Aprendizaje por refuerzo en espacios de estados continuos.

El aprendizaje por refuerzo es un modelo de aprendizaje que permite implementar comportamientos inteligentes de forma automática. La mayor parte de la teoría del aprendizaje por refuerzo se fundamenta en la programación dinámica. La implementación tradicional de estas funciones en forma tabular no es práctica cuando el espacio de estados es muy grande, o infinito. En este caso es necesario aplicar métodos de generalización que permitan extrapolar la experiencia adquirida para un conjunto limitado de estados, a la totalidad del espacio.. Para resolver el problema mencionado se puede recurrir a dos aproximaciones. Por un lado, existen técnicas basadas en una selección adecuada de puntos significativos y, por otro, se pueden emplear los métodos basados en el desarrollo de funciones de valor con algún método supervisado de aproximación de funciones. El trabajo trata de desarrollar métodos de aprendizaje por refuerzo aplicables en dominios con espacios de estados continuos, partiendo de las dos aproximaciones mencionadas, para fundirlas en un método eficaz que permita que el aprendizaje totalmente automático.. Esta investigación facilita un nuevo método de aprendizaje por refuerzo para dominios con espacios de estados continuos (ENNC-QL). Este método permite aprender tareas en entornos de varias dimensiones con mayor eficacia y el número de parámetros que debe suministrársele es mínimo.

Adaptive computer assisted assessment of free-text students answers : an approach to automatically generate students' conceptual models.

Las formas de evaluación basadas en el uso de tests no pueden identificar muchos errores conceptuales de los estudiantes. Esta investigación tiene como objetivo facilitar un nuevo procedimiento capaz de generar los modelos conceptuales de los estudiantes de forma automática a partir de respuestas en texto libre.. Este trabajo se organiza en tres apartados. En primer lugar, se procede a la revisión del estado de la cuestión. A continuación se describen el procedimiento para generar automáticamente los modelos conceptuales de los estudiantes y los sistemas que implementan dicho procedimiento. Por último se ofrecen: una explicación de los experimentos realizados y sus resultados, las conclusiones obtenidas y las líneas de trabajo futuro. Además se proporciona información para aplicar el procedimiento en otro idioma y/o área de conocimiento.. Se propone un procedimiento para generar automáticamente modelos conceptuales de cada estudiante y de una clase a partir de las respuestas facilitadas al sistema de evaluación automático y adaptativo. Estos sistemas son la evolución de los actuales de evaluación de respuestas en texto libre, que evalúan respuestas en texto libre automáticamente y de forma adaptada al modelo de cada estudiante..

Evaluación de impacto de programas de formación continua y la relación con sus procesos y resultados : experto en formación continua en organizaciones sociales y experto en planificación y gestión de la formación continua en organizaciones sociales.

Esta investigación pretende confirmar que el diseño curricular estudiado alcanza los resultados deseados en el aprendizaje y en el desarrollo profesional y personal de los participantes.. Se analiza el impacto de dos programas de formación continua, el de experto en formación continua en organizaciones sociales y de experto en planificación y gestión de la formación continua en organizaciones sociales. Este trabajo se centra en los efectos del aprendizaje en la esfera individual del alumno y analiza cómo los procesos de gestión y aprendizaje de los programas y sus resultados se relacionan con el impacto de los mismos. En primer lugar se expone el interés de la investigación y la necesidad de redefinir los diseños curriculares de los expertos en formación continua en función de las nuevas demandas. A continuación se aborda el marco teórico del estudio introduciendo conceptos y modelos de evaluación de la formación y de evaluación del impacto de la formación. Posteriormente se describe el modelo, técnicas e instrumentos y el proceso de metaevaluación al que se ha sometido el propio trabajo de esta investigación. También se describen los programas y se desarrollan las hipótesis de partida, desde un planteamiento de trabajo eminentemente cualitativo.. Posteriormente se presenta el trabajo de campo realizado y se muestran los instrumentos de recogida de información y sus tabulaciones..

