nodo de residencia actual a otro. (2) Persistencia en la movilidad, ya que el objeto agente se envía manteniendo su estado, código y datos al nodo destino. (3) Capaz de suspender su ejecución ante una migración y capaz de reanudarla tras la migración en el mismo punto donde se quedó. (4) Comunicativo con el medio, con otros agentes y con el usuario con el que trabaja, a pesar de los cambios. Es decir, es capaz de interactuar con los agentes de un nuevo nodo, con el propio nuevo nodo y con el usuario que ahora puede estar en otro nodo distinto, más alejado. (5) Enfocado a la realización de tareas, bien delegadas por su usuario o bien obtenidas a través del estado del entorno en el que se encuentra. (6) Independiente de la conexión, si esta cae por algún motivo, el agente podrá migrar a otro nodo con conexión si es necesario o esperar a que la conexión se reanude bien permaneciendo activo, bien desactivándose. (7) Ejecutable asíncronamente, mediante su propio hilo de ejecución, independiente del resto de procesos y agentes ejecutados en el mismo nodo. (8) Duplicable, o mejor autoduplicable mediante la creación de un clon de sí mismo, para que le ayude en la tarea ocupando así más recursos del nodo para completar una tarea que puede ser prioritaria.

Los agentes móviles deben: (1) Permitir el cómputo asíncrono y autónomo. Asíncrono por poseer su propio hilo de ejecución que les permite ejecutarse independientemente del resto de procesos del nodo y autónomo por su capacidad para decidir cuándo y cómo actuar según el estado de su entorno. (2) Ser heterogéneos. (3) Propiciar entornos robustos y a prueba de fallos, dada su habilidad para responder a los cambios en su entorno y realizar cambios en su forma de trabajar migrando, esperando o, permaneciendo activos, trabajando aun cuando no hay conexión. (4) Favorecer el procesamiento paralelo. Ya que una tarea compleja, podría ser descompuesta en varias por un agente y encargadas cada una de ellas a otro agente que la realiza, o bien utiliza su hijo para completarla o bien migra a otro nodo donde aprovecha la capacidad del mismo para realizar su tarea. Al final, todas las tareas parciales son reunidas por el agente principal para componer la solución al trabajo. (5) Reducir el tráfico de red. Ya que el uso de agentes permite la solicitud de un cierto servicio y la delegación en el agente de la solicitud que considere oportuna en el nodo de residencia. Sin el uso de agentes, cada servicio del nodo destino requiere una llamada a procedimientos remotos. (6) Mantener comunicación punto a punto. En el paradigma cliente-servidor, el más utilizado en Internet en la actualidad, los servidores no se caracterizan por la comunicación horizontal entre servidores del mismo tipo, que podría resultar muy beneficiosa. En cambio, los agentes son entidades que pueden servir como cliente servidor o bien comunicarse en su mismo nivel con otros agentes.

Referencias Bibliográficas

• Imielinski T. and Korth H.F. (editors) (1996) Mobile Computing. Kluwer Academic Publishers.
• Karnik N. (1998) Security in Mobile Agents systems. PhD thesis, Department of Computer Science, University of Minnesota., 1998.
• Lange D. and Oshima M. (1999) Programming and Deploying Java Mobile Agents with Aglets. Addison Wesley.
• Object Space (1999) Voyager. http://www.objectspace.com/

Guillermo Choque Aspiazu
Artículo no publicado por El Diario

Sistemas de recomendación

Antes de la llegada de Internet un consumidor de cualquier tipo de producto tenía un acceso limitado a la información relacionada tanto con el producto en si como con otras posibles opciones. La publicidad se convertía así en prácticamente la única forma de dar a conocer un producto, y el problema del usuario era como conseguir una información veraz. En el caso de productos culturales como la música, la radio o las revistas especializadas actuaban como únicos difusores de lo nuevo. Ahora la situación se ha invertido totalmente. De la escasez de información se ha pasado a la saturación. De disponer de algunas estanterías con discos compactos y videos en el centro comercial más cercano se ha pasado a tener acceso a una cantidad inagotable de creaciones culturales en tiendas online o en redes persona a persona. Ahora el problema se ha tornado en como separar lo que se quiere de lo que no se quiere encontrar. Una aproximación para intentar ofrecer a cada persona lo que busca es mediante el análisis del contenido. Para ello se hace una representación del contenido de cada elemento del conjunto y se compara con una representación del contenido que el usuario está buscando. Este filtrado basado en contenido es efectivo principalmente para encontrar documentos textuales en función de unos criterios de búsqueda. Sin embargo es más difícil parametrizar de forma automática contenidos multimedia. Aquí es donde están comenzando a jugar un papel importante los sistemas de recomendación. La idea que subyace tras ellos es encontrar usuarios con gustos similares a los de otro determinado y recomendar a éste cosas que desconoce pero que gustan a aquellos con los que se tiene similitud. Es decir, un sistema de recomendación es un amigo virtual cuyos gustos son una mezcla de los gustos de miembros de la comunidad de usuarios con gustos similares a los de uno mismo.

Según el investigador P. Resnick y sus colegas, en el artículo escrito el año 1995 relacionado con “GroupLens: Una arquitectura abierta para el filtrado colaborativo de noticias en la red”, a principios de la década de los años 1990 empezaron a surgir dentro de los servicios de grupos de noticias, los servicios de filtrado de noticias que permitían a su comunidad de usuarios acceder exclusivamente a aquellas noticias que potencialmente podían ser de su interés. No obstante, el primer sistema de recomendación que apareció fue el llamado “Tapestry”, desarrollado por XeroX PARC. Tapestry es un sistema que permite almacenar el conocimiento de los usuarios sobre los artículos o noticias que éstos han leído y posteriormente es utilizado por otros usuarios que aún no han leído el artículo o noticia, para establecer si la información del documento es relevante o no. En un principio este tipo de sistemas fue adoptado con el nombre de filtro colaborativo dado que permite que los usuarios creen filtros a través de sus ítems de interés, en el caso de Tapestry artículos o noticias, y colaborativo pues los usuarios añaden las anotaciones con las opiniones sobre los documentos. Las opiniones añadidas pueden ser utilizadas para las búsquedas de otros usuarios. Los investigadores Resnick y Varian, en el artículo publicado el año 1997 sobre “sistemas de recomendación”, proponen llamar a este tipo de sistemas con el nombre de “sistemas de recomendación”, dado que por esa fecha estos sistemas no sólo se limitaban al filtro de información y habían aparecido nuevos sistemas en el que no se utilizaban las opiniones de otros usuarios.

En un comienzo los sistemas de recomendación eran conocidos tan sólo como filtros colaborativos y los primeros trabajos datan de principios de los años 1990. El termino fue acuñado el año 1992 para un sistema de filtrado de correo electrónico no automatizado. En 1994 se desarrollo el primer taller en Berkeley donde se vio la utilidad en diversas áreas de los primeros algoritmos simples de este tipo. También se identificaron algunas cuestiones importantes para el desarrollo de estos algoritmos: Escalabilidad, viabilidad económica, puntuaciones implícitas y explicitas. Uno de los grupos de investigación pioneros en el desarrollo del filtrado colaborativo fue el proyecto GroupLens de la universidad de Minnesota que aún permanece muy activo y que ha proporcionado una gran parte de la base algorítmica de muchos sistemas de recomendación. Fueron los primeros en introducir el filtro colaborativo automático usando un algoritmo de búsqueda de vecinos para proporcionar predicciones en los grupos de noticias de USENET. De este grupo de investigación partió también la iniciativa empresarial NetPerceptions, despejando gran parte de las dudas acerca de la viabilidad económica de estos proyectos. En la actualidad es un campo que se encuentra muy activo y genera un gran número de publicaciones y congresos todos los años. Y es que el filtrado colaborativo es un aspecto de gran importancia dentro de las redes sociales y la pequeña revolución que ha supuesto la llamada “Web 2.0”.

A lo largo de los años la definición de los sistemas de recomendación ha ido evolucionando y siempre ha ido ligada con el avance de las nuevas técnicas o ideas que iban surgiendo en la literatura de los sistemas de recomendación. Así pues, como se ha mencionado en párrafos precedentes, a partir del año 1997 empieza a aparecer un cambio significativo en la forma de denominar estos sistemas, pasando de ser llamados “sistemas de filtrado colaborativo” a “sistemas de recomendación”. Ya en el año 2004 las definiciones contemplan los sistemas de recomendación mixtos. Por otro lado, cabe destacar que en los últimos años, los sistemas de recomendación han sido ampliamente utilizados en el ámbito del comercio electrónico, aspecto que queda plasmado en la definición dada por Kim y sus colegas, en el artículo escrito el año 2005 titulado “desarrollo de un sistema de recomendación basado en patrones navegacionales y de conducta en sitios de comercio electrónico”, que menciona: “Un sistema de recomendación es una solución típica de software utilizada en el comercio electrónico para servicios personalizados. Ayuda a los consumidores a encontrar los productos que ellos quisieran comprar a través de recomendaciones basadas en sus preferencias, y es utilizado de manera parcial en sitios de comercio electrónico que ofrecen millones de productos a la venta.”

