СЕТЕВАЯ МОДЕЛЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ ЛЕКЦИЯ (С): Доц., к.т.н. Шкаберин В.А. Брянский государственный технический университет Кафедра «Компьютерные технологии и системы»

Содержание 1. Определение и структура сетевых моделей представления знаний. 2. Классификация сетевых моделей 3. Определение семантической сети. История возникновения. Понятия и отношения семантической сети. 4. Классификация семантических сетей. 5. Языки представления и ЭС на семантических сетях. 6. Преимущества и недостатки сетевых моделей

Структура сетевых моделей В основе моделей этого типа лежит семантическая сеть. Сетевые модели формально задаются в виде: H=. I – множество информационных единиц, C1, C2,..., Cn – множество типов связей между информационными единицами. G – отображение, задает между информационными единицами, входящими в I, связи из заданного набора типов связей.

КЛАССИФИКАЦИЯ СЕТЕВЫХ МОДЕЛЕЙ В зависимости от типов связей, используемых в модели, различают: классифицирующие сети, функциональные сети, сценарии.

В классифицирующих сетях используются отношения структуризации (сети позволяют в базах знаний вводить разные иерархические отношения между информационными единицами). Классифицирующ ие сети

ОТНОШЕНИЯ СТРУКТУРИЗАЦИИ В КВАЛИФИЦИРУЮЩИХ СЕТЯХ Отношение is-a (является) - А является B для двух типов объектов А и В тогда и только тогда, когда экстенсиональное представление типа А есть часть экстенсионального представления B в любой допустимой интерпретации. Отношение has-part (имеет часть) позволяет разбивать информацию по уровням детализации

Функциональные сети характеризуются наличием функциональных отношений. Их иногда называют вычислительными моделями, т.к. они позволяют описать процедуры вычислений одних информационных единиц через другие. Функциональные сети

В сценариях допускаются каузальные (причинно- следственные) отношения, а также отношения типов «средство-результат», «орудие-действие» и т.п. Сценарии

Если в сетевой модели допускаются связи различного типа, то ее обычно называют семантической сетью. Семантическая сеть

ТЕРМИН «СЕМАНТИЧЕСКАЯ» Термин «семантическая» означает «смысловая». Семантика – наука, устанавливающая отношения между символами и объектами, которые они обозначают, то есть наука, определяющая смысл знаков.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЕМАНТИЧЕСКОЙ СЕТИ Семантическая сеть – это ориентированный граф, вершины которого – понятия, а дуги – отношения между ними. 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.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ СЕМАНТИЧЕСКИХ СЕТЕЙ Самые первые семантические сети были разработаны в качестве языка-посредника для систем машинного перевода, а многие современные версии до сих пор сходны по своим характеристикам с естественным языком. Однако последние версии семантических сетей стали более мощными и гибкими и составляют конкуренцию фреймовым системам, логическому программированию и другим языкам представления.

Понятия и отношения семантической сети В качестве понятий выступают абстрактные или конкретные объекты, а отношения – это связи типа: «это» («AKO - A-Kind-Of», «is»), «имеет частью» («has part»), «принадлежит», «любит». Особенность семантических сетей – обязательное наличие трех типов отношений: – класс – элемент класса (цветок – роза, инструмент - сверло) – свойство – значение (цвет - желтый, материал режущей части – Т15К6) – пример элемента класса (роза – чайная, сверло – по металлу)

Классификация семантических сетей Существует несколько классификаций семантических сетей, связанных с типами отношений между понятиями. По количеству типов отношений: однородные (с единственным типом отношений); неоднородные (с различными типами отношений). По типам отношений: бинбарные (отношения связывают два объекта); N-барные (есть специальные отношения связывающие более двух понятий). Наиболее часто в семантических сетях используются следующие отношения: связи типа «часть - целое» («класс-подкласс», «элемент - множество» и т.п.); функциональные связи (обычно определяются глаголами «производит», «влияет» и др.); количественные (больше, меньше, равно...); пространственные (далеко от, близко от, за, под, над...); временные (раньше, позже, в течение...); атрибутивные связи (иметь свойство, иметь значение); логические связи (И, ИЛИ, НЕ); лингвистические связи и др.

Поиск решений в семантических сетях Проблема поиска решений в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, отражающей поставленный запрос к базе. Данная модель представления знаний была предложена американским психологом Куиллианом. Основное ее преимущество – она более других соответствует современным представлениям об организации долговременной памяти человека. Недостаток – сложность организации процедур поиска вывода на семантической сети.

Фрагмент семантической сети «представление глагола «давать» ДАВАТЬЛЮДИ ВЕЩЬ Донор Реципиент Объект

Пример семантической сети «ФРУКТЫ»

Пример семантической сети «Автомобиль»

ЯЗЫКИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ЭС НА СЕМАНТИЧЕСКИХ СЕТЯХ Для реализации семантических сетей существуют специальные сетевые языки: NET, SIMER+MIR и др. Известны экспертные системы, использующие семантические сети в качестве языка представления знаний: PROSPECTOR, CASNET, TORUS.

Преимущества сетевой модели большие выразительные возможности; наглядность системы знаний, представленной графически; близость структуры сети, представляющей систему знаний, семантической структуре фраз на естественном языке; соответствие современным представлениям об организации долговременной памяти человека.

Недостатки сетевой модели Сетевая модель не дает (точнее, не содержит) ясного представления о структуре предметной области, которая ей соответствует, поэтому формирование и модификация такой модели затруднительны. Сетевые модели представляют собой пассивные структуры, для обработки которых необходим специальный аппарат формального вывода и планирования. Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети поставленной задачи. Это, в свою очередь, обусловливает еще один недостаток модели сложность поиска вывода на семантических сетях.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ ! ПРЕЗЕНТАЦИЮ ПОДГОТОВИЛ ШКАБЕРИН В.А. (С): Брянский областной Центр НИТ БГТУ, 2004.