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| author | Juan Marín Noguera <juan.marinn@um.es> | 2021-01-20 12:28:16 +0100 |
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SSII tema 5
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@@ -189,6 +189,10 @@ Frame (artificial intelligence) \emph on And–or tree \emph default +, +\emph on +Formal system +\emph default . \end_layout @@ -301,5 +305,19 @@ filename "n4.lyx" \end_layout +\begin_layout Chapter +Representación del conocimiento +\end_layout + +\begin_layout Standard +\begin_inset CommandInset include +LatexCommand input +filename "n5.lyx" + +\end_inset + + +\end_layout + \end_body \end_document diff --git a/si/n5.lyx b/si/n5.lyx new file mode 100644 index 0000000..90f5a37 --- /dev/null +++ b/si/n5.lyx @@ -0,0 +1,988 @@ +#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/ +\lyxformat 544 +\begin_document +\begin_header +\save_transient_properties true +\origin unavailable +\textclass book +\begin_preamble +\usepackage{amssymb} +\end_preamble +\use_default_options true +\begin_modules +algorithm2e +\end_modules +\maintain_unincluded_children false +\language spanish +\language_package default +\inputencoding auto +\fontencoding global +\font_roman "default" "default" +\font_sans "default" "default" +\font_typewriter "default" "default" +\font_math "auto" "auto" +\font_default_family default +\use_non_tex_fonts false +\font_sc false +\font_osf false +\font_sf_scale 100 100 +\font_tt_scale 100 100 +\use_microtype false +\use_dash_ligatures true +\graphics default +\default_output_format default +\output_sync 0 +\bibtex_command default +\index_command default +\paperfontsize default +\spacing single +\use_hyperref false +\papersize default +\use_geometry false +\use_package amsmath 1 +\use_package amssymb 1 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relaciones entre los conceptos específicos a un dominio de aplicación, + y en métodos genéricos de resolución de problemas, formados por +\series bold +técnicas de razonamiento +\series default + que usan las relaciones entre conceptos para inferir conclusiones y una + estructura de control para aplicar las técnicas. + Por ejemplo, se puede representar el conocimiento por cláusulas de lógica + de predicados de primer orden, y entonces una técnica de razonamiento es + el principio de resolución. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Algunos tipos de conocimiento: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De entidades +\series default +: Propiedades y estructura física de entes del mundo real. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De conducta +\series default +: Comportamiento o forma de proceder de los entes. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +De eventos +\series default +: Secuencias de eventos, distribución temporal y relaciones causales. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Procedimental +\series default +: Cómo realizar determinados procesos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Sobre incertidumbre +\series default +: Nivel de certeza asociada a hechos. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Meta-conocimiento +\series default +: Conocimiento sobre el propio conocimiento, sus propiedades y cómo usarlo. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los sistemas inteligentes son +\series bold +intensivos en datos +\series default + si minan grandes cantidades de datos para obtener conclusiones e +\series bold +intensivos en conocimiento +\series default + ( +\series bold +sistemas basados en conocimiento +\series default +) si aplican gran cantidad de conocimiento a los datos. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Diagnosticar +\series default + es encontrar una causa para un comportamiento observado distinto a lo normal, + partiendo de hallazgos normales y anormales y dando uno o más diagnósticos, + puede que ordenados por grado de certeza, que explican los hallazgos anormales + sin contradecir los normales. + Con sistemas basados en conocimiento, esto requiere de las siguientes fases: +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Adquisición +\series default + de conocimiento de alguna fuente, sea un experto o un proceso de prueba + y error mediante técnicas de aprendizaje. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Conceptualización +\series default + o +\series bold +modelado +\series default +, fase central en la ingeniería del conocimiento, consistente en definir + y organizar los componentes de conocimiento. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Representación +\series default + o +\series bold +formalización +\series default + del conocimiento en estructuras como cláusulas lógicas o reglas, normalmente + agrupadas en módulos para facilitar su recuperación y poder añadir, modificar + y borrar estructuras de forma independiente del resto. + Puede ser necesario que las estructuras de datos sean comprensibles por + humanos. