1.2.3. Семантические сети

Семантическая сеть - это направленный граф с помеченными вершинами и дугами. При этом вершины соответствуют объектам предметной области, их свойствам и признакам, а также значениям признаков. Дуги фиксируют отношения (взаимосвязи) между объектами, свойствами, признаками и их значениями, определяемые как статическими свойствами предметной области, так и конкретными фактами и процессами.

Отношения, используемые в семантических сетях, можно разделить на следующие:

• лингвистические, включающие в себя отношения типа «объект», «агент», «условия», «место», «инструмент», «цель», «время» и т.д.;

• атрибутивные, к которым относят форму, размер, цвет и т.д.;

• характеризации глаголов, т.е. род, время, наклонение, залог, число;

• логические, обеспечивающие выполнение операций для исчисления высказываний (дизъюнкция, конъюнкция, импликация, отрицание);

- квалифицированные, т.е. использующие кванторы общности и существования;

- теоретико-множественные, включающие понятия «элемент множества», «подмножество», «супермножество» и др.

Пример семантической сети приведен на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Пример семантической сети

При ее построении использованы отношения следующего вида:

1. «является» - отражающее принадлежность данного объекта к некоторому классу объектов;

2. «имеет» - указывающее на то, что одно понятие объекта представляет часть другого;

3. «есть» - указывающее, что одно понятие объекта служит атрибутом другого (т.е. неотъемлемым свойством другого);

В овалах даны наименования общих узлов сети, а в угловых скобках <, > - их конкретные значения.

Как видно из рисунка 1.З., в сети можно отображать иерархию понятий. Так, узел «исполнительный механизм» находится на верхнем уровне иерархии, а два узла <М-1> и <М-2> - на нижнем.

После задания такой иерархии можно произвести по сети распределение общих фактов, которые косвенно являются атрибутами индивидуумов, как членов класса «исполнительный механизм», вместо представления их в качестве атрибутов непосредственно индивидуумов.

К таким фактам относится, например, то, что «исполнительным механизмам» предоставляется «возможность применения в объектах других классов», а «вращательного действия» имеют «возможность модификации структуры».

Для фиксации в сети утверждения, что «М-2» был заменен на «М-1» с мая 2003 г. по май 2004 г. на рис. 1.5. использовано понятие «событие», относящееся к вершине <где используют>.

Относительно события можно сказать следующее:

1. в чем оно состоит (т.е. в чем состоит действие)

2. кто исполняет (т.е. агент)

3. объект, к которому имеет отношение действие (датив — dative)

4. с какого момента началось действие.

Над семантическими сетями можно выполнять некоторые действия:

1. Построение семантической сети, используя элементарные действия создания пустой сети, введения в сеть нового объекта и введения нового отношения.

2. Установление соответствия между элементами разных сетей.

3. Объединение семантических сетей.

4. Запрос семантической сети. Запрос - это граф, в котором вершины, соответствующие некоторым переменным (атрибутам, именам отношений, объектам), не определены. Поиск ответа состоит в решении задачи изоморфного вложения графа запроса в семантическую сеть.

Различают Интенсиональные (понятийные) и Экстенсиональные (описательные, конкретизирующие) семантические сети. На формальном уровне это можно выразить следующим образом:

Если имеется конечное множество атрибутов А={ , i=l,n} и конечное множество отношений R={ , j=l,m}, то под интенсионалом отношения Rj понимают набор пар вида:

INT( )={...,[ ., ДОМ( )],...}, где ДОМ( ) - множество значений атрибута А; (домен ), соответствующего отношению

Под экстенсионалом отношения понимают множество

ЕХТ ( )-{ ,..., }, где , к=1,р - факт отношения , задаваемый в виде совокупности пар вида «атрибут» - «значение».

На рис. 1.5. отношение «вращательного действия» - является - «исполнительный механизм» есть пример интенсиональных отношений, а отношение <СМ-1>- имя — «наименование узла» - пример экстенсиональных отношений.

Таким образом, интенсиональная семантическая сеть описывает предметную область на обобщенном, концептуальном уровне, а в экстенсиональной сети производится конкретизация и наполнение фактическими данными.

Основное достоинство семантических сетей - их универсальность, удобство представления интенсиональных и экстенсиональных знаний, возможность их объединения в единую сеть (такое объединение приведено на рис. 1.5). Их основной недостаток — громоздкость, сложность построения и внесение изменений. Кроме того, типы дуг и вершин таких сетей весьма разнообразны, что снижает эффективность работы с семантическими сетями из-за необходимости использования разнообразных процедур обработки.

Семантические сети нашли применение в основном в системах обработки естественного языка, частично в вопросно-ответных системах, а также в системах искусственного видения. В области обработки естественного языка с помощью семантических сетей представляют семантические знания о мире, эпизодические знания (т.е. знания о пространственно-временных событиях и состояниях). В системах искусственного видения семантические сети используются для хранения знаний о структуре, форме и свойствах физических объектах.

В качестве примера, рассмотрим представление знаний, содержащихся в высказывании «Робот сверлит отверстие в детали сверлом 10». На рис. 1.6а) представлена интенсиональная, а на рис. 1.6.6) - экстенсиональная семантическая сеть.

Рис. 1.6. а) Пример интенсиональной сети

Рис. 1.6.6) Пример экстенсиональной сети