9.4 Семантические сети

Семантическая сеть – это модель, в которой структура знаний предметной области формализуется в виде ориентированного графа с помеченными вершинами и дугами. Вершины графа обозначают понятия различных категорий: объекты, события, свойства, операции, а дуги – отношения между ними.

(Семантика - значение единиц языка).

Семантические сети вначале использовались для представления смысла выражений естественного языка человека, откуда и появилось название этого класса сетей.

При построении семантической сети отсутствуют ограничения на число связей и на сложность сети. Поэтому систематизация отношений между объектами в сети необходима для дальнейшей формализации.

В качестве понятий выступают абстрактные или конкретные объекты.

Наиболее часто в семантических сетях используются следующие отношения:

1. связи типа “часть-целое” (например, “класс-подкласс'', “элемент-множество” и т.п.);

2. функциональные связи, определяемые обычно глаголами (производит, влияет и др.);

3. количественные (>, <, = и др.);

4. пространственные (далеко от, близко от, за, под, на и др.);

5. временные (раньше, позже, в течение и др.);

6. атрибутивные (иметь свойство, иметь значение и др.);

7. логические (и, или, не);

8. лингвистические и др.

Поиск решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, отражающий поставленный запрос к базе.

Пример

Рис.9.3 Пример семантической сети

Для реализации семантических сетей существуют специальные сетевые языки: NET, язык реализации систем SIMER+MIR и др. Широко известны экспертные системы, использующие семантические сети в качестве языка представления знаний: PROSPECTOR, CASNET, TORUS. Семантические сети получили широкое применение в системах распознавания речи и экспертных системах.

9.5 Фреймовые модели

Теории представления знаний фреймами была разработана М.Минским в 70-е годы XX века. В ее основе лежит восприятие фактов посредством сопоставления полученной извне информации с рамками, определенными для каждого объекта в памяти человека.

Слово "фрейм" в переводе с английского языка означает "рамка".

Фрейм является единицей представления знаний об объекте, которую можно описать некоторой совокупностью понятий и сущностей.

Под фреймом понимается абстрактный образ или ситуация.

В психологии и философии известно понятие абстрактного образа. Например, слово «комната» вызывает у слушателя образ комнаты: «жилое помещение с четырьмя стенами, полом, потолком, окнами и дверью, площадью 6-20 м²». Из этого описания ничего нельзя убрать (например, убрав окна, мы получим чулан, а не комнату), но в нем есть «дырки», или «слоты», - это незаполненные значения некоторых атрибутов – количество окон, цвет стен, высота потолка, покрытие пола и т.д.

Фрейм имеет определённую внутреннюю структуру, состоящую из множества элементов, называемых слотами.

Каждый слот в свою очередь, представляется определенной структурой данных, процедурой, или может быть связан с другим фреймом.

Значением слота может быть практически что угодно (числа или математические соотношения, тексты на естественном языке или программы, правила вывода или ссылки на другие слоты данного фрейма или других фреймов).

Фрейм можно определить и как формализованную модель для отображения образа.

Различают:

• фреймы–образцы или прототипы, хранящиеся в базе знаний

• фреймы–экземпляры, которые создаются для отображения реальных ситуаций на основе поступающих данных.

Структуру фрейма можно представить так:

ИМЯ ФРЕЙМА:

(имя 1-го слота: значение 1-го слота),

(имя 2-го слота: значение 2-го слота),

…………………………………………,

(имя N-го слота: значение N-го слота).

Фрейм может содержать процедуры, которые будут выполняться при определенных условиях (при записи или удалении информации из слота, при обращении к слоту, в котором отсутствуют данные и т.д.) С каждым слотом может быть связано любое количество процедур. Процедуры, связанные с определенным слотом фрейма, зависят от конкретной прикладной системы, использующей фреймовые структуры для представления знаний.

Существует несколько способов получения слотом значений во фрейме-экземпляре:

• по умолчанию от фрейма-образца;

• через наследование свойств от фрейма, указанного в слоте АКО (A-Kind-Оf, это);

• по формуле, указанной в слоте;

• через присоединенную процедуру;

• явно из диалога с пользователем;

• из базы данных.

Таким образом, структуру фрейма-экземпляра можно представить в виде следующей таблицы:

Имя слота

Значение слота

Способ получения значения слота

Присоединенная процедура

В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма. Тогда образуются сети фреймов.

Существование сетей фреймов обусловлено тем, что между различными объектами можно провести некоторые аналогии. Поэтому фреймы, представляющие такие образы, выстраиваются в иерархическую систему. При этом сложные объекты представляются комбинацией нескольких подчиненных фреймов.

В сетях фреймов происходит наследование свойств по АКО-связям. Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня, откуда неявно наследуются (переносятся) значения слотов. На рис. 9.4. приведен пример сети фреймов.