Modelo computacional de lectura cognitiva para la representación automática de textos

Esta investigación propone un modelo computacional de lectura que elabora una representación de la semántica de un texto como resultado de un proceso en el tiempo. Dicha representación posee una estructura que permite la descripción de las relaciones entre los conceptos leídos y su nivel de significado en cada momento del proceso de lectura.. En este trabajo se presenta el sistema SILC, Sistema de Indexación Mediante Lectura Cognitiva. Éste intenta simular, en parte, procesos cognitivos de alto nivel que operan en el tiempo. En primer lugar, construye una red de asociación conceptual como una memoria lingüística base a partir de una colección de textos que representan el espacio de conocimiento semántico. A continuación genera representaciones de los textos de entrada como redes de conceptos con niveles de activación, que recogen el nivel de significación semántica de los mismos. Para ello, este modelo utiliza el conocimiento semántico lingüístico, previamente construido, y realiza inferencias sobre el mismo mediante la propagación por la red de la activación de los conceptos leídos secuencialmente. La representación generada se emplea posteriormente para indexar documentos para clasificarlos automáticamente. Se realizan experimentos para comparar el modelo con sujetos humanos, tanto durante la lectura, mediante la predicción o inferencia de conceptos, como al final de la misma, mediante la comparación con resúmenes generados por los sujetos.. Los resultados muestran que el sistema es adecuado para modelar de manera aproximada el proceder humano en la lectura y confirman la hipótesis de partida de SILC que considera que se realizan mejor las tareas prácticas del lenguaje cuanto más se asemeje el sistema a los seres humanos. También se demuestra que el sistema es adecuado como marco experimental de validación de hipótesis relacionadas con aspectos cognitivos de la lectura. En otros experimentos de aplicación práctica se observa que, una vez que se optimizan sus parámetros, el modelo de lectura implementado hace a SILC adecuado para su aplicación a tareas reales de procesamiento de lenguaje natural..

Combinación de adaptación y aprendizaje en optimización de estrategias

Los algoritmos genéticos son herramientas de búsqueda global que permiten obtener soluciones a múltiples problemas que están basados en la teoría neo-darwiniana de la evolución, que defiende que los individuos más aptos sobreviven y se reproducen, mientras que los menos aptos perecen.. En esta investigación se propone la combinación del aprendizaje y la herencia para solucionar problemas en entornos variables con algoritmos genéticos, aumentando su velocidad de búsqueda y disminuyendo el coste del uso del aprendizaje. Se plantean dos nuevas variaciones en los algoritmos genéticos, el efecto Baldwin probalístico y la evolución lamarckiana probabilística. Ambas permiten el aprendizaje y la transmisión de la información asimilada de padres a hijos.. En el trabajo se muestran la importancia del aprendizaje para facilitar una correcta adaptación al entorno variable, de localizar un buen punto de partida para comenzar el aprendizaje y la conveniencia de permitir la herencia de la información aprendida..

Aportaciones al proceso de evaluación en sistemas de enseñanza y aprendizaje electrónico.

