Métodos de resolución de problemas: Aplicación al diseño de sistemas inteligentes

Dos aspectos destacan entre los resultados más interesantes de la investigación en la década de los 90 en el campo de la ingeniería del conocimiento. Por un lado, se ha profundizado en el conocimiento sobre cómo las personas resuelven problemas. Esto se ha logrado por la vía empírica mediante un trabajo científico de observación, experimentación por medios computacionales y generalización. Como resultado de esta línea, actualmente se dispone de un primer conjunto de modelos formales, los llamados problem-solving methods (PSM), muy útiles en el campo de la ingeniería informática como plantillas de diseño que guían la construcción de nuevos sistemas. Por otro lado, como logro adicional en este campo de investigación, se ha creado un nuevo lenguaje descriptivo como complemento a las formas de representación tradicionales. Dicho lenguaje, que ha sido aceptado por un amplio número de autores, se sitúa en un mayor nivel de abstracción y permite la formulación de arquitecturas más complejas de sistemas basados en el conocimiento. Como autores que más han contribuido en este aspecto se pueden citar: Luc Steels que propuso los denominados componentes de la experiencia como forma de unificación de trabajos previos en este campo, Bob Wielinga, Guus Schreiber y Jost Breuker en el campo de metodologías de ingeniería del conocimiento y el equipo de Mark Musen respecto a herramientas. Dicho lenguaje descriptivo ha supuesto además el planteamiento de una nueva generación de herramientas software de ayuda a los técnicos desarrolladores para construcción de este tipo de sistemas. El propósito principal del presente texto es servir de base como fuente de información de ambos aspectos recientes del campo de la ingeniería del conocimiento. El texto está dirigido a profesionales y estudiantes del campo de la informática que conocen técnicas básicas tradicionales de representación del conocimiento. La redacción del presente texto se ha orientado en primer lugar para recopilar y uniformizar la descripción de métodos existentes en la literatura de ingeniería de conocimiento. Se ha elegido un conjunto de métodos representativo en este campo que no cubre la totalidad de los métodos existentes pero sí los más conocidos y utilizados en ingeniería del conocimiento, presentando una descripción detallada de carácter tanto teórico como práctico. El texto describe cada método utilizando una notación común a todos ellos, parcialmente basada en los estándares descriptivos seguidos por las metodologías más extendidas. Para cada método se incluyen algoritmos definidos de forma expresa para el presente texto con ejemplos detallados de operación. Ambos aspectos, la uniformización junto a la presentación detallada de la operación, suponen una novedad interesante respecto al estado actual de la literatura sobre este campo, lo que hace el texto muy adecuado para ser utilizado como libro de consulta como apoyo en la docencia de la asignatura de construcción de sistemas inteligentes.

Metodología Integrada para la resolución de problemas de Movilidad Sostenible y Accesible en Áreas Patrimoniales y Singulares

El objetivo principal del proyecto es el desarrollo de una metodología integrada de análisis del problema de la movilidad en áreas de patrimonio cultural y singular y medios tecnológicos para ofrecer respuestas optimizadas desde el punto de vista del impacto medioambiental y la accesibilidad

Un esquema adaptativo semilagrangiano con elementos finitos anisótropos para la resolución de problemas de combustión.

En este trabajo se presenta un método numérico adaptativo para la resolución de problemas temporales de Combustión en la Mecánica de Fluidos. La dis- cretización espacial de las ecuaciones está basada en el método de los elementos finitos y la discretización temporal se realiza con un esquema semilagrangiano para tratar de forma eficiente los términos convectivos. La caracteística principal de la adaptación local, es que el mallado que se construye es anisótropo, lo que le capacita para adaptarse mejor a capas límitee con un reducido coste computacional. Para ello, se define un tensor métrico en cada paso de tiempo, basado en indicadores de error construidos a priori y a posteriori. Ilustraremos el buen comportamiento del código numérico con la modelización de un problema de combustión en 2D y 3D, donde se analilzará la interacción de llamas de difusión de Hidrógeno y vórtices que pueden ser generados en un flujo turbulento.

