3 Методи опису семантичної мережі

Отже, розглянемо більш детально семантичну мову представлення знань, під якою, як було вище зазначено, маються на увазі конструкції визначеного вигляду, що складаються з однотипних елементів – вершин, з яких складаються фрагменти та мережі, які у свою чергу використовуються для побудови більш складних конструкцій – графів. При цьому розглядаються семантичні графи та мережі певного вигляду – з вершинами зв’язку. А під семантичним графом розуміються мережі, на яких заданий порядок обробки їх фрагментів, так званий порядок конкретизації.

Семантична мова служить для представлення предметних областей, у яких виділяються об’єкти {A_i} та відношення {R_j}, які у свою чергу включені до множини компонент {D_k}, розрізнюваних у даній предметній області. Під компонентами маються на увазі не тільки об’єкти та відношення, але і складені з них комплексні об’єкти та різні ситуації (що розглядаються як єдине ціле). Компонентами можуть бути і логічні складові: істинності, хиби.

Компонентам співставляються елементи одного і того самого набору – вершини, які ще називають вершинами-поняттями. Вершини, що відповідають об’єктам A_i, відношенням R_j та довільним компонентам D_k через a_i, r_j, d_k.

Позначимо всю множину вершин-понять, що відповідають різним компонентам, через D. Вона включає в себе дві підмножини: A та R, де елементи з A відповідають об’єктам, а з R – відношенням, причому ці дві підмножини є розширюваними, тобто вони допускають поповнення новими, зручними для представлення вершинами.

Поділ на об’єкти та відношення є у певному сенсі відносним. Відношення можуть розглядатись як об’єкти, пов’язані своїми відношеннями. Об’єкти можуть вказувати на тип відношення. Тому надалі чітке розмежування не проводиться. Суттєвою вважається роль вершин, яка задається за допомогою кортежів <d₁,…,d_k>, де d₁,…,d_kÎD.

Такі кортежі будемо називати елементарними фрагментами. У кожному елементарному фрагменті є множина вершин, що відповідають об’єктам, та одна вершина – відношенню. Цій останній вершині у кортежі призначається визначене місце – третє. Наступні місця – з четвертого по k-те – зайняті вершинами-об’єктами.

Таким чином кортеж <d₁,…,d_k> представляє відношення типу D₃ між об’єктами D₄,…,D_k. Перші два місця мають особливе призначення. Якщо вказані об’єкти з їх відношенням розглядаються як єдиний комплексний

11

об’єкт або ситуація (D₁), то останньому співставляється власна вершина d_1, яка займає перше місце. Друге місце займає вершина d₂, що відповідає логічній складовій D_2, яка вказує, наприклад, на істинність чи хибність представленного відношення. Для подібного представлення використовуються власні вершини: t – відповідає факту істинності, f – хиби.

Допускається можливість знаходження на першому місці досить довільних елементів з множини А. Кожен такий елемент може відповідати комплексному об’єкту. На інших місцях вершин-об’єктів можуть знаходитись елементи з A та R, в тому числі вершини-відношення. Проте, друге та третє місця є завжди зарезервованими для вершин, що відповідають логічним складовим, та для вершин-відношень.

Фрагмент <d₁,…,d_k> може бути представлений за допомогою мережі (мал. 1), де квадратиком зображена вершина зв’язку. Вона не відповідає ані об’єктам, ані відношенням та має виключно службовий характер, тобто використовується для зазначення зв’язку. Ролі вершин задаються за допомогою нумерації ребер, проте надалі замість нумерації будуть використані різні типи ребер (мал. 2), де стрілки використовуються лише для задання таких типів.

Ребро приєднується до вершини, яка у елементарному фрагменті стоїть на першому місці.

Ребро приєднується до вершини, яка у елементарному фрагменті стоїть на другому місці.

Ребро приєднується до вершини, яка у елементарному фрагменті стоїть на третьому місці.

і Ребро приєднується до всіх наступних вершини, які у елементарному фрагменті стоїть місцях починаючи з четвертого і далі.

При цьому цифри і = 1,…,k вказують на відносні місця наступних вершин у елементарному фрагменті, що буде використовуватися для задання ролі відповідних об'єктів у відношенні.

У різних відношеннях можуть брати участь різні компоненти - суб'єкти, об'єкти тощо. Відношення можуть мати різну вимірність, що представляється за допомогою кортежів елементарного фрагмента різної довжини. N-мірним відношенням відповідають кортежі (N+3)-вимірності. Вимірність кортежів визначається кількістю семантичних відмінків типу бути суб'єктом, бути дією і т.д., які характеризують компоненти відношення.

