Modelos probabilsticos IA del
procesamiento de lenguaje natural en
conversaciones de personas contagiadas
con Covid-19
Probabilistic AI models of natural language processing in conversations
of people infected with Covid-19
Modelos
probabilsticos de IA de processamento de linguagem natural em conversas de
pessoas infectadas com
Covid-19
Correspondencia: Lady_tapia@hotmail.com
Ciencias
de la Salud
Artculos
de investigacin
*Recibido: 16
de julio de 2021 *Aceptado: 30 de agosto
de 2021 * Publicado: 08 de septiembre
de 2021
I.
Magster en Sistemas
de Informacin Aplicada; Magster Universitario en ingeniera de software y sistemas
informtico, Guayaquil, Ecuador.
II.
Ingeniero en Sistemas
Informticos; Magister Universitario en ingeniera de software y sistemas
informtico; Docente Universidad Tcnica Luis Vargas Torres de Esmeraldas.
III.
Magster en Sistemas
de Información Gerencial; Magister en Docencia
y Gerencia en Educación Superior; Diploma
Superior en Diseño Curricular por Competencias;
Ingeniera en Computación; Docente Universidad
de Guayaquil, Guayaquil, Ecuador.
IV.
Magster en Sistemas
de Información Gerencial; Magister en Administración de Empresas; Ingeniero en Computación; Docente Universidad de Guayaquil,
Guayaquil, Ecuador.
Resumen
El Procesamiento del
Lenguaje Natural que en ingls se lo identifica como NLP es una de las ramas de
la Inteligencia Artificial, donde los ordenadores son programables para simular
la comunicacin entre la mquina y la lengua humana, en nuestro caso se pretendi
ofrecer un aplicativo que realice una conversacin textual mvil dirigido a un
sector vulnerable de la zona 8 en vista que existe la necesidad de otorgar
informacin de buenos hbitos de higiene cuando se encuentran con covid-19, sobre el dimensionado o sub
dimensionado con la ambiguedad del lenguaje an es un
gran problema de tratar sin embargo en
el planteamiento actual se enfatiza el
avance de resultados de la primera fase de la investigacin, teniendo como
objetivo la identificacin de los modelos para lenguaje de procesamiento
natural en las conversaciones textuales
de personas contagiadas de covid-19, en ello se presenta tablas comparativas,
donde se aplic una metodologa de un mtodo de la recopilacin documental, una
revisin de anlisis de los diferentes modelos para ese procesamiento de
lenguaje natural, conociendo donde el lenguaje puede ser tratada por el
dispositivo mvil, de esta manera el resultado de reconocer
fue la combinacin de varios modelos del TRIGRAN y el perplejidad, que
permiten la probabilidad estimada de una secuencia de palabras, la cual nos
optimiza el tiempo de respuesta del mismo ya que calcula la probabilidad
condicionada, disminuyendo la confusin del texto, con la aplicacin de un
corpus de entrenamiento.
Palabras claves: Procesamiento de
lenguaje natural; corpus; modelo para nlp; trigram; perplejidad.
Abstract
The Natural Language
Processing that in English is identified as NLP is one of the branches of
Artificial Intelligence, where computers are programmable to simulate the
communication between the machine and the human language, in our case it was
intended to offer you an application that performs a mobile text conversation
directed to a vulnerable sector of zone 8 in view of the need to provide
information on good hygiene habits when they encounter covid-19, on the
dimensioning or undersizing with the ambiguity of the
language is still a great However, the current approach emphasizes the
advancement of the results of the first phase of the research, aiming at the
identification of models for natural processing language in the textual
conversations of people infected with covid-19. Comparative tables are
presented, where a methodology of a document collection method was applied.
Thus, a review of the analysis of the different models for that natural
language processing, knowing where the language can be treated by the mobile
device, in this way the result of recognizing was the combination of several
models of TRIGRAN and perplexity, which allow the estimated probability of a
sequence of words, which optimizes its response time since it calculates the
conditional probability, reducing the confusion of the text, with the
application of a training corpus.
Keywords: Natural language processing; corpus; model for
nlp; trigram; perplexity.
