Семантические сети. Виды отношений
Термин семантическая означает смысловая, а сама семантика — это наука, устанавливающая отношения между символами и объектами, которые они обозначают, т.е. наука, определяющая смысл знаков.
В основе семантических моделей лежит понятие сети, образованной помеченными вершинами и дугами. Вершины сети представляют некоторые сущности (абстрактные или конкретные объекты, процессы, события, явления), а дуги — отношения между сущностями, которые они связывают (связи типа «это», «имеет частью», «принадлежит» и т.п.). Наложив ограничения на описание дуг и вершин, можно получить сети различного вида. Если вершины не имеют собственной внутренней структуры, то соответствующие сети называются простыми. Если вершины обладают некоторой структурой, то такие сети называют иерархическими.
Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений: класс — элемент класса, свойство — значение и пример элемента класса.
В самом общем случае сетевая модель — это информационная модель предметной области. В сетевой модели представляются множество информационных единиц (объекты и их свойства, классы объектов и их свойств) и отношения между этими единицами.
В зависимости от типов отношений между информационными единицами различают сети:
¨ классификационные , в которых используются отношения (типа часть-целое, род, вид, индивид), описывающие структуру предметной области, что позволяет отражать в базах знаний разные иерархические отношения между информационными единицами;
|
|
|
¨ функциональные (их часто называют вычислительными моделями), позволяющие описывать процедуры «вычислений» одних информационных единиц через другие;
¨ каузальные (называемые также сценариями), использующие причинно-следственные отношения, а также отношения типа «средство — результат», «орудие — действие» и т.п.
¨ смешанные , использующие разнообразные типы отношений.
Если в сетевой модели допускаются отношения различного типа, то ее обычно называют семантической сетью.
Важной чертой семантических сетей является возможность представлять знания более естественным и структурированным образом, чем это делается с помощью других формализмов.
Виды отношений
При разработке представлений в виде семантических сетей важную роль играют следующие отношения:
¨ «является», отражающее принадлежность объекта некоторому классу объектов;
¨ «имеет», указывающее на то, что одно понятие представляет часть другого;
¨ «есть», указывающая на то, что одно понятие служит атрибутом другого.
Можно предложить несколько классификаций семантических сетей, связанных с типами отношений между понятиями. По количеству типов отношений сети делятся на однородные (с единственным типом отношений) и неоднородные (с различными типами отношений). По типам отношений их можно классифицировать как бинарные (в которых отношения связывают два объекта) и n-арные (в которых есть специальные отношения, связывающие более двух понятий).
|
|
|
Семантические отношения бывают:
¨ Лингвистическими (глагольными, атрибутивными и падежными) — отображают смысловую взаимосвязь между событиями, между событиями и понятиями или свойствами. Они бывают глагольными, атрибутивными и падежными.
¨ Логическими — операциями, используемыми в алгебре логики (дизъюнкция, конъюнкция, инверсия и импликация).
¨ Теоретико-множественными — отношениями подмножества, части целого, множества и элемента.
¨ Квантифицированными — логическими кванторами общности и существования. Они используются для представления таких знаний как «Существует работник А, обслуживающий склад В» и т.д.
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» и т.п.);
¨ качественные связи (больше, меньше, равно и т.д.);
¨ пространственные связи (далеко от, близко от, за, под, над и т.п.);
¨ временные связи (раньше, позже, в течение и т.д.);
¨ атрибутивные связи (иметь свойство, иметь значение и т.п.);
¨ логические связи (и, или, не);
¨ и другие.
Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, соответствующей поставленному вопросу.
8.4. Фреймы. Их примеры, виды, структура. Сети фреймов,
наследование свойств
Автором теории фреймов является профессор Массачусетского технологического института Мервин Минский, который в 70-е гг. предложил фрейм как структуру знаний для восприятия пространственных сцен. В основе этой теории лежат психологические представления о том, как мы видим, слышим и концентрируем воспринимаемое. Сам Минский считал теорию фреймов скорее теорией постановки задач, чем продуктивной теорией, и суть ее излагал следующим образом. Каждый раз, попадая в некую ситуацию, человек вызывает из своей памяти соответствующую ситуации структуру, именуемую фреймом. Минский определил фрейм как единицу представления знания (абстрактного образа или ситуации), заполненную в прошлом, детали которой по необходимости изменяются и уточняются применительно к ситуации. Каждый фрейм может быть дополнен различной информацией, касающейся способов применения данного фрейма, последствий этого применения и т.п. Например, образ жизни каждого человека — это, большей частью, череда типовых ситуаций, различающихся каждый раз в деталях, но в общем и целом повторяющихся.
|
|
|
Фрейм — это структура знаний (т.е. декларативное представление), предназначенная для предоставления некоторой стандартной ситуации. С каждым фреймом ассоциируется разнообразная информация (в том числе и процедуры). Фрейм можно представить в виде сети, состоящей из вершин и отношений (дуг). Родственные фреймы связаны в систему фреймов. Система содержит описание зависимостей (причинных, временных и т.п.) между входящими в нее фреймами. Для выражения указанных зависимостей фреймы, входящие в систему, имеют общее множество слотов. Представление зависимостей в явном виде позволяет предсказать переход от одного состояния к другому, зависимому от него, состоянию и осуществить этот переход эффективно.