Розрізняють об'єкти (відношення, логічні складові та інші компоненти) двох типів: відомі (виявлені) або визначені та невідомі (невиявлені) або невизначені. Тому вся множина вершин D ділиться на дві підмножини X та G, що не перетинаються, причому елементи x_iÎX відповідають нерозпізнаним компонентам X_i, а елементи з G - розпізнаним. Таким чином, можна назвати

12

елементи X невизначеними вершинами або н-вершинами, а елементи G -визначеними або в-вершинами. Набір н-вершин вважається практично необмеженим, де різним невідомим компонентам або відношенням завжди співставляється різні н-вершини, які ще називають вершинами-змінними.

Приклади:

Фрагмент <d₁, t, r₁, x₁, x₂> представляє істинне бінарне відношення R₁ між нерозпізнаними (невизначеними) об'єктами Х₁ та Х₂. При цьому утворюється комплексний об'єкт D₁ (рис. 1)

Фрагмент <x₁, x₂, r₁, a₁, a₂> пердставляє відношення R₁ між об'єктами А₁ та А₂, для якого не відомо, чи воно істинне, чи хибне, а також не відомо, який утворюється комплексний об'єкт (рис. 2).

t

a_{1 X1 X2}

r₁

1 ²

1 2

r₁

^{X1 X2} a₁ a₂

Рис. 1 _{Рис. 2}

Надалі використовується скорочене зображення фрагментів. Вважається, що якщо до вершини зв'язку не під'єднані ребра типу

то за допомогою відповідного фрагмента представляються істині (t) відношення. Позначення в-вершини буде вміщене всередину вершини зв'язку. Для представлення ситуацій, що складаються з множин об'єстів та відношень, будить використані множини елементарних фрагментів, які надалі називаються мережами, а частини мереж - фрагментами. Покладемо, що порядок запису елементарного фрагмента у мережі або місце його розташування у відповідному представленні мережі не відіграє ніякої ролі. Іншими словами, зміна порядку або місця ніяк не впливає на інтерпретацію

мереж. Мережі записуються у вигляді

Ф₁ °Ф₂ °… °Ф_n,

де Ф_і для і = 1,…,n - це елементарний фрагмент, а "°" - спеціальний розділовий знак.

13

Мережі зображаються у вигляді набору елементарних фрагментів, які можуть містити одні і ті самі (спільні) вершини. Зв'язок між елементпрними фрагментами задається лише за допомогою цих вершин. Наприклад, на рис.8 зображена мережа, що представляє відношення R₁ між об'єктами A₁ та X₁, а також X₁ та X_2. Така мережа записується у вигляді

<x₃, t, r₁, a₁, x₁> ° <x₄, t, r₁, x₁, x₂>,

де х₃ та х₄ відповідають парам об'єктів, пов'язаних відношенням, тобто сукупностям.

X₃ X₁ X₄

2 1 _X2 a_{1 1} r_{1 2}

t

Рис. 3

У цій мережі спільними для двох елементарних фрагментів є три вершини - t, r₁, x₁. При цьому інформаційний зв'язок між представленними відношеннями здійснюється за допомогою н-вершини X₁. Мається на увазі залежність невідомого об'єкта х₁ від обох відношень, а також об'єкта X₂ від відношення R₁ між А₁ та X_1. Якщо замінити х₁ на в-вершину, то такої залежності вже не буде.

Слід зазначити, що далеко не кожна мережа, складена з фрагментів, буде представляти правильну чи допустиму інформацію. Фрагменти можуть представляти відношення, що ніяк не узгоджуються одне з одним, наприклад відношення бути братом (R₁) та мати квадратну форму (R₂). Тоді мережа

<x₃, t, r₁, a₁, x₁> ° <x₄, t, r₂, x₁>

буде репрезентувати Дехто Х₁, який є братом А₁, має квадратну форму. Щоб уникнути подібних неузгодженостей, згідно схеми обробки в процесі вводу інформації виконується перевірка на її допустимість. Для цього використовуються так звані обов’язкові знання, роль яких відіграють семантичні графи.

14

Будь-яка мережа, що складається з одного елементарного фрагмента, є зв’язаною. Під зв’язаною також розуміється мережа, що складається з багатьох фрагментів і в якій між будь-якими двома н-вершинами завжди існує шлях по ребрам через вершини зв’язку та н-вершини. Ця умова буде виконуватись лише у тому випадку, якщо кожен елементарний фрагмент мережі має спільну н-вершину хоча б з одним іншим елементарним фрагментом цієї ж мережі. У загальному випадку такий зв’язок може мати вид ланцюжків.

Необхідно відзначити, що незв’язані мережі можуть містити одні і ті самі в-вершини, але не можуть мати одні і ті самі н-вершини, а також н-вершини, зв’язані ланцюжками фрагментів через н-вершини.

За допомогою зв’язаних мереж представляються неподільні (у певному сенсі) шматки інформації, які повністю беруть участь у обробці. Якщо мережа не є зв’язаною, то вона може бути поділена на самостійні (зв’язані) частини, які можуть використовуватись автономно.