Бинарные модели

Отношения, используемые для описания предметной области, в общем случае могут быть n- мерными. Интенсивно идут исследования по представлению информации с помощью только бинарных отношений, поскольку они позволяют лаконично представить сложные связи.

Бинарные модели , основанные на использовании бинарных отношений, имеют простые базовые структуры, способные обеспечить эффективное представление предметной области. Поскольку графы позволяют наглядно задавать отношения, их использование в бинарных моделях также позволяет лучше уяснить особенности модели. Вершины графа в бинарных моделях соответствуют классификационному обобщению экземпляров данных в типы и называются категориями, а дуги - бинарным отношением категорий. Граф, удовлетворяющий этим структурным представлениям, носит название графа типов. Каждому бинарному отношению ставится в соответствие отношение, имеющее противоположное направление.

Например:

студент - учится у - преподаватель - обучает -

Обоим направлениям бинарного отношения присваиваются уникальные имена, которые называются функциями доступа.

В бинарном отношении категорий "студент" и "преподаватель" направление от категории "студент" к категории "преподаватель" есть функция доступа "учится у". Представленное отношение может быть охарактеризовано следующим образом:

студент учится у преподавателя

Функция доступа для противоположного направления будет:

преподаватель обучает студента.

Расширение бинарного графа типов позволяет рассматривать понятия двух родов- объектов и поименованных бинарных отношений (связей). Взаимосвязи, в которых участвует более двух объектов, интерпретируются как объекты.

Объект - это реализация категории. Например, объект - это конкретные студенты и преподаватели. Объекты подразделяются на абстрактные и конкретные. Причём подразумевается, что абстрактные всегда существуют, в то время как конкретные появляются и исчезают в описании реального объекта. Так, абстрактные объекты имеются для представления чисел, дат и др.

Объекты соединены связями, которые отражают реализацию бинарного отношения. Каждой связи в обоих направлениях присваиваются имена, соответствующие функциям доступа.

Для создания бинарного отношения следует задать его имя, функции доступа и категории соответствующих данному отношению объектов.

В бинарных моделях отсутствует явно выраженное понятие "свойство объекта". Свойства объектов могут быть определены посредством бинарного отношения, заданного на множестве объектов и других элементарных объектов, с помощью которых задаются значения свойств.

Отношение характеризуется двумя функциями доступа, каждая из которых определяет минимальное и максимальное число объектов в присоединяемой категории.

Логический доступ к данным бинарной модели обеспечивается с помощью программ, реализующих элементарные операции доступа.

Семантические сети.

Для представления семантических (смысловых) текстов, задаваемых на естественном языке, были разработаны семантические сетевые модели.

Семантическая сеть представляет собой ориентированный граф с намеченными вершинами и дугами. При этом если вершины обозначаются только в целях ссылок к ним, то метки дуг содержат сведения о некоторых их семантических свойствах и значениях.

Для представления данных используются четыре типа вершин: концепты (или понятия), события, характеристики (свойства) и значения.

Концепты - константы или параметры, которые специфицируют физические или абстрактные объекты.

События - соответствуют действиям, наблюдаемым в представляемой области.

Характеристики - вершины, соответствующие свойствам концепты.

Значения - вершины, соотносящиеся с областями значений, которые могут принимать характеристики.

Поскольку имеется четыре типа вершин, необходима соответствующая зависящая от этих типов интерпретация дуг, соединяющих различные вершины. Модели семантической сети предусматривают возможность распределения вершин по типам. В этом случае следует различать вершины- концепты и вершины- классы, которые собственно и представляют определённые типы вершин. Например, Кулешов - концепт, студент - класс.

Различие между классом и концептом весьма близко к тому же, что между типом и экземпляром в других моделях. Отличие заключается в том, что граф семантической сети включает как классы, так и концепты. Кроме того, концепт может быть соотнесён с несколькими классами.

Поскольку семантические сети предусматривают задавать на графе в явном виде различие между вершинами-концептами и вершинами-классами, то в рассмотрение вводятся три вида дуг: утверждение; порождение экземпляра; бинарное отношение.

Утверждение-дуга, соединяющая два концепта.

Порождение экземпляра-дуга, между классом и концептом.

Бинарное отношение - дуга, связывающая два класса.

Пример:

Иванов

экземпляр

студент

приятель техникум

учится в

экземпляр

Сидоров

Рис. 2. Пример семантической сети

В данной семантической сети вершины "Иванов" и "Сидоров" - концепты, "студент" и "техникум" - классы. Дуга "приятель" - утверждение. Дуги, связывающие вершину "студент" с вершинами "Иванов" и "Сидоров" отражают связь экземпляров с классами. Дуга "учится в" отображает бинарное отношение меду классами "студент" и "техникум".

Для построения с помощью семантической сети структуры события в первую очередь выделяют из него само действие, описываемое обычно глаголом. После этого выделяют лиц, совершающих действие и объекты, над которыми оно осуществляется. Лицо, осуществляющее действие, называется агентом. Вещи, над которыми действие осуществляется , называются объектами. Лицо, получающееся результатом действия или испытывающее его, называется адресат.

Рассмотрим предложение: "Мастер починил телевизор". В этом предложении выделим действие: ПОЧИНИЛ. Очевидно, что объектом является МАСТЕР (рис.)

Класс Событие Класс

объект агент

телевизор починил мастер

адресат

Владелец телевизора

Рис. 3. Сеть предложения "Мастер починил телевизор"

Операции, совершаемые над данными, задаваемые семантической сетью, разбиваются на два подмножества: операции над классами и над бинарными отношениями.

Над классами могут быть совершены 4 операции:

- создание экземпляра некоторого класса или установление принадлежности существующего экземпляра некоторого класса к ещё одному;

- устранение принадлежности экземпляра к некоторому классу или полное его исключение;

- выборка экземпляров, принадлежащих к одному классу;

- определение принадлежности экземпляра указанному классу.

Над бинарными отношениями могут быть совершены три операции:

- установление связи между классами;

- выборка всех экземпляров, связанных в данном бинарном отношении с указанным экземпляром;

- установление наличия связей между двумя экземплярами.

В общем случае реализация всех вышеперечисленных операций требует создания специальных программ, учитывающих рассматриваемую предметную область.

Разработка семантических сетевых моделей явилась следствием повышения требований к интегрированному представлению данных, включающему не только данные, но и их категории, свойства категорий и операции над данными. Важную роль в развитии моделей данных этого класса сыграли проблемы алгоритмизации процессов естественного языка. Модели семантических сетей широко используются при разработке систем искусственного интеллекта.