Лекция 6. Модель семантической сети

Одним из способов представления знаний является семантическая сеть. Изначально семантическая сеть была задумана как модель преставления структуры долговременной памяти в психологии, но в последствии стала одним из основных способов представления знаний в инженерии знаний.

В основе сетевых моделей представления знаний лежит идея о том, что любые знания можно представить в виде совокупности объектов (понятий) и связей (отношений) между ними. В отличие от продукционных эти модели более наглядны, поскольку любой пример можно представить в виде ориентированного (направленного) графа, вершины которого - понятия, а дуги - отношения между ними.

Понятиями обычно выступают абстрактные или конкретные объекты, а отношения - это связи типа: "это" ("is"), "имеет частью" ("has part"), "принадлежит", "любит" и т.п. Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений:

класс - элемент класса;;

свойство – значение;

пример элемента класса.

В качестве примера на рис.15 показана весьма простая семантическая сеть для представления объекта «чайник».

Рис. 15.

Наиболее часто в семантических сетях используются следующие отношения:

связи типа "часть-целое" ("класс-подкласс", "элемент-множество" и т.п.); функциональные связи (определяемые обычно глаголами "производит", "влияет"...); количественные (больше, меньше, равно...); пространственные (далеко от, близко от, за, под, над...); временные (раньше, позже, в течение...); aтрибутивные связи (иметь свойство, иметь значение...); логические связи (и, или, не) и др.

Можно ввести несколько классификаций семантических сетей.

Например, по количеству типов отношений: однородные (с единственным типом отношений); неоднородные (с различными типами отношений).

По типам отношений: бинарные (в которых отношения связывают два объекта); парные (в которых есть специальные отношения, связывающие более двух понятий).

Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, соответствующей поставленному вопросу. Подобного рода задачи решаются с помощью аппарата теории графов. Следует особо отметить роль фундаментальных признаков связей (рефлексивность, симметричность и транзитивность) в процессе вывода на сети. Так, например, связи вида "это есть" или "иметь частью" транзитивны, что позволяет говорить об установлении с помощью этой связи свойств иерархии наследования в сети. Это означает, что элементы более низкого уровня в сети могут наследовать свойства элементов более высокого уровня в сети. В самом общем виде семантическая сеть представляет собой ориентированный граф, в которой вершины соответствуют определенным объектам или понятиям, а дуги отражают те отношения, которые имеются между вершинами. Базовым функциональным элементом семантической сети служит структура из двух компонентов – «узлов» и связывающих их «дуг». Каждый узел представляет некоторое понятие, а дуга – отношение между парами понятий. Дуга имеет направленность, благодаря чему между понятиями в рамках определенного факта выражается отношение «субъект/объект». Более того, любой из узлов может быть соединен с любым числом других узлов; в результате этого обеспечивается формирование сети фактов. Можно считать, что каждая из таких пар отношений представляет простой факт. Узлы помечаются именем соответствующего отношения. С позиций логики базовую структуру семантической сети можно рассматривать в качестве эквивалента предиката с двумя аргументами (бинарный предикат); эти два аргумента представляются двумя узлами, а собственно предикат – направленной дугой, связывающей эти узлы. При разумном выборе обозначений отношений можно выразить очень сложные совокупности фактов. При разработке представления в виде семантической сети особый практический интерес имеет связь вида «является», отражающая принадлежность к некоторому классу объектов. К другим видам связей относится связь «имеет», указывающая на то, что одно понятие представляет часть другого, а также связь «есть», указывающая на то, что одно понятие служит атрибутом другого.

Рисунок 16. Пример простейшей семантической сети.

Примером простой семантической сети является описание объекта автомобиль и рядя связанных с ним понятий (см. рис. 16. Пример простейшей семантической сети.). На этой сети присутствует следующая цепочка понятий: «автомобиль имеет частью двигатель», «двигатель имеет частью стартер». В силу транзитивности отношения "иметь частью" можно вывести следующее утверждение «автомобиль имеет частью стартер». Аналогично можно сделать вполне очевидный вывод, что «Иванов обладает автомобилем» или, что «Mercedes имеет частью двигатель и потребляет топливо».

Пользуясь подобными отношениями, можно представить сложные совокупности фактов. С помощью сетевых элементов могут быть построены довольно сложные комбинации фактов. На языке Lisp (List Processing – обработка списков) базовые элементы семантической сети могут быть запрограммированы в виде списковой комбинации атом/свойство. Так, элемент Иван работает в производственный отдел представляет факт – Иван работает в производственном отделе: атом – «Иван», свойство – «работает», значение данного свойства – «производственный отдел». Популярность семантических сетей обязана связи «является», в которой заложены большие возможности для построения иерархии понятий.

Основное преимущество этой модели - в соответствии современным представлениям об организации долговременной памяти человека. Недостаток модели - сложность поиска вывода на семантической сети.

Подытожим основные свойства семантических сетей.

1. Семантические сети описывают отношения между объектами, которые задаются узлами сети.

1. Узлы обозначаются окружностями и имеют имена.

2. Отношения между узлами указываются связующими их линиями.

3. Семантическую сеть можно использовать для создания структур и объектов.

4. Семантическую сеть можно использовать для создания правил базы знаний.

Обладая немалыми возможностями, семантические сети при их использовании не очень удобны из-за слишком произвольной структуры и различных типов вершин и связей. Это разнообразие требует разнообразия процедур обработки информации, содержащейся в семантической сети, что приводит к усложнению программного обеспечения ЭВМ. Так появились особые типы семантических сетей со своими специфическими названиями: синтагматические цепи, сценарии, фреймы и т.п.

Дата добавления: 2014-01-07