Побудова та використання семантичних мереж

Процес побудови семантичних мереж вимагає ретельного аналізу предметної області. Для формалізації та фіксації окремих результатів процесу аналізу предметної області розробляють короткий опис предметної області та словник предметної області. Також у процесі аналізу предметної області виконують узагальнення понять, результати якого описують та враховують при побудові семантичної мережі.

Основним принципом організації банків знань на основі семантичних мереж є поділ екстенсіональних й інтенсіональних знань. При цьому екстенсіональна семантична мережа є основою бази даних, а інтенсіональна – бази знань (рис. 1).

Рисунок 1– Структура системи подання знань

У семантичній мережі можуть бути продані такі види об’єктів, як поняття, події, спеціалізовані методи рішення. Опис об’єктів предметної області виводиться на природно-мовний рівень. Збільшення номенклатури об’єктів знижує однорідність мережі і призводить до необхідності збільшення арсеналу методів виведення.

Багатомірність семантичних мереж дозволяє подавати в них числені семантичні відношення, що зв’язують окремі поняття, поняття і події в речення, а також речення в текстах; крім того, у семантичній мережі може бути відбита семантична ієрархія взаємної підпорядкованості спеціалізованих методів.

Усі знання, включаючи факти, що знову надходять, а також деякі спеціалізовані методи рішення накопичуються у відносно однорідній структурі пам’яті. На мережах визначається ряд більш-менш уніфікованих семантичних відношень між об’єктами, яким відповідають уніфіковані методи виведення. Методи виведення в сукупності з цілями (запитами) визначають області семантичного знання, що має відношення до поставленої задачі, формулюючи акт розуміння запиту і певний ланцюг виведень і неповних виведень, що відповідають рішенню задачі.

На кожній стадії формування рішення можна чітко розділити повне знання системи (повна семантична мережа) і поточне знання – збуджена область мережі, у якій здійснюються певні операції (процес розуміння, виведення і т.д.).

Десигнат є важливим поняттям у семантичних мережах. Це унікальне внутрисистемне ім’я, що ставиться у відповідність деякому об’єкту предметної області, якщо про нього в даний момент немає повної інформації. Десигнат відбиває найбільш значимий зміст об’єкта, зокрема, просто факт його існування.

Порожні місця заповнюються в процесі нагромадження даних значеннями відповідного атрибута. Таким чином, у момент першого згадування про об’єкт у базі знань заводиться його десигнат, яким можна маніпулювати, не очікуючи повної інформації про об’єкт. Уведення десигнатів збільшує гнучкість семантичної мережі, однак їхнє використання вимагає додаткових обчислювальних ресурсів.

Операції модифікації бази знань на семантичних мережах зводяться до видалення і додавання нових вершин і ребер. Проблема пошуку рішення в базі знань типу семантичної мережі зводиться до задачі пошуку фрагмента мережі, відповідного деякій підмережі, що відображає поставлений запит до бази знань.

Особливістю семантичної мережі як механізму подання знань є єдина база знань і механізм виведення.

Базові операції пошуку інформації в мережі забезпечують пошук вершини чи ребра за іменем, переходячи від однієї вершини до іншої по зв’язках і від одного зв’язку до іншої через суміжні вершини. Мета пошуку – одержання знань, поданих у мережі і необхідних для вирішення задачі.

Операція зіставлення зі зразком є одним з потужних засобів маніпуляції знаннями. Сутність її полягає в такому. Інформаційна потреба, що визначає зміст і ціль запиту базі знань, описується автономною семантичною мережею – мережею запиту, яка побудована за тими ж правилам і відображує ті ж об’єкти і відношення, що продані в системі знань семантичною мережею.

Пошук відповіді на запит реалізується зіставленням мережі запиту з фрагментами семантичної мережі, що подає систему знань. Позитивний результат зіставлення дозволяє одержати одну з відповідей на запит. Усі відповіді можна одержати шляхом виявлення всіх порівнянних з мережею запиту фрагментів.

Метод перехресного пошуку використовується в семантичних мережах нарівні з методом зіставлення. При цьому здійснюється пошук відношень між поняттями. Відповідь на запит формується шляхом знаходження вершини, у якій перетинаються дуги, що йдуть з двох вершин.

Метод поширення активності та техніки перетинань – особливий тип генерації висновку, використовуваний у семантичних мережах. Цей метод відіграє важливу роль в обробці контекстів. Процес здійснюється побудовою ланцюжків виведення на основі уведених висловлень у всіх напрямках доти, поки не виявиться перетинання де-небудь у мережі.

Перевагами семантичних мереж є:

– великі виразні можливості мережних моделей;

– зручність та логічна прозорість – опис подій і понять проводиться на рівні, дуже близькому до природної мови;

– забезпечується можливість зчеплення різних фрагментів мережі;

– відношення між поняттями і подіями утворюють досить невелику і добре формалізовану множину;

– можливість відображення структури, що властива знанням, оскільки відношення можуть бути явно специфіковані;

– для кожної операції над даними і знаннями можна виділити з повної мережі, що подає всю семантику, деяку частину мережі (фрагмент), яка охоплює необхідні в даному запиті смислові характеристики;

– розміщення в базі знань навколо відповідної вершини всієї точно відомої інформації тієї чи іншої концепції;

– ефективний інформаційний пошук, оскільки асоціації між об’єктами визначають шляхи доступу, що проходять по базі знань.

Недоліками семантичних мереж є:

– складність організації процедури пошуку у процесі виведення на семантичній мережі;

– відсутність достатньо розробленої денотаційної і, особливо операційної семантики. Остання, як правило, використовує прості розуміння, пов’язані з реалізацією методів пошуку по шляхах доступу. Числені формалізми, що підтримують мережні схеми, не мають необхідного рівеня повноти синтаксису і семантики;

– програш семантичних мереж у поданні чисто структурних відношень, які легко реалізуються численням предикатів (логічні зв’язування, квантори спільності й існування) або процедуральному поданні (рівнобіжні процеси, динамічні події);

– менша виразна сила семантичних мереж у порівнянні з логікою предикатів. Зокрема, має певну складність відображення квантифікаторів. Деякі недоліки можуть бути усунуті за допомогою реалізації механізму спадкування: субконцепти успадковують властивості суперконцептів, якщо тільки це явно не заборонено. Як засоби подолання недоліків пропонувалося також уведення функцій Сколема в семантичних мережах, поділ семантичних мереж на частини. Остання пропозиція виявляється корисною для відображення в системі як самих планів, цілей і гіпотез, так і пропозицій системи про плани, цілях і гіпотези передбачуваного партнера.