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Implementación +\series default + del software con el conocimiento y las técnicas de inferencia. + Las técnicas se suelen implementar de forma imperativa. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Acceso +\series default + al conocimiento desde la recuperación. + La velocidad de acceso es muy importante cuando hay mucho conocimiento, + es complejo o se requiere funcionamiento en tiempo real. +\end_layout + +\begin_layout Enumerate + +\series bold +Selección +\series default + o +\series bold +recuperación +\series default + de un elemento concreto de conocimiento, adecuado al problema y el estado + del proceso de resolución. + Muchas veces se selecciona un módulo completo, y se usa meta-conocimiento + para elegir el siguiente módulo a cargar. + Si hay varios métodos de resolución, se puede usar meta-conocimiento para + usar el más apropiado. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +ámbito +\series default + de una representación de conocimiento es el dominio en que se va a aplicar. + Definir conocimiento genérico es muy costoso, por lo que son más adecuadas + representaciones para contextos restringidos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +La +\series bold +granularidad +\series default + es el tamaño de la unidad mínima de representación, +\series bold +gránulo +\series default + o +\series bold +grano +\series default +. + Con un grano grueso, los contenidos de alto nivel se representan de forma + sencilla pero el tratamiento es difícil, mientras que uno fino permite + representar procesos de bajo nivel y construir estructuras jerárquicas + fácilmente pero da problemas para representar conceptos de alto nivel. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El conocimiento es +\series bold +redundante +\series default + si se representa el mismo de varias formas, lo que permite una aplicación + más efectiva porque algunas formas de conocimiento son más adecuadas para + ciertos casos que otras pero aumenta el volumen de datos. +\end_layout + +\begin_layout Section +Sistemas basados en reglas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +sistema basado en reglas +\series default + o +\series bold +sistema experto +\series default + es un sistema basado en conocimiento que usa reglas de la forma +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +si +\emph on +condición +\emph default + entonces +\emph on +acción +\emph default + +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +, dadas por un +\series bold +antecedente +\series default + o +\series bold +condición +\series default + formado por una lista de cláusulas a verificar y un +\series bold +consecuente +\series default + o +\series bold +acción +\series default + formado por una lista de acciones a ejecutar cuando se cumplen las condiciones. + Consta de: +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Una +\series bold +base de hechos +\series default + o +\series bold +memoria de trabajo +\series default + con hechos conocidos de una situación particular. + Los hechos son: +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Itemize +De entrada, introducidos por el usuario u obtenidos de fuentes como sensores + o bases de datos, iniciales o introducidos durante el proceso conforme + se obtienen. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Inferidos por el sistema durante el proceso. +\end_layout + +\begin_layout Itemize +Los objetivos y subobjetivos a alcanzar. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Itemize +Una +\series bold +base de conocimiento +\series default + con las reglas del dominio. + La ejecución de una acción puede modificar de la base de hechos, normalmente + añadiendo hechos inferidos. +\end_layout + +\begin_deeper +\begin_layout Standard +Una +\series bold +red de inferencia +\series default + es una representación gráfica de una red de conocimiento de forma similar + a un grafo. + Las reglas se dibujan como puertas lógicas en función de cómo tengan que + combinarse los antecedentes para que la regla sea aplicable. + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un hecho que sea se representa como una flecha que va hacia la entrada de + las reglas que lo tengan como antecedente, posiblemente dividiéndose en + el camino. + Si el hecho es resultado del consecuente de una única regla, la flecha + parte del consecuente; si lo es de varias reglas, parte de un rectángulo + y se dibujan flechas de dichas reglas al rectángulo, y si no lo es de ninguna + regla, parte de la nada. + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Generalmente las flechas se dibujan de izquierda a derecha, con los hechos + de partida a la izquierda y las metas a la derecha. + Los hechos y las reglas pueden etiquetarse. +\end_layout + +\end_deeper +\begin_layout Itemize +Un +\series bold +mecanismo +\series default + o +\series bold +motor de inferencias +\series default + que selecciona reglas aplicables para obtener alguna conclusión. