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Diseño e Implementación del Sistema
Principios del diseño y criterios de calidad
Arquitectura del Sistema CommonKADS
Pasos para la creación de un modelo de diseño
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 2
Desde el análisis al diseño
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 3
Diseño del Sistema
Entrada: Modelo del conocimiento = requisitos de resolución de problemas Modelo de comunicación = requisitos de interacción Otros modelos = requisitos ‘no funcionales’
Salida: Especificación de una arquitectura software Diseño de la aplicación con dicha arquitectura
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 4
Arquitectura del sistema
Descripción del software en términos de: Descomposición en sub-sistemas Elección del(los) regímene(s) de control Descomposición de los sub-sistemas en módulos software
Elemento central en el proceso de diseño Arquitectura base para sistemas basados en CommonKADS
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 5
Diseño basado en el mantenimiento de la estructura del análisis
“Preservar durante el diseño tanto el contenidos como la estructura del modelo de análisis”
Principio esencial en el diseño moderno Se considera que el diseño sólo debe ‘añadir detalles
específicos de la implementación a los resultados del análisis’ La clave está en preservar la información Relacionado directamente con los criterios de calidad
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 6
Criterios generales de calidad en el diseño
Minimización del acoplamiento Maximización de la cohesión Transparencia Mantenibilidad
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 7
Criterios de calidad para el diseño de SBC
Reusabilidad de elementos del diseño /del código resultante Mantenibilidad y adaptabilidad
Desarrollos en un solo paso es poco realista, especialmente para sistemas intensivos en conocimiento
Posibilidad de generar explicaciones Facilidad en la extracción y refinamiento del conocimiento
El conocimiento evoluciona en el tiempo
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 8
Pasos en el diseño de sistemas
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 9
Paso 1: especificar la arquitectura global
Principio: separar las cuestiones de funcionalidad de la interfase
Arquitectura MVC: Desarrollado para el Smaltalk-80 Se distingue entre los objetos de la aplicación y su
visualización Unidad de control central con un régimen dirigido por eventos
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 10
Arquitectura del Sistemas: Componentes principales
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 11
Subsistema: modelo de la aplicación
Contiene los datos y las funciones de la aplicación= objetos del modelo de conocimiento
Datos Bases de conocimiento Datos dinámicos manipulados durante el razonamiento (roles dinámicos)
Funciones Tareas, inferencias, funciones de transferencia
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 12
Subsistema: vistas
Visualizaciones de los datos de la aplicación y de sus funciones Posibilidad de que existan múltiples visualizaciones Visualización por agregación de múltiples objetos de la
aplicación Requiere de mecanismos de actualización /integridad de la
arquitectura Tabla de mapeo Protocolo de mensajes para cambios en los estados de los objetos
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 13
Subsistema: controlador
Unidad central de ‘mando y control’ Proporciona manipuladores para los eventos internos y externos Posibilita la activación de funciones de la aplicación Puede definir sus propias vistas de control Puede tener un reloj y una agenda interna
Comportamiento por ‘demonios’
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 14
Puntualizaciones sobre la arquitectura MVC
Desarrollo en un contexto orientado a objetos Es de hecho una descomposición funcional de objetos Su utilización no está necesariamente limitada a
aproximaciones O-O Aunque el paradigma de paso de mensajes se ajusta bien con las
características de esas arquitecturas
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 15
Descomposición del subsistema del modelo de la aplicación
Criterio Debe permitir un diseño que preserve la estructura del análisis Debe posibilitar la integración con otras aproximaciones
Opciones Descomposición funcional o por objetos
Elección: descomposición basada en objetos Se ajusta bien con el carácter declarativo de las especificaciones de
los objetos en el modelo de conocimiento (tarea => objeto) Simplifica la traducción (mapeo) en la implementaciones O-O
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 16
Arquitectura del sistema:Subsistema del modelo de la aplicación
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 17
Paso 2: Identificar la plataforma de implementación
Los requisitos específicos del cliente suelen restringir esta elección= es necesario considerar esto desde el principio
Hoy día es más importante la elección del software que la del hardware Excepto en aplicaciones de control en tiempo real
Si la elección no está limitada, considerar retrasar la elección hasta la finalización del paso 3
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 18
Criterios de selección de la plataforma
Librería de visualización de clases de objetos Su desarrollo puede ser muy costoso
Formalismo de representación del conocimiento declarativo Interfaces estándar a otro software
Ej. ODBC, CORBA Suele ser un requisito
Facilidades de tipado en el lenguaje El tipado débil implica usualmente más trabajo en mapeo del modelo de
análisis (ver paso 4a)
Control de las facilidades/protocolos
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 19
Entorno ejemplo: Prolog
Librería de visualización: dependiente del vendedor Representación del conocimiento declarativa Interfaces con BD: depende del vendedor Tipado débil del lenguaje No existen protocolos estándar para el control de
eventos o paso de mensajes
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 20
Entornos ejemplo: Java
Librería de vistas No tiene una representación del conocimiento declarativa Posee interfases con BD Facilidades de tipado similares a C++ Facilidades de control:
Ej. Multi-threading
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 21
Paso 3: especificar los componentes de la arquitectura
Especificar las interfases de los componentes Diseñar las utilidades/facilidades generales de la
arquitectura Mecanismo de actualización de las vistas
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 22
Facilidades del controlador
Activación/terminación de las funciones de la aplicación Interrupciones de usuario para trazar o editar información
de background Aborto de funciones Gestión de las funciones de transferencia
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 23
Facilidades del modelo de la Aplicación (1)
Tarea: Métodos de inicialización y ejecución
Método de la tarea: Elementos de control del lenguaje ‘Declaratividad’ del lenguaje de control
Inferencia: Ejecutar, ¿más soluciones?, ¿tiene solución? Enlace con los métodos de inferencia
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 24
Facilidades del modelo de la Aplicación (2)
Método de Inferencia ¿existe un catálogo de métodos? Posibilitar relaciones muchos a muchos entre las inferencias y los métodos
Funciones de transferencia Implementarlas mediante envío de mensajes
Roles dinámicos Tipos de datos permitidos: elemento, conjunto, lista ¿?¡ Operaciones de actualización y acceso: seleccionar, eliminar, añadir, ...
