Тема 14. Представление знаний на основе семантических сетей, продукционных и логических моделей
Важной схемой представления знаний являются семантические сети. Семантические сети не являются однородным классом схем представления. Имеется лишь несколько общих черт, объединяющих ряд механизмов представления, называемых семантическими сетями. Часто общей основой являются лишь сходство формального обозначения (направленный граф с помеченными вершинами и ребрами) и основной принцип, заключающийся в том, что элементы знаний должны храниться смежно, если они семантически связаны.
Семантическая сеть - это направленный граф с помеченными вершинами и дугами, в котором вершины соответствуют конкретным объектам, а дуги, их соединяющие, отражают имеющиеся между ними отношения.
Отношения, используемые в семантических сетях, можно разделить на следующие:
-
лингвистические включающие в себя отношения типа «объект», «агент», «условие», «место», «инструмент», «цель», «время» и др.;
-
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);
-
квантифицированные, т.е. использующие кванторы общности и существования;
-
теоретико-множественные, включающие понятия «элемент множества», «подмножество», «супермножество» и др.
Если
имеется конечное множество атрибутов
и конечное множество отношений
,
то под интенсионалом отношения Rj
понимают набор пар
вида:
,
в которых DOM(Аi) означает домен Аi , т.е. множество значений атрибута Аi соответствующего отношения Rj.
Под экстенсионалом отношения Rj понимают множество
где Fk — факт отношения, задаваемый в виде совокупности пар вида («атрибут-значение».
Таким образом, интенсиональная семантическая сеть описывает предметную область на обобщенном, концептуальном уровне, в то время как в экстенсиональной сети производятся конкретизация и наполнение фактическими данными.
Выразительная сила семантических сетей несколько слабее, чем в логике предикатов. В частности, представляет определенную сложность отображение квантификаторов. Некоторые недостатки могут быть устранены с помощью реализации механизма наследования: субконцепции наследуют свойства суперконцепций если только это явно не запрещено.
Статические базы знаний, представленные с помощью семантических сетей, могут быть объектом действий, производимых активными процессами. Стандартные операции включают в себя процессы поиска и сопоставления, с помощью которых определяется, представлена ли в семантической модели (и где именно) специфическая информация.
По сравнению с логикой предикатов семантические сети имеют то важное преимущество, что вся точно известная информация о той или иной концепции расположена в базе знаний вокруг соответствующей вершины.
Семантические сети нашли применение в основном в системах обработки естественного языка, частично в вопросно-ответных системах, а также в системах искусственного видения. В последних семантические сети используются для хранения знаний о структуре, форме и свойствах физических объектов. В области обработки естественного языка с помощью семантических сетей представляют семантические знания, знания о мире, эпизодические знания (т.е. знания о пространственно-временных событиях и состояниях).
В качестве примера, рассмотрим представление знаний, содержащихся в высказывании «Поставщик N отгрузил товар склада М автотранспортом. На рис. 14.1 представлена интенсиональная, а на рис. 14.2 — экстенсиональная семантическая сеть. Факты обозначим овалом, а понятия и объекты прямоугольником.
Инструмент Рис. 14.1. Интенсиональная семантическая модель
Рис. 14.2. Экстенсиональная семантическая сеть