2.2.1.3. Семантическая сеть
Семантической сетью называется модель представления знаний в виде графа с помеченными вершинами и дугами (ребрами). В семантической сети общего вида (n-арной сети) вершинам сопоставляются понятия предыдущей области (объекты, события, процессы, явления, n-арные отношения и т.д.), а дугам – бинарные отношения, существующие между этими понятиями.
Пусть:
W – множество объектов, характеристик, событий и т.п. в предметной области
U – множество n-арных отношений, заданных на множестве элементов W
Поставим в соответствие элементам этих множеств обозначающие их знаки и определим следующие множества:
W<=>X={x1,x2,…,xn} – множество знаков, обозначающих элементы множества W
U=<=>R={r1,r2,…,rn} – множество знаков, обозначающих элементы множества U
Таким образом, множеству объектов, характеристик, событий и т.п. реального мира W взаимно однозначно соответствует множество обозначающих их знаков X, а множеству отношений U, существующих между этими понятиями взаимно-однозначно соответствует множество R.
В семантической сети общего вида есть 3 типа вершин:
Вершины-понятия. Каждая такая вершина изображается кругом, соответствует определенному элементу из W и отмечена его знаком из множества X.
Вершины-отношения. Каждая такая вершина – овал, который соответствует какому-либо отношению из множества U и отмечена его знаком из множества R.
Вершины-связи. Каждая вершина – прямоугольник, который соответствует конкретной реализации, какому-либо отношению из множества U и имеет метку, однозначно идентифицирующую такую связь.
При графическом изображении такой семантической сети каждая вершина-связь, соответствующая конкретной реализации отношения соединяется:
С вершиной-отношением дугой с меткой ISA (is a…) – “является”
С вершинами-понятиями – дугами с метками, указывающими роли, которые играют в данной связи эти понятия. В некоторых случаях, иногда, это номер, соответствующий позиции в кортеже
Рассмотрим пример: «Предприятие П1 производит товар Т и находится в регионе Р1, а предприятие П2, производящее товар Т находится в регионе Р2». Тогда имеем понятия, обозначенные знаками П1,Т,Р1,П2,Р2. В данном случае мы имеем тернарные отношения:
R:<предприятие, товар, регион>
В этом отношении 2 кортежа:
R=<r1, r2>, где
r1=<П1, Т, Р1>
r2=<П2,Т,Р2>
Тогда семантическая сеть будет иметь следующий вид:
П2
П1
2 2
Р1
Т
Р2
r2
r1
R
ISA ISA
Бинарная семантическая сеть
Часто при моделировании знаний используются бинарные семантические сети, когда все отношения между объектами являются бинарными. Эта модель проще, чем n-арная сеть. В этом случае нет необходимости в вершинах-отношениях и связях и сеть представляет собой граф, в котором вершинам сопоставляют понятия (объекты, события, процессы, явления и т.п.), а дугам – бинарные отношения, существующие в предметной области между этими понятиями. В такой сети используется один тип вершин: вершины-понятия, отмеченные соответствующими понятиями из множества X. Дуги, связывающие вершины отмечаются знаками из множества R.
Каждая пара вершин может быть соединена только одной дугой. Если между одними и теми же объектами существует несколько отношений, то в графе – наличие у соответствующей дуги множество меток. Например: Если a и b связаны отношением R, то бинарное отношение выглядит так
a
b
b
b
a
А если между этими объектами существует 3 разных отношения R1,R2,R3, то в соответствующей части сети это показывается так
{R1,R2,R3}
Если одни и те же объекты связаны отношениями разной направленности, то в сеть добавляется вершина, дублирующая вершину. Если a и b связывают R1,R2,R3, причем у отношения R3 направление противоположно, то в бинарной семантической сети это важно показать следующим образом:
a
b
{R1,R2}
с
К настоящему времени известно много видов семантических сетей, ориентированных на особенности предметных областей. Семантические сети могут быть:
- ориентированными;
-неориентированными.
В первом случае направление дуг определено (задано). В неориентированной сети направления дуг не указываются. Неориентированная сеть используется в том случае, когда последовательность ролей в отношении неважна.
Семантические сети могут быть:
-однородными;
-неоднородными.
В однородной семантической сети все дуги соответствуют одному и тому же отношению и поэтому не отмечаются. В неоднородной сети дуги могут соответствовать разным отношениям, поэтому должны отмечаться.
Кроме этого используются частично однородная сеть, в которой есть отмеченные и неотмеченные дуги, в частично однородной бинарной семантической сетью является блок-схема алгоритма.
Если вершины сети не имеют собственной структур, то такая сеть называется простой семантической сеть. Если в сети выделены фрагменты, рассматриваемые как самостоятельные структуры (подсети), то такая сеть называется иерархическая.
В
А
Подсеть называется открытой, если она доступна наравне с входящими в нее элементами. Если она изолированы от остальной части сети и доступны только через обращение к подсети, то такая подсеть называется закрытой.