Семантические сети.
В семантической сети вершинам сопоставлены понятия (объекты, события, процессы), а дугам - отношения на множестве понятий. В общем случае это означает, что в виде семантической сети можно отобразить знания, заключенные в текстах на естественном языке. Как показали исследования, в языках индоевропейской группы имеется не более 200 различных, не сводимых друг к другу отношений. Комбинации этих базовых отношений позволяют выразить остальные отношения, фиксируемые в текстах. Конечное число базовых отношений позволяет надеяться, что в базах знаний можно представить любую предметную область.
На примере семантической сети общего вида можно установить различие между базой данных и базой знаний. Предметная область есть множество допустимых состояний своих компонентов. Представленное через общие понятия и отношения между ними, это множество образует базу знаний - в виде абстрактной семантической сети. С другой стороны, в зависимости от ситуации компоненты предметной области будут иметь конкретные значения, свойства, характеристики. Все эти конкретные данные о предметной области будут отображаться в так называемой конкретной семантической сети или базе данных сетевой структуры.
Семантические сети, несмотря на большие возможности средств, используемых для отражения отношений между понятиями и объектами, обладают некоторыми недостатками. Слишком произвольная структура и различные типы вершин и связей требуют большого разнообразия процедур обработки информации, что усложняет программное обеспечение ЭВМ.
Понятиями обычно выступают абстрактные или конкретные объекты, а отношения – это связи типа: это (is); имеет частью (Has part); принадлежит; любит и т.д. (см. Рис. 72).
какой
имеет свойство
имеет
принадлежит к
классу
марки
имеет
принадлежит
Рис.72. Пример семантической сети
Наиболее часто в семантических сетях используются следующие отношения:
связи типа «часть-целое» («класс-подкласс», «элемент-множество» и т.п.);
функциональные связи (определяемые обычно глаголами «производит», «влияет» и т.д.);
количественные (больше, меньше, равно и т.д.);
пространственные (далеко от, близко от, за, под и т.д.);
временные (раньше, позже, в течение …);
атрибутивные связи (иметь свойство, иметь значение…);
логические связи (и, или, не…).
Фреймовые модели
Фрейм в переводе означает рамка (frame - рамка). Любое представление о предмете, объекте, стереотипной ситуации у человека всегда обрамлено характеристиками и свойствами объекта или ситуации. В основе теории фреймов лежит фиксация знаний путем сопоставления новых фактов с рамками, определенными для каждого объекта в сознании человека. Структура в памяти ЭВМ, представляющая эти рамки, называется фреймом.
Слотом фрейма называется элемент данных, предназначенный для фиксации значений об объекте, которому отведен данный фрейм.
Слот фрейма характеризуется следующими параметрами:
имя слота (каждый слот должен иметь уникальное имя во фрейме);
указатель наследования.
Указатель наследования показывает, какую информацию об атрибутах слотов во фрейме верхнего уровня наследуют слоты с теми же именами во фрейме нижнего уровня. При этом могут быть следующие ситуации:
слот наследуется с теми же значениями данных (т.е. тот же);
слот наследуется, но данные в каждом фрейме могут принимать любые значения (уникальный);
слот не наследуется (независимый).
Фреймы обладают свойством вложенности, т.е. в качестве значения слота может выступать система имен слотов более глубокого уровня. Свойство вложенности, возможность иметь в качестве значений слотов ссылки на другие фреймы и на другие слоты того же самого фрейма обеспечивают фреймовым моделям удовлетворение требований связности и структурированности знаний. Наличие имен фреймов и имен слотов означает, что знания хранимые во фреймах, имеют характер отсылок и тем самым внутренне интерпретированы.
Использование фреймов в фундаментальных науках дает возможность формирования более строгого понятийного аппарата и комплексирования обычных математических моделей с фреймовыми формализмами. Для описательных наук фреймы - это один из немногих способов формализации, создания понятийного аппарата.
Различают фреймы-образцы, или прототипы, хранящиеся в базе знаний, и фреймы-экземпляры, которые создаются для отображения реальных ситуаций на основе поступающих данных (см. Рис. 73).
Человек
Ребенок
Ученик
Рис. 73. Сеть фреймов
Модель фрейма является достаточно универсальной, поскольку позволяет отобразить все многообразие знаний о мире через следующие структуры:
фреймы – структуры, для обозначения объектов и понятий (заем, залог, вексель);
фреймы – роли (менеджер, кассир, клиент);
фреймы – сценарии (банкротство, собрание акционеров, празднование именин);
фреймы – ситуации (тревога, пожар, авария, рабочий режим).
Важнейшим свойством теории фреймов является заимствованное из теории семантических сетей наследование свойств. Наследование происходит по АКО-связям. ( A-Kind-of=это) - похожий вариант.
Основным преимуществом фреймов как модели представления знаний является способность отражать концептуальную основу организации памяти человека, а также ее гибкость и наглядность.
Специальные языки представления знаний в сетях фреймов FRL (Frame Representation Lanquage) и другие позволяют эффективно строить интеллектуальные информационные системы и, в частности, промышленные экспертные системы. Широко известны такие фреймо- ориентированные экспертные системы, как ANALYST, МОДИС.