Según afirma Burke, en el artículo publicado el año 2002 sobre “Sistemas de recomendación híbridos: Estudios y experimentos”, los sistemas de recomendación se distinguen por dos criterios fundamentales: Por un lado se encuentran aquellos que producen recomendaciones individualizadas en forma de salida y, por otro, aquellos que tienen el efecto de guiar al usuario de forma personalizada para los intereses de éste dentro de un dominio con grandes cantidades de ítems posibles a elegir. Teniendo esto en cuenta, se puede afirmar que los sistemas de recomendación son un tipo específico de filtro de información cuyo objetivo es mostrar ítems al usuario que le sean relevantes o de interés. Se entiende por filtro de información un sistema que elimina información inadecuada o no deseada de un flujo de información de forma automática o semiautomática para ser presentada a los usuarios.

Según los investigadores Belkin y Croft, en el artículo publicado el año 1992 titulado “filtrado de información y recuperación de información ¿dos lados de una misma moneda?, un aspecto relacionado con los sistemas de recomendación es la “recuperación de información” o “búsqueda de información”. Ambos conceptos se asemejan en el hecho de que intentan proporcionar información relevante al usuario pero se distinguen por las siguientes singularidades: (1) Frecuencia de uso. Los sistemas de búsqueda son enfocados por uso concreto y puntual del usuario mientras que los sistemas de recomendación están diseñados para un uso prolongado y de forma repetitiva. (2) Representación de las necesidades de información. En sistemas de búsqueda la información requerida se expresa en forma de pregunta o consulta, mientras que en los sistemas de recomendación la información es descrita en los perfiles del usuario. (3) Objetivo. Los sistemas de búsqueda seleccionan los ítems de la base de datos que coinciden con la consulta, mientras que los sistemas de recomendación eliminan la información irrelevante de flujos de entrada de información o reúnen información relevante de diferentes repositorios de acuerdo al perfil del usuario. (4) Base de datos. Los sistemas de búsqueda trabajan con bases de datos relativamente estáticas mientras que los sistemas de recomendación trabajan con información dinámica. (5) Tipo de usuarios. En los sistemas de búsqueda no se tiene porque tener información sobre los usuarios que lo utilizan mientras que en los sistemas de recomendación se necesita saber o tener información sobre los usuarios. (6) Ámbito social. Los sistemas de recomendación están interesados en aspectos sociales de modelado y privacidad del usuario mientras que los sistemas de búsqueda no. (7) Acción: El proceso de filtrado o recomendación se relaciona con la acción de “eliminar” información, mientras que el proceso de búsqueda se relaciona con la acción de “encontrar” información.

Algunos ejemplos actuales de uso, de los sistemas de recomendación, son: (1) Recomendaciones en tiendas on-line. Partiendo de un producto se recomiendan otros productos que han interesado a los usuarios que compraron dicho producto. La web pionera en este tipo de recomendaciones fue Amazon.com. (2) Filtrado de noticias. Se construye un perfil que almacena las noticias que un usuario consulta. (3) Recomendaciones musicales, de libros, de películas. En los últimos años han surgido decenas de aplicaciones Web de este tipo entre las que destacan “last.fm” y “MyStrands”, esta ´ultima de origen español. En estos servicios, cada vez que un usuario escucha una canción se envía su información a la base de datos del sistema, el cual las utiliza para generar recomendaciones, pero las funcionalidades que ofrecen crecen constantemente. Por ejemplo last.fm ofrece radios personalizadas para cada usuario en función de las recomendaciones que reciba y MyStrands organiza fiestas en las que la música se elije automáticamente de forma colaborativa en función de los gustos de los asistentes. El modelo de negocio de estas empresas, es además de la publicidad, el de acuerdos con tiendas on-line para enlazar directamente las recomendaciones con su servicio de venta. También el de proporcionar a las compañías discográficas, en este caso, análisis de tendencias musicales, de nuevos artistas, y otras funcionalidades. (4) Búsqueda de personas afines en comunidades. En aplicaciones Web como “meneame.net” se tienen en cuenta las noticias que cada usuario ha votado para generar una lista de vecinos con similares intereses.

Referencias Bibliográficas

• Allen, R.B. (1990) User models: theory, method, and practice, International Journal of Man-Machine Studies, vol. 32, 1990, págs. 511-543.
• Belkin, N.J. y Croft, W.B. (1992) Information filtering and information retrieval: two sides of the same coin?, 1992.
• Burke, R. (2002) Hybrid recommender systems: Survey and experiments, User Modeling and User-Adapted Interaction, vol. 12, 2002, págs. 331-370.
• Goldberg, D.; Nichols, D.; Oki, B.M. y Terry D. (1992) Using collaborative filtering to weave an information tapestry, 1992.
• Housman, E.M. y Kaskela, E.D. (1970) State of the art in selective dissemination of information, IEEE Transactions on Engineering Writing and Speech, vol. 13, 1970, págs. 78-83.
• Kim, Y.S.; Yum, B.J.; Song, J. y Kim S.M. (2005) Development of a recommender system based on navigational and behavioral patterns of customers in e-commerce sites, Expert Systems with Applications, vol. 28, 2005, págs. 381-393.
• Resnick, P. y Varian H.R. (1997) Recommender systems, Communications of the ACM, vol. 40, 1997, pág. 57.
• Resnick, P.; Iacovou, N.; Suchak, M.; Bergstrom, P. y Riedl, J. (1995) GroupLens: An open architecture for collaborative filtering of netnews.

Guillermo Choque Aspiazu
http://www.eldiario.net
Abril 23 de 2012 - Primera parte
Abril 30 de 2012 - Segunda parte

Inteligencia artificial emergente

De manera inicial y para entender el concepto de inteligencia artificial, y de cómo fue surgiendo esta ciencia, Steven Johnson señala, en el libro escrito el año 2004 titulado “Sistemas Emergentes: O qué tienen en común hormigas, neuronas, ciudades y software”, cómo diferentes sistemas, las colonias de hormigas, las ciudades y hasta el cerebro humano, tienen un comportamiento complejo que surge a partir del comportamiento individual de los componentes del sistema, siguiendo reglas simples, y la interacción existente entre ellos. Es decir, se observa un comportamiento ascendente. El descubrimiento de la inteligencia colectiva y la conducta ascendente ha sido fundamental para el desarrollo de las nuevas tecnologías de la información y el surgimiento de la inteligencia artificial. Pasada la primera década del siglo veintiuno, las investigaciones sobre inteligencia artificial van tomando mayor relevancia, y muchas de sus aplicaciones forman parte de la vida cotidiana de las personas. Las fábricas están llenas de robots que reemplazan el trabajo humano, los nuevos dispositivos electrónicos tienen inmersa una especie de inteligencia que hace que se adapten a las preferencias de las personas, entre tantas otras. Principalmente en Europa y Norte América, son numerosos los prototipos y experimentos que se realizan frecuentemente con el objetivo que este comportamiento emergente e inteligente asista al ser humano en sus actividades diarias, mejorando su calidad de vida.

La inteligencia artificial surgió en el año 1956 y se puede definir de muchas formas, una como otra cualquiera es que la inteligencia artificial es la rama de la computación y de la robótica que permite que las máquinas realicen tareas, de manera que si fueran realizadas por humanos, serían calificadas de operaciones o decisiones inteligentes. Según Víctor Méndez, en la tesis de grado escrita el año 2007 de titulo “técnicas de inteligencia artificial emergente aplicadas al servicio de replicación de datos de arquitecturas grid”, una de las dificultades de la inteligencia artificial clásica en los estudios cognitivos, es que aportan más conocimiento de los mecanismos del cerebro, que de los principios subyacentes al problema concreto. Enfrentando esta limitación y a partir de la inteligencia artificial, nace la “computación evolutiva”, basada en la mutación genética al azar y la reproducción, de un conjunto de seres virtuales. La computación evolutiva es parte de lo que se viene a denominar como “vida artificial”, mientras que la inteligencia artificial estudia la inteligencia para solucionar problemas, la vida artificial estudia el comportamiento de seres, también para solucionar problemas. En el caso de la computación evolutiva, el modelo se basa en las leyes de la evolución de las especies. Posteriormente apareció la inteligencia artificial emergente, como otra rama de la vida artificial. En este caso se prescinde de la información genética de los seres, centrándose en alguna faceta social concreta, que pudiera tener similitud con los problemas, como por ejemplo la búsqueda de comida. La principal ventaja de la inteligencia artificial emergente frente a la computación evolutiva, es que permite una mejor adaptación al problema específico, ya que no es necesaria la traducción entre el código genético y el dominio del problema. Dicho de otra forma la computación evolutiva permite definir las operaciones emergentes en términos directos de las especificaciones del problema.

En las distintas aproximaciones al problema de la localización y selección de réplicas se puede observar una tendencia a simplificar el uso de las arquitecturas utilizadas. Era el caso de los árboles planos en estructura de anillo o del mecanismo entre-pares del servicio de localización de réplicas basado en tablas hash distribuidas entre pares. El límite teórico a esta tendencia es la necesidad de mantener un servicio de localización y selección determinístico, con una interfaz explicita, más o menos consistente, de acceso al espacio de localización de nombres global. La inteligencia emergente puede cubrir estas necesidades heurísticas. Ello hace plantear un mecanismo que aporte una información local del espacio de localización y un modelo de selección no determinístico, es decir que no necesite una interfaz explícita de acceso al espacio de localización; que por contra funcione a partir de estadísticas de acceso genéricas y catálogos de ficheros locales que mediante cierta heurística pueda llegar a conformar una interfaz implícita del espacio de localización de archivos.

