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4.3 El papel de la Inteligencia Artificial con los datos

Diccionario

Aprendizaje profundo

Imagen que describe una red neuronal artificial del aprendizaje profundo

Definición:

En inglés Deep Learning(DL), es un conjunto de algoritmos basados en el aprendizaje automático mediante una red neuronal artificial de múltiples capas o niveles de procesamiento no lineal, con una jerarquía que pasa la información de un nivel a otro.

Ejemplo:

El DL puede clasificar imágenes con mucha precisión porque aprende de los píxeles que contiene las imágenes con las que aprende. 

Braille

Imagen que describe el alfabeto Braille

Definición:

Es un sistema de lectura y escritura táctil diseñado para personas con discapacidad visual que utiliza seis puntos en relieve para definir cada carácter.

Ejemplo:

Las personas ciegas pueden realizar una lectura táctil gracias al alfabeto Braille. 

Generalización

Imagen de generalización de perros en el machine learning

Definición:

Capacidad del modelo de predecir el resultado a partir de unos datos aunque estos no coincidan exactamente con lo datos iniciales.

Ejemplo:

El modelo hace una generalización del rostro del perro que le permite identificar el rostro de otros perros.

Geoffrey Hinton

Imagen del rostro de Geoffrey Hinton

Definición:

Informático británico e investigador de la inteligencia artificial en el área del aprendizaje profundo y aprendizaje automático.

Ejemplo:

Geoffrey Hinton fue galardonado con el premio Turing en 2018 por su trabajo en deep learning.

Retor dice

Vamos a comprender el papel de la Inteligencia Artificial en el proceso del big data.

A continuación, encontrarás unas actividades muy interesantes.

¿No querrás perdértelas?

¡Empezamos!

1. ¿Qué es la Inteligencia Artificial y para qué sirve?

Vamos a ver una definición básica de Inteligencia Artificial y su utilidad para el Big data.

¿Qué es la IA?

La inteligencia artificial (IA) se puede definir como un programa informático diseñado para realizar operaciones que se consideran propias de la inteligencia humana.

Entre ellas destaca el autoaprendizaje o capacidad de aprender por sí mismo, haciendo que las máquinas aprendan de la experiencia, se ajusten a entradas variables y realicen tareas similares a los seres humanos.

Imagen que representa la inteligencia artificial

La inteligencia artificial funciona a través de algoritmos que actúan mediante reglas de programación y con ayuda del Machine Learning (ML) o Aprendizaje automático y las distintas técnicas ML como Deep Learning (DL) o Aprendizaje profundo.

El aprendizaje profundo hace referencia a una técnica de algorítmos que se agrupan como las redes neuronales humanas de tal forma que se consiga un análisis más profundo para el aprendizaje automático de las máquinas y un razonamiento no lineal, similar al que realizamos los seres humanos.

Importancia de la IA en la actualidad

Gracias a su exactitud y aprendizaje continuo se pueden identificar oportunidades, corregir errores de nuestros sistemas de trabajo y realizar predicciones que ayuden en la toma de decisiones. Su gran velocidad de proceso hace más eficiente cualquier proceso

Imagen que describe la importancia de la IA en el tratamiento de datos para optimizar procesos

La Inteligencia artificial ya se utiliza en numerosas aplicaciones sobre todo comerciales y de producción, incluido el procesamiento del lenguaje, el análisis de datos productivos y la automatización del tratamiento de datos.

La inteligencia artificial puede contribuir en hacer más cómoda. segura y placentera la vida de los individuos y optimizar los procesos de las empresas, mejorando así su eficiencia

Inconvenientes o desventajas de la IA

Tienen un coste económico elevado y requiere de profesionales cualificados, al tratarse de máquinas carecen de valores y sentimientos, estas máquinas podrán sustituir a los humanos que realizaban su tarea.

Imagen que describe la inteligencia artificial enfrentada al ser humano

Kardia dice ¿Quieres aprender un poco más?

Nosotros hemos encontrado algunas aplicaciones, pero la IA tiene muchas más. ¿Te atreves a investigar y a encontrarlas? Estoy segura de que tú puedes hacerlo.

¡Anímate y sorpréndete de lo que encontrarás! Pero recuerda hacer búsquedas en la red de forma responsable.