Для фреймовой модели характерно:
¨ представление знаний в виде достаточно крупных, содержательно завершенных единиц, называемых фреймами;
¨ иерархическая структура фреймов, где иерархия основана на степени абстрактности фреймов;
¨ совмещение во фреймах декларативных и процедурных знаний.
Модель фрейма является достаточно универсальной, поскольку позволяет отобразить все многообразие знаний о мире через следующие виды фреймов:
¨ фреймы-структуры, для обозначения объектов и понятий (заем, залог, вексель);
¨ фреймы-роли (менеджер, кассир, клиент);
¨ фреймы-сценарии (банкротство, собрание акционеров, празднование именин);
¨ фреймы-ситуации (тревога, авария, рабочий режим устройства)
¨ и другие.
Фрейм имеет иерархическую структуру: на верхнем уровне располагаются фиксированные характеристики ситуации, на последующих уровнях (в так называемых «слотах» — отсеках) — уточняющая и конкретизирующая информация. Различают также пользовательское и машинное представление фреймов.
С точки зрения пользователя различают три уровня общности фреймов:
а) скелетный, пустой фрейм (шаблон), превращаемый после его заполнения в общее или конкретное понятие;
б) фрейм общего понятия (прототип или образец) — шаблон, заполненный не конкретными значениями, константами, а переменными;
в) фрейм конкретного понятия (экземпляр) — прототип, заполненный конкретными значениями, константами.
Фреймы-образцы хранятся в базе знаний, а фреймы-экземпляры создаются для отображения реальных фактических ситуаций на основе поступающих данных.
Структура фрейма может выглядеть следующим образом:
Ту же запись можно представить в виде таблицы, содержащей дополнительные столбцы для описания типа слота и возможного присоединения к тому или иному слоту специальных процедур, что допускается в теории фреймов.
| Имя фрейма | |||
| имя слота | тип слота | значение слота | присоединенная процедура |
Внутреннее (машинное) представление фрейма имеет более сложную организацию и содержит средства для создания иерархии фреймов, их взаимодействия, обмена информацией, порождения конкретных фреймов из общих и общих фреймов из скелетных.
При конкретизации фрейма ему и его слотам присваиваются конкретные имена, а затем слоты заполняются значениями. Переход от исходного фрейма-прототипа к фрейму-экземпляру может быть многошаговым (за счет постепенного уточнения значений слотов).
Имя фрейма — это идентификатор, присваиваемый фрейму, уникальный во всей фреймовой системе. Фрейм состоит из произвольного числа слотов, часть из которых определяется системой.
Имя слота — это идентификатор слота, уникальный в пределах фрейма.
Во фреймовых системах иерархического типа, основанных на отношениях «абстрактное — конкретное» создаются указатели наследования, которые показывают, какую информацию об атрибутах слотов верхнего уровня наследуют слоты с такими же именами во фреймах нижнего уровня.
Указатель атрибутов слота — это указатель типа данных слота. К таким типам относятся FRAME (указатель); INTEGER (целое); REAL (вещественное); BOOL (булево); LISP (присоединенная процедура); TEXT (текст); LIST (список); TABLE (таблица); EXPRESSION (выражение) и др.
Каждый слот предназначен для заполнения определенной структурой данных (в скелетном фрейме все они пусты, кроме первого, который имеет значение).
Значение слота — значение, соответствующее типу данных слота и удовлетворяющее условиям наследования. Значением слота может быть практически все, что угодно: числа или математические соотношения, тексты на естественном языке или программы, правила вывода или ссылки на другие слоты данного фрейма или других фреймов (сети фреймов).
У фреймовых моделей представления знаний нет специального механизма управления выводом и пользователь должен создавать его сам. Для этого используется три способа управления выводом: с помощью механизма наследования, демонов и присоединенных процедур.
Наследование свойств, заимствованное из теории семантических сетей, является важнейшим свойством теории фреймов. Во фреймах (как и в семантических сетях) наследование происходит по AKO-связям (A-Kind-Of = это). Слот AKO указывает на фрейм более высокого уровня иерархии, откуда неявно наследуются, т.е. переносятся значения аналогичных слотов.
Существуют несколько способов получения слотом значений во фрейме-экземпляре:
¨ по умолчанию от фрейма образца (Default-значение);
¨ через наследование свойств от фрейма, указанного в слоте AKO;
¨ по формуле, указанной в слоте;
¨ через присоединенную процедуру;
¨ явно из диалога с пользователем;
¨ из баз данных.
В моделях представления знаний фреймами объединяются декларативные и процедурные знания. В качестве процедурных знаний выступают демоны и присоединенные процедуры.
Демон — процедура, автоматически запускаемая при обращении к слоту при выполнении некоторого условия: IF-NEEDED — «если нужно», запускается, если в момент обращения к слоту его значение не было установлено; IF-ADDED — «если добавлено», запускается при подстановке значения в слот; IF-REMOVED — «если удалено», запускается при стирании значения слота. Демон — это разновидность присоединенной процедуры.
Присоединенная процедура — это служебная программа процедурного типа, используемая в качестве значения слота, запускается по сообщению, переданному из другого фрейма (например, если поступает сообщение об изменении значения слота «зарплата» во фрейме ПЕТРОВ, то автоматически должна быть запущена процедура пересчета налога на Петрова во фрейме НАЛОГ).
Основным преимуществом фреймов как модели представления знаний является способность отражать концептуальную основу организации памяти человека, а также ее гибкость и наглядность.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 3247; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!