Razonamiento espacial-temporal - Enciclopedia

La razón espacial-temporal es un área de inteligencia artificial que se nutre de los campos de la informática, la ciencia cognitiva y la psicología cognitiva. El objetivo teórico —en el lado cognitivo— implica representar y razonar el conocimiento espacial-temporal en la mente. El objetivo aplicado —en el lado computacional— implica desarrollar sistemas de control de alto nivel de autómatas para navegar y comprender el tiempo y el espacio.


Influencia de la psicología cognitiva
Un resultado convergente en la psicología cognitiva es que la relación de conexión es la primera relación espacial que los bebés humanos adquieren, seguida por la comprensión de relaciones de orientación y relaciones de distancia. Las relaciones internas entre los tres tipos de relaciones espaciales pueden ser explicadas computacionalmente y sistemáticamente dentro de la teoría del prisma cognitivo de la siguiente manera:

la relación de conexión es primitiva;
una relación de orientación es una relación de comparación de distancia: estar delante de mí puede interpretarse como estar más cerca de mi lado frontal que de mis otros lados;
una relación de distancia es una relación de conexión utilizando un tercer objeto: estar a un metro de distancia de mí puede interpretarse como un objeto de un metro de largo conectado conmigo y conmigo al mismo tiempo.


Representaciones fragmentarias de cálculos temporales
Sin abordar las relaciones internas entre las relaciones espaciales, los investigadores de IA han contribuido con muchas representaciones fragmentarias. Ejemplos de cálculos temporales incluyen el álgebra de intervalos de Allen y el álgebra de puntos de Vilain y Kautz. Los cálculos espaciales más prominentes son los cálculos mereotopológicos, el cálculo cardinal de Frank, el cálculo de cruce doble de Freksa, los cálculos de intersección 4 y 9 de Egenhofer y Franzosa, el cálculo flip-flop de Ligozat, varios cálculos de conexión de región (RCC) y la álgebra de relaciones de puntos orientados.

Recientemente, se han diseñado cálculos espacio-temporales que combinan información espacial y temporal. Por ejemplo, el cálculo de restricciones espacio-temporales (STCC) de Gerevini y Nebel combina el álgebra de intervalos de Allen con RCC-8. Además, el cálculo cualitativo de trayectorias (QTC) permite razonar sobre objetos en movimiento.


Abstracción cuantitativa
En la literatura, se ha enfatizado en la razón espacial-temporal cualitativa, que se basa en abstracciones cualitativas de aspectos temporales y espaciales del conocimiento común sobre el que se basa nuestra perspectiva humana de la realidad física. Metodológicamente, los cálculos de restricciones cualitativas restringen el vocabulario de teorías matemáticas ricas que tratan de entidades temporales o espaciales, de manera que aspectos específicos de estas teorías puedan tratarse dentro de fragmentos decidable con lenguajes cualitativos (no métricos) simples.

A diferencia de las teorías matemáticas o físicas sobre el espacio y el tiempo, los cálculos de restricciones cualitativas permiten razonar de manera bastante económica sobre entidades ubicadas en el espacio y el tiempo. Por esta razón, la expresividad limitada del formalismo de representación cualitativa de cálculos es una ventaja si tales tareas de razonamiento necesitan integrarse en aplicaciones. Por ejemplo, algunos de estos cálculos pueden implementarse para manejar eficientemente consultas GIS espaciales y otros pueden utilizarse para navegar y comunicarse con un robot móvil.


Álgebra de relaciones
La mayoría de estos cálculos pueden formalizarse como álgebras de relaciones abstractas, de manera que la razón puede llevarse a cabo a nivel simbólico. Para la computación de soluciones de una red de restricciones, el algoritmo de consistencia de camino es una herramienta importante.


Software
GQR, solucionador de redes de restricciones para cálculos como RCC-5, RCC-8, álgebra de intervalos de Allen, álgebra de puntos, cálculo cardinal de direcciones, etc.
qualreas es un framework de Python para la razón cualitativa sobre redes de álgebras de relaciones, como RCC-8, álgebra de intervalos de Allen y álgebra de Allen integrada con Puntos de Tiempo y situada en el Tiempo de Ramificación Izquierda o Derecha.


Véase también
Corteza cerebral
Razonamiento común
Razonamiento diagramático
Habilidad espacial
Lógica temporal
Pensamiento visual


Referencias
Renz, J.; Nebel, B. (2007). "Razonamiento espacial cualitativo utilizando cálculos de restricción" (PDF). En Aiello, M.; Pratt-Hartmann, I.; van Benthem, J. (eds.). Manual de lógicas espaciales. Springer. ISBN 9781402055867. Archivado desde el original (PDF) el 27 de junio de 2007. Recuperado el 1 de marzo de 2007.
Dong, T. (2008). "Un comentario sobre RCC: De RCC a RCC⁺⁺". Revista de Lógica Filosófica. 34 (2): 319–352. doi:10.1007/s10992-007-9074-y. JSTOR 41217909. S2CID 6243376.
Vilain, M.; Kautz, H.; van Beek, P. (1987). "Algoritmos de propagación de restricciones para el razonamiento temporal: Un informe revisado". Lecturas en razonamiento cualitativo sobre sistemas físicos. Editores de Morgan Kaufmann. ISBN 1-55860-095-7.
Dong, T. (2012). Reconociendo Entornos Variables -- La Teoría del Prisma Cognitivo. Estudios en Inteligencia Computacional. Vol. 388. Springer-Verlag, Berlín Heidelberg. ISBN 9783642240577.


Enlaces externos
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