Accede a la web de lab.elmundo.es para ver el contenido de La revolución de ciencia ficción que ya está aquí.

2. Buscad aplicaciones de la Inteligencia Artificial

En el apartado anterior vimos diferentes aplicaciones de la inteligencia artificial.

Ahora te toca a ti.

Te propongo que busques en diferentes fuentes para realizar esta actividad.

Opción A: Verdadero o falso

A continuación te muestro diferentes aplicaciones de la Inteligencia Artificial.

Marca como verdaderas aquellas que sí aparecen en el vídeo.

Pregunta 1

1. Permite que podamos hablarle al móvil y que nos entienda.

Pregunta 2

2. En medicina será imprescindible el uso de Inteligencia Artificial.

Pregunta 3

3. En la búsqueda de empleo, puede ser determinante la Inteligencia Artificial

Opción B: Extraemos información del texto

Fíjate en el apartado anterior 1. Qué es la inteligencia artificial y para qué sirve, encuentra en su contenido dos aplicación de la inteligencia artificial.

Anota en tu cuaderno las dos aplicaciones que has encontrado. Aquí tienes una tabla a modo de ejemplo:

PRIMERA APLICACIÓN:
SEGUNDA APLICACIÓN:

Lumen dice ¿Necesitas ayuda con esta actividad?

Fíjate en el texto del apartado: 1. ¿Qué es la Inteligencia Artificial y para qué sirve?

Opción C: Encuentra cinco aplicaciones analizando sus repercusiones

Ahora te toca trabajar de forma individual.

Es muy sencillo, reflexiona sobre posibles aplicaciones de la Inteligencia Artificial en nuestra sociedad.

Debes anotar cinco aplicaciones que consideres interesantes. 

Además, intenta razonar las ventajas e inconvenientes, que en tu opinión, puedan generar.

¿Necesitas ayuda?

Es muy sencillo. Te recomiendo:

  1. Volver a leer los apartado anteriores, si te fijas se indican algunas aplicaciones y también algunas ventajas e inconvenientes.
  2. Accede a la web de lab.elmundo.es para ver el contenido Necesitas saber más

3. ¿Cómo funciona el reconocimiento de textos?

Imagen que representa la digitalización de textos escritosEl reconocimiento de textos consiste en extraer y analizar el texto que se encuentra en un soporte que puede ser un documento en formato de imagen.

Actualmente, la tecnología más utilizada en los sistemas de reconocimiento de texto es el Deep Learning o Aprendizaje Profundo. Pero desde hace unos años se utilizan sistemas OCR (Optical Character Reconognition, es decir, Reconocimiento Óptico de Carácter), pero ¿en qué consiste y cómo funciona?

Sistema OCR


Los sistemas OCR convierten una imagen textual de un documento de texto, manuscrito o digital, reconociendo la disposición en líneas de caracteres alfabéticos y símbolos, para producir un fichero, en que ellos son traducidos en un formato que cualquier ordenador puede editar.

Los sistemas OCR combinan un escáner óptico que copia o lee texto y un programa que puede aprovechar la inteligencia artificial (IA) para implementar métodos más avanzados de reconocimiento de caracteres.

Funcionamiento OCR

Inicialmente el sistema OCR usa un escáner para digitalizar el documento. Luego el software OCR convierte el documento en imágenes de dos colores: blanco y negro. La imagen se analiza y las áreas oscuras se identifican como caracteres que deben reconocerse y las áreas claras se identifican como fondo.

Luego, las áreas oscuras se procesan más para encontrar letras. Los programas de OCR extraen un carácter, palabra o bloque de texto a la vez. Finalmente, los caracteres se identifican utilizando uno de los siguientes dos algoritmos:

  • Reconocimiento de patrones: los programas de OCR reciben ejemplos de texto de varias fuentes y formatos que luego se utilizan para comparar y reconocer los caracteres escaneados.
  • Detección de características: los programas OCR aplican reglas con respecto a las características de una letra o número específico para reconocer caracteres en el documento escaneado. Las características podrían incluir la cantidad de líneas en ángulo, líneas cruzadas o curvas en un carácter para comparar. Por ejemplo, la letra «T» mayúscula se puede almacenar como una línea que se encuentra con otra línea horizontal en la parte superior.