Siguiendo el enfoque de Méndez, en una revisión del estado del arte hasta el año 2007 las dos técnicas más relevantes del campo de la inteligencia artificial emergente constituyen: (1) Optimización por enjambre de partículas, con investigaciones relevantes realizadas por Shi y Eberhart, en el artículo publicado el año 1998 relacionado con “un optimizador de enjambre de partículas modificado”, además del mini tutorial publicado el año 2002 por los investigadores Eberhart y Kennedy. (2) Optimización por colonias de hormigas, con el trabajo destacado realizado por los investigadores Dorigo, Maniezzo y Colorni, en el reporte técnico titulado “Sistema de hormigas: Un proceso de optimización auto catalítico”. Ambas técnicas con probada eficacia en numerosos campos de la ciencia de la computación.

La optimización por enjambre de partículas es una técnica incluida en la computación evolutiva y fue desarrollada por los investigadores Eberhart y Kennedy el año 1995. Es una herramienta de optimización basada en poblaciones, similar a los algoritmos genéticos, y en concreto más parecida a modelos de poblaciones de hormigas que se comentaran en el siguiente punto. Está inspirada en el comportamiento social de las abejas, o en los movimientos de las bandadas de pájaros, para aplicarse en problemas de optimización. La optimización por enjambre de partículas presenta distintos parámetros a ajustar que le hacen más flexible que los algoritmos genéticos, con aplicaciones en optimización funcional, entrenamiento de redes neuronales, sistemas de control difusos u otras áreas donde los algoritmos genéticos pueden ser aplicados.

El algoritmo de la optimización por enjambre de partículas es bastante sencillo: Un enjambre de partículas realiza una búsqueda aleatoria de la solución en un espacio de muchas dimensiones. Sólo hay una solución en el espacio de búsqueda en cada momento. Cada partícula no sabe dónde está la solución, pero conoce a qué distancia se encuentra de ella en cada iteración. Las partículas conocen a qué distancia están el resto de partículas. La estrategia es seguir a la partícula que se encuentre más cerca de la solución. Una vez inicializado el enjambre de partículas, busca el óptimo mediante actualizaciones de las iteraciones. La diferencia principal con los algoritmos genéticos, donde las iteraciones tomaban la forma de generaciones, es que no existen operadores evolutivos como la mutación o el apareamiento. En la optimización por enjambre de partículas las soluciones potenciales, llamadas partículas, se mueven a lo largo del espacio del problema guiadas por su propia trayectoria y por la posición de las partículas óptimas actuales.

Respecto a la optimización por colonias de hormigas, los sistemas basados en el comportamiento de las hormigas fueron propuestos por el grupo de los investigadores Dorigo, Maniezzo y Colorni a principios de los años 1990 y algo después ampliamente formalizados como algoritmos de optimización. Suponen una aproximación multi-agente a complejos problemas de optimización combinatoria como son el problema del agente viajero y el problema de asignación cuadrática. Los algoritmos de hormigas están inspirados en la observación de hormigueros. Las hormigas son insectos sociales, esto es, insectos que viven en colonias y cuyo comportamiento está destinado a la supervivencia de la colonia como un todo, más que aquel comportamiento que atañe sólo a una hormiga. Como se veía con la optimización por enjambre de partículas y las abejas, los insectos sociales han captado la atención de muchos científicos debido al alto grado de estructuración que pueden alcanzar sus colonias, con base en unas sencillas pautas de comportamiento individual. En concreto y al igual que ocurría con las abejas, resulta especialmente interesante cómo encuentran las rutas más cortas entre la comida y el hormiguero.

Mientras buscan o regresan con comida, las hormigas depositan en el suelo una sustancia llamada feromona, formando vías de feromonas que otras siguen. Las hormigas pueden oler estas feromonas y cuando eligen su camino tienden a elegir en términos probabilísticos las rutas marcadas con concentraciones de feromonas más altas. Estas vías permiten a las hormigas encontrar fácilmente el camino de vuelta al hormiguero. Así mismo permite a otras hormigas encontrar las fuentes de comida más cercanas. Por otro lado la concentración de feromonas va perdiendo intensidad conforme discurre el tiempo. Además, cuando la concentración alcanza un umbral de saturación produce el efecto contrario a la hora de la elección probabilística en la búsqueda de comida. Las hormigas que retornan con comida no se ven afectadas por el umbral de saturación, pero las que van en búsqueda sí que lo hacen, esto es una respuesta al hecho probable de que ya no se encuentre m´as comida en una vía de feromonas sobre-explotada.

Referencias Bibliográficas

• Dorigo M., V. Maniezzo, and A. Colorni (1991) The ant system: An autocatalytic optimizing process. Technical report no. 91-016 revised. Technical report, Politecnico di Milano, 1991.
• Eberhart and Kennedy (2002) Particle swarm optimization: mini tutorial, 2002.
• Johnson Steven (2004) Sistemas Emergentes: O qué tienen en común hormigas, neuronas, ciudades y software. Ediciones Turner/Fondo de Cultura Económica. Madrid, 2004.
• Méndez Muñoz Víctor (2007) Técnicas de inteligencia artificial emergente aplicadas al servicio de replicación de datos de arquitecturas grid. Tesis de doctorado de la Escuela politécnica superior de la Universidad Carlos III de Madrid.
• Shi R.C., Y. Eberhart. (1998) A modified particle swarm optimizer. In Proceedings of the IEEE International Conference on Evolutionary Computation, pages 69–73. IEEE Press. Piscataway, NY.

Guillermo Choque Aspiazu
Artículo no publicado por El Diario

Inteligencia de negocios

Todas las empresas de cualquier giro prestan atención especial al proceso de toma de decisiones que realizan a lo largo de las etapas de administración ejercidas en los niveles jerárquicos. Puesto que el éxito que alcancen, depende en buena medida de la oportuna y certera elección realizada de acuerdo al objetivo, problema o curso de acción que se pretende abordar. Las organizaciones hacen una gran inversión al contratar personal capacitado para ejercer labores específicas que incluyen la toma de decisiones en la conducción, operación y evaluación de la función de la cual son responsables. Por tal motivo, las empresas han otorgado un valor especial al uso de sistemas de información proveedores de los elementos para la toma de decisiones que corresponda al problema detectado, así como al logro de la meta planteada. Se puede reconocer, que el objetivo final de esta clase de aplicaciones es apoyar al personal responsable de la administración de una función, área o de toda la organización en el mejor desempeño de su tarea, especialmente en la toma de decisiones.

Como resultado de su experiencia a lo largo de su existencia, las organizaciones acumulan gran cantidad de información, la que es considerada como un activo fundamental, pero ¿están dando un uso inteligente a esta información?. Según Chun Wei Choo, en el libro escrito el año 1998 sobre “la organización inteligente”: “La información es un componente intrínseco de casi todo lo que hace una organización, tanto que su función se ha vuelto transparente. Sin una cabal comprensión de los procesos humanos y de la organización a través de cuales la información se transforma en discernimiento, conocimiento y acción, una organización es incapaz de aprovechar el verdadero valor de sus recursos informativos y tecnologías de información”. La explotación inteligente de la información, su conversión en conocimiento es posiblemente la única fuente de competitividad sostenible, las organizaciones así lo están entendiendo, por esto buscan medio para hacer de la información disponible un medio para incrementar su eficiencia, para estimular la innovación, para fundamentar la toma de decisiones y para elevar la eficacia y posición competitiva. Es aquí donde se hace indispensable contar con instrumentos tecnológicos y organizacionales que apoyen la toma de decisiones, posibilitando que ésta se efectúe más sobre análisis que sean objetivos y estén suficientemente sustentados. Como respuesta a estas nuevas condiciones del mercado, ahora con alcance mundial por la globalización de las economías, se ha desatado la inteligencia de negocios con una enorme avalancha de teorías, metodologías, técnicas y modelos, que se unen al gran desarrollo y evolución permanente de la teleinformática. Las posibilidades que ofrecen las tecnologías permiten acceder casi al instante a una cantidad ilimitada de información, ahora se debe definir como incorporar esta información a los procesos de dirección que le permita utilizar información procesada y refinada que sirva como base para la toma de mejores decisiones.

Según la empresa consultora Bitam, en el artículo en línea escrito el año 2002 sobre “inteligencia de negocios”, la inteligencia de negocios es un concepto que se asocia en un cien por ciento con los niveles directivos, surge de la necesidad de contar con información para dirigir el rumbo de la empresa por los altos mandos, sin embargo, con el tiempo se ha ido ampliando el alcance de este término hasta llegar prácticamente a toda la empresa. A pesar de relacionar completamente el término con conceptos cien por ciento computacionales, sobre todo las herramientas utilizadas para lograr implementar un desarrollo de este tipo, la verdad es que el concepto no se construye basándose en herramientas computacionales, sino de la formulación de estrategias efectivas de negocios que respondieran a los nuevos tiempos y sus demandas. El énfasis es en los requerimientos y de ahí se desprenden las aplicaciones, es decir, los hombres de negocio dictan las necesidades y la gente técnica investiga y adapta la tecnología para resolver favorablemente esos requerimientos con todos los medios a su alcance. La inteligencia de negocios plantea una sinergia entre los tomadores de decisiones y las herramientas que emplean, la tecnología está claramente vinculada a la gestión de las empresas, teniendo como resultado obtener ventajas competitivas, producto de decisiones mejor informadas. En función de esta se puede entender a la inteligencia de negocios como una combinación de tecnología y desarrollo de negocios.