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los sistemas expertos son importantes en escenarios gobernados por reglas + deterministas, y sobre todo en los que escasean expertos humanos, porque + permiten capturar la experiencia humana de forma natural. + Las reglas indican implicación causal, pero se les aplica razonamiento + deductivo basado en +\emph on +\lang latin +modus ponens +\emph default +\lang spanish +. +\end_layout + +\begin_layout Standard + +\series bold +Equiparar +\series default + es buscar un conjunto, el +\series bold +conjunto conflicto +\series default +, de reglas de la base de conocimiento, las reglas +\series bold +aplicables +\series default + o +\series bold +activadas +\series default +, cuyas condiciones o acciones sean compatibles con los datos almacenados. + +\series bold +Resolver +\series default + es seleccionar una regla del conjunto conflicto. + Así, mientras la base de hechos no haya alcanzado una condición de finalización +, normalmente alcanzar un hecho meta, y no se haya ejecutado una acción + de parada, el motor de inferencias equipara, resuelve y ejecuta la regla + elegida, actualizando la base de hechos con los hechos resultantes de aplicar + la regla. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El motor de inferencias usa +\series bold +encadenamiento hacia delante +\series default + o +\series bold +dirigido por datos +\series default + si parte de los hechos conocidos y busca qué metas se verifican a partir + de estos, equiparando hechos con antecedentes de reglas, y usa +\series bold +encadenamiento hacia atrás +\series default + o +\series bold +dirigido por metas +\series default + si parte de la meta dada y comprueba si se deduce de los hechos creando + subobjetivos, equiparando metas con consecuentes de reglas. + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Equiparar no siempre es trivial, pues las reglas pueden ser generales y + por ejemplo contener variables. + Además, examinar todas las reglas en cada ciclo es costoso si la base de + conocimiento es grande, por lo que se indizan las reglas y se usan técnicas + que evitan examinar todo el conocimiento. + El +\series bold +algoritmo RETE +\series default +, usado en las herramientas Jess y DROOLS, busca patrones en reglas y construye + un grafo para acelerar la equiparación de reglas al usar encadenamiento + hacia delante. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Un +\series bold +método de resolución de conflictos +\series default + elige qué regla aplicar del conjunto conflicto, y de este depende el tiempo + de respuesta del sistema ante cambios del entorno y la posibilidad de ejecutar + secuencias de acciones relativamente largas. + Estos métodos pueden ser: +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Estáticos +\series default +, basados solo en la base de conocimiento, como seleccionar las reglas ordenadas + por un criterio como su número de antecedentes. +\end_layout + +\begin_layout Itemize + +\series bold +Dinámicos +\series default +, como elegir las reglas que usan elementos más recientes de la base de + hechos o reglas no usadas previamente. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Los sistemas expertos son de grano fino, modulares, uniformes, simples y + aplicables a muchos ámbitos. + Separan estrictamente la representación del conocimiento, declarativa, + de la técnica de razonamiento, y los razonamientos son relativamente comprensib +les por humanos, aunque su baja granularidad dificulta entender posibles + superestructuras cuando hay muchas reglas. + Es fácil extenderlos para que incluyan meta-conocimiento mediante meta-reglas, + y conocimiento sobre incertidumbre. +\end_layout + +\begin_layout Section +Lógicas no clásicas +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una +\series bold +lógica +\series default + es un lenguaje de +\series bold +proposiciones +\series default + junto con un conjunto de +\series bold +reglas de inferencia +\series default + que transforman unas proposiciones en otras. + Una +\series bold +teoría +\series default + es un conjunto de proposiciones o +\series bold +axiomas +\series default + en el contexto de una lógica, y todas las proposiciones que se puedan obtener + de esta por aplicación de reglas de inferencia de la lógica, incluyendo + los propios axiomas, son sus +\series bold +teoremas +\series default +. + Escribimos +\begin_inset Formula ${\cal T}\vdash P$ +\end_inset + + si +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + es un teorema de la teoría +\begin_inset Formula ${\cal T}$ +\end_inset + +. + Las lógicas suelen incluir una semántica +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +genérica +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + + para las proposiciones que las teorías completan. