Finding optimal alternatives based on efficient comparative preference inference

Choosing the right or the best option is often a demanding and challenging task for the user (e.g., a customer in an online retailer) when there are many available alternatives. In fact, the user rarely knows which offering will provide the highest value. To reduce the complexity of the choice process, automated recommender systems generate personalized recommendations. These recommendations take into account the preferences collected from the user in an explicit (e.g., letting users express their opinion about items) or implicit (e.g., studying some behavioral features) way. Such systems are widespread; research indicates that they increase the customers' satisfaction and lead to higher sales. Preference handling is one of the core issues in the design of every recommender system. This kind of system often aims at guiding users in a personalized way to interesting or useful options in a large space of possible options. Therefore, it is important for them to catch and model the user's preferences as accurately as possible. In this thesis, we develop a comparative preference-based user model to represent the user's preferences in conversational recommender systems. This type of user model allows the recommender system to capture several preference nuances from the user's feedback. We show that, when applied to conversational recommender systems, the comparative preference-based model is able to guide the user towards the best option while the system is interacting with her. We empirically test and validate the suitability and the practical computational aspects of the comparative preference-based user model and the related preference relations by comparing them to a sum of weights-based user model and the related preference relations. Product configuration, scheduling a meeting and the construction of autonomous agents are among several artificial intelligence tasks that involve a process of constrained optimization, that is, optimization of behavior or options subject to given constraints with regards to a set of preferences. When solving a constrained optimization problem, pruning techniques, such as the branch and bound technique, point at directing the search towards the best assignments, thus allowing the bounding functions to prune more branches in the search tree. Several constrained optimization problems may exhibit dominance relations. These dominance relations can be particularly useful in constrained optimization problems as they can instigate new ways (rules) of pruning non optimal solutions. Such pruning methods can achieve dramatic reductions in the search space while looking for optimal solutions. A number of constrained optimization problems can model the user's preferences using the comparative preferences. In this thesis, we develop a set of pruning rules used in the branch and bound technique to efficiently solve this kind of optimization problem. More specifically, we show how to generate newly defined pruning rules from a dominance algorithm that refers to a set of comparative preferences. These rules include pruning approaches (and combinations of them) which can drastically prune the search space. They mainly reduce the number of (expensive) pairwise comparisons performed during the search while guiding constrained optimization algorithms to find optimal solutions. Our experimental results show that the pruning rules that we have developed and their different combinations have varying impact on the performance of the branch and bound technique

Arquitectura de Comportamientos Reactivos para Agentes Robóticos basada en CBR

En los últimos tiempos se ha demostrado la importancia del aprendizaje en la Inteligencia humana, tanto en su vertiente de aprendizaje por observación como a través de la experiencia, como medio de identificar situaciones y predecir acciones o respuestas a partir de la información adquirida. Dado este esquema general de la Inteligencia Humana, parece razonable imitar su estructura y características en un intento por diseñar una arquitectura general de inteligencia aplicada a la Robótica. En este trabajo, inspirados por las teorías de Hawkins en su obra On Intelligence, hemos propuesto una arquitectura jerárquica de inteligencia en el que los diversos módulos se implementan a partir de Razonamiento basado en Casos ¿Case Based Reasoning (CBR)¿, una herramienta de IA especialmente apta para la adquisición de conocimiento a través del aprendizaje y para la predicción basada en similitud de información. Dentro de esta arquitectura la presente tesis se centra en las capas inferiores, las de tipo reactivo, expresadas en forma de comportamientos básicos, que implementan conductas sencillas pero indispensables para el funcionamiento de un robot. Estos comportamientos han sido tradicionalmente diseñados de forma algorítmica, con la dificultad que esto entraña en muchos casos por el desconocimiento de sus aspectos intrínsecos. Además, carecen de la capacidad de adaptarse ante nuevas situaciones no previstas y adquirir nuevos conocimientos a través del funcionamiento del robot, algo indispensable si se pretende que éste se desenvuelva en ambientes dinámicos y no estructurados. El trabajo de esta tesis considera la implementación de comportamientos reactivos con capacidad de aprendizaje, como forma de superar los inconvenientes anteriormente mencionados consiguiendo al mismo tiempo una mejor integración en la arquitectura general de Inteligencia considerada, en la cual el aprendizaje ocupa el papel principal. Así, se proponen y analizan diversas alternativas de diseño de comportamientos reactivos, construidos a través de sistemas CBR con capacidad de aprendizaje. En particular se estudia i) la problemática de selección, organización, y representación de la información como recipiente del conocimiento de los comportamientos;ii) los problemas asociados a la escalabilidad de esta información; iii) los aspectos que acompañan al proceso de predicción mediante la recuperación de la respuesta de experiencias previas similares a la presentada; iv) la identificación de la respuesta no solo con la acción a tomar por parte del comportamiento sino con un concepto que represente la situación presentada; y v) la adaptación y evaluación de la respuesta para incorporar nuevas situaciones como nuevo conocimiento del sistema. También se analiza la organización de comportamientos básicos que permite obtener, a través de sus interacciones, comportamientos emergentes de nivel superior aún dentro de un alcance reactivo. Todo ello se prueba con un robot real y con un simulador, en una variante de un escenario de aplicación clásico en Robótica, como es la competición Robocup. La elaboración de esta tesis ha supuesto, además de los aspectos puramente investigadores, un esfuerzo adicional en el desarrollo de las herramientas y metodología de pruebas necesarias para su realización. En este sentido, se ha programado un primer prototipo de marco de implementación de comportamientos reactivos con aprendizaje, basados en CBR, para la plataforma de desarrollo robótico Tekkotsu