Описание иерархической структуры понятий и диаграмма представления
Лекция: 5) СИСТЕМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ.
http://www.intuit.ru/studies/courses/46/46/lecture/1372?page=3
Изучаемые вопросы:
Семантические сети.
Нечеткая логика
Вопросы для самостоятельного изучения:
SADT-технология
Вопросы для самостоятельного изучения:
Пропозициональная логика используется для манипулирования выражениями — предложениями человеческой речи, истинное или ложное значение которых может быть определено. Например: «все собаки — млекопитающие» или «треугольник имеет три стороны». Для более наглядного — визуализированного образа представления пропозициональных информации в процессе проектирования экспертных систем используются семантические сети. Начнем с определения понятия семантических сетей.
Высказывания имеют форму декларативных знаний, поскольку в них утверждаются факты. С точки зрения математики, семантическая сеть является замеченным ориентированным графом. При этом, выражение всегда считается атомарным, поскольку его истинное значение не подлежит дальнейшей декомпозиции.
Семантические сети впервые были разработаны для исследований в области искусственного интеллекта как способ описания человеческой памяти Квиллианом (Quillian) в 1968 году. Квиллиан использовал семантические сети для анализа значения слов в предложениях. В последующие времена семантические сети успешно применялись для решения многих задач, связанных с представлением знаний. Их ценность заключается в возможности учитывать в базе знаний, кроме форм утверждений, их семантику. Такие знания позволяют экспертным системам дойти приемлемого логического вывода при работе с неоднозначными фактами.
|
|
|
Структура семантической сети
Структура семантической сети отображается графически с помощью узлов и дуг, соединяющих их. Узлы называются объектами, а дуги — связями или ребрами. Связи в семантической сети применяются для представления отношений, а узлы, как правило для представления физических объектов, концепций или ситуаций.
В качестве примера можно привести семантическую сеть на рис. 1., Связи которой, определяющие отношения между членами семьи:
ис.1. Семантическая сеть родственных связей
Для семантических сетей отношения имеют особо важное значение, поскольку образуют базовую структуру для организации знаний. Знания, заданные без учета отношений, превращаются просто в коллекцию несвязанных фактов. Только при определении отношений, знания приобретают вид связанной структуры, исследование которой позволяет логическим путем создавать другие знания. На основании приведенного примера, можно сделать вывод, что Анна и Борис — бабушка и дедушка Ивана, несмотря на то, что на рисунке не присутствует явная связь, обозначенный как «внук».
|
|
|
Семантические сети иногда называют ассоциативными сетями, так узлы таких сетей связаны, то есть ассоциированные между собой. В научных исследованиях Квиллиана, человеческая память от начала моделировалась как ассоциативная сеть, в которой понятия были представлены в виде узлов, а связи показывали, как эти понятия сочетаются друг с другом.
Согласно указанному моделью, если происходит стимуляция одного узла, как в результате чтения слов в предложении, то идет активизация связей этого узла с другими узлами. В дальнейшем эта активность распространяется по сети. Как только узел получает достаточное активизацию, в сознательном уме возникает концепция, представленная этим узлом. Например, известно, что человек знает тысячи слов, но в процессе чтения предложения, в ее сознании отражаются только те слова, которые оно читает.
Как показала практика, во многих способах представления знаний, особенно полезным является применение отношений одинаковых типов. Поэтому, при построении семантических сетей для представления знаний в различных предметных областях, вместо того, чтобы каждый раз определять новые отношения, принято использовать именно стандартизированные типы.
|
|
|
Связи в семантических сетях
К наиболее широко используемых связей в семантических сетях относится связь типа IS-A. Он означает, что отдельный объект «является экземпляром» определенного класса. Примером такого типа связей может быть отнесения клиентов банковских учреждений к определенному классу, изображенные на рис. 2. Связь IS-A используется для обозначения отношений между отдельными объектами через принадлежность их к общему класса благодаря тождественности атрибутов.
Рис.2. Связь типа IS-A в семантической сети
Другим, широко используемым типом связи является тип A-KIND-OF (записывается как АКО). В отличие от связи IS-A, которая определяет отношения между отдельными объектами и родовыми классами, связь АКО определяет отношение между самыми родовыми классами (рис 3). Следует отметить, что общий класс, на который указывает стрелка АКО, называется суперклассом. В случае, если суперкласс имеет связь АКО, что указывает на другой узел, то он, вместе с тем, является классом суперкласса.
Рис.3. Связи типа АКО и IS-A в семантической сети
Повторение характеристик узла в его потомках называется наследованием. Если нет доказательств, позволяющих утверждать обратное, то считается, что все элементы некоторого класса наследуют все свойства суперклассов этого класса. Связи и наследование является основой эффективных способов представления знаний, поскольку дают возможность представлять значительное количество сложных отношений с помощью нескольких узлов и связей.
|
|
|
В семантических сетях используются также связи других типов. В частности, к ним относится связь CAUSE, выражающий причинные знания. Например, горячий воздух CAUSE (становится причиной) того, что воздушный шар поднимается вверх.
