Классификация семантических сетей

Семантические сети

Сема́нтика — раздел лингвистики, изучающий смысловое значение единиц языка (Wikipedia). Таким образом, термин "семантическая" означает "смысловая", в частности, в словосочетании «семантическая сеть».

Модель на основе семантических сетей впервые была предложена в работах американского психолога Росса Куиллиана (Quillian) в 1968-1969 гг.

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

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

В качестве понятий обычно выступают абстрактные или конкретные объекты. В качестве отношений – связи следующих типов:

1) связь «это» / «элемент класса» или "is" / "АКО" (A-Kind-Of)

2) связь «целое-часть» / «имеет частью»

3) атрибутивные связи / «имеет свойство»

4) значение свойства.

5) количественные связи

6) пространственные

7) временные связи

8) логические связи и др.

Минимальный состав отношений в семантической сети таков:

n связь «элемент класса»

n связь «имеет свойство»

n значение свойства.

С точки зрения теории восприятие объекта происходит через понятия.

Рассмотрим пример семантической сети, отражающей свойства льда и снега.

Если вернуться к первой работе, посвященной семантическим сетям, то в публикации Куиллиана (Quillian) и Коллинса (Collins) 1969 года, была предпринята попытка моделирования хранения информации человеком и управления ею с помощью семантической сети.

Эксперимент состоял в следующем: группе людей задавались вопросы о различных свойствах птиц, такие как:

· Является ли канарейка птицей?

· Может ли канарейка петь?

· Может ли канарейка летать?

Размер базы знаний уменьшается за счет требования определять существенные свойства лишь один раз и не определять их для каждого объекта.

Рассмотрим процесс описания понятия «арка» с помощью семантической сети (СС). Пусть существует следующий пример арки и его возможное описание с помощью СС.

Рассмотрим другой пример арки:

Знания о том, что пирамида и блок являются частным случаем многогранника можно представить в виде:

Тогда оба рассмотренных примера можно обобщить:

В теории сетевых описаний существует понятие «почти удовлетворительного» примера, то есть такого примера, который отличается от целевого понятия только одним свойством.

Теперь можно построить специализированное описание арки, исключающее «почти удовлетворительный» пример.

Такой подход изучения понятий на положительных и отрицательных примерах описан в работе Патрика Уинстона в 1975 году, кроме того в этой же работе ученым предложен вариант компьютерной программы, способный строить общие определения таких структурных понятий, как арка и при этом описывать их составные части.

Поэтому обучающие примеры для программы нужно было подавать в порядке уточнения свойств, так как такой порядок способствует изучению рассматриваемого понятия. Это обучение подобно обучению человека – если изучаемый материал плохо структурирован – то обучающийся его не усвоит в полной мере.

Классификация семантических сетей

По количеству типов отношений:

n однородные (с единственным типом отношений);

Пример:

n неоднородные (с различными типами отношений).

Пример – семантическая сеть, отражающая свойства снега и льда (ранее).

По типам отношений:

n

Красный

Яблоко

Цвет

Свойство

Объект

унарные (один объект отношения);

n бинарные (два объекта отношения);

n N-арные (специальные отношения, связывающие более двух объектов).

Рассмотрим следующее предложение:

«Иванов прилетит 28 сентября в Санкт-Петербург из Рима».

Его можно заменить записью 4-х местного предиката:

прилетит (Иванов, Рим, Санкт-Петербург, 28 сентября).

Или с помощью семантической сети:

Для упрощения можно рассмотреть только фрагмент сети.

В данном случае объекты: Рим, Санкт-Петербург и 28 сентября связаны рейсом 276, который 28 сентября вылетит из Рима и приземлится в Санкт-Петербурге. То есть рассмотренным фрагментом оформлено 3-х арное отношение.

N-арное отношение, в общем случае, получается аналогично.

Преимущества семантических сетей:

1) соответствие современным представлениям об организации долговременной памяти человека

2) наглядность представления знаний.

Недостатки семантических сетей:

1) сложность организации процедуры вывода, отсутствие формального алгоритма

2) многие типы отношений не исследованы.

Для иллюстрации сложности процедуры вывода на СС, рассмотрим следующий пример. Пусть у нас имеется СС, описывающая часть Мира блоков.

Пусть интеллектуальной системе задается следующий вопрос: какой объект находится на желтом блоке?

Такой вопрос должен быть с помощью интерпретатора переведен в следующий вид:

Тогда, в результате сопоставления частей сети, должен получиться ответ - пирамида. Сложность здесь состоит в создании интерпретатора вопросов, который бы организовывал вопросы в виде сетей, синтаксически идентичным тем сетям, что имеются в базе знаний для корректного их сопоставления.

Для реализации семантических сетей существуют специальные сетевые языки, например, NET, язык реализации систем SIMER + MIR и др.

Широко известны экспертные системы, использующие семантические сети в качестве языка представления знаний — PROSPECTOR, CASNET, TORUS.

В 1968 году американским лингвистом Чарльзом Филлмором (Charles J. Fillmore) была предложена сеть, в которой отношения определяются на основе грамматики английского языка.

Связи в такой сети соответствуют роли существительного или группы существительных, входящих в заданное предложение. К числу возможных ролей относятся: агент, объект, инструмент, место и время.

В английском языке, как известно, глагол является основной частью речи, передающей действие или состояние, поэтому, чтобы создать падежный фрейм для некоторого предложения, необходимо первым делом найти глагол-сказуемое.

Рассмотрим несколько примеров падежных фреймов.

Представим предложение: «Павел ударил клюшкой по шайбе» - в виде падежного фрейма.

С использованием падежных грамматик английское предложение "Sarah
fixed the chair with glue" может быть представлено следующей семантической
сетью:

Таким образом, падежный фрейм можно рассматривать как разновидность семантических сетей, в которых выделяются все или несколько из пяти возможных ролей: агент, объект, инструмент, место и время.