Las tecnologías de la información y comunicación en el campo de la educación y del aprendizaje, se agrupan junto a internet bajo el término e-learning o tele-formación. La evaluación, es uno de los elementos clave en el diseño de una acción formativa. Tiene un carácter esencial para el proceso de aprendizaje al establecer una estimación de los conocimientos asimilados por los alumnos en la propia acción formativa. La evaluación asistida por ordenador, Computer Assissted Assessment, engloba una serie de instituciones, proyectos de investigación, congresos y revistas con índices elevados de impacto cuyo tema principal es la evaluación de los alumnos en sistemas de enseñanza y aprendizaje electrónico. La estandarización de los sistemas de tele-formación tiene como objetivo reutilizar y facilitar la interoperabilidad de los objetos docentes. Existe una multitud de instituciones que trabajan e investigan en el campo de las tecnologías educativas y, en concreto, en temas relacionados con la evaluación. Esta investigación se propone facilitar una serie de aportaciones para ayudar al profesor-tutor en las actividades relacionadas con la evaluación de alumnos en sistemas de enseñanza y aprendizaje electrónico. La primera aportación del trabajo está basada en la teoría de respuesta al ítem, TRI, y en los test adaptativos informatizados. Se propone un algoritmo de evaluación adaptativo, denominado ALEVIN, ALgoritmo de EValuación INteligente, que permite ajustar o adaptar el examen dependiendo de las contestaciones del alumno, es decir, del nivel demostrado en la prueba de conocimiento. La segunda aportación consiste en un lenguaje de representación, para el diseño interoperable y reutilizable, de configuraciones de evaluación, que permite establecer una serie de características básicas de evaluación. El objetivo de estos atributos es permitir su exportación e importación por distintos sistemas de gestión del aprendizaje, para lograr la intercomunicación y reusabilidad de las configuraciones de evaluación en otras acciones formativas. De esta forma, el tutor podrá disponer de un lenguaje que le permita representar criterios, establecidos a priori, sobre las actividades relacionadas con la evaluación al comienzo de un curso virtual. Este lenguaje se basa, a su vez, en el meta-lenguaje de marcado extendido, XML. Para que las contribuciones mencionadas dispongan de un entorno de ejecución real, se diseña e implementa un sistema gestor de del aprendizaje denominado EDVI - Educación a Distancia Vía Internet en el seno del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Alcalá.

Propuesta de una arquitectura software basada en servicios para la implementación de repositorios de objetos de aprendizaje distribuidos.

Esta investigación se propone facilitar una arquitectura software para la construcción de un sistema capaz de localizar objetos de aprendizaje de forma universal para integrarlos en un sistema de teleformación. Estos sistemas utilizan objetos de aprendizaje que residen en repositorios, accesibles a través de una red de comunicaciones. El objetivo de un repositorio es facilitar la reutilización de dichos recursos educativos, facilitando su acceso. Para reutilizar un objeto de aprendizaje debe ajustarse a algún estándar de etiquetado de metadatos. Los sistemas de teleformación emplean Internet como medio de comunicación de contenidos, sin hacer uso de otras posibilidades. En ellos se integran contenidos almacenados en un repositorio con las herramientas que ayudan a la docencia, y suele ser habitual que no accedan a repositorios externos. La arquitectura existente dificulta la evolución de su desarrollo y accesibilidad. Es necesaria una arquitectura realmente distribuida, en la que cada elemento sea capaz de interactuar con los otros. Se debe sustentar en metadatos asociados a objetos docentes y en protocolos, para poder modificar las herramientas actuales. Se propone la definición de un marco funcional y arquitectónico para la adaptación de un sistema, implementado sobre servicios web y basado en una arquitectura orientada a servicios, que asegure la interoperabilidad entre repositorios de objetos de aprendizaje y que favorezca su reutilización.. En este trabajo, en primer lugar, se analiza el estado actual de los sistemas de teleformación. Se hace hincapié en el estudio de los repositorios que los sustentan y de los estándares que indican cómo construirlos. Se señalan las limitaciones existentes y se definen propuestas para superarlas. Se propone una arquitectura en capas que ha de satisfacer unos requisitos que deberán considerarse en cualquier sistema que se base en dicha arquitectura. Además se definen los componentes necesarios de la arquitectura para asegurar la funcionalidad requerida, el flujo de información y las relaciones entre ellos. Para validar la arquitectura propuesta, se describe un prototipo real creado a partir de los principios propuestos.. En último lugar se exponen las conclusiones y trabajos futuros relacionados con los temas abordados. Se incluyen las fuentes documentales empleadas, sin exhaustividad, dado que el contexto de este trabajo está sometido a cambios continuos..