Resumo
O Processamento
de Linguagem Natural que em ingls identificado
como PNL um dos ramos da Inteligncia Artificial, onde os computadores so programveis
para simular a comunicao
entre a mquina e a linguagem
humana, no nosso caso pretendia-se oferecer um aplicativo que realizasse um mobile conversa de texto dirigida a um setor vulnervel da zona 8 tendo em vista a necessidade de fornecer informaes sobre bons hbitos de higiene quando se deparam com covid-19, sobre o dimensionamento ou subdimensionamento com a ambigidade
da lngua ainda um grande. No entanto, a abordagem atual enfatiza o avano dos resultados da primeira fase da pesquisa, visando a identificao de modelos de processamento natural
da linguagem nas conversas textuais de pessoas infectadas com covid-19.
So apresentadas tabelas comparativas, onde foi aplicada uma
metodologia de mtodo de coleta de documentos . l, uma reviso da anlise dos diferentes modelos para aquele processamento de linguagem
natural, sabendo onde a linguagem pode ser tratada pelo
dispositivo mvel, desta forma o resultado do reconhecimento foi a combinao de vrios modelos de TRIGRAN e perplexidade,
que permitem a probabilidade estimada de uma sequncia de palavras, o que otimiza seu tempo de resposta, pois calcula a probabilidade condicional, reduzindo a confuso do texto, com a aplicao de um corpus de treinamento.
Keywords: Processamento de linguagem natural; corpus; modelo
para nlp; trigrama; perplexidade.
Introduccin
En 1940 inici su
funcionamiento la primera bomba criptolgica inglesa
en Bletchley Park, inventada por Allan Turing, llamada el Proyecto Ultra o Bomba de Turing, con la cual se logr interpretar los mensajes
cifrados por la marina alemana quienes aplicaban el esquema de cifrado Enigna con la variante delfn, la cual fue de mucha ayuda
en la segunda guerra mundial (Morales-Luna, 2013), luego de varios
acontecimientos referentes a la relacin del lenguaje y el pensamiento, la
teora de Chomsky emitida en 1957 segn el enfoque lingstico, permanece
vigente a pesar de sus detractores, ya que en los ltimos 60 aos ha sido uno
de los fundamentos acadmicos ms importantes para comprender la mente, y es
actualmente contina siendo una de las explicaciones ms influyentes sobre cmo
los seres humanos adquirimos, y producimos el lenguaje. (Birchenall & Mller, 2014)
El entendimiento del
lenguaje, y su correspondiente procesamiento de textos de forma conversacional ha sido un problema de
investigacin desde los aos 50s hasta la actualidad, sin embargo hoy en da se
cuenta con la rama de la Inteligencia Artificial (IA), denominada Procesamiento
de Lenguaje Natural (PLN, o NLP en ingls), la cual se espera permita impulsar
la lingstica computacional aplicada en lenguaje verbal y/o en lenguaje
textual.
En la actualidad existen
dos grandes desafos al momento de procesar textos, los cuales son:
La ambigedad y
La dimensionalidad
del lenguaje
Estos aspectos hacen
que el proceso de NLP se transforme en un problema complejo, puesto que la
combinacin entre Ciencia de Datos y
Lingstica Computacional.
Mientras que la
Ciencia de Datos permite recopilar, analizar, deducir informacin, apoyada en
el aprendizaje automtico, la lingstica computacional permite la comprensin
y la elaboracin de contenidos en lenguajes nativos. Ambos componentes tornan
compleja la bsqueda de un modelo que sea el ms adecuado para el
procesamiento, interpretacin y utilizacin automatizada del Lenguaje. (Egea,
2019)
El presente trabajo,
busca realizar la revisin de modelos disponibles en PLN, con la finalidad de
identificar el algoritmo, tcnica y entrenamiento adecuados, disponibles en las
tcnicas de machine learning, enfocados al anlisis del lenguaje textual.
Por otra parte, entre
los niveles del procesamiento de Lenguaje Natural se tiene el morfolgico,
sintctico, semntico, pragmtico. Se
revis el desarrollo de cada uno as como la clasificacin de NLP, dos modelos
son esenciales en el procesamiento de lenguaje natural, el lgico (basado en
gramtica) y el probabilstico (basado en los datos) (Egea, 2019).
