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 .

 

Referencias

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2021 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0)

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