15

Тема: Семантичні та фреймові мережі.

Мета: ознайомлення з поняттями: семантична та фреймова мережі, трирівнева архітектура семантичних мереж, фрейм, слот, ієрархія і наслідування фреймів, мережі подібностей та відмінностей.

Перелік питань, що вивчаються.

1. Семантичні мережі.

1.1. Визначення та класифікацій семантичних мереж

1.2. Семантичні мережі в пам'яті людини.

1.3. Трирівнева архітектура семантичних мереж.

1.4. Асиміляція нових знань, на основі семантичних мереж.

1.5. Різні способи задания семантичних мереж.

1.6. Логічне виведення на семантичних мережах.

1.7. Процедурні і розділені семантичні мережі.

2. Фреймові мережі.

2.1. Фрейми та слоти: базові поняття.

2.2. Конкретизація, ієрархія та наслідування фреймів.

2.3. Поповнення первинних описів на основі фреймових моделей.

2.4. Мережі подібностей і відмінностей.

2.5. Фрейми та об'єктно-орієнтоване програмування.

1. Семантичні мережі.

1.1. Визначення та класифікацій семантичних мереж.

Семантичні мережі є зручним способом графічного подання знань. Особливий акцент при цьому робиться на зв'язках між різними ін­формаційними одиницями та між різними фрагментами знань. Важливим є те, що вся інформація про дане поняття групується навколо вузла мережі, який відповідає цьому поняттю.

Семантичну мережу можна неформально уявляти у вигляді графу, вершини якого, як правило, позначають об'єкти предметної області, а дуги відповідають зв'язкам між ними.

Це визначення є неформальним і орієнтоване скоріше на людське розу­міння, ніж на проектування і створення систем штучного інтелекту. Остан­ня задача вимагає більш формальних визначень.

Формально семантична мережа визначається як набір <І, С₁, С₂, …, С_n, Г>. Тут І - множина інформаційних одиниць, С₁, С₂, …, С_n - типи зв'язків між інформаційними одиницями, Г- відображення, що задає зв'язки між інформаційними одиницями.

На відміну від неформального визначення, останнє вимагає жорсткої фіксації схеми бази знань, тобто набору можливих інформаційних одиниць і типів можливих зв'язків.

Існує значна кількість моделей знань на основі семантичних мереж; історично першою була модель Квілліана.

Наведемо приклад.

Твердження "Студент Іванов отримав 5 на іспиті зі штучного інте­лекту" може бути зображено у вигляді такої семантичної мережі (рис. 1):

Рис. 1. Приклад семантичної мережі.

Таке подання, зрозуміло, не є єдино можливим. У п. 5 обговорюється, які переваги і недоліки можуть бути пов'язані з різними формами задания баз знань у вигляді семантичних мереж.

Семантичні мережі є найбільш широким класом мережних моделей, в яких поєднані різні типи зв'язків. Часткові випадки семантичних мереж відповідають спеціальним типам зв'язків. Відокремлюють, зокрема, класи­фікуючі мережі, функціональні мережі та сценарії.

Класифікуючі мережі дозволяють задавати відношення ієрархії між ін­формаційними одиницями.

Функціональні мережі характеризуються наявністю функціональних відношень, які дозволяють описувати процедури обчислень одних інформа­ційних одиниць через інші. Їх часто називають обчислювальними моделями, оскільки вони дозволяють описувати процедури обчислення одних інфор­маційних одиниць через інші.

У сценаріях використовуються відношення типу "причина - наслідок", "дія", "засіб дії" та ін.

1.2. Семантичні мережі в пам'яті людини.

Є ряд свідчень на користь того, що знання в людській пам'яті зберігаються у вигляді структур, які нагадують семантичні мережі. Про це свідчать, зокрема, результати дослідів, що проводилися школою Жана Піаже.

Дівчинці трьох з половиною років показали квадрат і попросили нама­лювати його. Спочатку вона намалювала фігуру, показану на рис. 2, що зовсім не дивно.

Рис. 2. Перше зображення квадрата.

А потім вона намалювала зовсім іншу фігуру.

Рис. 3. Друге зображення квадрата.

Коли дівчинку попросили пояснити свій малюнок, вона вказала на три елементи: "жорсткі речі", "речі, що йдуть вгору - вниз" і "боковинки". Коли вона показала на початковому квадраті, що малося на увазі, з'ясувало­ся, що "жорсткі речі" відповідають кутам квадрата, "боковинки" - гори­зонтальним сторонам, а "речі, що йдуть вгору - вниз" - вертикальним.

Жан Піаже та його учні дають цьому таке пояснення. Людина збе­рігає зображення в своїй пам'яті не так, як воно сприймається органами чуттів, а у вигляді структурного опису. Так, семантична мережа, що задає структурний опис квадрата, могла б мати вигляд:

Рис. 4. Семантична мережа опису квадрата.

Легко побачити схожість цієї структури (особливо фрагмента, обведено­го рамкою) з малюнком, зробленим дівчинкою. Очевидно, коли дівчинка робила другий малюнок, вона пропустила стадію реконструкції зображення і намалювала квадрат у вигляді структури, яка збереглася в її пам'яті.