Cuando se identifica un carácter, se convierte en un formato que cualquier sistemas informático pueden usar.

Ahora, tu grupo deberá:

  1. Valorar el papel del reconocimiento de textos en la sociedad.
  2. Indicar los peligros que pueden tener sistemas de reconocimiento de textos.
  3. Indicar si estáis a favor o en contra del reconocimiento de textos. No olvidéis justificar la respuesta.

Motus dice ¿Cuánto saben tus compañeras o compañeros?

En esta actividad grupal te proponemos que intentes darte cuenta de todo lo que tu equipo sabe sobre este tema.

Tener un buen equipo te ayudará a que podáis repartir las funciones en la búsqueda de información teniendo en cuenta las habilidades de cada persona.

Si no conocías este tema, no te preocupes entre todos buscaréis las respuestas.

No olvides preguntar tus dudas y escuchar a los demás.

4. Aplicaciones de la Inteligencia Artificial

A continuación te presento diferentes aplicaciones de la inteligencia artificial en las que se procesan u obtienen textos, en algunos casos directamente a partir del propio texto sobre su soporte y en otros los caracteres o textos se obtienen procesando imágenes.

Muchas de ellas te van a sorprender.

Os recomiendo anotar aquello que os parezca interesante de cada aplicación.

5. Vamos a valorar estas aplicaciones de la IA

Os propongo una actividad por grupos.

Debéis realizar un informe que deberéis presentar en clase. En el informe se analizarán dos aplicaciones del reconocimiento de texto. Podéis elegirlas de las propuestas en el apartado 4. Aplicaciones de la inteligencia artificial de esta misma página.

Debemos indicar las ventajas que ofrece y los inconvenientes que puedan ocasionar.

El trabajo lo podéis hacer en:

  • Vuestro cuaderno, haciendo vuestra propia tabla de recogida de información.
  • La tabla rellenable que encontraréis más abajo, en el botón azul.
  • En vuestro ordenador o tableta.

Recordar, es importante justificar nuestras opiniones.

Realizad un análisis comparativo y elegid la aplicación que consideréis mejor. Justificad vuestra decisión.

Tabla para analizar la primera aplicación, elegida del ejercicio anterior. En la tabla hay un espacio para anotar las ventajas y otro para los inconvenientes. Siempre justificando nuestras opiniones. Tabla para analizar la segunda aplicación, elegida del ejercicio anterior. En la tabla hay un espacio para anotar las ventajas y otro para los inconvenientes. Siempre justificando nuestras opiniones.

Tabla rellenable

Ahora podéis rellenar la tabla directamente, y haciendo clic sobre el símbolo "»" accedéis a las opciones de "Imprimir" y "Guardar".

Imagen de tabla de analizar aplicación rellenable

Clavis dice ¿Te puedo ayudar a preparar el trabajo?

Recordad que es importante tener claro lo que hay que hacer en la actividad y reflexionar sobre las habilidades que hay que poner en juego para resolverla adecuadamente.

Trabajar en grupo nos ayudará a ello. Pero debemos tener en cuenta que:

  • Debemos exponer nuestras ideas respetando la de los demás.
  • Entre todos y todas podemos mejorar el trabajo final.
  • Es importante cuidar la expresión.

Ahora ya podemos continuar.

6. ¿Cómo funciona nuestro cerebro para reconocer un texto?

Imagen que describe el cerebro de los seres humanosLa lectura de un texto no deja de ser un proceso complejo que nuestro cerebro realiza de forma automática, pero ¿cómo lo hace?

Hay muchos estudios que refuerzan la idea que nuestro cerebro reconoce las palabras tan rápido como si fueran imágenes, en realidad se descompone cada palabra en sus letras, pero no de forma secuencial (la primera letra, luego la siguiente y así sucesivamente) sino en forma paralela y a una gran velocidad, a un extremo que nos da la sensación de que leemos las palabras en forma completa.

Por eso somos capaces leer textos con palabras que tienen las letras desordenadas sin mucha dificultad. Es más importante el inicio, fin y contexto de las palabras.