Como muchos otros conceptos o términos, el de inteligencia de negocios no escapa a la diversidad de interpretaciones. Se justifica su uso y se entiende el que sea considerado como una tecnología de información, pero no existe un acuerdo en cuanto a su definición. "Es el conjunto de tecnologías que permiten a las empresas utilizar la información disponible en cualquier parte de la organización para hacer mejores análisis, descubrir nuevas oportunidades y tomar decisiones más informadas." Analizando las definiciones, queda primeramente claro que la inteligencia de negocios no es una metodología, software, sistema o herramienta específica, es más bien un conjunto de tecnologías que van desde arquitecturas para almacenar datos, metodologías, técnicas para analizar información y software entre otros, con un fin común para el apoyo a la toma de decisiones. A partir de elementos comunes es que se puede obtener una definición que abarca la inteligencia de negocios en cuanto a su utilidad y funcionalidad en las empresas. El objetivo básico de la inteligencia de negocios es apoyar de forma sostenible y continuada a las organizaciones para mejorar su competitividad, facilitando la información necesaria para la toma de decisiones. El primero que acuñó el término fue Howard Dresner que popularizó la inteligencia de negocios como un término paraguas para describir un conjunto de conceptos y métodos que mejoran la toma de decisiones, utilizando información sobre aquello que había sucedido, hechos. Mediante el uso de tecnologías y las metodologías de inteligencia de negocios se pretende convertir datos en información y a partir de la información ser capaces de descubrir conocimiento.

Para definir inteligencia de negocios se parte de la definición del glosario de términos de Gartner, que menciona: “Inteligencia de negocios es un proceso interactivo para explorar y analizar información estructurada sobre un área, normalmente almacenada en un almacén de datos, para descubrir tendencias o patrones, a partir de los cuales derivar ideas y extraer conclusiones. El proceso de inteligencia de negocios incluye la comunicación de los descubrimientos y la realización de los cambios. Las áreas incluyen clientes, proveedores, productos, servicios y competidores.” Descomponiendo de manera detallada esta definición se tiene: (1) Proceso interactivo. Al hablar de inteligencia de negocios se supone que se trata de un análisis de información continuado en el tiempo, no sólo en un momento puntual. Aunque evidentemente este último tipo de análisis puede aportar valor, es incomparable con lo que puede aportar un proceso continuado de análisis de información, en el que por ejemplo se puede ver tendencias, cambios, variabilidades, etc. (2) Explorar. En todo proyecto de inteligencia de negocios hay un momento inicial en el que por primera vez se accede a información que facilita su interpretación. En esta primera fase, lo que se hace es “explorar” para comprender qué sucede en el negocio; es posible incluso que se descubran nuevas relaciones que hasta el momento se desconocían. (3) Analizar. Se pretende descubrir relaciones entre variables, tendencias, es decir, cuál puede ser la evolución de la variable, o patrones. Si un cliente tiene una serie de características, cuál es la probabilidad que otro con similares características actué igual que el anterior. (4) Información estructurada y almacén de datos. La información que se utiliza en inteligencia de negocios está almacenada en tablas relacionadas entre ellas. Las tablas tienen registros y cada uno de los registros tiene distintos valores para cada uno de los atributos. Estas tablas están almacenadas en lo que se conoce como datawarehouse o almacén de datos. (5) Área de análisis. Todo proyecto de inteligencia de negocios debe tener un objeto de análisis concreto. No se puedes centrar en los clientes, los productos, los resultados de una localización, etc. que se pretenda analizar con detalle y con un objetivo concreto, por ejemplo, la reducción de costos, el incremento de ventas, el aumento de la participación de mercado, el ajuste de previsiones de venta, el cumplimiento los objetivos de venta presupuestados, etc. (6) Comunicar los resultados y efectuar los cambios. Un objetivo fundamental de la inteligencia de negocios es que, una vez descubierto algo, sea comunicado a aquellas personas que tengan que realizar los cambios pertinentes en la organización para mejorar la competitividad.

Según la consultora Information Builders, en el reporte en línea publicado el año 2005 sobre “inteligencia de negocios”, la tecnología de inteligencia de negocios ha encontrado lugar en dos niveles primarios: entre los altos ejecutivos quienes necesitan obtener información estratégica y entre los administradores de la línea de negocios que son responsables del análisis táctico. Estas tradicionales actividades de soporte a la decisión son importantes, pero ellos solamente muestran superficialmente el potencial de la inteligencia de negocios dentro de la empresa, involucrando quizá el cinco por ciento de los usuarios y el diez por ciento de los datos disponibles. Desde principios de los años 1990, las aplicaciones de inteligencia de negocios han evolucionado dramáticamente en muchas direcciones, debido al crecimiento exponencial de la información. Desde reportes operacionales generados por mainframes, modelación estadística de campañas publicitarias, ambientes OLAP multidimensionales para analistas así como dashboards y scorecards para ejecutivos. Las compañías empiezan a demandar mas formas de analizar y realizar reportes de datos. Las inversiones en aplicaciones empresariales, tales como la planeación de recursos y la administración de la relación con el cliente, han resultado en una enorme cantidad de datos dentro de las organizaciones.

Referencias Bibliográficas

• Choo Chun Wei (1998). La organización inteligente. Editorial Ester Alizeri Fernández.
• Bitam (2002) “Business Intelligence”. Disponible en línea: http://www.bitam.com/spanish/AcercaDeBI.htm [Consulta: Febrero de 2002].
• Information Builders (2004), Business Intelligence Goes Operational: On the Front Lines Making a Bottom-Line Difference, http://www.informationbuilders.com/solutions/operational_bi.html [Consulta: Mayo de 2005]
• Glosario de Gartner, www.gartner.com, enero 2006. Gartner es una consultora internacional especializada en Tecnologías de Información y Comunicación.

Guillermo Choque Aspiazu
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Abril 9 de 2012 - Primera parte
Abril 16 de 2012 - Segunda parte

Teoría del caos

La palabra caos ha estado tradicionalmente asociada a los conceptos de confusión y desorden. De hecho el Diccionario de la Real Academia Española lo define como aquel estado amorfo e indefinido que se supone anterior a la ordenación del cosmos. Esta misma acepción es la tiene en el Génesis, el primero de los libros bíblicos, que en su segundo versículo dice: “La tierra era un caos total, las tinieblas cubrían el abismo, y el Espíritu de Dios iba y venía sobre la superficie de las aguas”. La “teoría del caos” es un elemento de manejo referencial cultural amplio. Su gran número de publicaciones tiene denominador común: la complejidad, la co-incidencia y simultaneidad de múltiples elementos en la dinámica de fenómenos y procesos, no lineales ni predecibles sino azarosos o aleatorios. Sus patrones de "orden desordenado" son sistemas abiertos y multilineales, y exigen modelos lógicos alternativos para su comprensión e interpretación distintos de los aplicados a fenómenos lineales predecibles dentro de la polaridad dinámica de causa-efecto. En estos fenómenos o sistemas abiertos, mínimas alteraciones a su condición original devienen cambios exponenciales imprevisibles. Las incidencias en la comprensión del mundo y su trama epistémica, dentro de los marcos levantados por la modernidad, son significativas.

Las dinámicas sistémicas del Caos han generado necesidad de nuevos conceptos y técnicas de experimentación, con gran incidencia en la elaboración de sistemas de representación de la realidad y sus bases filosóficas, metafísicas y metodológicas acerca del significado de la impredecibilidad e inestabilidad compleja en los procesos naturales, culturales y sociales, así como de sus comportamientos posibles a largo plazo. Su extrapolación a otros dominios del conocimiento humano es aplicada en economía, sociología, teoría cultural, neurociencia y planificación urbana, música, entre otras. El descubrimiento y formalización del caos se ha dado en considerar como una nueva revolución en la ciencia física del siglo veinte, comparable a la que en su día provocaron la relatividad y la teoría cuántica. Según Rañada, en el libro publicado el año 2007 titulado “dinámica clásica”, un sistema dinámico se considera caótico si presenta un comportamiento aperiódico resultado de un modelo totalmente determinista y que presenta gran sensibilidad a las condiciones iníciales. La sensibilidad a las condiciones iníciales implica que existe una divergencia exponencial de trayectorias inicialmente muy próximas en el espacio de fases, fenómeno que se conoce como estirado. Otra propiedad existente sobre el espacio de fases y opuesta al estirado es el plegamiento que conlleva que dos trayectorias muy lejanas pueden eventualmente acercarse. Si se representa el retrato fase de un sistema dinámico, se observa que las dos fuerzas anteriores entran en acción de forma que se genera una estructura confinada en una región del espacio de fases que se conoce como atractor extraño. Como la región en la que está ubicado el atractor es finita, se tiene, al seguir una trayectoria cualquiera, una curva de longitud infinita encerrada en un área finita o, dicho de otra forma, un atractor extraño posee estructura fractal. La computadora facilita el proceso iterativo de los sistemas dinámicos y es un arma imprescindible para aproximarse a la geometría de los atractores extraños.

De caos como espacio de ausencia de orden, de vida y sentido, se pasó al caos como espacio en el que se genera la vida, la estructura, el logos y el sentido de un otro orden. La dialéctica moderna de opuestos antagónicos orden-desorden suponía un sólo tipo de orden. Los descubrimientos realizados en la ciencia del caos permitieron la comprensión de la existencia de otros órdenes posibles, o más bien, un “ordenado desorden”. Katherine Hayles, en el libro escrito el año 1998 titulado “La evolución del caos: El orden dentro del desorden en las ciencias contemporáneas”, comenta que “el desorden ordenado de los sistemas caóticos no tenía un lugar reconocido dentro de la mecánica clásica. Al demostrar que tales sistemas no sólo existen sino que además son comunes, la teoría del caos abrió, o más precisamente reveló un tercer territorio, que se sitúa entre el orden y el desorden.” En esto coincide con William Demastes quien afirma, en el libro escrito el año 1998 titulado “Teatro del caos más allá de lo absurdo, en el desorden ordenado” no sin poesía, que “es en el vasto fondo mediador entre los dos extremos, de ese tercer territorio del orden y del desorden, donde la vida se manifiesta, y es lo que hace que valga la pena ser vivida.”

