77543

Семантические сети и их особенности

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

В бытовом понимании семантика означает смысл слова, действия, художественного произведения и т.п. Семантическая сеть – это граф, вершинам которого сопоставляются понятия (объекты, процессы, явления), дуги графа – это отношения между вершинами.

Русский

2015-02-02

108.5 KB

5 чел.

Лекция 5

Семантические сети.

В бытовом понимании семантика означает смысл слова, действия, художественного произведения и т.п. Семантическая сеть – это граф, вершинам которого сопоставляются понятия (объекты, процессы, явления), дуги графа – это отношения между вершинами.  

Метки вершин  имеют ссылочный характер и представляют собой некоторые имена. В роли имен могут выступать, например, слова естественного языка. Метки дуг обозначают элементы множества отношений.     

Возможные отношения в семантических сетях (не полный список):

Агент – это то, что (тот, кто) вызывает действие. Агент часто является подлежащим в предложении. Например, «Иванов ударил мяч».

Объект – это то, на что (на кого) направлено действие. В предложении объект часто выполняет роль прямого дополнения. Например, «Робот взял пирамиду».

Инструмент – это средство, которое используется агентом для выполнения действия. Например, «Иванов открыл дверь с помощью ключа».

Соагент – служит как подчиненный партнер главному агенту. Например, «Иванов сдал экзамен с помощью Петрова».

Пункт отправления и пункт назначения – это отправная и конечная позиция при перемещении агента или объекта. Например, «Робот переместился от одного станка к другому».

Траектория – это перемещение от пункта отправления к пункту назначения. Например, «Они прошли через дверь по ступенькам на лестницу».

Средство доставки – то в чем или на чем происходит перемещение. Например, «Иванов всегда едет домой на машине».

Местоположение – то место, где произошло (происходит, будет происходить) действие. Например, «Он работал за столом».

Потребитель – то лицо, для которого выполняется действие. Например, «Иванов собрал шпаргалки для Кати».

Сырье – это, как правило, материал из которого что-то сделано или состоит. Обычно сырье вводится предлогом из. Например, «Иванов собрал робот из интегральных схем».

Время – указывает на момент совершения действия. Например, «Он закончил работу поздно вечером».

Под фактом понимают конкретизацию определенного отношения между объектами. В графической интерпретации факт – это подграф семантической сети, имеющий звездообразную структуру. Корень подграфа – вершина предикатного типа, помеченная уникальной меткой, включающей имя соответствующего отношения. Из вершины факта выходят ребра, помеченные именами атрибутов данного факта, ведущие в вершины базового множества, которые являются значениями этих атрибутов. Иногда удобна табличная форма записи фактов.

Например:

Метка

факта

Отношение «меньше»

      1                       2

F1

F2

F3

  1.  1

1                        2

0                        2

Пример семантической сети (рис.11): Поставщик осуществил поставку изделий по заказу клиента до 1 июня 2008 г. в количестве 1000 шт.

Рис.11. Пример семантической сети.

Поиск в семантической сети (рис.12): Какой объект находится на желтом блоке?

Рис.12. Поиск в семантической сети.

Совместив запрос с сетью получим ответ – пирамида.

Классификация сетей.

По структуре:

Сети простого типа – у которых вершины не имеют собственной внутренней структуры.

Однородные сети – при одинаковых отношениях между вершинами.

Сети иерархического типа – таким сетям свойственны структуры с вершинами разного ранга, имеющими разный уровень или подчиненность от низших к  высшим.

По характеру отношений, приписываемых дугам сети:

Функциональные сети. Дуги отражают тот факт, что вершина, из которой выходит дуга, играет по отношению к вершине, куда идет дуга, роль аргумента. Описания, соответствующие вершине – функции, задают процедуру нахождения результата.

Сценарии – однородные сети, в которых в качестве единственного отношения выступает отношение нестрогого порядка (например, отношение «не раньше, чем»), которое допускает одновременность. Чаще всего эти отношения определяют все возможные последовательности событий.

Семантические сети делятся на интенсиональные и экстенсиональные. Интенсиональная сеть содержит интенсиональные знания и описывает общую структуру модернизируемой предметной области на основе абстрактных объектов и отношений, т.е. обобщенных представителей некоторых классов объектов и отношений. Например, такие объекты как производственный участок, груз, деталь могут являться обобщенными понятиями множества значений от которых образуется множество имен конкретных производственных участков (токарный, прессовый и т.п.), множество имен грузов (заготовка, кассета), множество классов деталей (болт, вал, гайка и т.п.).

Экстенсиональная семантическая сеть описывает экстенсиональные знания о модернизируемых объектах, являясь как бы «фотографией» его текущего состояния.

Интенсиональная сеть предложения «Робот сверлит отверстие в детали сверлом диаметром 10 мм (рис. 13).

                Рис. 13. Интенсиональная сеть.

Рис.14. Экстенсиональная сеть.

В семантических сетях используются три основных типа объектов: понятия, события, свойства.

Понятие – это сведения об абстрактных или физических объектах предметной области. Общие понятия интерпретируются как множество параметров или констант.

События – это действия, которые могут внести изменения в предметную область .Результатом события является некоторое новое состояние предметной области. Можно задать желаемое (целевое) состояние предметной области и поставить задачу отыскания  в семантической сети последовательности событий, приводящей к новому состоянию.

