Лабораторна робота №3

Тема: Методи представлення знань на семантичних мережах

Мета роботи: Освоєння основних принципів при моделюванні предметних областей за допомогою семантичних мереж. Представлення семантичних мереж в реляційних мовах

Методичні вказівки

Основна ідея представлення знань за допомогою семантичний мереж базується на припущенні про те, що предметну область (проблемне середовище) можна представити сукупністю сутностей (об'єктів) і бінарних відношень, що визначають зв'язки між цими сутностями. При цьому сутності і зв'язки є семантично стійкими в даній предметній області. Модель предметної області в цьому випадку може бути представлена орієнтованим графом, вершини якого – об'єкти, а дуги – віднлшення.

Розглянемо класифікацію видів об'єктів і фундаментальні зв'язки між ними. Об'єкти можуть бути узагальненими та індивідними (конкретними). Наприклад, сутність "чоловік" є узагальненим об'єктом, а "Петро Перший" – індивідним об'єктом. Агрегатним називається об'єкт, який в даній предметній області може бути розкладений на інші об'єкти. Отже, можна виділити об'єкти-частини і об'єкти-агрегати. Зрозуміло, що поняття узагальненого і агрегатного об'єкту є відносним.

Подвійними поняттями до узагальнених і агрегатних об'єктів виступають відповідні бінарні стосунки. Між двома узагальненими об'єктами може існувати родовий зв'язок. Наприклад, "примат" - "людина", "транспорт" - "автомобіль" і т.д. Зворотним до родового виступає видовий зв'язок. Наприклад, автомобіль – вид транспорту. Між узагальненим і конкретним об'єктом виступає зв'язок "бути представником". Родовий і видовий зв'язки є транзитивними, а "бути представником" – ні. Транзитивність родових і видових зв'язків дозволяє істотно скорочувати об'єм баз знань, відносячи найбільш загальні властивості до найбільш загальних об'єктів і проводячи потім спадкоємство властивостей.

Між агрегатними об'єктами і їх частинами природно виникає зв'язок типу "бути частиною". Цей зв'язок дозволяє проводити структуризацію об'єкту. Вочевидь, бінарне відношення цього вигляду транзитивне. Зворотним для відношення «бути частиною» є відношення «містить».

Наступним типом базових стосунків є відношення "є властивість". Наприклад, "красивий" є властивістю для об'єкту "квітка".

Далі перерахуємо без пояснень такі базові стосунки як "бути причиною", "бути агентом", "бути інструментом", "бути об'єктом дії", клас просторово-часових стосунків типу "бути справа ( -зліва, -внизу, -раніше, -пізніше, -одночасно та ін.)".

Разом з базовими стосунками зазвичай вводять спеціальні для даної предметної області стосунки, які неможливо виразити через базові.

Базовими операціями на семантичній мережі є

• пошук вершини або зв'язку по імені;

• перехід від однієї вершини до іншої по зв'язках;

• перехід від одного зв'язку до іншого через суміжні вершини.

Сукупність базових операцій дозволяє здійснювати пошук за зразком, тобто такий пошук фрагмента мережі, який збігається з даним запитом (ізоморфне вкладення запиту в мережу). Відзначимо, що прямого вкладення може не існувати. Особливу роль при цьому може зіграти властивість транзитивності для семантичних мереж. Ця властивість дозволяє перетворювати мережі, успадковувавши родові властивості об'єкту. Наприклад, на питання «Скільки коліс у «Запорожця»?» прямої відповіді можна не знайти, але використовуючи зв'язок «є виглядом», можна цю інформацію отримати від об'єкту «автомобіль».

Облік властивостей бінарних стосунків допомагає шукати протиріччя в семантичній мережі. Наприклад, транзитивне, антисиметричне, антирефлексивне відношення є ациклічним. Якщо ланцюжок з такого відношення утворює цикл, то в мережі є помилка.

Розглянемо як приклад наступні бінарні стосунки, представлені в префіксній формі, оскільки такий запис природний для Прологу.

relation("є виглядом", "Чоловік", "Персона").

relation("є виглядом", "Жінка", "Персона").

relation("має рік народження", "Персона", "Рік").

relation("є представником", "Петров", "Чоловік").

relation("є представником", "Миколаєва", "Жінка").

relation("є представником", "1960", "Рік").

relation("є представником", "1961", "Рік").

relation("має чоловіка", "Петров", "Миколаєва").

relation("має чоловіка", "Миколаєва", "Петров").

relation("має рік народження", "Петров", "1960").

relation("має рік народження", "Миколаєва", "1961").

relation("є представником", "Іванов", "Чоловік").

relation("є представником", "Іванова", "Жінка").

relation("є представником", "1956", "Рік").

relation("є представником", "1959", "Рік").

relation("має чоловіка", "Іванов", "Іванова").

relation("має чоловіка", "Іванова", "Іванов").

relation("має рік народження", "Іванов", "1956").

relation("має рік народження", "Миколаєва", "1959").

Намалюйте семантичну мережу для даної предметної області. Складіть мережу для запиту типу "яка з подружніх пар не старіше 1960 р.", вводячи спеціальне відношення "не старіше". Знайдіть ізоморфне вкладення даного запиту в мережу.

Для другого прикладу кожна бригада повинна розглянути як предметну область свою бригаду. Семантична мережа повинна включати знання про персональний склад бригад і конкретні відомості по персонах. Запит повинен мати вигляд "яка бригада вже захистила лабораторну роботу №1".

Методи представлення знань за допомогою семантичних мереж досить детально розглянуті в [7, п.3.2].

Завдання

1. Для запропонованої предметної області виділити сутності, базові і спеціальні бінарні стосунки. Встановити властивості стосунків (транзитивність, симетричність, рефлексивність).

2. Зв'язати сутності стосунками, тобто побудувати семантичну мережу.

3. Знайти спосіб еквівалентного представлення семантичній мережі у формі пропозицій на Пролозі.

4. Написати інтерпретатор на Пролозі, що враховує властивості транзитивності базових стосунків типу "родовий зв'язок", "видовий зв'язок", "ціле" для частини. Передбачити в інтерпретаторі можливість реалізації запитів за зразком через операції переходу по мережі.

5. За допомогою побудованого інтерпретатора для заданого прикладу реалізувати запити в базі знань, представлену семантичною мережею.

Контрольні питання

1. Чому семантичні мережі використовують лише бінарні стосунки? Як багатомісне відношення можна представити в семантичній мережі?

2. Які типи об'єктів і стосунків є базовими?

3. Яка роль родовидових і агрегатних стосунків?

4. Перерахуєте базові операції на семантичних мережах?

5. Як реалізується запит за зразком?

6. Як реалізується механізм спадкоємства властивостей?