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Una lógica es +\series bold +monótona +\series default + si siempre que +\begin_inset Formula ${\cal T}\vdash P$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula ${\cal T}'$ +\end_inset + + sea una teoría cuyos axiomas incluyan los de +\begin_inset Formula ${\cal T}$ +\end_inset + +, se tiene +\begin_inset Formula ${\cal T}'\vdash P$ +\end_inset + +. + Las lógicas clásicas son monótonas, pero la monotonía no es apropiada cuando + el conocimiento es incompleto, pues puede que haya que hacer suposiciones + por defecto que puedan invalidarse cuando se tenga más conocimiento, ni + cuando el mundo es cambiante. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las lógicas clásicas no son apropiadas para tratar conocimiento incompleto, + incierto, impreciso o inconsistente, y los algoritmos para manipular conocimien +to lógico son ineficientes, por lo que se crean otras lógicas más apropiadas. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Lógica de situaciones +\end_layout + +\begin_layout Standard +Como la lógica de predicados de primer orden pero todos los predicados tienen + un argumento extra que indica en qué situación la fórmula es cierta, pues + una fórmula puede pasar a ser falsa tras un cambio. + Existe una función +\begin_inset Formula $R/2$ +\end_inset + + de modo que +\begin_inset Formula $R(e,s)$ +\end_inset + + es la situación resultante de que ocurra el evento +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + + en la situación +\begin_inset Formula $s$ +\end_inset + +. +\end_layout + +\begin_layout Standard +Al crear el modelo, hay que indicar qué proposiciones simples se siguen + cumpliendo al aplicar un cambio a la situación. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Lógica difusa +\end_layout + +\begin_layout Standard +En lógica de predicados, a todo predicado +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + sobre un dominio +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + le corresponde un conjunto +\begin_inset Formula $\{x\in U:P(x)\}$ +\end_inset + + y una +\series bold +función de pertenencia +\series default + +\begin_inset Formula $f:U\to\{0,1\}$ +\end_inset + + dada por +\begin_inset Formula +\[ +f(x):=\begin{cases} +1, & P(x);\\ +0, & \neg P(x); +\end{cases} +\] + +\end_inset + +distinguiendo entre predicados ciertos y falsos. + En lógica difusa usamos +\series bold +predicados vagos +\series default +, de modo que a un predicado +\begin_inset Formula $P$ +\end_inset + + sobre un dominio +\begin_inset Formula $U$ +\end_inset + + le corresponde un +\series bold +conjunto difuso +\series default + y una función de pertenencia +\begin_inset Formula $f:U\to[0,1]$ +\end_inset + +. + La lógica clásica y la teoría de conjuntos difusos nos permiten razonar + con afirmaciones vagas con palabras como +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +joven +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +, +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +alto +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +, +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +muy +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +, +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +muchos +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +, +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +bastantes +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +, +\begin_inset Quotes cld +\end_inset + +pocos +\begin_inset Quotes crd +\end_inset + +, etc., pues de otra forma tendríamos inconsistencias. +\end_layout + +\begin_layout Subsection +Factores de certeza +\end_layout + +\begin_layout Standard +Para razonar con hechos con fiabilidad o precisión limitada o sobre los + que no estamos seguros, se suele incorporar la incertidumbre a una lógica + que no la incluye. + Esto se suele hacer con probabilidades y redes bayesianas, basadas probabilidad + condicionada e independencia de sucesos. +\end_layout + +\begin_layout Standard +A finales de los 70 se crea Mycin, un sistema basado en reglas usado para + identificar la bacteria causante de una infección y seleccionar un tratamiento + basándose en datos clínicos y encadenamiento hacia atrás. + Por entonces no se habían inventado las redes bayesianas y era difícil + obtener valores objetivos para las probabilidades, por lo que se usaron + factores de certeza obtenidos de estimaciones subjetivas. