Теоретико-справочный материал

Модель представления знаний – семантическая сеть

Цель работы: в соответствии с индивидуальным заданием создать различные типы семантических сетей (СС) исследуемой ПО.

Сеть – это ориентированный граф без контуров, отображающий отношение предшествования между вершинами.

В общем СС как специального вида сеть можно представить кортежем:

N =< A, B, P, P ₁, C >, (1)

где А – множество вершин;

B – множество имен вершин;

P – множество промежуточных дуг;

P ₁ – множество помеченных выходных и входных дуг, инцидентных вершинам-источникам и вершинам-стокам;

С – множество имен дуг.

Объекты (сущности) отображаются вершинами СС, а отношения (взаимосвязи) – дугами. Имена, приписываемые вершинам и дугам СС, отвечают именам соответствующих объектов и отношений, используемым в естественном языке (ЕЯ).

Среди СС выделяют два класса:

– Интенсиональная семантическая сеть (ИСС) – это СС, отображающая интенсиональные, т.е. общие, абстрактные знания ПО. Такие знания оперируют не с конкретными фактами, а с общими высказываниями, содержащими переменные, которые «означиваются» в конкретных ситуациях и превращаются в конкретные факты.

– Экстенсиональная семантическая сеть (ЭСС) – это СС, отображающая конкретные сведения и факты об определенной ситуации. Все вершины ЭСС соответствуют конкретным объектам, операциям, субъектам и ситуациям, а дуги – конкретным взаимосвязям между ними.

На примере СС общего вида можно установить различие между БД и БЗ. ПО есть множество допустимых состояний своих компонентов. Это множество, представленное через понятия и отношения между ними, образует БЗ в виде ИСС. С другой стороны, в зависимости от ситуации компоненты ПО будут иметь конкретные значения, свойства, характеристики. Все эти конкретные данные о ПО будут отражаться в ЭСС БД сетевой структуры [3].

Знания, заданные без учета отношений, превращаются просто в коллекцию несвязанных фактов, а если заданы отношения, то знания приобретают связанную структуру, исследование которой позволяет выводить логическим путем другие знания [6].

При построении СС для представления знаний важны классификации типов объектов и некоторых фундаментальных видов связей между объектами. Независимо от особенностей ПО можно предполагать, что любая более или менее сложная ее модель представления знаний отображает какие-либо обобщенные, или конкретные, или агрегатные объекты.

Обобщенный объект - это некоторое известное и широко используемое в данной ПО понятие, например «химическая реакция», «технологическое оборудование», «технологический поток» и т. д. Обобщенный объект фактически представляет определенным образом класс объектов ПО.

Конкретный, или индивидный, объект – это некоторым образом выделенная единичная (индивидная) сущность, например «теплообменник № 7», «семь компонентов».

Из приведенных примеров видно, что понятия обобщенного и конкретного объекта относительны и зависят от рассматриваемой проблемной среды и решаемых в ней задач. Однако в конкретной ПО обобщенные и индивидные объекты выделяются достаточно просто.

Агрегатным называют объект ПО, тем или иным образом составленный из других объектов, являющихся его частями. Понятие агрегатного объекта также относительно. Любой объект внешнего мира можно расчленить, однако для выделения агрегатного объекта важно, чтобы его составные части являлись объектами, существенными с позиций решаемой задачи, следовательно, отображенными в системе знаний. Таким образом, один и тот же объект ПО в зависимости от решаемых задач может рассматриваться в системе знаний как агрегатный или простой. При этом агрегатным может быть как обобщенный, так и конкретный объект.

В соответствии с классификацией типов объектов ПО при построении СС используют следующие типы семантических отношений:

– Синтагматические (текстуальные или синтаксические) отношения отображают наличие некоторых связей, объединяющих объекты в определенной ситуации. Среди синтагматических отношений выделяют субъектные и объектные (например, в ситуации «насос перекачивает жидкость в технологической системе» «насос» - это субъект функционирования технологической системы, а в ситуации «насос ремонтируют» «насос» - это объект ремонта), пространственные, временны¢е и др.

– Парадигматические (аналитические или базисные) отношения отображают постоянно существующие связи между понятиями (объектами, явлениями и т.д.). Примеры парадигматических отношений «колонна ректификации – это химическое оборудование», «тарелка питания – это часть колонны ректификации». Среди парадигматических отношений выделяют отношения подчинения и ассоциативные.

Отношения подчинения чаще всего соответствует связям типа «род-вид», «класс-подкласс», «целое-часть». Между двумя обобщенными объектами ПО может существовать родовая связь. Например, ее наличие между обобщенными объектами А и В означает, что любой объект, отображаемый понятием В, отображается понятием А и что существует такой объект, который отображается понятием А, но не отображается В. Иными словами, понятие А более общее, чем В. В таком случае, А является родом В. Так, понятие «химическое оборудование» – родовое для понятия «теплообменник», а понятие «машина химической технологии» - родовое для понятия «компрессор».

Видовая связь обратна родовой. Если объект А является родом В, то говорят также, что В – вид А, и наоборот.

Родовое понятие не охватывает всех свойств видового, так как видовое понятие богаче содержанием. Все свойства родового понятия, как правило, присущи и видовому (наследование свойств). Это позволяет более компактно представить систему знаний СС. Про объекты, между которыми существует родовая и видовая связи, говорят, что они находятся в родо-видовой связи [3].

Указанные отношения можно трактовать, что связь «АКО» определяет отношения между одними родовыми узлами и другими родовыми узлами, а связь «IS-A» определяет отношение между экземпляром, или отдельным объектом, и родовым классом, т. е. для обозначения конкретных объектов. Вместо связи «АКО» иногда используется связь «ARE» - «есть».

Еще одной широко применяемой связью является «HAS-A», которая устанавливает отношения между классом и подклассом. Связь «HAS-A» направлена в сторону, противоположную по отношению к связи «АКО», и часто используется для обозначения отношения между одним объектом и частью другого объекта.

Необходимо отметить, что основная проблема, связанная с применением СС, состоит в том, что в них не предусмотрены стандартные определения для имен, связей. В результате возникают затруднения при попытке понять, для чего фактически была создана какая-то конкретная сеть, и действительно ли эта сеть была создана правильно [6].

Ассоциативные отношения, отображающие любые устойчивые взаимосвязи между объектами, подразделяют на следующие виды: причинно-следственные (каузальные), пространственные, временны^¢е, отношения действия и т.д.

Пространственные отношения описывают пространственные взаимосвязи между объектами (например, «находиться близко», «соприкасаться», «быть внутри» и др.). Временны^¢е отношения описывают связи объектов, фактов, событий и явлений во времени (например, «одновременно», «быть раньше», «быть позже» и др.). Отношения действия выражают действия, происходящие в реальном мире (например, «двигаться к», «приближаться», «взаимодействовать» и др.) [3].

Дата добавления: 2014-12-16