Razonamiento espacio-temporal

El razonamiento espacio-temporal es un área de la inteligencia artificial que se nutre de la informática , la ciencia cognitiva y la psicología cognitiva . El objetivo teórico —desde el punto de vista cognitivo— consiste en representar y razonar el conocimiento espacio-temporal. El objetivo aplicado —desde el punto de vista computacional— consiste en desarrollar sistemas de control avanzados para autómatas que permitan navegar y comprender el tiempo y el espacio.

Un resultado convergente en la psicología cognitiva es que la relación de conexión es la primera relación espacial que adquieren los bebés humanos, seguida de la comprensión de las relaciones de orientación y de distancia. Las relaciones internas entre los tres tipos de relaciones espaciales pueden explicarse de forma computacional y sistemática dentro de la teoría del prisma cognitivo de la siguiente manera:

1. La relación de conexión es primitiva;
2. Una relación de orientación es una relación de comparación de distancias: el hecho de que estés delante de mí puede interpretarse como que estás más cerca de mi parte frontal que de mis otros lados;
3. Una relación de distancia es una relación de conexión que utiliza un tercer objeto: el hecho de que tú estés a un metro de mí puede interpretarse como un objeto de un metro de longitud conectado contigo y conmigo simultáneamente.

Sin abordar las relaciones internas entre las relaciones espaciales, los investigadores de IA aportaron numerosas 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 destacados son los cálculos mereotopológicos , el cálculo de direcciones cardinales de Frank , el cálculo de doble cruz de Freksa, los cálculos de 4 y 9 intersecciones de Egenhofer y Franzosa , el cálculo de flip-flop de Ligozat , varios cálculos de conexión de regiones (RCC) y el álgebra de relaciones de puntos orientados.

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

En la literatura se ha hecho hincapié en el razonamiento espacio-temporal cualitativo , basado en abstracciones cualitativas de los aspectos temporales y espaciales del conocimiento de sentido común sobre el que se fundamenta nuestra perspectiva humana de la realidad física. Metodológicamente, los cálculos de restricciones cualitativas limitan el vocabulario de las complejas teorías matemáticas que tratan entidades temporales o espaciales, de modo que aspectos específicos de estas teorías pueden abordarse mediante fragmentos decidibles con lenguajes cualitativos sencillos (no métricos ).

A diferencia de las teorías matemáticas o físicas sobre el espacio y el tiempo, los cálculos de restricciones cualitativas permiten un razonamiento relativamente sencillo sobre entidades ubicadas en el espacio y el tiempo. Por esta razón, la expresividad limitada de los cálculos del formalismo de representación cualitativa resulta ventajosa si es necesario integrar este tipo de razonamiento en aplicaciones. Por ejemplo, algunos de estos cálculos pueden implementarse para gestionar consultas SIG espaciales de forma eficiente, y otros pueden utilizarse para la navegación y la comunicación con un robot móvil .

La mayoría de estos cálculos pueden formalizarse como álgebras de relaciones abstractas , de modo que el razonamiento pueda realizarse a nivel simbólico . Para calcular soluciones de una red de restricciones , el algoritmo de consistencia de caminos es una herramienta importante.

• GQR , solucionador de redes de restricciones para cálculos como RCC-5, RCC-8, álgebra de intervalos de Allen, álgebra de puntos, cálculo de direcciones cardinales, etc.
• qualreas es un marco de trabajo en Python para el razonamiento cualitativo sobre redes de álgebras de relaciones, como RCC-8, el álgebra de intervalos de Allen y el álgebra de Allen integrada con puntos temporales y situada en el tiempo de ramificación izquierda o derecha.

• corteza cerebral
• razonamiento de sentido común
• Razonamiento diagramático
• Habilidad espacial
• Lógica temporal
• Pensamiento visual

• Renz, J.; Nebel, B. (2007). «Razonamiento espacial cualitativo mediante cálculos de restricciones» (PDF) . En Aiello, M.; Pratt-Hartmann, I.; van Benthem, J. (eds.). Manual de lógicas espaciales . Springer. ISBN 9781402055867. Archivado del original (PDF) el 27-06-2007 . Consultado el 01-03-2007 .
• Dong, T. (2008). " Un comentario sobre RCC: De RCC a RCC⁺⁺". Journal of Philosophical Logic . 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 sobre razonamiento cualitativo acerca de sistemas físicos . Morgan Kaufmann Publishers. ISBN 1-55860-095-7.
• Dong, T. (2012). Reconociendo el entorno variable: la teoría del prisma cognitivo . Estudios en inteligencia computacional. Vol. 388. Springer-Verlag, Berlín Heidelberg. ISBN 9783642240577.

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