Este proceso suele ser un proceso de cooperación entre el hemisferio izquierdo, donde se encuentra el proceso del lenguaje y el hemisferio derecho que trabaja de una forma más holística (considera las cosas como un todo) y menos analítica siendo capaz de ver las palabras como un todo, aunque las letras se encuentren reemplazadas por números o se encuentren desordenadas.

Muy interesante, ¿verdad?

7. Aspectos negativos de la Inteligencia Artificial

A lo largo de este apartado, hemos visto varias aplicaciones del reconocimiento de texto.

La Inteligencia Artificial está cada vez más presente en nuestras vidas y nos ayuda a tomar decisiones importantes.

Pero, seguro que pensáis que no todo es positivo.

Os invito a que veáis el siguiente vídeo:

Haz clic en el siguiente enlace para descargar la descripción del vídeo en formato texto.

Kardia dice ¿Quieres conocer Moral Machine?

Moral Machine es una plataforma donde se muestran diferentes situaciones morales, donde se analizan las decisiones tomadas por las máquinas y las personas.

Nuestras decisiones se pueden comparar con las de otras personas.

Seguro que os va a gustar.

Imagen que describe un caso de la página de Moral Machine en Internet

8. Aprendizaje automático: datos, algoritmos y aprendizaje

Seguro que conoces estos términos, pero ¿de qué manera están relacionados con el aprendizaje automático y la inteligencia artificial?

Para comprender todo esto, te propongo la siguiente situación:

Imagínate que necesitamos enseñarle a una persona el significado de la palabra elefante ya que no la conoce.

Datos

Hacen referencia a la información que le ofrecemos a la persona para que pueda aprender lo que es por ejemplo, un elefante.

Esta información podría ser a través de otras palabras que le ayuden a definir el concepto de elefante.

  • Podemos empezar por aportar datos que ofrecen información sobre el aspecto de un elefante:

Es un animal terrestre grande, mamífero y herbívoro, se alimenta de hojas, hierbas, corteza y tallos. Normalmente son de color grisáceo y se organizan en manadas de varios ejemplares.

  • Características morfológicas.

Estos datos ofrecen información sobre las características físicas del elefante. Por ejemplo: tiene una larga trompa y enormes orejas en forma de abanico. Suelen tener colmillos de marfil.

  • Otros aspectos:

Estos datos que ofrecen más información: Para algunas culturas asiáticas, el elefante es considerado un animal sagrado. Habitan en bosques o sabanas boscosas y pastizales. Emiten un potente sonido gracias a su larga trompa.

Toda esta información serían datos, seguro que tú podrías añadir algunos más.

Es lógico pensar que el aprendizaje mejorará en función del número de datos que aportamos. Por lo tanto, podemos decir que permiten "aprender" mejor a la Inteligencia Artificial, haciéndola cada vez más eficiente.

Algoritmo

El algoritmo está formado por el software encargado de relacionar todos los datos introducidos en la máquina y crear un modelo que de respuestas correctas.

Dicho de otra forma, los algoritmos son un conjunto de instrucciones de programa que van a permitir realizar una tarea determinada. En nuestro ejemplo, conseguirán que la "máquina" en función de los datos introducidos sea capaz de identificar la palabra relacionada con el texto.

Siguiendo con nuestro ejemplo, ¿qué pasará si la persona que acaba de aprender lo que es un elefante le enseñamos el texto: "emiten sonidos denominados barritos gracias a su larga nariz"?

La persona empezará a buscar similitudes con los datos que ya conoce: características físicas, morfológicas, otros aspectos, etc.

Seguramente llegará a la conclusión de que emitir un sonido denominado barrito es una de las características de un elefante.

En el caso de una máquina resulta que esta frase no coincide con ninguna de las introducidas como datos.

¿Qué ocurrirá en este caso? ¿Será capaz la máquina de identificar el texto?

La respuesta la encontramos en un concepto muy importante en la Inteligencia Artificial que es la generalización.

Gracias a la generalización, nuestro modelo será capaz de encontrar relaciones de coincidencia entre el nuevo texto y los que ya posee como datos. Seguramente la máquina nos dirá que se trata de un elefante.

Aprendizaje automático

El aprendizaje automático o Machine Learning es una rama de la Inteligencia Artificial que utilizando datos y algoritmos es capaz de imitar la inteligencia humana.