Sistema computacional para reconocimiento de actitudes y estilos en música culta

En esta investigación, se elaboran una serie de sistemas expertos destinados a conservatorios de música españoles. Los sistemas expertos desarrollados están basados en lógica y álgebra computacional, por ello se denominan a los sistemas presentados sistemas computacionales.. Por un lado, se diseña un primer sistema computacional para evaluar las condiciones musicales de quienes desean dedicarse profesionalmente al estudio de un instrumento. Este sistema está destinado a las pruebas de ingreso, desarrolladas en conservatorios de música españoles. Se pretende facilitar ayuda adicional para la selección del alumnado más eficiente. El sistema computacional tiene en cuenta algunos factores que los expertos pasan por alto como las actitudes personales de los candidatos, capacidades físicas, ámbito social y ámbito familiar entre otros. Se desarrollan tres sistemas, presentados en orden cronológico, para reconocer algunos de los estilos musicales más relevantes desde el siglo XVII, uno para el reconocimiento del Barroco, el Rococó y el Clásico; otro para el reconocimiento del Romanticismo, el Impresionismo y Nacionalismo; y un tercero para el reconocimiento de estilos musicales durante el siglo XX, Antiimpresionismo, Verismo y Expresionismo.. El trabajo recoge una descripción exhaustiva de la información que da lugar a las cuatro bases de conocimiento elaboradas. Se describen, de forma clara y concisa, los elementos fundamentales de la teoría de las 'Bases de Gröbner' y de la relación entre consecuencia en lógica y 'pertenencia a un ideal' en álgebra. La construcción de los programas en el lenguaje CoCoA, Computations in Commutative Álgebra, está realizada con rigor. Se incluye un interfaz para que cualquier persona sin conocimientos informáticos, pueda utilizar los sistemas. En esta tesis se combinan, de forma original y útil, música, lógica, matemáticas e informática..

Integración de herramientas de simulación para la realización de aplicaciones de enseñanza.

En la actualidad, Internet es una herramienta con mucha importancia en la educación. El lenguaje Java permite cursos con un carácter más interactivo, de ejecución más rápida y más fácilmente transportables. El interés generado en este campo hace necesarias herramientas adecuadas para la elaboración de cursos, que deben permitir expresar todas las posibilidades ofrecidas por la enseñanza a través de Internet. La programación orientada a objetos surgió en la década de los años sesenta, con un lenguaje que ya incorporaba muchas de las ideas introducidas posteriormente con el lenguaje de programación Incremento de C (C++).. En esta investigación se desarrollan varias herramientas de simulación avanzadas que simplifican la generación de cursos educativos para Internet. El lenguaje empleado para ello es una extensión del antiguo Continuous System Modelling Program (CSMP) de IBM. Se denomina al nuevo lenguaje OOCSMP, porque se añaden extensiones a CSMP que le permiten estar orientado a objetos. Estas construcciones permiten simular con una mayor facilidad sistemas complejos basados en la interacción mutua de muchos agentes similares. Se construye un compilador en C++, a Compiler for the OOCSMP Language (C-OOL) que puede generar código C++ o bien Java y/o páginas en lenguaje de marcado hipertextual (HTML). C-OOL genera una interfaz de usuario completamente configurable mediante opciones de compilación. La interfaz permite una simulación interactiva y visual, y la exploración del problema al ser capaz, a diferencia del sistema CSMP anterior en que no era posible, de responder a preguntas del tipo ¿qué pasaría si...? C-OOL también es capaz de compilar los antiguos modelos CSMP, manteniendo las ventajas expuestas. Es compatible con el mayor número posible de navegadores de Internet. Para la validación del lenguaje, se generan automáticamente varios cursos para Internet. El lenguaje OOCSMP, el compilador C-OOL y los cursos generados, se describen con detalle en el este trabajo, acompañados de numerosos ejemplos de uso y aplicación del lenguaje y el compilador..