Gramáticas lógicas: resolución de problemas en lenguaje natural

Esta tesis tiene por objeto estudiar las posibilidades de realizar en castellano tareas relativas a la resolución de problemas con sistemas basados en el conocimiento. En los dos primeros capítulos se plantea un análisis de la trayectoria seguida por las técnicas de tratamiento del lenguaje natural, prestando especial interés a los formalismos lógicos para la comprensión del lenguaje. Seguidamente, se plantea una valoración de la situación actual de los sistemas de tratamiento del lenguaje natural. Finalmente, se presenta lo que constituye el núcleo de este trabajo, un sistema llamado Sirena, que permite realizar tareas de adquisición, comprensión, recuperación y explicación de conocimiento en castellano con sistemas basados en el conocimiento. Este sistema contiene un subconjunto del castellano amplio pero simple formalizado con una gramática lógica. El significado del conocimiento se basa en la lógica y ha sido implementado en el lenguaje de programación lógica Prolog II vS. Palabras clave: Programación Lógica, Comprensión del Lenguaje Natural, Resolución de Problemas, Gramáticas Lógicas, Lingüistica Computacional, Inteligencia Artificial.---ABSTRACT---The purpose of this thesis is to study the possibi1 ities of performing in Spanish problem solving tasks with knowledge based systems. Ule study the development of the techniques for natural language processing with a particular interest in the logical formalisms that have been used to understand natural languages. Then, we present an evaluation of the current state of art in the field of natural language processing systems. Finally, we introduce the main contribution of our work, Sirena a system that allows the adquisition, understanding, retrieval and explanation of knowledge in Spanish with knowledge based systems. Sirena can deal with a large, although simple» subset of Spanish. This subset has been formalised by means of a logic grammar and the meaning of knowledge is based on logic. Sirena has been implemented in the programming language Prolog II v2. Keywords: Logic Programming, Understanding Natural Language, Problem Solving, Logic Grammars, Cumputational Linguistic, Artificial Intelligence.

Arquitectura de supercomputación en la nube para la resolución de problemas de optimización combinatoria