Continuando con nuestro ejemplo, vamos a analizar la siguiente palabra:

¿Qué pasará si a la persona que acaba de aprender lo que es un elefante le mostramos la frase: "el período de gestación de este animal es de casi 22 meses"?

Es posible que le cueste trabajo buscar una relación con los datos que acaba de aprender y no sepa decirnos de qué se trata. Cuando le digamos que se trata del período de gestación de un elefante, esta persona sabrá en un futuro identificar esta frase.

¿Qué pasará en el caso de una máquina?

En el caso de una máquina ocurrirá algo parecido.

El modelo no sabrá clasificar la frase como un elefante. En este caso deberemos introducir este texto como un nuevo dato para que lo clasifique como un elefante. El algoritmo deberá crear un nuevo modelo incorporando la información aportada por nosotros. La próxima vez que la máquina lea esta frase, el modelo nos dirá que se trata de un elefante.

Este proceso se conoce como: "Mahine Learning” o Aprendizaje automático.  De forma específica, este tipo de aprendizaje automático se denomina aprendizaje supervisado, ya que se parte de un conjunto de datos que contienen ejemplos de entrenamiento con etiquetas asociadas.

El algoritmo aprende la relación entre los datos suministrados y sus etiquetas o clase de textos, aplicando esa relación para clasificar nuevos datos que la máquina no ha visto antes.

Definición:

Capacidad del modelo de predecir el resultado a partir de unos datos aunque estos no coincidan exactamente con lo datos iniciales.

Ejemplo:

El modelo hace una generalización del rostro del perro que le permite identificar el rostro de otros perros.

Lectura facilitada

Datos

Vais a entender mejor la inteligencia artificial. 

Ejemplo.

  1. Imagínate que una persona no sabe el significado de la palabra elefante. 
  2. Vosotros tendréis que enseñarle lo que es un elefante.

Datos.

Los datos son información sobre una persona o una cosa.

Los datos sirven para saber cómo es una persona o cosa.

También los datos ayudan a aprender cómo son las cosas o personas.

Por ejemplo, para saber cómo es un elefante tenéis que aprender a través de información. 

Esta información puede estar en formas diferentes.

  • Imágenes.

Informan sobre cómo es ese animal por fuera.

Por ejemplo, el tamaño o color. 

  • Características morfológicas.

Informan sobre las características físicas del animal.

Por ejemplo, tiene dos ojos, dos grandes orejas y dos colmillos de marfil. 

  • Comportamiento.

Informan sobre lo que hace el animal. 

Por ejemplo, barrita y vive en manada en los bosques, sabanas o pastizales.


Todo lo que habéis visto son datos sobre el elefante. 

El aprendizaje es mejor cuantos más datos tenéis. 

La inteligencia artificial usa esos datos para mejorar su trabajo. 

Algoritmo

Un programa informático el algoritmo.

Dais al programa un conjunto de instrucciones.

Estas instrucciones sirven para que el programa haga tareas.

Ese programa relaciona los datos y crea un modelo.

Por ejemplo, la máquina podría saber qué es un elefante.

Una persona puede saber que un "sonido emitido por una larga nariz" es un elefante.

En la máquina el texto no coincide con ninguno de los datos del modelo.

Pero la máquina puede reconocer el nuevo texto.

Para reconocer la imagen usa la generalización.

La generalización de la inteligencia artificial usa datos. 

La máquina reconoce datos nuevos con datos antiguos. 

La máquina busca coincidencias entre datos. 

Después la máquina reconoce a un elefante.

Aprendizaje automático

El Aprendizaje automático se llama Machine learning.

El Machine learning imita la inteligencia humana.

Por ejemplo: el texto: el período de gestación de este animal es de casi 22 meses

Este texto no está en las características iniciales de un elefante.

Una persona puede desconocer qué es.

Cuando le decís que es un elefante ya lo aprende.

Una máquina puede no saber qué es.

El programa aprende a reconocer textos con estos pasos: 

  1. Introducir un dato.
  2. En ese dato ponéis que el texto es un elefante.
  3. El algoritmo crea un nuevo modelo.
  4. Cuando la máquina ve la imagen sabe que es un elefante.