Modelo de enseñanza basada en casos : de los tutores inteligentes a los videojuegos

Los juegos crean un entorno seguro en el que practicar y aprender habilidades necesarias en la vida. Los videojuegos pueden servir como primer paso hacia la alfabetización digital. Los primeros juegos de arcade mejoran la coordinación ojo-mano, además de aumentar la agilidad mental o la creatividad.. Las mejoras del hardware incrementan la complejidad de los videojuegos, circunstancia que despierta el interés de educadores deseosos de aprovechar esta capacidad de motivación de los videojuegos para enseñar dominios más específicos, aprovechando el enriquecimiento del lenguaje que logrado por el medio. En la enseñanza de estos dominios más complejos, el modelo de aprendizaje por descubrimiento existente en los videojuegos muestra sus debilidades. Es necesario un apoyo por parte del propio sistema para guiar al estudiante. El área de la enseñanza asistida por ordenador facilita varias soluciones a este problema, aunque tienden a requerir un gran esfuerzo de autoría, de contenido o de conocimiento. En esta investigación se propone el uso del razonamiento basado en casos intensivos en conocimiento. Los casos, contenido, hacen referencia a ontologías, representaciones explícitas de conocimiento, lo que proporciona las ventajas de ambos. Los casos permiten enfrentarse con cualquier dominio de conocimiento, y la representación de éste posibilita reaprovechar una parte del esfuerzo de autoría e incluso generar fragmentos de las soluciones de forma automática.. Se demuestra que este modelo encaja perfectamente en el ciclo habitual de interacción de los videojuegos, por lo que es posible integrarlo en software de entretenimiento para aprovechar la motivación que produce en los usuarios..

Arquitectura y metodología para el desarrollo de sistemas educativos basados en videojuegos.

Esta investigación presenta una arquitectura y una metodología de desarrollo de sistemas educativos basados en videojuegos.. El objetivo de este trabajo consiste, por una parte, en reducir la dependencia entre el conocimiento específico del dominio que se enseña y el resto del sistema. De esta forma, puede aprovecharse el conocimiento del dominio para implementar otros videojuegos educativos que enseñen lo mismo de distinta forma y emplear las partes no específicas del dominio en varios juegos educativos. En definitiva, hace posible reutilizar estas aplicaciones, de forma que se reduzcan los costes de su creación. Esta tesis también pretende facilitar la sustitución de algunos módulos en desarrollos posteriores. Se intenta facilitar el intercambio de aquellos módulos que puedan quedar obsoletos por el avance tecnológico. Otro objetivo de este trabajo consiste en permitir que los profesionales que entran en juego durante el periodo de desarrollo puedan trabajar sin solapar su labor.. La metodología propuesta aboga por una división entre los contenidos pedagógicos y los contenidos lúdicos. Para poderla hacer efectiva, la arquitectura software divide la aplicación en módulos con unas responsabilidades claras. Como prueba del correcto funcionamiento de la metodología y arquitectura aquí propuesta, el trabajo incluye la descripción detallada del desarrollo de un sistema educativo para enseñar la compilación de un lenguaje de alto nivel orientado a objetos..

Modelo de enseñanza basada en casos : de los tutores inteligentes a los videojuegos.

Los juegos permiten practicar y aprender habilidades necesarias a lo largo de la vida. Los videojuegos pueden, de la misma forma, servir a la alfabetización digital. Los juegos de arcade mejoran la coordinación entre la visión y la mano y favorecen la agilidad mental o la creatividad.. Las mejoras experimentadas por hardware permiten videojuegos más complejos que despiertan el interés de educadores para aprovecharlos como instrumentos para motivar la enseñanza de dominios de conocimiento más específicos, gracias el enriquecimiento del lenguaje experimentado en este medio. Sin embargo, el modelo de aprendizaje por descubrimiento de los videojuegos también muestra debilidades en la enseñanza de dominios más complejos y hace necesario apoyo por parte del sistema para guiar al estudiante. La enseñanza asistida por ordenador proporciona soluciones a este problema, aunque éstas suelen requerir un gran esfuerzo de autoría, bien de contenido, bien de conocimiento. En esta investigación se propone una alternativa mixta: el uso del razonamiento intensivo en conocimiento basado en casos (contenidos). Los casos hacen referencia a las ontologías que son representaciones del conocimiento. Los casos pueden ser empleados en cualquier dominio del saber, y las ontologías permiten reaprovechar parte del esfuerzo de autoría, e incluso generar de forma automática fragmentos de las soluciones.. En esta tesis se demuestra que modelo analizado encaja perfectamente en el ciclo de interacción de los videojuegos, por lo que resulta plausible integrarlo en software de entretenimiento para aprovechar la motivación que éste produce en los usuarios con fines formativos..