La tesis está focalizada en la resolución de problemas de optimización combinatoria, haciendo uso de las opciones tecnológicas actuales que ofrecen las tecnologías de la información y las comunicaciones, y la investigación operativa. Los problemas de optimización combinatoria se resuelven en general mediante programación lineal y metaheurísticas. La aplicación de las técnicas de resolución de los problemas de optimización combinatoria requiere de una elevada carga computacional, y los algoritmos deben diseñarse, por un lado pensando en la efectividad para encontrar buenas soluciones del problema, y por otro lado, pensando en un uso adecuado de los recursos informáticos disponibles. La programación lineal y las metaheurísticas son técnicas de resolución genéricas, que se pueden aplicar a diferentes problemas, partiendo de una base común que se particulariza para cada problema concreto. En el campo del desarrollo de software, los frameworks cumplen esa función de comenzar un proyecto con el trabajo general ya disponible, con la opción de cambiar o extender ese comportamiento base o genérico, para construir el sistema concreto, lo que permite reducir el tiempo de desarrollo, y amplía las posibilidades de éxito del proyecto. En esta tesis se han desarrollado dos frameworks de desarrollo. El framework ILP permite modelar y resolver problemas de programación lineal, de forma independiente al software de resolución de programación lineal que se utilice. El framework LME permite resolver problemas de optimización combinatoria mediante metaheurísticas. Tradicionalmente, las aplicaciones de resolución de problemas de optimización combinatoria son aplicaciones de escritorio que permiten gestionar toda la información de entrada del problema y resuelven el problema en local, con los recursos hardware disponibles. Recientemente ha aparecido un nuevo paradigma de despliegue y uso de aplicaciones que permite compartir recursos informáticos especializados por Internet. Esta nueva forma de uso de recursos informáticos es la computación en la nube, que presenta el modelo de software como servicio (SaaS). En esta tesis se ha construido una plataforma SaaS, para la resolución de problemas de optimización combinatoria, que se despliega sobre arquitecturas compuestas por procesadores multi-núcleo y tarjetas gráficas, y dispone de algoritmos de resolución basados en frameworks de programación lineal y metaheurísticas. Toda la infraestructura es independiente del problema de optimización combinatoria a resolver, y se han desarrollado tres problemas que están totalmente integrados en la plataforma SaaS. Estos problemas se han seleccionado por su importancia práctica. Uno de los problemas tratados en la tesis, es el problema de rutas de vehículos (VRP), que consiste en calcular las rutas de menor coste de una flota de vehículos, que reparte mercancías a todos los clientes. Se ha partido de la versión más clásica del problema y se han hecho estudios en dos direcciones. Por un lado se ha cuantificado el aumento en la velocidad de ejecución de la resolución del problema en tarjetas gráficas. Por otro lado, se ha estudiado el impacto en la velocidad de ejecución y en la calidad de soluciones, en la resolución por la metaheurística de colonias de hormigas (ACO), cuando se introduce la programación lineal para optimizar las rutas individuales de cada vehículo. Este problema se ha desarrollado con los frameworks ILP y LME, y está disponible en la plataforma SaaS. Otro de los problemas tratados en la tesis, es el problema de asignación de flotas (FAP), que consiste en crear las rutas de menor coste para la flota de vehículos de una empresa de transporte de viajeros. Se ha definido un nuevo modelo de problema, que engloba características de problemas presentados en la literatura, y añade nuevas características, lo que permite modelar los requerimientos de las empresas de transporte de viajeros actuales. Este nuevo modelo resuelve de forma integrada el problema de definir los horarios de los trayectos, el problema de asignación del tipo de vehículo, y el problema de crear las rotaciones de los vehículos. Se ha creado un modelo de programación lineal para el problema, y se ha resuelto por programación lineal y por colonias de hormigas (ACO). Este problema se ha desarrollado con los frameworks ILP y LME, y está disponible en la plataforma SaaS. El último problema tratado en la tesis es el problema de planificación táctica de personal (TWFP), que consiste en definir la configuración de una plantilla de trabajadores de menor coste, para cubrir una demanda de carga de trabajo variable. Se ha definido un modelo de problema muy flexible en la definición de contratos, que permite el uso del modelo en diversos sectores productivos. Se ha definido un modelo matemático de programación lineal para representar el problema. Se han definido una serie de casos de uso, que muestran la versatilidad del modelo de problema, y permiten simular el proceso de toma de decisiones de la configuración de una plantilla de trabajadores, cuantificando económicamente cada decisión que se toma. Este problema se ha desarrollado con el framework ILP, y está disponible en la plataforma SaaS. ABSTRACT The thesis is focused on solving combinatorial optimization problems, using current technology options offered by information technology and communications, and operations research. Combinatorial optimization problems are solved in general by linear programming and metaheuristics. The application of these techniques for solving combinatorial optimization problems requires a high computational load, and algorithms are designed, on the one hand thinking to find good solutions to the problem, and on the other hand, thinking about proper use of the available computing resources. Linear programming and metaheuristic are generic resolution techniques, which can be applied to different problems, beginning with a common base that is particularized for each specific problem. In the field of software development, frameworks fulfill this function that allows you to start a project with the overall work already available, with the option to change or extend the behavior or generic basis, to build the concrete system, thus reducing the time development, and expanding the possibilities of success of the project. In this thesis, two development frameworks have been designed and developed. The ILP framework allows to modeling and solving linear programming problems, regardless of the linear programming solver used. The LME framework is designed for solving combinatorial optimization problems using metaheuristics. Traditionally, applications for solving combinatorial optimization problems are desktop applications that allow the user to manage all the information input of the problem and solve the problem locally, using the available hardware resources. Recently, a new deployment paradigm has appeared, that lets to share hardware and software resources by the Internet. This new use of computer resources is cloud computing, which presents the model of software as a service (SaaS). In this thesis, a SaaS platform has been built for solving combinatorial optimization problems, which is deployed on architectures, composed of multi-core processors and graphics cards, and has algorithms based on metaheuristics and linear programming frameworks. The SaaS infrastructure is independent of the combinatorial optimization problem to solve, and three problems are fully integrated into the SaaS platform. These problems have been selected for their practical importance. One of the problems discussed in the thesis, is the vehicle routing problem (VRP), which goal is to calculate the least cost of a fleet of vehicles, which distributes goods to all customers. The VRP has been studied in two directions. On one hand, it has been quantified the increase in execution speed when the problem is solved on graphics cards. On the other hand, it has been studied the impact on execution speed and quality of solutions, when the problem is solved by ant colony optimization (ACO) metaheuristic, and linear programming is introduced to optimize the individual routes of each vehicle. This problem has been developed with the ILP and LME frameworks, and is available in the SaaS platform. Another problem addressed in the thesis, is the fleet assignment problem (FAP), which goal is to create lower cost routes for a fleet of a passenger transport company. It has been defined a new model of problem, which includes features of problems presented in the literature, and adds new features, allowing modeling the business requirements of today's transport companies. This new integrated model solves the problem of defining the flights timetable, the problem of assigning the type of vehicle, and the problem of creating aircraft rotations. The problem has been solved by linear programming and ACO. This problem has been developed with the ILP and LME frameworks, and is available in the SaaS platform. The last problem discussed in the thesis is the tactical planning staff problem (TWFP), which is to define the staff of lower cost, to cover a given work load. It has been defined a very rich problem model in the definition of contracts, allowing the use of the model in various productive sectors. It has been defined a linear programming mathematical model to represent the problem. Some use cases has been defined, to show the versatility of the model problem, and to simulate the decision making process of setting up a staff, economically quantifying every decision that is made. This problem has been developed with the ILP framework, and is available in the SaaS platform.