Еще одним важным связью семантических сетей является связь HAS-A, устанавливающий отношения между классом и подклассом. Направленность связи HAS-A противоположная по отношению к связи АКО. Этот тип часто используется для обозначения отношения между одним объектом и его составной частью, например:
банк HAS-A кассубанк HAS-A бухгалтерию
банк IS-A Райффайзен
То есть, можно сказать, что если связь IS-A устанавливает отношения между значением и атрибутом, то связь HAS-A — между объектом и атрибутом.
Все объекты одного класса должны иметь один или несколько общих атрибутов. Комбинация атрибута и значение называется свойством. Следующие три понятия, как объект, атрибут и значения, встречаются вместе настолько часто, что появляется возможность создать упрощенную семантическую сеть с использованием только этих понятий. Для того, чтобы охарактеризовать все знания, представленные в семантической сети, можно воспользоваться триплетом «объект-атрибут-значение» (object-attribute-value — OAV).
Именно такие триплеты были использованы при создании экспертной системы MYCIN, предназначенная для диагностики инфекционных заболеваний. В ней на основе триплетов «объект-атрибут-значение» была реализована система согласования фактов и антецедентов продукционных правил.
СЕМАНТИЧЕСКИЕ СЕТИ
Семантической сетью является структура данных, имеющая определенный смысл как сеть. Стандартного определения семантической сети не существует, но обычно под ней подразумевают следующее:
Семантическая сеть — это система знаний, имеющая определенный
смысл в виде целостного образа сети,
узлы которой соответствуют понятиям и объектам,
а дуги — отношениям между понятиями и объектами.
Следовательно, всевозможные сети можно рассматривать как сети, входящие в состав семантической сети. В том числе к ним могут быть отнесены и сетевые структуры моделей баз данных.
Сама по себе семантическая сеть является моделью памяти и не раскрывает, каким образом осуществляется представления знаний. Поэтому в контексте знакомства с СОЗ семантические сети должны рассматриваться как метод представления знаний с возможностями структурирования этих знаний, процедурами их использования и механизмом вывода.
Описание иерархической структуры понятий и диаграмма представления
В иерархической структуре понятий существуют отношения, по крайней мере, двух типов:
· отношение включения или совпадения (IS - A);
· отношение «целое – часть» (PART - OF).
Например, в предложении
«ноутбук» (IS - A) «компьютер»
основной мыслью является, что устройство ноутбук принадлежит к классу компьютеров. Это означает, что имеет место отношение включения или совпадения. То есть, ноутбук представляет собой один из элементов множества всевозможных устройств, составляющих класс компьютеров.
Для этих отношений характерным является то, что экземпляры понятий нижнего уровня содержат все атрибуты понятий верхнего уровня. Это свойство называется наследованием атрибутов между уровнями иерархии (IS - A). Для рассматриваемого примера это означает, что ноутбук, как понятие более низкого уровня, будет обладать всеми свойствами (атрибутами), определенными для понятия компьютер.
Отношение «целое – часть» можно иллюстрировать предложением, которое характеризует то, что экземпляры понятия «процессор» являются частью любого экземпляра понятия «компьютер».
«процессор» (PART - OF) «компьютер»,
Отношения типа (PART - OF) позволяют определить некоторые общие свойства (набор атрибутов) для конкретного класса понятий. В частности, приведенный выше пример отношения описывает тот факт, что общим свойством всех компьютеров является наличие в их составе процессоров. И это свойство будет наследоваться всеми экземплярами понятия ноутбук.
Наиболее часто используется графическое представление семантических сетей в виде диаграммы. Так предложение
«все ласточки – птицы»
можно представить графом, содержащим две вершины соответствующие понятиям и дугу, указывающую отношение между этими понятиями (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Простейшая семантическая сеть.
Если ласточка имеет конкретное имя, например, "Ласта", то семантическая сеть может быть расширенна (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Семантическая сеть с иерархией двух понятий.
Наряду с тем, что с помощью данной сети описаны два факта:
«Ласта – ласточка»
«ласточка – птица»
из нее можно вынести, используя отношение наследования, новый факт:
«Ласта – птица»
Этот факт показывает, что способ представления семантической сетью позволяет легко делать выводы благодаря иерархии наследования между уровнями.
Семантическими сетями можно также представлять знания, касающиеся атрибутов объекта. Например, факт
«Птицы имеют крылья»
можно отобразить в виде рис. 5.3.
Рис. 5.3. Cемантическая сеть с понятиями и атрибутами.
Это означает, что, используя отношения (IS – A) и (PART – OF) можно вывести новый факт, а именно
«Ласта имеет крылья».
Вершины в семантической сети обычно показывают объект проблемной области, концепт, ситуацию и т. п., а дуги - это отношения между ними. При расширении семантической сети в ней возникают дополнительные отношения. Например, если рассматриваемую сеть дополнить фактами:
«Ласта владеет гнездом»
и
«Ласта владеет гнездом с весны по осень»,
то получим семантическую сеть, изображенную на рис. 5.4.
Рис. 5.4. Структура расширенной семантической сети.
Здесь "Гнездо i" – это конкретное гнездо, которым владеет "Ласта", а для вершины ситуации (например, "Владеет j") определено несколько связей. Такая вершина называется падежной рамкой и определяет различные аргументы предиката ситуации.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 799; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!