Лекция №3. Семантические сети

Время: 2 часа (90 мин.)

Знаниями можно называть описания отношений между сущностями предметных областей. Описывать такого рода знания удобно с помощью семантических сетей, состоящих из узлов и дуг между узлами. Узлы в таких сетях соответствуют некоторым сущностям, а дуги соответствуют отношениям между ними. Все узлы и дуги могут снабжаться метками, которые указывают, что именно они описывают.

Изначально семантические сети были задуманы как модели представления структуры долговременной памяти человека, но в последствии стали одним из способов представления знаний.

В семантических сетях используются три основных типа узлов (вершин): объекты, события и состояния объектов.

Объекты соответствуют физическим или абстрактным объектам предметных областей.

События соответствуют действиям, которые могут выполняться над объектами, в результате чего возможны изменения состояний этих объектов.

Все множество отношений (связей) между вершинами можно условно разбить на четыре класса: лингвистические, логические, теоретико-множественные и квантификационные отношения.

Лингвистические отношения характеризуют события и объекты и делятся, соответственно этому, на глубинно-падежные и атрибутивные отношения.

К множеству глубинно-падежных, или просто падежных отношений принадлежат следующие отношения: субъект - отношение между некоторым действием и
тем, кто (что) его производит;

объект - отношение между действием и тем, над кем
(чем) оно производится;

инструмент - отношение, определяющее объект, с
помощью которого выполняется действие;

цель - отношение, определяющее цель выполнения
действия;

результат - отношение, определяющее результат
выполнения действия;

условие     - отношение,  определяющее условие
выполнения действия.

место - отношение, определяющее место выполнения
действия;

время - отношение, определяющее время выполнения
действия и т.д.

Ниже на рис.2 представлена схема, иллюстрирующая падежные отношения для фразы "Студент отлаживает программу в дисплейном классе на ЭВМ".

 ЭВМ

инструмент

субъект

 


объект

       

 
объект

 

 


 


 Рис.2 Схема, иллюстрирующая падежные отношения.

 К множеству атрибутивных отношений принадлежат следующие отношения: форма (структура), размер, модификация (вид, тип), цвет и т.п. Ниже на рис.3 представлена схема, иллюстрирующая атрибутивные отношения для фразы "Джонатан – большое, круглое, красное яблоко".

 

 

 


Рис.3 Схема, иллюстрирующая атрибутивные отношения.

Логические отношения – это логические операции конъюнкции (И), дизъюнкции (ИЛИ) и отрицания (НЕ). На рис.4 и рис.5, соответственно, приведены схемы, иллюстрирующие логические отношения И и ИЛИ, используемые для описания результатов некоторых действий.















Действие 1

Результат А Результат В Рис.4.Схема “И”


Действие 2

Результат С Результат D Рис.5. Схема “ИЛИ”


Теоретико-множественные отношения - это отношения между понятиями различной степени общности (надпонятие, подпонятие); отношения между частью и целым; отношения, связывающие множества (классы) с их элементами (экземплярами). Этот класс отношений используется для построения иерархических таксономических (соподчиненных) структур. В таких структурах все свойства надпонятий автоматически присваиваются подпонятиям, (принцип наследования), что позволяет исключать описания повторяющихся сведений. На рис.6 представлены схемы, иллюстрирующие теоретико-множественные отношения.

 

 

 

 


Рис.6. Схемы, иллюстрирующие теоретико-множественные отношения.

Квантификационные отношения - это отношения, выражающие логические кванторы общности (") и существования ($). Логические кванторы применяются для представления общезначимых утверждений типа "Каждый станок периодически требует профилактического ремонта" и "Существует робот А, который может обслуживать все станки группы В" и т.п. Формальное представление этих отношении опирается на приписывание кванторов высказываниям семантических сетей.

С семантическими сетями связаны такие понятия, как
денотат и концепт. Денотат - это сущность предметной
области, обозначаемая некоторым знаком. Концепт - это
свойство денотата. С понятием знака (выражаемого буквой,
цифрой, словом и т.п.) связаны, в свою очередь, понятие
интенсионала и экстенсионала. Интенсионал знака определяет
содержание связанного с ним понятия. Экстенсионал знака
определяет класс всех его допустимых денотатов.
       Например, для понятия "студент" интенсионалом будет
высказывание "Человек, учащийся в институте", а
экстенсионалом - все множество конкретных людей, учащихся
в институтах. В соответствии с вышесказанным различают
интенсиональные      и      экстенсиональные      знания.

   Интенсиональные знания - это общие знания о предметной области.

Э кстенсиональные знания - это конкретные знания о предметной области (факты).

      В общем случае семантическая сеть, описывающая некоторую предметную область, имеет интенсиональную и экстенсиональную части (подсети).

        Интенсиональная подсеть описывает общие знания о моделируемой предметной области. Экстенсиональная подсеть описывает фактические знания о моделируемой предметной области.     

Такой подход к представлению знаний с помощью семантических сетей является весьма эффективным, так как позволяет исключить дублирование информации при описании предметных областей.
















Лекция №4. Сети фреймов

Время: 2 часа (90 мин.)

Развитием подхода семантических сетей явились так называемые сети фреймов, представляющие собой определенным образом упорядоченные семантические сети.

Для описания событий, объектов и состояний объектов предметных областей здесь используются специальные конструкции, называемые фреймами. В самом простом случае фрейм включает в себя набор характеристик, необходимых для описания той или иной сущности предметной области.

Графически структуры фреймов, используемые для описания событий, объектов и их состояний могут быть представлены следующим образом:

1. Структура фрейма для описания событий.

< Имя события >


 

 

 

 

Здесь <зн> –  значение той или иной характеристики.


2. Структура фрейма для описания объектов.

