Семантические сети

Семантическая сеть – это один из способов представления знаний. Изначально семантическая сеть была задумана как модель представления структуры долговременной памяти в психологии, но впоследствии стала одним из основных способов представления знаний в инженерии знаний. В данной работе рассмотрены концепции семантической сети, представления знаний семантическими сетями, процедурное представление, разделение семантической сети, управление выводом в системах с семантическими сетями, вопросы, связанные с наследованием свойств, отношения понимания языка, конкретные прикладные системы, а также проблемы, касающиеся перечисленных аспектов.

Поскольку представление знаний семантическими сетями само по себе есть не более чем представление простой структуры данных, то крайне важными становятся методы, связанные с внедрением и использованием этого представления в прикладных системах.

 

Прежде чем ознакомиться со способом представления знаний семантическими сетями, рассмотрим, что такое семантическая сеть. В толковом словаре слово «семантика» определяется как значение, смысл слова, художественного произведения, действия, обстоятельства и т. д., переданные с помощью каких – либо представлений и выражений. Однако даже несколькими объяснениями нельзя дать достаточно точное определение слову «семантика» как психологическому понятию. Несмотря на это, мы принимаем к сведению концепции и образы, ассоциирующиеся с некоторым объектом, и в зависимости от случая воспринимаем его как отдельную сущность.

Моррис дал точные определения семантическим и прагматическим отношениям в семиотике и определил их как проблемы различных функциональных уровней. Другими словами, семантика означает определенные (общие) отношения между символами и объектами, представленными этими символами, а прагматика – выразительные (охватывающие) отношения между символами и создателями (или пользователями) этих символов.

Первоначально в психологии изучались объекты, именуемые семантическими с точки зрения известных ассоциативных свойств, накапливаемых в системе обучения и поведения человека. Однако с развитием психологии познания стали изучаться семантические структуры, включающие некоторые объекты. Затем были изучены принцип действия человеческой памяти (способы хранения информации и знаний), в частности предположительные (гипотетические) структурные модели долговременной памяти, и созданы моделирующие программы, понимающие смысл слов. Рассматриваемые семантические сети явились продуктом исследований в этом направлении.

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:

а) классификационные (отношения типа часть-целое, род, вид, индивид);

В классификационных сетях используются отношения, позволяющие описывать структуру предметной области, что позволяет отражать в базах знаний разные иерархические отношения между информационными единицами.

б) функциональные (преобразование информационных единиц);

Функциональные сети часто называют вычислительными моделями, т.к. они позволяют описывать процедуры "вычислений" одних информационных единиц через другие.

в) каузальные (причинно-следственные отношения);

В каузальных сетях, называемых также сценариями, используются причинно-следственные отношения, а также отношения типов "средство – результат", "орудие – действие" и т.п.

г) смешанные (использующие разнообразные типы отношений).

Если в сетевой модели допускаются отношения различного типа, то ее обычно называют семантической сетью. Обычно сетевая модель представляется в виде графа, вершины которого соответствуют информационным единицам, а дуги – отношениям между ними.

Наибольшую известность в системах искусственного интеллекта получили сети смешанного типа (семантические сети и их разновидность - сети фреймов), использующие, в зависимости от области применения, самые разные типы отношений. Семантические сети находят применение в системах понимания естественного языка, в вопросно-ответных системах, в других различных предметно – ориентированных системах.

Важной чертой семантических сетей является возможность представлять знания более естественным и структурированным образом, чем это делается с помощью других формализмов.

Семантическая сеть - это ориентированный граф, 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". Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений:

класс - элемент класса;

свойство - значение;

пример элемента класса.

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).

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...);

· атрибутивные связи (иметь свойство, иметь значение...);

· логические связи (и, или, не) и др.

Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, соответствующей поставленному вопросу.

Примеры отношений семантической сети:

род-вид («компьютер» – «персональный_компьютер»)

целое-часть («компьютер» – «память»)

понятие-пример («компьютер» – «конкретный компьютер...»)

 

На рис.3.5 изображена семантическая сеть. В качестве вершин понятия: Человек, Иванов, Волга. Автомобиль, Вид транспорта. Двигатель.

Рис.3.5. Семантическая сеть