Представление знаний в виде семантической сети

Общие понятия и определения

Само название «семантическая сеть» (СС) акцентирует внимание на смысле (семантика — смысловая сторона языка, «семантический» — связанный со смыслом), т. е. на значении тех слов, предложений, ситуаций, состояний, которые входят в модель предметной области и которые необходимо описать адекватно человеческому пониманию таким образом, чтобы с этим смыслом можно было работать, т. е. возможность моделировать процессы, рассуждения, выводы, сравнения, сопоставления и т. п. Очевидно, это непросто, хотя и возможно многими способами. Поэтому, не вдаваясь в языковые, психологические и другие подробности, под семантикой будем понимать отношения между некоторыми сущностями, в качестве которых могут выступать отдельные символы, слова, предложения, пакеты, пентаграммы, образы, т. е. все, что необходимо для описания объектов (процессов, состояний и т. п.) предметной области.

В психологии, например, изучались семантические объекты как структурные модели долговременной памяти человека, которые затем использовались для создания программ, понимающих ЕЯ. Эта проблема стала особенно актуальной в связи с необходимостью разработки систем автоматического перевода с одного языка на другой. Формализовать текст — значит построить по тексту на ЕЯ соответствующий текст на некотором формальном языке, описывающий языковую ситуацию. Таким образом, можно говорить о моделях представления семантики знаковых (языковых) систем и процедурах их обработки (понимания, распознавания, классификации и т. п.). С появлением СИИ такой подход стал использоваться для формализации знаний о предметной области. Семантическая сеть является удобным способом графического описания объектов предметной области. При этом под объектом может пониматься процесс, состояние, какая-либо конкретная сущность или сущность обобщенная (класс) и т. п.

Более строго определим СС как направленный граф с помеченными вершинами и дугами. При этом вершины отождествляются с сущностями (объектами) предметной области, а дуги — с отношениями между ними.

Большое разнообразие СС формируется исходя из следующих соображений:

• • является ли вершина СС простой или сложной;
• • сколько и какие отношения используются в СС;
• • какие процессы необходимо моделировать на СС.

Будем считать, что вершина СС является простой (ординарной), если она не имеет внутренней структуры. Другими словами, простые вершины отождествляются с терминальными (т.е. более не раскрываемыми) сущностями моделируемой среды. В качестве таких вершин могут, очевидно, фигурировать числа, лексемы, пентаграммы и т. п. Сложные вершины допускают раскрытие вплоть до СС, в которой участвуют только простые вершины. Таким образом, СС со сложными вершинами может разворачиваться как матрешка.

В связи с многообразием отношений и сложностью исследования их свойств на практике стараются использовать минимальное число отношений для упрощения СС. И в зависимости от того, какие используются типы отношений, можно выделить несколько видов СС.

• 1. Однородные СС. В них используется один тип отношений (неважно какой, но один). В этом смысле любые ориентированные графы являются примерами однородных СС.
• 2. Иерархические СС. Здесь используются отношения: часть — целое (POW— Part of while), класс — подкласс или род — вид (ЛКО — A Kind Of), экземпляр класса — класс (IsА). Каждое из этих отношений образует свою иерархию. Яркими примерами иерархических СС являются организационные структуры, выстраиваемые по отношению «целое — часть». (Например, схема центральной избирательной комиссии: областная, городская, окружная, районная, участковая.)
• 3. Сценарные СС. Используются отношения строгого или нестрогого порядка. Сюда же могут быть отнесены СС с отношениями времени, причина — следствие.
• 4. Функциональные СС. В них используются функциональные отношения типа «вход-выход» (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Семантическая сеть типа «вход-выход»

На рис. 4.15 и 4.16 приведены примеры СС с простой структурой. На рис. 4.15 указаны все возможные отношения между объектами: над, в, рядом, у, на. Возможные координаты точек комнаты обозначены через вершины 1, 2, …, п, связанные с вершиной отношением IsA (быть элементом класса). Рассмотрены свойства объектов путем введения отношения координаты, определены предназначения объектов Обезьяна, Ящик, Бананы через отношение «предназначен для», а также способность Двигаться, Переносить через отношение «умеет».

Рис. 4.15. Семантическая сеть задачи про обезьяну:

к. — координата Очевидно, что эту СС можно усложнить, введя, например, дополнительные свойства Рост (О), Высота (Я), Высота^К), Вес (О), Вес (Я), Высота (Ъ) и т. д. Можно усложнить сеть, рассматривая вершины Обезьяна, Ящик как классы, вводя их через отношения IsA, или АКО. Еще один пример приведен на рис. 4.16.

Рис. 4.16. Семантическая сеть самолета и птицы.