El caos como tal presenta una naturaleza intersticial; esta noción requiere ser entendida desde un pensamiento precisamente intersticial, difuso, a-lógico según la lógica clásica; y es en esto que se percibe la pertinencia de enfoques como los de la lógica difusa de Lotfi Zadeh y el pensamiento complejo desarrollado por Edgar Morin. En el cúmulo de consideraciones y estudios de sistemas dinámicos no lineales que conforman la “teoría del caos” confluyen diversas disciplinas de las ciencias: termodinámica, meteorología y epidemiología, reacciones químicas y movimiento de fluidos, ritmos cardíacos y tendencias económico-sociales, sin excluir las ciencias de la cultura o teoría cultural contemporánea. La teoría del caos estudia sistemas dinámicos complejos, en los que la aparición de problemas y “aberraciones” frecuentes intrigaban a los estudiosos y que ahora son vistas con carácter de existencia legítima.

La teoría del caos no es antirracionalista; busca ampliar los alcances de la razón, liberándola de sus limitaciones positivistas modernas. El estudio sistemático del Caos tuvo antecedentes en observaciones que sobre lo irregular desarrolló el matemático francés Henri Poincaré. Los planteamientos y fórmulas del astrónomo y matemático inglés Isaac Newton radicaban en ecuaciones lineales que representaban la dinámica de sistemas cerrados predecibles, considerando arbitrariamente que corporizaba la dinámica universal. Pero la aparición de algo conocido como “el problema de los tres cuerpos” introdujo nuevos elementos que escapaban de la linealidad predecible newtoniana. Poincaré demostró la incapacidad de la fórmula de Newton para resolver este tipo de problemas, cuya linealidad se veía alterada por la incorporación de elementos perturbadores. Esta perturbación implicó desarrollos no regularmente lineales en estos sistemas. Por ello, entendió la necesidad de nuevas formulaciones matemáticas para describir tales peculiaridades. Esas formulaciones y teorías dieron origen a las matemáticas de los sistemas dinámicos.

Una de las propiedades de estos sistemas es la del estiramiento, dado por la evolución de una serie ordenada de puntos con valores matemáticos que “estiran” su conformación sobre sí mismos. El estiramiento funciona con dinámicas aleatorias al ser activadas repetidas veces, en cifras muy altas. En este tipo de procesos puede ocurrir la llamada “recurrencia de Poincaré”, que es una transformación típicamente caótica aunque extremadamente rara, y consiste en que por azar o casualidad la compleja configuración inicial de puntos vuelve a su estado de origen. Las probabilidades temporales de que tales cosas ocurran son de una en más o menos quince o veinte mil millones de años, es decir, la edad estimada del universo. Una incidencia que de esto se desprende es que, dada la evolución actual del universo, la posibilidad de que la configuración que haya tenido en un cualquiera momento dado se repita en otro universo paralelo es de sólo una dentro de la edad que lleva acumulada desde el big bang. Existen otros antecedentes insoslayables que contribuyeron, junto con las propuestas de Poincaré desde las ciencias matemáticas, a alimentar la noción que contemporáneamente se tiene del universo y su comportamiento, con los cuales coinciden en la exigencia de una misma representación lógica diferente, como han sido los descubrimientos y desarrollos de la física cuántica y de la dinámica macrocósmica.

Los estudios en la búsqueda de orden a partir del caos, tienen como principal representante al físico belga Ylia Prigogine, Premio Nobel de Física en 1979 por su descubrimiento de las estructuras disipativas. Progogine presenta una fuerte formalización teórica con consecuencias filosóficas, ontológicas y metafísicas adicionales a sus resultados de experimentación. Incluso celebra la extrapolación de sus logros hacia ámbitos diferentes, como la explicación, comprensión y previsión de fenómenos como el tránsito automotor. Katherine Hayles, en la obra citada, observa la fuerte afinidad y relación que Prigogine sostiene con círculos intelectuales franceses. Los alcances filosóficos de esta tendencia tocan cuestiones de antiquísima data, como la noción de vacío referida por el pensamiento taoísta chino, la reconciliación de nociones del ser y devenir, tratadas ya por Heráclito y por el filósofo francés Henri Bergson. Resulta imprescindible referir al filósofo y poeta latino Lucrecio, quien en su obra “De rerum natura” comentaba la noción de clinamen, definida como la “inclinación” que caracterizaba a los átomos en su manifestación de devenir y evolución de la materia. El clinamen, doctrina original del griego Epicuro, expresaba las pequeñas desviaciones en que incurrían los átomos en su caída hacia abajo producida por su propio peso, que daban lugar a que se encontraran y mezclaran en una condición evolutiva; de aquí la libertad que átomos y naturaleza ejercen, en oposición a una visión mecanicista del mundo. El filósofo francés Michel Serres realizó un estudio sobre Lucrecio. Ylia Prigogine y el norteamericano William Demastes hacen referencia a Serres y a Lucrecio en su vigencia y actualidad, en las obras citadas. Todos coinciden en la producción de novedades posibles de organización a partir de la “nada” que surge de la descomposición o desordenamiento de la materia.

Referencias Bibliográficas

• Demastes, William. (1998). Theatre of Chaos Beyond Absurdism, into Orderly Disorder. Cambridge University Press.
• Hayles, N. Katherine. (1998). La evolución del caos El orden dentro del desorden en las ciencias contemporáneas. Gedisa, Barcelona.
• Rañada Antonio (2007) Dinámica clásica. 2da. Edición. Alianza Editorial.

Guillermo Choque Aspiazu
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Abril 2 de 2012

Robótica cooperativa

Según Lynne Parker, en el artículo escrito el año 2008 relacionado con la “inteligencia distribuida”, las personas se organizan en puestos específicos para desarrollar actividades relacionadas a puestos de trabajo en una empresa. Cada trabajador se especializa en una parcela concreta formando una sociedad. En el ámbito profesional sucede lo mismo, es posible encontrar especialistas en derecho, medicina, ingeniería, computación, arquitectura, etc. Existen multitud de ejemplos donde aparecen equipos de individuos. Las personas han aprendido que un equipo coordinado es más eficiente a la hora de resolver problemas que un individuo. Marvin Minsky propuso, en su libro escrito el año 1985 titulado “la sociedad de la mente”, la idea de que la inteligencia se consigue como una sociedad de agentes que interactúan entre sí y el resultado es un comportamiento global. Sus ideas estaban fundamentadas bajo el análisis realizado sobre el funcionamiento del cerebro y la inteligencia. La base de su argumentación es que la mente no es una única entidad monolítica, sino que está formada por la sociedad de agentes especializados en tareas específicas. Estos agentes se relacionan produciendo como resultado un comportamiento o un pensamiento inteligente.

Según los investigadores Cao, Fukunaga y Kahng, en el artículo publicado el año 1997 relacionado con la “robótica móvil cooperativa”, los sistemas distribuidos de robots presentan un gran número de ventajas en comparación a la funcionalidad de un solo robot: (1) Algunas tareas son imposibles de realizar por un robot único, dada la complejidad o las limitaciones espaciales del problema, haciendo necesario que dos o más de ellos intervengan para efectuarla. (2) Utilizar más robots permite un aumento de la eficiencia y efectividad del sistema, lo que claramente puede evidenciarse en sistemas de exploración y recolección de la información, donde varios robots son capaces de abarcar un área mayor. (3) La creación de muchos robots simples es más barata y fácil, permitiendo una flexibilidad en cuanto a la atención de tareas que un robot único no es capaz de dar, sin importar que tan equipado este. Así actividades como el movimiento de cargas que puede realizarse igual de rápido por un robot único, puede efectuarse en forma más flexible por un conjunto de robots que ayudan según la magnitud de la carga. (4) El uso de múltiples agentes permite enfrentar fallas de mejor forma, ya que aunque fallen y salgan del sistema algunos robots, el objetivo final es aún posible de lograr. En el caso de un robot único, su falla significa la imposibilidad de continuar y finalizar la tarea.

Cuando se habla de sistemas cooperativos de robots se pueden diferenciar tres familias o niveles: (1) Sistemas multi-sensoriales. El caso de varios sensores cooperantes incluye todas aquellas aplicaciones que involucran a más de un sensor y comparten información. Esta información es útil para modelar de manera más rica el entorno que quieren percibir. Un ejemplo de estos sistemas son las redes de sensores. Es un concepto relativamente nuevo en adquisición y tratamiento de datos de manera coordinada. Estas redes están compuestas por un amplio número de sensores con capacidades comunicativas, que se interconectan formando redes ah-hoc. Disponen de una reducida capacidad de cálculo e incapacidad motora pero sus capacidades cooperativas permiten a estos sistemas ser una buena opción en determinados entornos: Por ejemplo zonas de difícil acceso o con alto riesgo de bloqueos. (2) Sistemas con múltiples actuadores. Los sistemas cooperantes con múltiples actuadores incluyen el control de actuadores dentro de un mismo robot o la manipulación coordinada de objetos. La locomoción con patas requiere que haya una sincronización y planificación de todos los movimientos, para que se produzca de manera suave y efectiva. En el caso de la manipulación coordinada sucede algo parecido, es vital que haya cooperación para evitar colisiones entre los manipuladores, interferencias, etc. Un ejemplo de estos últimos sistemas se puede encontrar en las cadenas de montaje de automóviles responsabilizándose de tareas de soldadura o pintura. (3) Sistema de robots independientes. La tercera familia de sistemas cooperantes está formada por varios robots independientes. Estos robots forman un equipo en caso de no ser excesivamente numeroso o un enjambre, en caso de pertenecer a un equipo muy numeroso. Las aplicaciones habituales de estos equipos son la recolección de objetos, exploración, navegación en formación, etc.