Las redes sociales como medio de interacción estudiante-profesor: uso de Twitter para la resolución de problemas

Con objeto de encontrar nuevas metodologías que contribuyan a la formación de los estudiantes, se planteó una actividad grupal mediante el uso de la red social Twitter. El objetivo final fue fomentar la interacción, planteando una pseudo-competición donde cada participante pudiera utilizar la información generada por el resto de participantes. La actividad se realizó con alumnos de la asignatura "Farmacología" del Grado en Óptica y Optometría. Se propuso a los estudiantes la resolución de un caso clínico real publicado en una revista científica internacional, sobre un problema relacionado con el uso de fármacos en patologías oculares. Para la resolución se facilitaron una serie de pistas secuencialmente y separadas en el tiempo. Los alumnos pudieron participar proponiendo una solución al caso o planteando preguntas para su resolución. Tanto la participación activa como el planteamiento de preguntas pertinentes para la resolución del caso y su resolución implicaron una bonificación en la nota final de la asignatura. Un 60% de los alumnos matriculados participaron en la actividad. El profesorado implicado valora de forma positiva el resultado.

Formas del discurso y razonamiento configural de estudiantes para maestros en la resolución de problemas de geometría

Este trabajo tiene como objetivo estudiar la relación entre las formas del discurso generado por los estudiantes para maestro al resolver problemas de geometría de probar y el razonamiento configural. Analizamos las respuestas de 97 estudiantes para maestro a dos problemas de probar para determinar cómo identificaban y relacionaban propiedades geométricas para deducir nuevos hechos y propiedades de las figuras. Los resultados muestran tres formas del discurso generado por los estudiantes para maestro para comunicar su resolución: gráfico, texto y una mezcla de los dos; y que las formas del discurso generado no influyen en el truncamiento del razonamiento configural que desencadena los procesos deductivos.