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El +\series bold +factor de certeza +\series default + de una +\series bold +hipótesis +\series default + +\begin_inset Formula $h$ +\end_inset + + según una +\series bold +evidencia +\series default + +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + +, +\begin_inset Formula $\text{FC}(h,e)$ +\end_inset + + es la diferencia de una +\series bold +medida de creencia +\series default +, un número en +\begin_inset Formula $[0,1]$ +\end_inset + + que indica en qué grado +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + + apoya +\begin_inset Formula $h$ +\end_inset + +, y una +\series bold +medida de incredulidad +\series default +, un número en +\begin_inset Formula $[0,1]$ +\end_inset + + que indica en qué grado +\begin_inset Formula $e$ +\end_inset + + apoya +\begin_inset Formula $\neg h$ +\end_inset + +. + Las medidas de creencia e incredulidad no pueden ser positivas a la vez, + por lo que +\begin_inset Formula $\text{FC}(h,e)\in[-1,1]$ +\end_inset + + es suficiente para despejar ambas. +\end_layout + +\begin_layout Standard +El antecedente de una regla es una conjunción o disyunción de proposiciones + atómicas en lógica preposicional y el consecuente es una proposición atómica. + Las funciones de combinación deben ser conmutativas y asociativas, pues + el orden en que se obtienen las evidencias es arbitrario; el resultado + de encadenar inferencias debe tener menor certeza que cada inferencia individua +l, y si una evidencia adicional confirma una hipótesis, su factor de creencia + debe aumentar. + +\end_layout + +\begin_layout Standard +Con esto, cada regla +\begin_inset Formula $h\to e$ +\end_inset + + lleva un factor de certeza asociado +\begin_inset Formula $\text{FC}(h,e)$ +\end_inset + +, cada hipótesis +\begin_inset Formula $h$ +\end_inset + + en la base de hechos lleva un factor de certeza +\begin_inset Formula $\text{FC}(h,\bot)$ +\end_inset + +, donde +\begin_inset Formula $\bot$ +\end_inset + + es la situación particular, y las reglas son: +\begin_inset Foot +status open + +\begin_layout Plain Layout +En las diapositivas, las dos primeras reglas aparecen como +\begin_inset Formula $\text{FC}(h,e_{1}\land e_{2})=\min\{\text{FC}(h,e_{1}),\text{FC}(h,e_{2})\}$ +\end_inset + + y +\begin_inset Formula $\text{FC}(h,e_{1}\lor e_{2})=\max\{\text{FC}(h,e_{1}),\text{FC}(h,e_{2})\}$ +\end_inset + +, pero esto tendría menos sentido aún que las reglas que realmente usamos, + que son las que se muestran. +\end_layout + +\end_inset + + +\begin_inset Formula +\begin{align*} +\text{FC}(h_{1}\land h_{2},e) & =\min\{\text{FC}(h_{1},e),\text{FC}(h_{2},e)\},\\ +\text{FC}(h_{1}\lor h_{2},e) & =\max\{\text{FC}(h_{1},e),\text{FC}(h_{2},e)\},\\ +\text{FC}(h,e) & =\text{FC}(h,s)\max\{0,\text{FC}(s,e)\},\\ +\text{FC}(h,e_{1}\land e_{2}) & =\begin{cases} +\text{FC}(h,e_{1})+\text{FC}(h,e_{2})-\text{FC}(h,e_{1})\text{FC}(h,e_{2}), & \text{FC}(h,e_{1}),\text{FC}(h,e_{2})\geq0;\\ +\text{FC}(h,e_{1})+\text{FC}(h,e_{2})+\text{FC}(h,e_{1})\text{FC}(h,e_{2}), & \text{FC}(h,e_{1}),\text{FC}(h,e_{2})\leq0;\\ +\frac{\text{FC}(h,e_{1})+\text{FC}(h,e_{2})}{1-\min\{|\text{FC}(h,e_{1})|,|\text{FC}(h,e_{2})|\}}, & \text{FC}(h,e_{1})\text{FC}(h,e_{2})\leq0. +\end{cases} +\end{align*} + +\end_inset + +Las dos primeras se usan para evaluar el factor de certeza de antecedentes + de reglas; la tercera para obtener el factor de certeza del consecuente + de una regla sabiendo el de su antecedente y la cuarta para combinar factores + de certeza obtenidos por distintas reglas. +\end_layout + +\begin_layout Section +Representaciones estructuradas del conocimiento +\end_layout + +\begin_layout Standard +Las +\series bold +redes semánticas +\series default +, inventadas por Quillian en 1961, se basan en grafos para modelar la capacidad + de la memoria humana de recuperar conceptos a través de las relaciones + que los enlazan. + Los +\series bold +marcos +\series default + o +\series bold +\emph on +\lang english +frames +\series default +\emph default +\lang spanish +, inventados por Minsky en 1975, se basan en estructuras parecidas a formularios + y permiten hacer inferencias basadas en herencia. +\end_layout + +\begin_layout Standard +En los años 90, en ingeniería del conocimiento se adoptan las +\series bold +ontologías +\series default +, especificaciones formales explícitas de conceptos organizados en forma + jerárquica para servir de soporte a aplicaciones que requieren conocimiento + específico sobre una materia concreta. + En la segunda mitad de los 90, estas se aplican a la web para añadir descripcio +nes semánticas a los contenidos, creándose la +\series bold +web semántica +\series default +. +\end_layout + +\end_body +\end_document |
