Семантическая модель представления знаний

 

Семантическая модель представления знаний 

   Данная  модель представления знаний была предложена американским психологом Куиллианом.

   В основе моделей этого типа лежит  конструкция, названная  семантической  сетью. Семантический подход к построению систем искусственного интеллекта находит применение в системах понимания естественного языка, в вопросно-ответных системах, в различных предметно-ориентированных системах

   Семанти́ческая  сеть — информационная модель предметной области, имеющая вид ориентированного графа, вершины которого соответствуют объектам предметной области, а дуги (рёбра) задают отношения между ними. Объектами могут быть понятия, события, свойства, процессы. Таким образом, семантическая сеть является одним из способов представления знаний.

     В названии соединены термины из двух наук: семантика в языкознании изучает смысл знаков, а сеть в математике представляет собой разновидность графа — набора вершин, соединённых дугами (рёбрами). В семантической сети роль вершин выполняют понятия базы знаний(это особого рода база данных, разработанная для управления знаниями (метаданными), то есть сбором, хранением, поиском и выдачей знаний), а дуги (причем направленные) задают отношения между ними. Таким образом, семантическая сеть отражает семантику предметной области в виде понятий и отношений.

   Характерной особенностью семантических сетей  является обязательное наличие трех типов отношений:

   · класс — элемент класса;

   · свойство — значение;

   · пример элемента класса.

Классификация семантических сетей.

По количеству типов отношений, сети могут быть:

однородные (с единственным типом отношений);

неоднородные (с различными типами отношений). 

По типам  отношений:

бинарные (в которых отношения связывают  два объекта);

парные (в которых есть специальные отношения, связывающие более двух понятий). 

По размеру:

Для решения  конкретных задач, например, тех которые  решают системы искусственного интеллекта.

С. С. отраслевого  масштаба должна служить базой для  создания конкретных систем, не претендуя  на всеобщее значение.

Глобальная  семантическая сеть. Теоретически такая  сеть должна существовать, поскольку  всё в мире взаимосвязано. Возможно когда-нибудь такой сетью станет Всемирная паутина. 

Семантические отношения 

Количество  типов отношений в семантической  сети определяется её создателем, исходя из конкретных целей. В реальном мире их число стремится к бесконечности. Каждое отношение является, по сути, предикатом, простым или составным. Скорость работы с базой знаний зависит от того, насколько эффективно реализованы программы обработки нужных отношений. 

Иерархические 

   Наиболее  часто возникает потребность  в описании отношений между элементами, множествами и частями объектов. Отношение между объектом и множеством, обозначающим, что объект принадлежит этому множеству, называется отношением классификации (ISA). Говорят, что множество (класс) классифицирует свои экземпляры. (пример: «Шарик является собакой» = Шарик является объектом типа собака). Связь ISA предполагает, что свойства объекта наследуются от множества.

     Обратное к ISA отношение используется  для обозначения примеров, поэтому  так и называется — «Example», или по-русски «Пример». Иерархические отношения образуют древовидную структуру. 

   Отношение между надмножеством и подмножеством. (Пример: «собака является животным» = тип с именем собака является подтипом типа животные). Элемент подмножества называется гипонимом (собака), а надмножества — гиперонимом (животное), а само отношение называется отношением гипонимии. Это отношение определяет, что каждый элемент первого множества входит и во второе, а также логическую связь между самими подмножествами: что первое не больше второго и свойства первого множества наследуются вторым..

   Объект, как правило, состоит из нескольких частей, или элементов.. Важным отношением является ,описывающее связь частей и целого — отношение меронимии. В этом случае свойства первого множества не наследуются вторым. Мероним и холоним — противоположные понятия:

Мероним — объект, являющийся частью для другого. (Двигатель — мероним автомобиля.)

Холоним — объект, который включает в себя другое. (Например, у дома есть крыша. Дом — холоним крыши. Компьютер — холоним монитора.) 

Вспомогательные

функциональные  связи (определяемые обычно глаголами  «производит», «влияет»…);

количественные (больше меньше, равно…);

пространственные (далеко от, близко от, за, под, над…);

временные (раньше, позже, в течение…);

атрибутивные (иметь свойство, иметь значение);

логические (И, ИЛИ, НЕ);

лингвистические. 

Этот  список может сколь угодно продолжаться: в реальном мире количество отношений  огромно. Например, между понятиями  может использоваться отношение  «совершенно разные вещи» или подобное: Не_имеют_отношения_друг_к_другу(Солнце, Кухонный_чайник). 

 
 
 

Использование семантических сетей

Семантизация  - процесс изменения текстов, в которых выделяются семантические отношения без изменения их содержания. В Википедии существуют проекты по семантизации статей и Дерева категорий.

Семантизация  статей заключается в основном путём  использования шаблонов, при этом некоторые категории создаются  автоматически.

Семантизация  Дерева категорий возможна по частям после его анализа и выделения участков с родовыми категориями

Семантическая паутина

   Концепция организации гипертекста напоминает однородную бинарную семантическую  сеть, однако здесь есть существенное отличие:

Связь, осуществляемая гиперссылкой, не имеет  семантики, т. е. не описывает смысла этой связи. Назначение семантической сети состоит в том, чтобы описать взаимосвязи объектов, а не дополнительную информацию по предметной области. Человек может разобраться, зачем нужна та или иная гиперссылка, но компьютеру эта связь не понятна.

Страницы, связываемые гиперссылками, являются документами, описывающими, как правило, проблемную ситуацию в целом. В семантической сети вершины (то, что связывают отношения) представляют собой понятия или объекты реального мира. 

Попытка создания семантической сети на основе Всемирной паутины получила название семантической паутины. Эта концепция подразумевает использование языка RDF (языка разметки на основе XML) и призвана придать ссылкам некий смысл, понятный компьютерным системам. Это позволит превратить Интернет в распределённую базу знаний глобального масштаба. 

Заключение. 

Проблема  поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, соответствующей  поставленному вопросу. 

В семантических сетях существует возможность представлять знания более естественным и структурированным образом, чем в других формализмах. 

Основным  преимуществом является то, что она  более других соответствует современным представлениям об организации долговременной памяти человека. 

Недостатком этой модели является сложность организации  процедуры поиска вывода на семантической  сети. 

Для реализации семантических сетей существуют специальные сетевые языки (NET, SIMER+MIR и др.)