Evolución de los niveles de éxito en la resolución de problemas de estructura multiplicativa en Educación Primaria

Este estudio se centra en examinar la evolución en los niveles de éxito en la resolución de problemas de estructura multiplicativa por estudiantes de Educación Primaria (desde 1º a 6º curso, alumnos de 6 a 12 años). Los resultados indican que, en función de las categorías, los problemas de producto de medida fueron los más difíciles en todos los cursos y los problemas de isomorfismos de medida los más fáciles, mientras que los de comparación multiplicativa se mantuvieron entre ambos. Por el contrario, la evolución de los niveles de éxito en función de la clase de problema, no fue uniforme a lo largo de la educación primaria para los problemas de isomorfismo de medida pero sí en las otras dos categorías.

Aplicación de redes neuronales para la resolución de problemas complejos de confiabilidad y riesgo

Programa de doctorado: Sistemas Inteligentes y Aplicaciones Numéricas en Ingeniería. La fecha de publicación es la fecha de lectura

Correlaciones entre la resolución de problemas matemáticos y el enfoque socio-crítico en el contexto de la institución educativa María de los Ángeles Cano Márquez

El presente trabajo busca contribuir a que los docentes de matemáticas, de la institución María de los Ángeles Cano Márquez, accedan a una herramienta teórica y metodológica para ser usada en la resolución de problemas matemáticos. El tipo de investigación en la que se inscribe este trabajo es cualitativo y está basado en el estudio de casos; su propósito es recoger antecedentes del enfoque socio-crítico y de la resolución de problemas matemáticos así como describir su estado actual, con la finalidad de observar cómo el enfoque socio-crítico y la resolución de problemas se complementan y aportan a los maestros, en la formación de educandos reflexivos y críticos que aspiren a impactar positivamente su entorno. En tal sentido, se aplicaron unas encuestas a los docentes de matemáticas de secundaria y de los grados 4° y 5° de primaria, así como a estudiantes de 7° y 9° grado, para luego realizar un análisis comparativo de los resultados obtenidos en ellas. Para el desarrollo del presente trabajo, se realizó una búsqueda bibliográfica de elementos que aporta la teoría crítica de la educación, en especial la escuela de Frankfurt con sus representantes Herbert Marcuse y Jürgen Habermas; luego se abordó la lectura de pensadores críticos como Paulo Freire, quienes oficiaron como referentes para un valioso aporte en esta tarea. Para el mismo efecto se han tomado elementos de las propuestas de las teorías de la educación matemática crítica. La información obtenida a partir de la aplicación de los instrumentos acá usados, permitió indagar sobre el nivel de apropiación de las diferentes categorías: el desarrollo del pensamiento autónomo, el desarrollo del pensamiento crítico y reflexivo, el aprendizaje cooperativo, el desarrollo de la autoestima y la personalidad o el desarrollo del pensamiento complejo; ejercicio que propició la profundización en las teorías acerca de las mismas y sus posibles formas de aplicación. Finalmente, se encontraron puntos de convergencia entre la resolución de problemas y el enfoque socio-crítico, objetivo central del presente trabajo.

Relación entre conducta prosocial, resolución de problemas y consumo de drogas en adolescentes

Este estudio presenta como objetivos: 1) estudiar el consumo de drogas, la conducta prosocial y la resolución de problemas en función del sexo y la edad, y 2) analizar la asociación de la conducta prosocial y las habilidades de resolución de problemas con el consumo de drogas. Se realizó un estudio descriptivo con un diseño transversal. La muestra se compuso de 567 escolares de Educación Secundaria Obligatoria (48.14% chicos) con edades entre 14 y 17 años (M = 14.92; DT = .90). Se hallaron diferencias estadísticamente significativas en el consumo de alcohol y conducta prosocial en función del sexo, así como en el consumo de alcohol y cannabis en función de la edad. Cuando se controló el efecto de la edad y el sexo dentro de los modelos de regresión, la variable que mejor predijo el consumo de alcohol y cannabis fue la conducta prosocial. Los resultados de este estudio resaltan la importancia de promover conductas prosociales como factor de protección del consumo de alcohol y cannabis en la etapa adolescente.