En este documento se
desarrolla en el estudio de los datos en el anlisis de un corpus, es decir en
el modelo para NLP probabilstico, para ello es fundamental tomar el lenguaje
como objeto de estudio y la comprensin del mismo como un proceso complejo en
que intervienen gigantes cantidades de datos, en los que se descubrirn
contenidos mediante mecanismos de tratamientos variados. Se procesarn
conversaciones textuales relacionadas a la pandemia covid-19 en Ecuador, con el
modelo identificado aplicable a NLP.
Esta primera etapa de la investigacin busca establecer el punto de
partida para la fase 2, en la que se propone implementar un algoritmo mejorado
con agentes virtuales optimizados utilizables en dispositivos mviles (Guaman et al., 2020).
Como parte de la
primeras actividades se encuentra la de generar, conseguir o seleccionar el Dataset adecuado basado en conversaciones textuales
obtenidas de ecuatorianos que fueron contagiados por Covid-19, por tal razn se
ha considerado varias estrategias para la obtencin de esa data, entre ellas se
ha optado por la utilizacin de las bondades disponibles en redes sociales, en
este estudio se eligio twitter,
empleada en otras investigaciones por la disponibilidad la API de Twitter utilizable desde programas creados en Python o R, que permiten la contar con una interfaz que
apoya al proceso ETL (Twitter, 2017). al permitir
contar con la etapa de Extraccin (E) o toma de conversaciones, viabilizando
as la posterior etapa que consiste en el tratamiento o transformacin (T) de
la data y carga (L de Load) al repositorio de destino (Mutlu
et al., 2020).
Fundamentos de la Inteligencia Artificial
Entre los
acontecimiento ms relevantes de la evolucin de la IA se identifican los
siguientes:
Orgen IA en la Filosofa (428 a.C)
La formulacin del
conjunto de precisin de leyes que explicaban la parte racional de la
inteligencia fue de Aristteles entre los 384-322 a.C.
La formulacin
informal para razonar acertadamente con silogismo comprende en la argumentacin
estructurada, puesto que antes del siglo 19 era por conclusiones, por premisas.
Por lo que Ramn Lull dio a conocer que ese
razonamiento (Surez, 2014) funcionaba mejor a travs del uso de medios artificiales.
Segn
Orozco-Echeverri(2009), indic que Thomas Hobbes seal como propuesta que el
razonamiento era la computacin numrica. Incluso Leonardo da Vinci (Valencia
Giraldo, 2000) solo dise una calculadora mecnica donde en la actualidad se
ha demostrado que era funcional ya que alrededor de 1623 se construyo
la maquina calculadora por Wilhelm Schickard pero la pascalina fue creada en 1642 por Blaise Pascal (Reckoner, 1930), en esa poca Gottfried Wilhelm Libniz cre el dispositivo mecnico la cual posea limitaciones.
Entre los aos 1596 a
1650 surge la primera discusin clara acerca de la diferencia entre la mente y
la materia (Russell, 2004), adems de
los problemas que suscitan, en aquella poca se deca que los pensamientos eran
gobernados, por lo cual en el transcurso del tiempo se presentan discusiones
como:
El Dualismo
El Materialismo
El Movimiento Emprico
La Induccin
El Positivismo Lgico
Las Sentencias de Observacin
La Teora de Conformacin
Luego del concepto de
la lgica aparece el pensamiento del primer algoritmo, aunque en la lgica de
primer orden no era posible capturar principios de induccin matemtica de la
caracterizacin de los nmeros naturales debido a que el teorema de la incompletitud demostr las propiedades de los nmeros
naturales (Da Silva, 2014).
Por otra parte,
aparecen las Aseveraciones Verdaderas las cuales sostienen que no era posible
decidir la validez de algunas funciones con nmeros enteros indicando que no es
posible ser representada por algoritmos, por tal razn esas funciones que son
realizadas con nmeros enteros no permitan calcular por lo que esta situacin
llev a Alan Turing (1912-1954) a tomar en cuenta caractersticas que conlleven
a las funciones a ser caracterizadas, a raz de esta idea surge la mquina de Turing en 1936, la cual era capaz de realizar los clculos
de funciones computables. El creador de la mquina indic con frontalidad que
la mquina no poda decidir por lo que surgi la nocin de intratabilidad, en
1971 surge la teora de la NP-completitud generada por Steven Cook (Vanoye, 2008).