El uso de varios robots para lograr un objetivo común viene motivado por varios factores: El primero de ellos es que en algunos escenarios, el uso de un solo robot puede hacer la tarea muy complicada o incluso imposible de realizar. Imagine que se quiere construir un mapa de la superficie de Marte. Con una única entidad móvil se emplearía mucho tiempo hasta conseguir explorar toda la superficie marciana. Otra ventaja adicional es la mayor tolerancia a fallos. En el ejemplo, si un robot se quedara bloqueado, el resto de compañeros completarían la labor. La mejora del rendimiento es otro factor positivo. A mayor número de robots bien organizados, menor será el tiempo empleado hasta llegar al objetivo. Cuando la tarea a realizar es fácilmente divisible en subtareas es más fácil la asignación de subobjetivos a los miembros del equipo. Las capacidades de percepción de cada robot pueden verse ampliadas al compartir información. De esta manera un robot podría percibir más allá de lo que captan sus sensores. Otra ventaja del uso de sistemas multi-robot coordinados es el paralelismo, es decir, se podrían llevar a cabo diversas acciones de manera simultánea. El costo económico también puede beneficiarse del uso de equipos de robots. La compra de un super-robot encarecerá el costo total más que la suma de los precios individuales de varios robots convencionales.

Según Gregory Dudek, en el artículo escrito el año 1996 sobre “una taxonomía para la robótica multi agente”, presenta una taxonomía para clasificar los diferentes aspectos que forman parte de un sistema robótico de agentes múltiples, en este entendido los ejes más significativos son: (1) Control centralizado versus distribuido. Robin Murphy, en el libro escrito el año 2000 relacionado con una “introducción a la robótica”, describe esta característica como el grado de similitud entre los robots que forman el grupo. Un grupo heterogéneo está formado por al menos dos miembros con hardware o software diferente, mientras que en un grupo homogéneo todos los miembros son idénticos. (2) Mecanismos de coordinación. Un equipo de robots puede cooperar de maneras muy diversas: Desde la más básica en la que cada individuo no tiene conciencia del resto, hasta las más elaboradas basadas en negociaciones de alto nivel y con un elevado grado de comunicación. Los mecanismos de cooperación dinámica son adecuados para favorecer la flexibilidad y adaptabilidad a la hora de afrontar una tarea coordinada. En el artículo escrito el año 2004 titulado “un paradigma para la coordinación dinámica de robots múltiples”, los investigadores Chaimowicz, Kumar y Campos, proponen un mecanismo de asignación dinámico de roles, que permite asociar tareas concretas a robots o grupos de robots sobre la marcha. Este mecanismo es descentralizado y cada individuo toma sus propias decisiones basadas en la información local y global. Se pueden enumerar tres tipos de cambio de rol: (a) Asignación. Se asume un nuevo rol cuando se termina la ejecución de una tarea. (b) Reasignación. El rol activo se aborta y comienza la ejecución de otro nuevo. (c) Intercambio. Dos o más robots se sincronizan e intercambian sus papeles. (3) Comunicación. La comunicación determina las posibilidades de interacción entre los miembros del grupo, siendo el vehículo para que la coordinación se manifieste. Es posible identificar tres tipos de interacción que tienen que ver con el intercambio de información: A través del medio, a través de los propios sensores del robot o explícita empleando comunicaciones. (4) Interferencias y conflictos. Este es un problema típico cuando varios elementos quieren acceder a un recurso compartido. Este medio compartido puede ser desde un canal de comunicaciones hasta una intersección de carreteras. Si dos o más individuos acceden a él en el mismo instante de tiempo se produce una colisión. Por tanto, es necesario que exista algún mecanismo de exclusión mutua para evitar estos problemas cuando sea necesario.

En un barrido de las aplicaciones típicas que se abordan con grupos de robots, se observan las siguientes: (1) Recolección. La recolección consiste en encontrar y recoger una serie de objetos diseminados por el entorno. En situaciones reales estas técnicas se pueden usar para recoger sustancias tóxicas, participar en situaciones de rescate, detectar de minas, etc. (2) Formaciones. Esta especialidad aparece cuando se combina la navegación y los grupos de robots. Consiste en el control de múltiples individuos moviéndose juntos en formación. Los trabajos en el ámbito de las formaciones en vehículos no tripulados despertaron un interés militar en el Ministerio de Defensa de Estados Unidos durante la década de los años 1990. (3) Gestión de almacenamiento. En grandes centros de distribución, almacenes o pequeños negocios con gran volumen de movimiento de productos es habitual dedicar mucho tiempo a la gestión del inventario. Esta gestión involucra tareas de llenado de determinados compartimentos o vaciado cuando los clientes lo solicitan. Un equipo de robots cooperantes puede ser una muy buena solución para este problema, liberando a las personas de esta tarea repetitiva y mejorando la eficiencia de la gestión de los recursos. (4) Manipulación coordinada. Hay muchos trabajos sobre este tema consistente en arrastrar cajas usando varios robots con brazos, o de manera más genérica, manipular objetos entre varios agentes. Un dato interesante de esta especialidad es que la cooperación puede llevarse a cabo sin que cada robot sepa de la existencia del resto. (5) Fútbol robótico. El fútbol robótico es un campo de pruebas interesante que está cobrando mayor interés año a año. Además del reto tecnológico que requiere desarrollar un sistema completo perceptivo, locomotor, estratégico, que incluya auto-localización y cooperación entre sus miembros, tiene el ingrediente extra de ser competitivo. Un equipo de robots se enfrenta a otro equipo con objetivos opuestos a los tuyos. Desde el punto de vista de coordinación es un escenario muy propicio a establecer roles entre los miembros de cada equipo con estrategias de posicionamiento y comportamientos específicos.

Referencias Bibliográficas

• Cao Y., Fukunaga A. y Kahng A. (1997) Cooperative Mobile Robotics: Antecedents and Directions. Autonomous Robots, vol. 4, 1-23.
• Chaimowicz L., Kumar V. and Campos M. (2004) A Paradigm for Dynamic Coordination of Multiple Robots. Autonomous Robots, 17(1).
• Dudek G., Jenkin M.R.M. and Wilkes D. (1996) A taxonomy for multi-agent robotics. Autonomous Robots, 3:375–397.
• Minsky M. (1985) The Society of Mind. Simon and Schuster. EE.UU.
• Murphy R.R. (2000) Introduction to AI Robotics. MIT Press, Cambridge, MA, USA.
• Parker L. (2008) Distributed intelligence: Overview of the field and its application in multi-robot systems. Journal of Physical Agents, 2(1):5–14, 2008.

Guillermo Choque Aspiazu
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Marzo 26 de 2012

Métodos de la minería de datos

Las bases de datos surgieron como respuesta a la necesidad de almacenar datos en un sistema de cómputo. Al inicio de la era de las computadoras, década de los años 1960, la dimensión de las bases de datos se limitaba a unos cuantos kilobytes, sujeto a las restricciones tecnológicas de la época, por lo que su aplicación a diversos dominios tanto científicos como del mundo real fue limitado. Según los investigadores Witten y Frank, en el libro escrito el año 2005 relacionado con la “minería de datos, técnicas y herramientas de aprendizaje automático”, con el avance de la tecnología, se pasa de almacenar unos cuantos kilobytes a cientos de gigabytes, lo que ha permitido extender su uso a dominios que antes eran impensables. No obstante, el aumento en la dimensión de las bases de datos ha traído como consecuencia la necesidad de nuevas herramientas de administración y análisis que permitan lidiar con la vasta cantidad de datos. El análisis de datos es una tarea que consiste en buscar o encontrar tendencias o variaciones de comportamiento en los datos, de tal manera que esta información resulte de utilidad para los usuarios finales. A estas tendencias o variaciones se las conoce como patrón. Si los patrones son útiles y de relevancia para el dominio, entonces se le llama conocimiento. En un principio, el análisis se realizaba de forma manual, empleando técnicas estadísticas. Sin embargo, actualmente esta forma de análisis resulta inviable por la gran cantidad de datos que puede contener una base de datos moderna, además de que existe una gran cantidad de formatos para los datos, como tablas, secuencias, grafos, imágenes, audio, lo cual aumenta la complejidad de un análisis manual.

Bajo estas circunstancias es como surge la minería de datos, que es un proceso automático ó semiautomático que busca descubrir patrones ocultos en un conjunto de datos y que además, sean potencialmente útiles para los usuarios de la base de datos. Según Mitchel, en el libro escrito el año 1997 sobre “aprendizaje automático”, en la minería de datos se contemplan diversas estrategias para identificar diferentes tipos de patrones, como son árboles de clasificación, redes neuronales, redes bayesianas, técnicas de asociación, entre otros. El objetivo en todo proceso de minería de datos es obtener patrones de interés para el usuario final. Para lograrlo, es necesario preparar correctamente a los datos para procesarlos, elegir un método adecuado para extraer los patrones deseados y finalmente, determinar cómo evaluar los patrones encontrados. Estas etapas han sido organizadas en un esquema conocido como el proceso de descubrimiento de conocimiento en base de datos, en el cual se identifican tres grandes bloques: pre-procesamiento, búsqueda/identificación de patrones y evaluación. Un patrón es interesante si es fácilmente entendible por las personas, potencialmente útil, novedoso o si valida alguna hipótesis que el usuario busca confirmar. Un patrón interesante normalmente representa conocimiento.