Resolución de problemas y autocuidado en pacientes con diabetes tipo 2

Explicar el efecto de la resolución de problemas en el AC de DMT2: (alimentación, ejercicio y medicamentos), sobre el control glucémico en función del apoyo social, edad, sexo y años de diagnóstico (factores condicionantes básicos de DMT2). Establecer la validez de la escala de resolución de problemas en el autocuidado (AC) de Diabetes para identificar los factores encontrados en relación a los estilos de resolución de problemas propuestos. Los conceptos y relaciones seleccionadas se derivaron de la Teoría del Déficit de Autocuidado de Orem (TDAC). La muestra fue de 238 adultos, calculada mediante el paquete n´Query Advisor versión 4.0 para un nivel de significancia de .05, una potencia de prueba de 90%, tamaño de efecto de .07 (R2) en el contraste de no significancia del modelo de regresión lineal múltiple con 6 variables independientes. El muestreo fue por conveniencia, se invitó a participar a las personas que acudieron a consulta para control de DMT2 en la Asociación Mexicana de Diabetes de Monterrey Nuevo León. Para medir las variables de interés se utilizaron instrumentos de lápiz y papel y mediciones antropométricas (peso, estatura, circunferencia de cintura) y bioquímicas (A1C a 50 pacientes seleccionados aleatoriamente de la base de datos de la Asociación). Contribuciones y Conclusiones: Del total de la muestra estudiada el 59.7% correspondió a mujeres, el promedio de edad fue de 54.61 años, con 11 años de escolaridad. En promedio tenían 10 años (DE = 1.84; 1-42) de haber sido diagnosticados con DMT2 y habían recibido en promedio 9.7 sesiones de educación sobre su tratamiento en alimentación, ejercicio y medicamentos. Se realizó la adaptación del instrumento para medir resolución de problemas en el cuidado de DMT2, el cual obtuvo confiabilidad aceptable (.84) y validez (3 factores que explicaron el 49% de la varianza total). Los hallazgos sugieren que las habilidades de los pacientes para resolver problemas y realizar las actividades de AC están condicionadas por la edad (β = .16, p ˂ .01) y apoyo social (β = .25, p ˂ .01). Se confirma la proposición teórica de la TGAC de que las habilidades para el AC están condicionadas por la edad. El estilo efectivo mostró asociación con AC en alimentación (rs = .22; p <.01). El estilo evitativo, mostró que a mayor puntaje en este estilo menor AC de alimentación (rs = -.37; p < .01), ejercicio (rs = -.17; p < .01) y medicamentos (rs = -.30; p <. 01). En este estudio no se encontró asociación de la resolución de problemas con HbA1c (rs = -.07; p = .65).

Propuesta metodológica fundamentada en la resolución de problemas para el desarrollo del programa de matemática de séptimo grado de Educación Básica

Este trabajo se centra en fundamentar el proceso de enseñanza aprendizaje de la Matemática en Séptimo grado de Educación Básica, enfocada en aspectos teóricos y metodológicos sobre la Resolución de Problemas. Realiza un diagnóstico sobre las tendencias metodológicas de maestros y maestras en sus prácticas didácticas en relación a las competencias educativas, que sirve de sustento para orientar y construir de manera participativa el trabajo de investigación. Objetivo: Diseñar una propuesta metodológica para fundamentar el proceso de enseñanza-aprendizaje de la Matemática en Séptimo grado de Educación Básica, enfocada en la resolución de problemas. Metodología: de carácter documental basada en un diagnóstico de una muestra en docentes de diez centros escolares de la Zona Oriental como resultado se diseñó una Propuesta Metodológica fundamentada en la resolución de problemas para el desarrollo del programa de Matemáticas de séptimo grado del Centro Escolar Cantón El Papalón de San Miguel. Conclusiones: Los docentes siguen utilizando la forma tradicional de enseñar matemáticas (pizarrón-marcador) no contribuyendo a estimular los procesos cognitivos del estudiante, asimismo, los estudiantes no son un ente activo dentro del proceso de enseñanza aprendizaje debido a que la mayoría de los docentes reflejan un nivel deficiente en la lectura del programa de matemáticas de séptimo grado, utilizando un enfoque conductista sin aplicar la resolución de problemas.