El razonamiento espacio-temporal es un área de la inteligencia artificial que se nutre de los campos de la informática , la ciencia cognitiva y la psicología cognitiva . El objetivo teórico (del lado cognitivo) implica representar y razonar el conocimiento espacio-temporal en la mente. El objetivo aplicado (del lado informático) implica desarrollar sistemas de control de alto nivel de autómatas para navegar y comprender el tiempo y el espacio.
Un resultado convergente en 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 las relaciones de distancia. Las relaciones internas entre los tres tipos de relaciones espaciales se pueden explicar computacional y sistemáticamente 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 distancia: el hecho de que tú estés frente a mí puede interpretarse como que estás más cerca de mi lado 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 largo conectado contigo y conmigo simultáneamente.
Sin abordar las relaciones internas entre las relaciones espaciales, los investigadores de IA aportaron muchas representaciones fragmentarias. Entre los ejemplos de cálculos temporales se 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 flip-flop de Ligozat, varios cálculos de conexión de regiones (RCC) y el álgebra de relación 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 , que se basa en abstracciones cualitativas de aspectos temporales y espaciales del conocimiento de fondo de sentido común en el que se basa nuestra perspectiva humana de la realidad física. Metodológicamente, los cálculos de restricción cualitativos restringen el vocabulario de las ricas teorías matemáticas que tratan con entidades temporales o espaciales, de modo que los aspectos específicos de estas teorías pueden tratarse dentro de fragmentos decidibles con lenguajes cualitativos (no métricos ) simples. A diferencia de las teorías matemáticas o físicas sobre el espacio y el tiempo, los cálculos de restricción cualitativos permiten un razonamiento bastante económico sobre entidades ubicadas en el espacio y el tiempo. Por esta razón, la expresividad limitada de los cálculos de formalismo de representación cualitativo es un beneficio si dichas tareas de razonamiento necesitan integrarse en aplicaciones. Por ejemplo, algunos de estos cálculos pueden implementarse para manejar consultas SIG espaciales de manera eficiente y algunos pueden usarse para navegar y comunicarse con un robot móvil .
La mayoría de estos cálculos se pueden formalizar como álgebras relacionales abstractas , de modo que el razonamiento se puede llevar a cabo a nivel simbólico. Para calcular soluciones de una red de restricciones, el algoritmo de consistencia de trayectorias es una herramienta importante.
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