Entornos virtuales basados en técnicas de aprendizaje activo para la enseñanza de la orientación a objetos.

La orientación a objetos facilita el desarrollo de software a gran escala y de calidad. A pesar de su uso extendido, la enseñanza de la orientación a objetos no está exenta de dificultades.. Esta se fundamenta en una sólida base de conceptos elementales sobre la que se añaden experiencias de diseño de aplicaciones orientadas a objetos. Existen un elevado número de herramientas basadas en visualizaciones interactivas que dan soporte a la docencia de la enseñanza de la orientación a objetos. Sin embargo, habitualmente estas herramientas no proporcionan soporte para actividades de diseño ni promueven la realización de tareas en colaboración. El elevado valor pedagógico de técnicas de aprendizaje activo, como el juego de roles en sesiones de diseño orientado a objetos, conduce al estudio de la aplicabilidad del juego de roles en entornos virtuales como ayuda a la enseñanza de la orientación a objetos. En esta tesis se realiza una propuesta de entornos virtuales de juego de roles, con gran capacidad de interacción, en los que se pueden realizar actividades similares a las desempeñadas en sesiones presenciales de juego de roles, y se diseña una arquitectura de alto nivel para entornos virtuales de juego de roles, que facilita el desarrollo de entornos que usan estos juegos en los que se emplean diferentes alternativas pedagógicas para controlar y evaluar las sesiones desempeñadas por los alumnos. Se comprueba la propuesta recogida en este trabajo mediante dos instanciaciones diferentes, la instanciación es la acción opuesta de la abstracción, de los entornos virtuales de juego de roles. Éstas están acompañadas de sendos prototipos sobre los que se evalúa la idoneidad del traslado de los principales elementos de las sesiones de juegos de roles a un entorno virtual..

GEDEON : generador de oraciones en lenguaje natural una aproximación computacional a los procesos de codificación gramatical.

En esta investigación, se procede a la realización de una formalización computacional de los procesos de codificación gramatical.. En el desarrollo de la misma, se integran conocimientos procedentes de la psicología y de la inteligencia artificial. El sistema GEDEON es un generador automático de oraciones individuales en castellano, para un dominio conceptual restringido.. Este sistema constituye la propuesta de modelo teórico y programa de simulación de la codificación gramatical de este trabajo..

Una aproximación documental para la creación e integración de juegos digitales en entornos virtuales de enseñanza. A documental approach to the creation and integration of digital videogames in virtual learning environments

Desde el campo de la informática educativa, varios autores exponen el posible efecto positivo de incorporar videojuegos y simulaciones con elementos de juego en los procesos educativos. Esta postura continúa siendo objeto de debate y sus detractores identifican, dos problemas fundamentales, por un lado el excesivo coste de estas iniciativas y, por otro, su carácter limitado que obliga a que formen parte de variados procesos educativos.. En este trabajo se estudia cómo abordar estos dos problemas desde un punto de vista tecnológico. Se propone una plataforma menor que e-adventure, un entorno de desarrollo para juegos educativos. Esta plataforma aborda el primer problema planteando, un modelo de proceso de desarrollo inspirado en la aproximación documental al desarrollo de software. El modelo de proceso incluye la propuesta de un lenguaje de marcado extendido, XML, específico del dominio de las aventuras gráficas educativas. Este lenguaje es sencillo de utilizar y facilita la creación de este tipo de juegos e incluye construcciones específicamente educativas que dan soporte a la evaluación de la actividad del alumno y a patrones de aprendizaje adaptativo. El segundo problema se aborda proponiendo la integración de dichos juegos con plataformas de tele-enseñanza, LMS, que se emplean tanto en la enseñanza a través de internet como en aproximaciones del aprendizaje electrónico, e-learning, combinadas con la enseñanza tradicional.. Se incluye la implementación de un prototipo de la plataforma propuesta y varios juegos educativos desarrollados con ella, en colaboración con investigadores e instructores de otros campos..