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 25
Facilidades del modelo de la Aplicación (3)
Roles estáticos Funciones de acceso y de query
Modelos del Dominio Formato representacional Funciones de acceso y query Funciones de modificación y análisis
Construcciones del Dominio (Sólo revisarlas)
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 26
Facilidades de las vistas
Visualizaciones gráficas standard Generación de formatos externos
e.j. SQL query
Facilidades de actualización de vistas Tabla de mapeo Protocolos basados en mensajes
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 27
Interfases de usuario
Interfase de usuario final Considerar utilidades específicas como la generación de
lenguaje natural. Utilizar visualizaciones características del Dominio
Interfase Experta Interfase de traza Interfase para editar o refinar las bases de conocimiento
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 28
Ejemplo de trazador
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 29
Paso 4: especificar la aplicación en la arquitectura
Paso 4a: “mapear el análisis en la arquitectura” Es un proceso engorroso
Paso 4b: “añadir detalles de diseño” Listar los detalles de diseño que necesiten añadirse para
completar la operacionalización del modelo de análisis
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 30
Paso 4a: mapear la información del análisis en la arquitectura
Existen herramientas de mapeo en desarrollo ejemplo: VOID API Ver el web de CommonKADS
El alcance del mapeo va a depender de algunas decisiones de diseño
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 31
Diseño de la aplicación para el controlador
Entrada: modelo de comunicación Mínimo: procedimiento de arranque Otras funciones:
Requerimientos de gestión de justificaciones Control del usuario sobre el proceso de razonamiento Interrupciones del razonamiento / estrategia de control Posibilitar escenarios “what-if”
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 32
Diseño del modelo de la aplicación
Conjunto mínimo de actividades para el diseño de la aplicación: Para cada método de tarea:
Construir la estructura de control operacional
Para cada role dinámico: Elegir un tipo de datos
Para cada inferencia Identificar un mapeo Escribir un método de invocación para la inferencia
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 33
Diseño de la aplicación para las vistas
Si fuera necesario, seleccionar una vista para cada objeto de la aplicación
Consejo: utilizar vistas lo más parecidas a los formatos utilizados en el dominio para la interfase de usuario Demasiado a menudo los diseñadores imponen a los usuarios sus
preferencias Cada dominio tiene sus propias tradiciones a la hora de representar
la información (y normalmente por buenos motivos)
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 34
Prototipado: subsistema de razonamiento
¿Cuándo se necesita? Para elementos de conocimiento novedosos o sin precedentes Cuando se detecten ‘vacíos’ en el conocimiento del dominio En general: para verificar y validar el modelo de conocimiento
– verificación: “is the system right”
– validación: “is it the right system”
La plataforma de implementación debe ser capaz de facilitar este proceso La construcción del prototipo debe ser cuestión de días
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 35
Elementos Clave
Se considera al diseño como un proceso de refinamiento en el que se mantiene la estructura del análisis
Cuatro pasos para el proceso de diseño Se puede recibir apoyo de:
Arquitectura CommonKADS Herramientas de transformación de los modelos de conocimiento y comunicación Plataformas específicas con paquetes CommonKADS
“diseño racional: cómo y porqué imitarlo” (Parnas & Clements)
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 36
Prototype: mock-up agent interface
Test mock-up interface without full application functionality When needed:
complex external interaction (e.g.; HOMEBOTS) complex view formats complex view aggregations
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 37
Sistemas de conocimiento distribuidos
Servicios de Razonamiento El modelo de la aplicación actúa como un servicio Sin interfase de usuario
Servidor de bases de conocimiento /ontologías Servicio de métodos
Sistemas distribuidos implementados mediante un conjunto de métodos
Combinaciones
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 38
Sample implementations
Housing application Source code at web-site “Academic” implementation
public-domain Prolog
“Business” implementation Aion8
Experiences show that prototypes of “running knowledge models” can be built within days
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 39
Architecture Prolog system
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 40
Trace Prolog system (1)
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 41
Trace Prolog system (2)
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 42
Trace Prolog system (3)
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 43
Trace Prolog system (4)
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 44
Aion8 system for “housing”
Realized as O-O “framework” roles, interfaces => multiple inheritance Hollywood principle
Includes task-template library facility Default implementation of inferences
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 45
Aion8 system architecture
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 46
Aion8 CommonKADS classes
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 47
Aion8 assessment library
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 48
Trace Aion8 system (1)
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Curso CommonKADS Diseño e implementación del Sistema 49
Trace Aion8 system (2)