Según Perichinsky y sus colegas, en el artículo escrito el año 2003 sobre “evidencia taxonómica y robustez de la clasificación aplicando minería de datos inteligente”, se denomina minería de datos al conjunto de técnicas y herramientas aplicadas al proceso no trivial de extraer y presentar conocimiento implícito, previamente desconocido, potencialmente útil y humanamente comprensible, a partir de grandes conjuntos de datos, con objeto de predecir de forma automatizada tendencias y comportamientos; y describir de forma automatizada modelos previamente desconocidos. El investigador Michalskí menciona que, en el libro escrito el año 1998 acerca de “minería de datos y aprendizaje automático”, el término minería de datos inteligente refiere específicamente a la aplicación de métodos de aprendizaje automático, para descubrir y enumerar patrones presentes en los datos, para estos, se desarrollaron un gran número de métodos de análisis de datos basados en la estadística. En la medida en que se incrementaba la cantidad de información almacenada en las bases de datos, estos métodos empezaron a enfrentar problemas de eficiencia y escalabilidad y es aquí donde aparece el concepto de minería de datos. Por su parte el investigador Hernández Orallo, en el texto escrito el año 2000 sobre “extracción automática de conocimiento de base de datos e ingeniería del software”, una de las diferencias entre al análisis de datos tradicional y la minería de datos es que el primero supone que las hipótesis ya están construidas y validadas contra los datos, mientras que el segundo supone que los patrones e hipótesis son automáticamente extraídos de los datos.

Según el investigador Morales, en el documento escrito el año 2003 sobre “descubrimiento de conocimiento en bases de datos”, la minería de datos es un proceso completo de descubrimiento de conocimiento que involucra varios pasos: (1) Entendimiento del dominio de aplicación, el conocimiento relevante a utilizar y las metas del usuario. (2) Seleccionar un conjunto de datos en donde realizar el proceso de descubrimiento. (3) Limpieza y preprocesamiento de los datos, diseñando una estrategia adecuada para manejar ruido, valores incompletos, valores fuera de rango, valores inconsistentes y otros. (4) Selección de la tarea de descubrimiento a realizar, por ejemplo, clasificación, agrupamiento, reglas de asociación, etc. (5) Selección de los algoritmos a utilizar. (6) Transformación de los datos al formato requerido por el algoritmo especifico de explotación de datos, hallando los atributos útiles, reduciendo las dimensiones de los datos, etc. (7) Llevar a cabo el proceso de minería de datos para encontrar patrones interesantes. (8) Evaluación de los patrones descubiertos y presentación de los mismos mediante técnicas de visualización. Quizás sea necesario eliminar patrones redundantes o no interesantes, o se necesite repetir algún paso anterior con otros datos, con otros algoritmos, con otras metas o con otras estrategias. (9) Utilización del conocimiento descubierto, ya sea incorporándolo dentro de un sistema o simplemente para almacenarlo y reportarlo a las personas interesadas.

La minería de datos abarca un terreno muy amplio, no es solamente aplicar un algoritmo existente a un conjunto de datos. Las herramientas existentes actualmente incluyen mecanismos para la preparación de los datos, su visualización y la interpretación de los resultados. Muchas de las herramientas funcionan bien en espacios de pocas dimensiones con datos numéricos, pero sus limitaciones comienzan a aparecer en espacios de mayores dimensiones o con datos no numéricos. Según el equipo de investigadores conformado por Thrun, Faloustos, Mitchell y Wasserman, en el artículo escrito el año 1998 acerca de “aprendizaje automatizado y descubrimiento: estado del arte y tópicos de investigación”, alguno de los métodos de minería de datos que resuelven distintos problemas inherentes a la misma son los siguientes: (1) Aprendizaje activo/Diseño experimental. El aprendizaje activo, por el lado de la inteligencia artificial, y el diseño experimental, por el lado de la estadística, tratan de resolver el problema de la elección del método a aplicar durante el aprendizaje. (2) Aprendizaje acumulativo. Muchas bases de datos crecen continuamente, en este entendido, aprender a partir de bases de datos de este tipo es difícil ya que los datos deben ser analizados acumulativamente a medida que se incorporan a la base. (3) Aprendizaje multitarea. Se aplica en dominios que se caracterizan por pertenecer a familias de problemas de aprendizaje similares. (4) Aprendizaje a partir de datos tabulados y no tabulados. En muchas aplicaciones el problema no está en la obtención de los datos, sino en la tabulación de los mismos. (5) Aprendizaje relacional. En muchos problemas de aprendizaje las entidades no se describen a partir de un conjunto estático de atributos, sino a partir de las relaciones entre entidades. En las bases de datos inteligentes encontrar patrones o relaciones entre entidades es un problema primordial.

El subconjunto de métodos que complementa el trabajo realizado por Thrun, Faloustos, Mitchell y Wasserman es: (6) Aprendizaje a partir de grandes bases de datos. Muchas bases de datos son demasiado grandes como para ser leídas y procesadas por una computadora más de una vez. Lo cual imposibilita el uso de algoritmos que requieran múltiples pasadas sobre los datos. Debe afrontarse entonces, el desafío de encontrar algoritmos inteligentes que sean escalables eficientemente a grandes bases de datos. (7) Aprendizaje a partir de bases de datos extremadamente pequeñas. En el otro extremo, existen también bases de datos que son demasiado pequeñas para los algoritmos existentes. Debe encontrarse entonces un método que trabaje eficientemente con un número limitado de datos, o bien, que se base en el conocimiento previo. (8) Aprendizaje con conocimientos previos. En muchos casos, se poseen conocimientos efectivos acerca del fenómeno en estudio. Deben existir métodos capaces de incorporar conocimientos previos tanto abstractos, como diversos o inciertos. (9) Aprendizaje a partir de datos de distintos tipos. Muchos juegos de datos contienen varios tipos de datos. La gran mayoría de los algoritmos actuales sólo pueden trabajar con un único tipo de datos, con lo cual deben encontrarse métodos capaces de manejar los distintos tipos o formatos de datos presentes en una base de datos. (10) Aprendizaje de relaciones casuales. Gran parte de los algoritmos de aprendizaje detectan la correlación entre los datos, pero son incapaces de determinar o modelar las casualidades, y, por lo tanto, fallan al tratar de predecir algunos efectos externos. Deben diseñarse, entonces, algoritmos que incorporen las casualidades. (11) Visualización y minería de datos interactiva. En muchos casos, la minería de datos es un proceso interactivo, en el cual el análisis de datos automático se mezcla con las decisiones de control de un experto de campo. Deben diseñarse herramientas que contemplen el intercambio entre estas dos áreas.

Referencias Bibliográficas

• Hernández Orallo J. (2000) Extracción Automática de Conocimiento de base de datos e ingeniería del software. Programación declarativa e ingeniería de la programación.
• Michalski R., I. Bratko, M. Kubat (1998) Machine Learning and data mining: Methods and Applications. Wiley & Sons Ltd., EE.UU.
• Mitchel Tom M. (1997) Machine Learning. McGraw-Hill.
• Morales E. (2003) Descubrimiento de Conocimiento en Bases de Datos.
• Perichinsky, G., M. Servente, A. Servetto, R. García-Martínez, R. Orellana, A. Plastin (2003) Taxonomic Evidence and Robustness of the Classification Applying Intelligent Data Mining. Proceedings del VIII Congreso Argentino de Ciencias de la Computación. Pág. 1797-1808.
• Thrun, S., Faloustos, C., Mitchell, T., Wasserman, L. (1998) Automated Learning and Discovery: State-Of-The-Art and Research Topics in a Rapidly Growing Field. CMU-CALD-98-100, Center for Automated Learning and Discovery, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, EE.UU.
• Witten Ian H. and Frank Eibe (2005) Data Mining, Practical Machine Learning Tools and Techniques. Morgan Kaufmann Publishers. Second Edition.

Guillermo Choque Aspiazu
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Marzo 19 de 2012

Nanopartículas terapéuticas

El premio Nobel de física de 1963, Richard Feynman, dio una conferencia, en 1959, en la que mencionó la posibilidad de almacenar los veinticuatro tomos de la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler, de crear micromáquinas capaces de viajar a través del cuerpo humano, de manipular, átomo por átomo, la síntesis de materiales de nueva creación, y algunas otras ideas que en aquel tiempo eran difíciles de concebir. En los primeros años del siglo veintiuno, el desarrollo tecnológico de nuevos materiales ha hecho tangibles algunas de las premisas de Feynman. Ejemplos de esto son los discos duros de la reciente generación de computadoras, capaces de almacenar una gran cantidad de información en películas magnéticas delgadas; los instrumentos médicos de diagnóstico que, en la actualidad, son más compactos y rápidos; las técnicas de enfriamiento, así como las de manipulación por láser que hacen más preciso el confinamiento de átomos y moléculas. Todo esto forma parte de lo que se conoce como nanotecnología, universo en el que se utilizan las propiedades físicas de los materiales en escala de nanómetros.

