Семантические сети. Понятие семантической сети основано на древней и очень простой идее о том, что <память> формируется через ассоциации между понятиями

Понятие семантической сети основано на древней и очень простой идее о том, что <память> формируется через ассоциации между понятиями. Понятие <ассоциативная память> появилось еще во времена Аристотеля и вошло в информатику в связи с работами по использованию простых ассоциаций для представления значения слов в базе данных. С тех пор этот формализм был всесторонне развит для представления многих классов данных, используемых в различных предметных областях. К таким областям относятся пространственные связи в простых физических системах, операции по управлению механизмами, причинные и функциональные связи в приборах и взаимосвязи между симптомами в медицине [23].

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.

Рисунок 3.1Функциональный элемент семантической сети

Можно считать, что каждая из таких пар отношений представляет простой факт. Узлы помечаются именем соответствующего отношения. Рис. 3.1, например, представляет факт <Антон работает в производственном отделе>.

Отметим, что 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.

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. Пользуясь подобными отношениями, можно представлять сложные совокупности фактов. Рис. 3.2 иллюстрирует одно из возможных представлений

Рисунок 3.2 Факты о человеке Антон

фактов, относящихся к служащему <Антон>. В число таких фактов вошли:

< Антон является руководителем>

< Антон работает в производственном отделе, расположенном в здании 1>

< Антон 40 лет>

<У Антона голубые глаза>

Давняя популярность семантических сетей обязана связи <является>, в которой заложены большие возможности для построения иерархий понятий. Пример такой иерархии узел <служащий> на Рисунок 3.3. Узлы <Ан-1> и <Ан-2> позволяют описать двух разных людей с одинаковым именем. Иерархия, построенная на основе наследования, обеспечивает эффективный способ упрощения представления знании и сокращения объема информации которою требуется запоминать для каждого конкретного узла. Это дает возможность в значительной мере ускорить процесс обработки знаний (относящаяся к узлу запоминаемая информация может быть ограничена только часто используемой; при обращении к остальной информации применяется принцип наследования), а также извлекать информацию с помощью запросов общего характера (некоторая информация об индивидууме <Антон>как руководителе может

Рисунок 3.3 Факты, относящиеся к служащему <Антон>

быть извлечена просто из знания его служебного положения в компании; при этом нет необходимости знать его имя).

Приведенные примеры представления знаний в виде семантических сетей были ограничены отношениями между существительными или фразами, составленными из существительных. Нужно только разработать представление относительно глаголов в дополнение к существительным.

Были разработаны непротиворечивые полные наборы вербальных отношении. Они получили название <падежных отношений> в соответствии с теорией <падежной грамматики>, разработанной Ч. Филлмором. В этой теории предпринимается попытка представить поверхностную структуру предложении в виде небольших замкнутых наборов <падежных> отношении между существительными (или фразами из существительных) и глаголами в рамках глубинных структур предложений. Примерный набор подобных отношении может в типичном случае включать:

а) Агент - исполнитель (инициатор) действия, выражаемого глаголом;

б) Объект - имя существительное, на которое распространяется действие или состояние, выражаемое глаголом;

в) Местоположение-место действия или состояния выражаемое глаголом;

г) Датив (dative) -лицо, к которому имеет отношение действие или состояние, выражаемое глаголом.

Фреймы

Принцип организации свойств некоторого объекта или события для формирования прообраза реализуется с помощью нотации вида <фрейм>. Для иллюстрации этого опишем сведения о служащем компании, как это сделано в предыдущем разделе. Достоинство системы, использующей фреймы, заключается в том, что те элементы, которые традиционно присутствуют в описании объекта или события, группируются и благодаря этому могут извлекаться и обрабатываться как единое целое. Первый пример касается понятия <руководитель> (см. рис. 3.4) и иллюстрирует некоторые особенности фреймов.

имя: РУКОВОДИТЕЛЬ

специальность: СЛУЖАЩИЙ

имя: ________________________

возраст:______________________

адрес: _______________________

отдел:_______________________

заработная плата:_____________

дата начала: _________________

до: _________________________

Рисунок 3.4 Скелетный фрейм для понятия <РУКОВОДИТЕЛЬ>

Во-первых, фрейм имеет имя для идентификации описываемого им понятия. Во-вторых, его описание составляется из ряда описаний, приведенных на рисунке слева, которые получили название <слоты>. С помощью слотов идентифицируются основные структурные элементы понятий. За слотами следуют шпации (промежутки), в которые помещают некоторые объекты, представляющие текущие значения слотов.

имя: РУКОВОДИТЕЛЬ

специальность: СЛУЖАЩИЙ

имя: агрегат (фамилия, имя, отчество)

возраст; агрегат (годы)

адрес: АДРЕС

отдел: диапазон (производство, администрация)

заработная плата: ЗАРПЛАТА

дата начала: агрегат (месяц, год)

до: агрегат (месяц, год) (по умолчанию: теперь)

Рисунок 3.5 Фрейм для общего понятия <РУКОВОДИТЕЛЬ>

На рис. 3.5 дан тот же фрейм, что и на рис. 3.4, но только с заполненными слотами. При этом часть из них заполнена некими объектами, а не простыми именами. В данном примере фигурируют три различных типа таких заполнителей слотов. Заполнитель слота может быть или константой, или именем другого фрейма. Простейшими из них являются те, что представлены прописными буквами (например, АДРЕС, ЗАРПЛАТА). Это имена других фреймов данной системы, на которые делается ссылка. Кроме того, существуют обозначения <агрегат> и <интервал>. В процессе обработки систем фреймов иногда необходимо наложить ограничения на тип объекта, который может быть использован для заполнения некоторого слота. Обозначение <агрегат> указывает на то, что должны быть заданы определенные объекты, а обозначение <диапазон> - на то, что должен быть выбран один из множества объектов.

Фреймы сравнительно легко реализуются с помощью структуры языка Лисп в виде списка свойств, рассмотренного ранее в связи с обращением к семантическим сетям.

Существует ряд языков, специально разработанных для облегчения конструирования на основе фреймов различных процедур обработки знаний.