10.5. Общие сведения о языках представления знаний

Кроме рассмотренной существуют еще и другие классификации грамматик.

Имеются неукорачивающиеся грамматики- это грамматики, в которых для любого правилаj®jсправедливо соотношение|j|£|y|.

Таким образом, в результате использования правила вывода получают цепочку, длина которой не меньше длины исходной цепочки.

Пусть грамматика задана следующим образом:

Т={а,в},N={S}, S=S, P={S®aa, S®вв,S®aSa, S®вSв}.

В такой грамматике для любой исходной цепочки применение системы правил не позволит получить цепочку короче исходной:

Saa;

Sвв;

SaSaaaaa;

SaSaaввa;

SвSвваав;

SвSввввв.

Это значит, что данная грамматика является неукорачивающей.

Выделяются также грамматики непосредственно-составляющих, которые могут быть как контактно-зависимые, так и контактно-свободные.

Рассмотрим фразу "Курсант изучает математику". Она содержит группу подлежащего, группу сказуемого и группу дополнения: (ГП)(ГС)(ГД). Если зафиксирован класс существительных (ГП), (ГД), тогда семантический класс глагола зависит от них, т.е. находится в их контексте.

Таким образом:

j₁Аj₂®j₁wj₂,

АÎN,j₁,j₂ÎV^*,w- не пусто. Еслиj₁,j₂пусты - контекстно свободная грамматика. Всякая грамматика непосредственно составляющих - неубывающая.

Грамматики непосредственно составляющих и равные им по порождающей силе неукорачивающие грамматики достаточны для описания фраз естественных языков. Однако, как любая порождающая грамматика, грамматика непосредственно составляющих содержит только правила образования, но не преобразование языковых выражений. Владение же языком предполагает умение не только строить правильные фразы, но и переходить от одной правильно построенной фразы к другой, синонимичной ей, либо отличающейся от нее некоторым определенным образом. Примерами таких переходов являются преобразования утвердительного предложения в вопросительное, активной формы в пассивную и пр.

Другими словами, порождающая грамматика оперирует только с синтаксисом языка, но не с его семантикой. Для описания семантики необходимо ввести правила перехода от одних выражений к другим, несущим ту же информацию. Грамматики, использующие такие правила, называют трансформационными.

Основой трансформационных грамматик является предположение о том, что порождение предложения человеком осуществляется в два этапа. На первом этапе с помощью некоторой грамматики непосредственных составляющих порождается относительно простая синтаксическая структура, называемая глубинной.

На втором этапе эта структура путем последовательного применения правил преобразования превращается в более сложную синтаксическую структуру, называемую поверхностной и соответствующую конкретному предложению. Исходная грамматика непосредственно составляющих называется базовой, а правила преобразования - трансформациями. Формально глубинная структура представляет собой структурное дерево, порожденное категориальными правилами, т.е. правилами вывода, не содержащими терминальных символов. Порождаемые ими цепочки состоят только из нетерминальных символов, обозначающих синтаксические категории языка. Подстановка терминальных символов в порождении предложения осуществляется с помощью специальных правил включения.

Трансформационную грамматику можно формально представить как двухкомпонентную. Первая компонента - грамматика непосредственно составляющих, вторая образована правилами трансформации р₁,...р_n®l, гдеn³1, а р₁,...р_n,l- не цепочки символов, а структурные деревья. Таким образом, вывод в трансформационной грамматике есть отображение набора структурных деревьев в новое структурное дерево. Результатом трансформационных преобразований является поверхностная структура предложения.

Представление с помощью формальных грамматик лингвистических знаний является одной из моделей представления знаний вообще, используемых в такой области, как системы с элементами искусственного интеллекта. Следует отметить, что знания отличаются от данных, например, тем, что данные содержательно интерпретируются лишь соответствующей программой ЭВМ, а в знаниях возможность содержательной информации всегда присутствует. Программно-аппаратная часть систем, обеспечивающих интерфейс с пользователем на естественном или близком к естественному языке реализуется лингвистическим процессором, задача которого - прямой и обратный перевод естественно-языковых текстов на формальный язык внутреннего представления, с которым работает ЭВМ.

В лингвистическом процессоре выделяют декларативную и процедуральную части. Первая содержит описание словарей, вторая - алгоритм анализа и синтеза естественно-языковых текстов.

Логическими моделями представления знаний являются уже известные нам исчисления высказываний и предикатов.

Основой формализации семантических знаний являются так называемые семантические сети. Семантическая сеть - ориентированный граф, вершинам которого ставятся в соответствии конкретные объекты, а дугам - семантические отношения между ними. Метки вершин имеют ссылочный характер и представляют собой некоторые имена. В роли имен могут выступать, например, слова естественного языка. Метки дуг обозначают элементы множества отношений. Кроме того, для представления знаний используются фреймы, которые чаще всего определяют как структуру данных для представления стереотипных ситуаций.

Стремление к эффективной программной реализации моделей представления знаний привело к разработке языков представления знаний. Примерами таких языков являются языки LISP, РЕФАЛ,SNOBOL, PLANNER, QLISP, KRL, FRL.

В последние годы все чаще используется язык PROLOG, который является языком высокого уровня, основанным на математической логике. Его характерная особенность - наличие нескольких равноправных семантик. Текст наPROLOGе может трактоваться как декларативное описание некоторых свойств и как описание процедур.

Основной единицей программы в PROLOGявляется описание отношения, а программа представляет собой множество описаний отношений и базу данных, содержащую факты - экземпляры отношений. Все запросы в языке формулируются в терминах введенных или встроенных отношений. Различают три вида запросов: проверить истинность выражения; выдать все объекты, удовлетворяющие описанию; добавлять факты.