En el ao 1929 aparece
la tercera aportacin de las matemticas a la IA, la teora de la probabilidad
por Geolamo Cardano, siendo
el primero en proponer la idea en el mundo de las matemticas (Pellicer, 2007).
En la economa el
pensamiento surgi (Smith, 1776) en la que se combina la teora de la decisin
con la teora de la probabilidad, en aquella poca era tan emocionante
realizarla para luego adecuarla con la teora de los juegos.
La aparicin de la
neurociencia en el ao 1861, enfocado o apoyado el estudio del sistema
neurolgico en especial del cerebro.
En cambio en el ao de
1879 aparece la psicologa cientfica por el alemn Hermann
Von (Abrego Almazn et al., 2017)
En los aos de 1940
aparece la ingeniera computacional, donde se conoce que para ello se necesita
combinar el artefacto y la inteligencia, lo que sera llamado el ordenador, el
cual fue empleado en la segunda guerra mundial constituyndose en el primer
computador operacional de los 40s con la finalidad de descifrar mensajes
alemanes.
Claro est que antes
de la aparicin de computadoras ya haban dispositivos creados para realizar
clculos, la aparicin de mquinas automticas, programables puede remontarse a
1805 donde se crea una mquina para la elaboracin de un telar, en 1822 tenemos
la mquina diferencias y 1837 la mquina analtica ambas propuestas de Babbage
(Giudice, 2001) (Merodio,
2020), en los recientes aos por su parte la Inteligencia Artificial ha
proporcionado ayuda a los seres humanos en mltiples frentes o disciplinas, una
de ellas es su presencia en los sistemas operativos con IA, los lenguajes de
programacin con IA, Asistentes Virtuales, Seguridad, Reconocimiento de imgenes en fotos, videos,
entre otras numerosas aplicaciones (Libertad Digital, 2018) (ENAE, 2021).
En el ao 1948 donde Norbert Wiener plante la teora de control y
retroalimentacin, dando paso a la ciencia de la ciberntica, plasmando sus
ideas en la creacin de la primera mquina autocontrolada.
En el ao 1957 algunos
autores demostraron inters por el estudio del Aprendizaje del Lenguaje, entre
ellos Chomsky quien propone un estudio a travs del enfoque lingstico, cuyos
inicios se remontan a los modelos sintcticos de la lingstica de Panini en el ao 350 a.C.
Origen del Procesamiento de Lenguaje Natural (PLN o NLP)
En el ao de 1957 se
present la complejidad del entendimiento del lenguaje, se encontr lo
complicado que era comprender el contexto con el contenido de la materia. Por
tal razn el nacimiento del Procesamiento de Lenguaje Natural est bajo la
lingstica computacional o procesamiento del lenguaje natural (Gomez, 2019).
Est en el rea
multidisciplinaria de la lingstica computacional contiene clasificaciones
como son:
La Comprensin del Lenguaje Natural con sus
siglas en ingls NLU
La Generacin del Lenguaje Natural con sus
siglas en ingls es NLG
Definicin
Procesamiento de Lenguaje Natural (PLN o NPL)
En los aos 60
revoluciono la curiosidad del contenido llamado lingstica de corpus
(Domnguez Burgos, 2002). Recordando que Eliza fue uno de los programas con la
capacidad de realizar conversaciones de forma muy limitada con personas.
Existen algunas
definiciones de procesamiento de Lenguaje Natural, que se presentaron en los aos 2000, una de
ellas indica que el NPL es parte de la Inteligencia Artificial, y un rea de la
Lingstica Computacional, la cual permite el estudio de la comunicacin entre
el humano y la mquina (Borja, 2020)
Otra definicin indica que el lenguaje Natural est
conformado por palabras, reglas sintcticas, semnticas por el sonido de la
voz, gestos que permite la comunicacin de los humanos (Borja, 2020)
Modelos para PLN
Existe mucha
informacin de la Inteligencia Artificial, hoy en da an se est investigando
distintas ramas de la misma, entre ellas el
Procesamiento de Lenguaje Natural, sobre todo por los dos grandes
problemas que este procedimiento conlleva, los cuales son la ambigedad y la dimensionalidad de los textos. Es por ello que para lograr
llegar a un entrenamiento es importante conocer bajo qu modelo se realizara
el procesamiento, en este trabajo se reviso 2 modelos
muy utilizados (Gomez, 2019) en diversas aplicaciones mismos que se menciona
a continuacin:
Modelos Lgicos
Modelos Probabilsticos
Estos modelos son
tomados desde el conocimiento matemtico, esto implica que es necesario tener
claro los beneficios de cada modelo para realizar el anlisis y por supuesto el
tratamiento del lenguaje. En particular el desarrollo de este artculo se enfoco en el estudio del modelo probabilstico.