      <Имя объекта>

 

 

 


3. Структура фрейма для описания состояний объектов.

     <Имя состояния объекта>

 



Приведенные выше фреймы без указания конкретных имен и значений характеристик представляют собой фреймы-прототипы, используемые для описания конкретных событий и объектов предметных областей. Заполненный фрейм-прототип для конкретного события, объекта или состояния объекта представляет собой уже фрейм-пример или, как еще говорят, фрейм- экземпляр. Характеристики, используемые в структурах фреймов, получили название слотов. Слот, получивший значение, считается


заполненным. В противном случае – пустым. Примерами фреймов-экземпляров могут служить следующие фреймы:

1. Фрейм-пример события «Выполнение команды READ».

Выполнение команды READ

 

 



2. Фрейм-пример объекта «Команда READ».

Команда READ

 


3. Фрейм-пример состояния «Информация на ВУ».

 

Информация на ВУ


субъект              информация   принадлежность ВУ
 


4. Фрейм-пример состояния «Информация в ОП ЭВМ».

     Информация в ОП ЭВМ

 

 

 


5. Фрейм-пример объекта «Информация».

      Информация

                *

Здесь звездочкой отмечен самоопределённый объект, т.е. объект, не требующий определения в данном контексте.

Для представления знаний с помощью фреймов используются декларативные языки ролевого типа. Основной конструкцией таких языков является ролевой фрейм,  который может быть представлен следующим образом:

<имя фрейма> <R1=V1>, < R2=V2>,…, < Rn=Vn>

Здесь Ri, – имя i-го слота, соответствующего характеристике (роли), используемой для описания некоторой сущности предметной области; Vi, – значение i -го слота.

Используя понятие ролевого фрейма можно определить структуры ролевых фреймов для описания событий, объектов и их состояний следующим образом:


1. Структура ролевого фрейма для описания событий.

 

Е. <имя события> R.REL E1 = VAL E1,

                           R.REL E2 = VAL E2,

                             . . .

 

 

                           R.REL Ek = VAL Ek

где Е – общий идентификатор фреймов событий;

R.REL Ei - i-я характеристика события;

VAL Ei - значение R.REL Ei.

2. Структура ролевого фрейма для описания объектов.

 

О. <имя объекта> R.REL 01 = VAL 01,

                          R.REL 02 = VAL 02,

                          . . . 

 

                          R.REL 0m = VAL 0m

 

где О  - общий идентификатор фреймов объектов;

R.REL 0i - i-я характеристика объекта;

VAL 0i - значение R.REL 0i.


3. Структура ролевого фрейма для описания состояний объектов.

 

                S. <имя состояния> R.REL S1 = VAL S1,

                                                 R.REL S2 = VAL S2,

                                                    . . .

 

                                                 R.REL Sn= VAL Sn

где S  - общий идентификатор фреймов состояний;

R.REL Si - i-я характеристика состояния объекта;

VAL Si - значение R.REL Si

Используя определенные выше ролевые фреймы-прототипы можно описывать различного рода предметные области в виде наборов фреймов-экземпляров.

Ниже приводятся примеры фреймов-экземпляров, использованных для описания событий, объектов и состояний объектов, соответствующих предыдущим примерам:

 

1. Описание события «Выполнение команды READ».  

          Е. READ R.ДЕЙСТВИЕ = 'чтение',

                            R.ОБЪЕКТ = 'информация',

                            R.СУБЪЕКТ = 'команда READ',

                            R.УСЛОВИЕ = 'информация на ВУ',

                   R.ЦЕЛЬ = 'перемещение информации

                                                    с ВУ в ОП ЭВМ',

                            R.РЕЗУЛЬТ = 'информация в ОП ЭВМ'


2. Описание объекта «Команда READ».

O. READ R.НАЗНАЧ. = 'перемещение информации

                                                      с ВУ в ОП ЭВМ',                                            

                              R.ФОРМАТ = 'формат команды READ'

3. Описание состояния «Информация на ВУ».

S.INF1 R.СУБЪЕКТ = 'информация',                                            

                          R. ПРИНАДЛ. = 'ВУ'

4. Описание состояния «Информация в ОП ЭВМ».

S.INF2 R.СУБЪЕКТ = 'информация',                                            

                           R. ПРИНАДЛ. = 'ОП ЭВМ'

5. Описание объекта «Информация».

О.INF *

Здесь символы апострофов заключают в себе значения, являющиеся текстовыми константами. Если же в качестве значений слотов использовать идентификаторы (например, идентификаторы фреймов объекта O.READ и состояний S.INF1 и S.INF2 во фрейме E.READ), то можно устанавливать связи между различными фреймами. Например:

            Е. READ R.ДЕЙСТВИЕ = 'чтение',

                             R.ОБЪЕКТ = 'информация',

                             R.СУБЪЕКТ = O.READ,

                             R.УСЛОВИЕ = S.INF1,

                    R.ЦЕЛЬ = 'перемещение информации

                                                    с ВУ в ОП ЭВМ',

                             R.РЕЗУЛЬТАТ = S.INF2

Таким образом, за счет ссылок фреймы могут связываться друг с другом, образуя весьма сложные структуры, называемые сетями фреймов.

В дополнение к вышеизложенному следует отметить, что со слотами фреймов могут связываться различные процедуры, получившие название присоединенных процедур и используемые для преобразования информации внутри фреймов, а также для вычисления значений слотов с использованием принципа наследования. Они делятся на процедуры-демоны, которые активизируются автоматически и процедуры-слуги, активизируемые по запросам. Однако следует отметить, что процедуры являются лишь возможными, но не обязательными элементами ролевых фреймов.

 

 
















Дата: 2018-11-18, просмотров: 47.