Семантические сети

Семантическая сеть реализует идею о том, что любые знания можно представить в виде совокупности объектов (понятий) и связей (отношений между ними).

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

В качестве понятий выступают абстрактные или конкретные объекты.

Наиболее часто в семантических сетях используются следующие отношения:

1) связи типа “часть-целое” (например, “класс-подкласс'', “элемент-множество” и т.п.);

2) функциональные связи, определяемые обычно глаголами (производит, влияет и др.);

3) количественные (>, <, = и др.);

4) пространственные (далеко от, близко от, за, под, на и др.);

5) временные (раньше, позже, в течение и др.);

6) атрибутивные (иметь свойство, иметь значение и др.);

7) логические (и, или, не);

8) лингвистические и др.

Поиск решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, отражающий поставленный запрос к базе.

Пример семантической сети показан на рис. 2.

Рис. 2. Пример семантической сети

Данная модель представления знаний была предложена американским психологом Куиллианом. Основное ее преимущество в том, чтоона более других соответствует современным представлениям об организации долговременной памяти человека. Недостаток – это сложность организации процедуры поиска вывода на семантической сети.

Для реализации семантических сетей существуют специальные сетевые языки. Например, NET, SIMER+MIR и др. Широко известны экспертные системы, использующие семантические сети в качестве языка представления знаний, – PROSPECTOR, CASNET, TORUS.

Фреймы

Термин «фрейм» (каркас, рамка) используется в теории представления знаний фреймами, которая была разработана М.Минским в 70-е годы XX века. В ее основе лежит восприятие фактов посредством сопоставления полученной извне информации с рамками, определенными для каждого объекта в памяти человека.

Фрейм – это абстрактный образ для представления некого стереотипа восприятия.

Например, произнесенное слово «комната» порождает образ комнаты как жилого помещения с четырьмя стенами, полом, потолком, окнами, дверью, определенной площадью. Из этого описания ничего нельзя убрать (например, убрав окна, получим уже образ чулана). Но в этом описании есть «дырки» или слоты. Это незаполненные значения некоторых атрибутов, например, количество окон, цвет стен, высота потолка и др. Такой образ комнаты называется фреймом комнаты.

Фрейм можно определить и как формализованную модель для отображения образа.

Различают фреймы-образцы (прототипы), хранящиеся в базе знаний, и фреймы–экземпляры, которые создаются для отображения реальных фактических ситуаций на основе поступающих данных.

Модель фрейма достаточно универсальна. Она позволяет отобразить все многообразие знаний о мире через:

1) фреймы-структуры, использующиеся для обозначения объектов и понятий (заем, залог, вексель);

2) фреймы-роли (менеджер, кассир, клиент);

3) фреймы-сценарии (банкротство, собрание акционеров);

4) фреймы-ситуации (тревога, авария, рабочий режим устройства).

Любой фрейм, представляющий образ, содержит набор атрибутов – слотов, значениями которых являются конкретные данные. Каждый слот имеет имя, уникальное в рамках конкретного фрейма. В качестве примера приведем фрейм «Лекция»:

Лекция
ПРЕДМЕТ	Информатика
ЛЕКТОР	Крылов И.И.
АУДИТОРИЯ
СЛУШАТЕЛИ

В данном случае «Лекция» – название фрейма; «ПРЕДМЕТ», «ЛЕКТОР», «АУДИТОРИЯ», «СЛУШАТЕЛИ» – слоты; «Информатика», «Крылов И.И.», «403», «107» – значения слотов.

Кроме того, фрейм может содержать процедуры, которые будут выполняться при определенных условиях (при записи или удалении информации из слота, при обращении к слоту, в котором отсутствуют данные и т.д.) С каждым слотом может быть связано любое количество процедур. Процедуры, связанные с определенным слотом фрейма, зависят от конкретной прикладной системы, использующей фреймовые структуры для представления знаний. Если представить, что фрейм «Лекция» используется в системе подготовки расписания занятий, то процедура, вызывающаяся при внесении значения в слоте «ЛЕКТОР», могла бы уведомлять лектора об изменении расписания; процедуры, вызывающиеся при изменении значений слотов «АУДИТОРИЯ» и «СЛУШАТЕЛИ», могли бы проверять, вместит ли указанная аудитория всех слушателей и т.д.

Существует несколько способов получения слотом значений во фрейме-экземпляре:

· по умолчанию от фрейма-образца;

· через наследование свойств от фрейма, указанного в слоте АКО (A-Kind-Оf, это);

· по формуле, указанной в слоте;

· через присоединенную процедуру;

· явно из диалога с пользователем;

· из базы данных.

В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма. Тогда образуются сети фреймов.

Таким образом, структуру фрейма-экземпляра можно представить в виде следующей таблицы:

Имя слота

Значение слота

Способ получения значения слота

Присоединенная процедура

Существование сетей фреймов обусловлено тем, что между различными объектами можно провести некоторые аналогии. Поэтому фреймы, представляющие такие образы, выстраиваются в иерархическую систему. При этом сложные объекты представляются комбинацией нескольких подчиненных фреймов.

В сетях фреймов происходит наследование свойств по АКО-связям. Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня, откуда неявно наследуются (переносятся) значения слотов. На рис. 3 приведен пример сети фреймов.

Фрейм «Ученик» наследует свойства фреймов «Ребенок» и «Человек», которые на более высоком уровне иерархии. Так, на вопрос «любят ли ученики сладкое?» следует отвечать «да», так как этим свойством обладают все дети, что указано в фрейме «Ребенок».

Наследование свойств может быть частичным. Так, возраст для учеников не наследуется из фрейма «Ребенок», поскольку указан явно во фрейме «Ученик».

Основным преимуществом фреймов как модели представления знаний является то, что она отражает концептуальную основу организации памяти человека, а также ее гибкость и наглядность. Кроме того, отмечают однородность представления знаний и возможность их типового текстового описания с помощью специальных языков.

В сетях фреймов используются такие специальные языки представления знании, как FRL (Frame Representation Language) и KRL (Knowledge Representation Language). Они позволяют эффективно строить промышленные экспертные системы.

Широко известны такие фрейм-ориентированные экспертные системы, как ANALYST, МОДИС, TRISTAN, ALTERID.

Дата добавления: 2015-07-11