Modelo lgicos
En los aos 70 se
presentaron varias propuestas de
arquitecturas, entre ellas el modelo de MArkov
Ocultos (MMO) el cual ha tomado importancia por su interesante teora
matemtica, manteniendo la significancia por varias dcadas (Angela A, 2018)
Por su parte surgen
los modelos gramaticales, propuestos por lingistas expertos quienes fueron los
creadores con base a determinadas formas gramaticales, extrayendo
caractersticas del mundo en modelo conceptual a un lenguaje lgico (Contreras,
2001).
Modelos probabilstico
Son mencionados como
basados en corpus, basndose en datos, donde su esencia es el anlisis de la
informacin recopilada lingsticamente, se pueden tomar de muchas formas como
las grabaciones, registros, en la actualidad son tomados desde las
conversaciones de las redes sociales, un conjunto infinitos de enunciados
gramaticalmente, donde sus trminos, reglas gramaticales, fonemas, palabras,
frases etc, donde ese lenguaje es tomado para
encontrar un algoritmo que determine a qu grupo pertenece el lenguaje, es
decir que reconozca el lenguaje.
Para ello se es
empleada con la utilizacin de estructura gramaticales, que pueden ser de forma
secuencial como de pares o de tros, aqu tambin se incluyen la estadstica
del uso de la regla de gramtica. A continuacin se presenta el enfoque de los
diferentes algoritmos probabilsticos
N-gram
Unigram
Bigram
Trigram
El modelo N-gram formado por n palabras seguidas integradas en el
corpus
Conversaciones de Covid-19 con personas contagiadas
El gobierno
ecuatoriano declar el estado de excepcin en el mes de marzo del ao 2020, con
la finalidad de confinar a los ciudadanos o no ciudadano del Ecuador, debido al
virus declarado en pandemia porque la contaminacin que era a nivel mundial,
para nadie ha sido sorpresa los momentos difciles que vivi cada familia, cada
clase social, y de los diferentes sectores, aunque en la economa del sector productivo
de alimentos se benefici por el momento presentado.
Las conversaciones se
dieron por mensajeras, por llamadas a voz, incluso resalt el uso de las redes
sociales como el tweeter.
Mtodo
Para lograr
identificar el modelo para el procesamiento de datos como fase 1 de la investigacin se tuvo la
necesidad de la recopilacin de fuentes bibliogrficas, artculos, revistas,
realizando una serie de actividades para la obtencin de un cuadro comparativo.
Dentro de ellas se considera una 3 momentos de la FASE 1 que se detalla a
continuacin:
Desarrollo de la FASE 1
Momento 1: Creacin de espacio cluster
que se podr reconectar todo el equipo investigador, con la ayuda de los
contenido de la revista, ayudar alimentar el espacio de artculos, revistas,
acadmicas, la cual son revisadas, evaluadas y seleccionadas todos aquellos
contenidos de mayor relevancias, esa preparacin de vital importancia para la
consecucin de la investigacin, obteniendo la tabla comparativa de los dos
diferente modelos para PLN.
Momento 2: Creacin del pre-procesamiento de datos,
antes de la realizacin del estudio de conversaciones textuales de personas
contagiadas de covid-19, se cre el OBJETIVO de proyecto, muy vital para este
momento. Una vez teniendo la informacin textual de los ecuatorianos
desde las redes sociales, eso permiti la creacin de una mini data set que
permitir realizar el entrenamiento con el modelo escogido para PLN.
Momento 3: La obtencin de resultados, se crean las
tablas comparativas en base a los momentos anteriores pero de los diferentes
algoritmos.
El desarrollo del
momento 1 no present problema porque contamos con un equipo de buen
conocimiento a la informtica, la creacin de un espacio que se pueda abarcar,
crear una base donde est la recoleccin de diferentes fuentes de informacin,
desde los aos iniciales del procesamiento de lenguaje natural hasta en los
aos actuales, la herramienta permite la interaccin con cada uno de los
investigadores.