 Este proceso se conoce como: Machine learning.

Clavis dice ¿Te resulta difícil?

No te preocupes, yo puedo ayudarte.

Es importante tener claro qué se te pide en esta tarea. Debes conocer qué son los algoritmos y los datos.

Recuerda que en la lectura Datos, Algoritmos y Aprendizaje puedes encontrar la información sobre estos términos. Repasa la lectura, fijándote en los conceptos que se trabajan. Si tienes dudas consulta con un compañera o compañero o con tu profesora o profesor.

Kardia dice ¿Te gustaría aprender algo más?

Ya me conoces, soy Kardia el motor que impulsa tu aprendizaje.

Te propongo que busques información sobre:

Imagen de Geoffrey Hinton

Definición:

Informático británico e investigador de la inteligencia artificial en el área del aprendizaje profundo y aprendizaje automático.

Ejemplo:

Geoffrey Hinton fue galardonado con el premio Turing en 2018 por su trabajo en deep learning.

9. Ordenando el proceso del Machine Learning

Antes de continuar te propongo un ejercicio muy sencillo.

Arrastra cada concepto al diagrama de bloques de la figura para que todo tenga sentido.





10. Repasamos todo lo aprendido sobre la IA

Antes de continuar es importante repasar todo lo que hemos trabajado hasta el momento sobre la IA.

Se pide que realicéis un pequeño informe sobre la Inteligencia Artificial.

El informe deberá contener la siguiente información:

  • ¿Qué es la Inteligencia Artificial?
  • Posibles aplicaciones de la Inteligencia Artificial.
  • ¿Cómo funciona la Inteligencia Artificial?
    • Importancia de los datos.
    • Función que desempeñan los algoritmos.

Recuerda que es un trabajo en equipo donde todas y todos debemos colaborar.

Clavis dice ¿Te ayudo a identificar las ideas principales y secundarias?

En esta actividad, tenéis que responder a cuestiones importantes sobre la inteligencia artificial. Para trabajar con la información que tienes vista hasta ahora y poder elegir cuál es la más importante es necesario aprender a extraer las ideas principales y secundarias de un texto. Es otro de los métodos, técnicas, “trucos” para llegar antes o de forma más fácil donde tú quieres. Esta estrategia es de ideas principales y secundarias y te facilitará comprender mejor la información, encontrar rápidamente las ideas importantes y poder compartirlas con tus compañeras y compañeros.
Para saber más sobre esta estrategia, puedes ir al siguiente enlace a la guía de la competencia de aprender a aprender.

Tómate el tiempo que necesites y recuerda que siempre puedes preguntarle al docente o a alguna compañera o compañero cuando no entiendas algo.
 
¡Ánimo, que lo harás genial!
 

11. Repasamos lo aprendido sobre el Machine Learning

Vamos a repasar los conceptos del Machine Learning.

Para ello dispones de varias opciones. Elige la que más te guste, aunque si quieres también puedes hacer las dos.

Opción A: Busca información

Esta es una actividad individual.

Busca en las lecturas anteriores el significado de los siguientes términos:

  • Datos
  • Modelo
  • Generalización

Intenta explicarlo con tus palabras.

Lumen dice ¿Necesitas ayuda con este ejercicio?

Repasa la lectura de esta página: 7. Aprendizaje automático: datos, algoritmos y aprendizaje puedes encontrar el significado de estos términos.

Opción B: Diagrama de bloques

Completa el siguiente diagrama de bloques del proceso machine learning en tu cuaderno, tableta u ordenador, indicando la función que desempeña cada uno.

Imagen que describe un diagrama de bloques del proceso del machine learning

¿Necesitáis ayuda?

Te propongo usar una estrategia de supervisión que te ayudará a aprender bien lo que estamos trabajando y podrás emplear cuando quieras aprender algo nuevo:

  1. Repasar los ejercicios anteriores, seguro que ahí encontrarás la solución.
  2. Conecta la información nueva con lo que ya sabías y con experiencias de tu vida que se parezcan.
  3. Preguntar a tus compañeras o compañeros, quizás puedan ayudarte.
  4. Si todo te falla, siempre puedes preguntar a tu profesora o profesor.