Una nanopartícula, conocida también como nanopolvo, nanoracimo, o nanocristal, es una partícula microscópica con por lo menos una dimensión menor que cien nanometros. Actualmente las nanopartículas son un área de intensa investigación científica, debido a una amplia variedad de aplicaciones potenciales en los campos de biomédicos, ópticos, y electrónicos. La Iniciativa Nacional de Nanotecnología del gobierno de los Estados Unidos ha conducido cantidades enormes de financiamiento exclusivamente para la investigación de las nanopartículas.

Una nanopartícula tiene el tamaño de algunos nanómetros, y sus propiedades tanto físicas como químicas son diferentes a las que presenta el material en la escala de los centímetros. Según el investigador Guozhong, en el artículo publicado el año 2004 sobre “nanoestructuras y nanomateriales”, existen diferentes tipos de nanopartículas, en las cuales es posible distinguir el carácter organizacional de la materia: (1) Semiconductoras. Las partículas semiconductoras se fabrican a partir de la combinación de un precursor metálico con elementos pertenecientes a la familia del oxígeno. En general, como en el caso de los semiconductores comunes, las nanopartículas se forman de la mezcla de los elementos de la tabla periódica del grupo tres con el grupo cinco, por ejemplo: fosfuro y arsenuro de indio; o de la composición de los grupos cuatro y seis, como son el selenuro, teluro y sulfuro de plomo. (2) Metálicas. En el caso de las nanopartículas metálicas su principal característica es que contienen un número determinado de electrones libres confinados en un espacio muy pequeño. Esto les da propiedades como la resonancia plasmónica, que es la propiedad de interactuar específicamente con la luz, la cual se puede ver claramente en el caso del oro, donde soluciones de distintos tamaños de nanopartículas presentan colores que van desde el púrpura hasta el marrón. Este cambio de color es resultado de la oscilación colectiva de los electrones al interactuar con la luz. (3) Otras. Existen otros tipos de nanopartículas con diversos usos como las magnéticas, que son empleadas en el mejoramiento de imágenes en el diagnóstico médico, y las dieléctricas, las cuales han sido propuestas como modelos para su uso en la computación cuántica, porque pueden ser selectivamente excitadas por medio de pulsos ópticos.

Las investigaciones dirigidas a la búsqueda de alternativas para el tratamiento de las infecciones causadas por bacterias y virus resistentes se incrementan cada día. Según Yoon y sus colegas investigadores, en el artículo publicado el año 2008 acerca de “características antimicobianas del aerosol de plata”, dentro de la gama de compuestos cuya actividad bactericida se está investigando, las nanopartículas de plata surgen como un prometedor agente antibacteriano que podría ser utilizado para enfrentar a bacterias resistentes a los antibióticos. En diversos estudios se han observado las propiedades antimicrobianas de las nanopartículas de plata tanto en virus como en bacterias. Se ha determinado que las nanopartículas de plata tienen efecto en bacterias Gram negativas como Escherichia coli, Vibrio cholera y Pseudomonas aeruginosa, además de Gram positivas como Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus y Enterococcus faecalis. Aunado a ello, el grupo de investigación de Elechiguerra, en el artículo escrito el año 2005 acerca de la “interacción de nanopartículas de plata con el VIH-1” determinó la capacidad antiviral de las nanopartículas de plata en el virus de inmunodeficiencia humana tipo 1. A pesar de todos los hallazgos no se ha podido establecer hasta el momento el mecanismo de acción por el cual estos nanomateriales llevan a cabo su efecto antibacteriano. Sin embargo los resultados obtenidos gracias al empleo de la proteómica, en el articulo escrito el año 2006 por Lok y sus colegas acerca del “análisis proteómico del modo de acción antibacteriano de las nanopartículas de plata”, los cuales mostraron un claro efecto de las nanopartículas de plata sobre la expresión proteínas de la membrana interna de E. coli sugiriendo que un posible sitio de acción de estos compuestos es la membrana celular.

Los productos médicos que incorporan plata nanoescalar están entre los primeros éxitos comerciales de la nanotecnología. Aunque las propiedades antimicrobianas de la plata son conocidas hace miles de años, el incremento en el área superficial de las nano-partículas de plata diseñadas con ingeniería nanológica, de uno a cien nanómetros, las torna más reactivas químicamente y resalta sus propiedades terapéuticas. Nucryst Pharmaceuticals, una subsidiaria de Westaim Corporation, fabrica recubrimientos de heridas y quemaduras impregnados con plata nanoscópica con el fin de combatir la infección y la inflamación. Según Bethany Halford, en el artículo escrito el año 2006 titulado “¿una bala de plata para las infecciones?”, la plata mata las bacterias y los virus al impedir el transporte de electrones en los microbios y desfasar la replicación celular cuando entra en contacto con el ácido desoxirribonucleico. Los iones de plata, átomos que tienen una carga eléctrica debido al cambio en el número de electrones, pueden perturbar las estructuras microbianas y sus funciones. El lado problemático es que los altos niveles de iones de plata, liberados por periodos prolongados de tiempo, pueden matar también las células, por lo que debe controlarse la exposición a ellos.

Smith & Nephew, una de las firmas de equipo médico más grandes del mundo, vende los recubrimientos de heridas con capa de plata de Nucryst en treinta países, con el nombre de Acticoat. La demanda de recubrimientos antimicrobianos crece debido a que, con mucha rapidez, diversas bacterias se están volviendo resistentes a los antibióticos. Smith & Nephew afirma que el Acticoat es efectivo contra ciento cincuenta patógenos, incluidos algunos microorganismos resistentes.

Johnson & Johnson, Bristol-Myers Squibb y Medline Industries, entre otras compañías, comercializan ya productos médicos basados en plata nanoscópica. Pero los recubrimientos de heridas son sólo el principio. Según los investigadores Tobler y Warner, en el artículo escrito el año 2005 titulado “La nanotecnología de plata combate microbios en los dispositivos médicos”, dado que se calcula que las infecciones bacterianas relacionadas con la hospitalización son la quinta causa de muerte en Estados Unidos, las compañías intentan que se recubra con plata nanoscópica el instrumental quirúrgico, las sábanas de las camas y las cortinas de los hospitales. En diciembre de 2005 la Administradora de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos, concedió la aprobación de un catéter, un tubo para transportar líquidos, recubierto con plata antimicrobiana para su implantación en el cuerpo humano.

Según Sampson, en el artículo escrito el año 2004 sobre “trajes con auto-limpieza, en su futuro”, los recubrimientos de plata nanoscópica se usan también como dispositivos antimicrobianos en los productos de consumo, como el acabado de refrigeradores, las escobas, los recipientes para almacenar alimentos y la ropa. SmartSilver son unos calcetines antimicrobianos que se venden a los soldados en las tiendas del ejército estadunidense, y los investigadores desarrollan telas con recubrimientos de plata nanoescalar que son descritas como “auto-limpiadoras”. Una nueva lavadora de ropa lanzada al mercado por Samsung, llamada SilverCare, inyecta iones de plata al agua de lavado y enjuague. Samsung afirma que los iones de plata penetran la tela y matan las bacterias sin necesidad de agua caliente o blanqueador. En palabras de Rhonda Rundle, “la guerra contra los gérmenes tiene una línea de plata”, los especialistas en tratamiento de aguas a nivel municipal se preguntan si la plata nanoscópica en las lavadoras de ropa podría ocasionar serios problemas si las partículas de plata se descargan a los drenajes y matan plancton, lo que perturbaría la cadena alimenticia. A petición hecha a principios de 2006 por la Asociación de Dependencias en pro de Agua Limpia de los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental del gobierno estadunidense consideró en junio de 2006 la revisión y clasificación de los productos que contuvieran nano-partículas de plata como plaguicidas, es decir, con la capacidad de matar vida vegetal.

Referencias Bibliográficas

• Elechiguerra, J. L.; Burt, J. L.; Morones, J. R.; Camacho-Bragado, A.; Gao, X.; Lara, H. H. and Yacaman, M. J. (2005) Interaction of silver nanoparticles with HIV-1. J. Nanobiotechnology.
• Guozhong, Cao (2004) Nanoestructuras y nanomateriales: síntesis, propiedades y aplicaciones, Imperial College Press.
• Halford, Bethany (2006) A Silver Bullet for Infections?. Chemical and Engineering News, 17 de abril de 2006, p. 35-36. En la red electrónica: http://pubs.acs.org/cen/science/84/8416sci1c.html.
• Lok, C. N.; Ho, C. M.; Chen, R.; He, Q. Y.; Yu, W. Y.; Sun, H.; Tam, P. K.; Chiu, J. F. and Che, C. M. 2006. Proteomic analysis of the mode of antibacterial action of silver nanoparticles. J. Proteome. Res. 5:916-924.
• Rundle, Rhonda L. (2006) This War Against Germs Has a Silver Lining, Wall Street Journal, 6 de junio de 2006.
• Sampson, Mark T. (2004) ‘Self-cleaning’ Suits May Be in Your Future, EurekAlert, 22 de noviembre de 2004. En la red electrónica: http://www.eurekalert.org/pub_releases/2004-11/acssm111904.php
• Tobler, David y Warner, Lenna (2005) Nanotech Silver Fights Microbes in Medical Devices, Medical Device & Diagnostic Industry, mayo de 2005. En la red electrónica: http://www.devicelink.com/mddi/archive/05/05/029.html
• Yoon, K. Y.; Byeon, J. H.; Park, J. H.; Hi, J. H.; Bae, G. N. and Hwang, J. (2008) Antimicrobial Characteristics of Silver Aerosol Nanoparticles against Bacillus subtilis Bioaerosols. Environmental Engineering Science 25:289-294.

Guillermo Choque Aspiazu
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Marzo 12 de 2012