Se presenta una tabla
comparativa entre modelos (Ochoa, 2009)
de los dos modelos para PLN que en la seccin superior se transcribi con (Dahl, n.d. 2010) y (Cerezo,
2020).
Figura 1: Conceptos
comparativos de los diferentes modelos para PLN
En el desarrollo del
momento 2, se consider un orden a tomar para llegar a lo deseado, por lo que
es importante respetar el anlisis de lo que se va a requerir, en este caso lo
primero es tener claro el objetivo del proyecto para llegar a un pre
procesamiento de datos, como segundo orden es la elaboracin de preguntas que
en este caso sera utilizar la herramienta de investigacin de formularios como
tercer caso es la recoleccin de informacin para que finalmente los datos sean
tratados y pre procesados como primera toma que fue aproximadamente ms de 138
personas encuestadas.
Figura 2: Datos para ser pre procesados
Desarrollo del momento 3, una vez revisado, analizado en un nivel de
exhaustividad intermedia se obtiene una tabla de los diferentes modelos para
PLN entre (Alberich, 2007), (Cortez, n.d, 2012.), y (Velzquez, 2001) que se presenta
a continuacin:
MODELO |
NOMBRE |
DESCRIPCION |
|
Probabilistico |
Modelos n-gram |
El modelo de lenguaje para la
prediccin de palabras usa las N-1 palabras anteriores para predecir la
siguiente. Donde la memoria N define el nmero de probabilidades a ser
estimadas (= |V|N ), valores bajos de N son requeridos para obtener suficiente
precisin dado un conjunto limitado de entrenamiento. |
|
Tabla 2 Continuidad comparativa
de los algoritmos del modelo probabilstico
MODELO |
NOMBRE |
DESCRIPCION |
Probabilistico |
Modelo unigram |
Se coloca una probabilidad P(w) a
cada palabra del lxico donde el modelo aduce que las palabras estn elegidas independientemente, as que la probabilidad de
una secuencia es el producto de la probabilidad de sus palabras dada por
π P(wi). Se utiliza de manera aislada
con poca frecuencia, debido a que la restriccin de la probabilidad de una
palabra no es muy til por si sola. |
Probabilistico |
Modelo bigram |
Se asigna una probabilidad πP(wi/wi-1) a cada palabra dependiendo de la otra palabra
anterior. Un modelo n-gram condiciona una palabra
a las N - 1 anteriores, asignando una probabilidad: πP(wi/wi-(i-1)...wi-1), est basado en la aproximacin de que una palabra es
estadsticamente dependiente de la palabra temporal anterior. Adems se los utiliza para
reconocer el habla. |
Probabilistico |
Modelo trigram |
Llamados trigramas, son un caso
especial del N-gram, donde N es 3. Usualmente se
usan en el procesamiento del lenguaje natural para hacer el anlisis
estadstico de los textos, son modelos utilizados para el reconocimiento del
habla |
PROBABILISTICO |
Perplejidad |
Es la probabilidad que tiene el
conjunto de prueba, normalizada por la cantidad de palabras. Disminuir la perplejidad de un modelo
es igual a maximizar su probabilidad total. |
En vista que se tomar una dataset con los datos recopilados de conversaciones
textuales, el proceso indica que luego esa informacin son clasificados para el
modelamiento, ya que sern analizados estadsticamente en el habla escrito, o
sea por el pensamiento, se sugiere tomar el modelo trigram y
perplejidad en las pruebas de investigacin de los diferentes entrenamiento.
Resultados
Despus de las
revisiones medianamente exhaustivas de las diferentes fuentes de informacin ya
sea de hace ms de 10 aos atrs como de aos recientes, se encontr que an
existe la problemtica del manejo de texto por su ambigedad y su dimensionalidad. Por tal razn tener claro la funcionalidad
probabilstica de los diferentes modelos para PLN fue esencial, dando a conocer
que existe modelo n-gram, unigram,
bigram, trigram y el
de perplejidad. Esto se aplicara
en un anlisis estadstico, en datos que fueron tomados de la data set de
ms de 138 personas que compartieron sus
experiencias cuando fueron contagiados con covid-19 .
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