Свойства – используются для уточнения понятий или событий. Для понятий это особенности или характеристики (цвет, размеры, качество). Для свойств - продолжительность, время, место.

Семантические отношения делят на четыре класса: лингвинистические, логические, теоретико-множественные и квантифицированные.

Лингвинистические отношения – наиболее употребительные – падежные, к которым относятся , в частности, следующие: агент – отношение между событием и тем кто (что) его вызывает; объект – отношение между событием и тем, над чем производится действие; условие – отношение, указывающее логическую зависимость между событиями; инструмент – объект, с помощью которого совершается событие; место – место совершения события. Другой тип лингвинистических отношений  – это характеризация глаголов и атрибутивных отношений. К характеризации глаголов относятся наклонение, время, род, число, залог. Атрибутивные отношения – цвет, форма, размер. Например: фраза «Большие красные шары» с использованием атрибутивных отношений может быть представлена структурой, изображенной на рис.15.

Рис.15. Фраза «большие красные шары»

Логические отношения представляют собой операции алгебры логики..

Теоретико-множественные – это подмножество, супермножество, элемент множества, отношение части и целого и др. Этот класс отношений используется для построения иерархических соподчиненных структур, для представления обобщенной информации (рис.16).

Рис.16. Иерархия классификации роботов.

Квантифицированные отношения – это логические кванторы общности и существования. Логические кванторы применяются для представления знаний декларативного типа. Например: «каждый станок требует профилактического ремонта», «Существует робот А, который может обслуживать станки группы В».

Важным понятием в семантических сетях является десигнат – уникальное внутрисистемное имя, которое ставится в соответствие некоторому объекту в предметной области, если о нем в данный момент времени нет полной информации. Например, «Станок С1 имеет накопитель». Это предложение имеет неопределенность относительно характеристик накопителя. По мере поступления информации будут уточняться емкость накопителя и другие данные.

(F1: имеет агент Станок объект D1)

(D1: имя накопитель)

(D1: габарит ______)

(D1: емкость _______)

F1 – метка факта, D1 – метка десигната.

В момент первого напоминания вводится информация, которая используется в дальнейшем. В семантических сетях информация может представляться в фреймовом виде..

При построении интеллектуальных банков данных на основе семантических сетей основным принципом их организации является разделение экстенсиональных и интенсиональных знаний, при этом экстенсиональные семантические сети являются основой базы данных, а интенсиональные сети – основой базы знаний (рис.17).

Рис.17. Формирование интеллектуальных банков на основе сетей.

Особенности представления знаний в семантических сетях состоят в следующем:

- в семантической сети могут быть представлены такие виды объектов как понятия, события, специализированные методы решения. Увеличение номенклатуры объектов снижает однородность сети и приводит к необходимости увеличения  набора механизмов и методов вывода.

- многомерность семантических сетей позволяет представить в них сложные семантические отношения, связывающие отдельные понятия, понятия и события в предложении, а также предложения в текстах.

- на каждой стадии формирования решения можно четко разделить полное знание системы (полная семантическая сеть) и текущее знание – возбуждаемый участок сети, в котором производятся некоторые операции (процесс вывода, понимания и т.п.).

Известны многие варианты семантических сетей, общие характеристики которых сводятся к следующему:

- описание объектов предметной области происходит на уровне естественного языка;

- все знания, включая вновь поступающие факты, а также специализированные методы решения, накапливаются в относительно однородной структуре памяти;

- определяется ряд более или менее унифицированных семантических отношений между объектами, которым ставятся в соответствие унифицированные методы вывода;

- запросы вместе с методами вывода определяют участки знания (семантической сети), имеющие отношение к поставленной задаче, фиксируя тем самым понимание запроса и вытекающую из него цепь выводов, соответствующих решению задачи; выводы в семантических сетях отличаются значительной полнотой.

Управление выводом.

Механизм вывода использует особый метод генерации выводов, так называемый «метод распространяющейся активности и техники пересечений». Процесс осуществляется построением на основе введенных высказываний цепочек возможных выводов во всех направлениях до тех пор, пока в сети не обнаружится пересечение или не найден фрагмент, отражающий поставленный запрос к базе знаний. Недостаток – сложность организации процедуры вывода. Область применения семантических сетей – системы обработки естественного языка, системы технического зрения и другие.

Пример составления семантической сети.

Предложение: Если станок закончил обработку, робот грузит кассету с деталями на робокар, который перевозит их на склад, где штабелер помещает кассету в ячейку.

Выделяем факты (факт – конкретизация отношений между объектами).

F1 – станок закончил обработку;

F2 – робот грузит;

F3 – робокар перевозит;

F4 – кассета содержит;

F5 – штабелер размещает.

Обозначаем факты кружками, а связанные с ними события – прямоугольниками. Дуги помечаем наименованиями отношений, которые они выражают рис.18).

Рис.18. Пример семантической сети.

 Запрос можно представить графом, в котором вершины, соответствующие некоторым переменным, не определены.

Запрос: Оператор сообщил, что робокар что-то перевозит. Определить, что и как перевозит робокар (рис.19).

Факт  сообщил

Рис.19. Пример подграфа.

Вложив этот подграф в семантическую сеть (совместив с F3) получим конкретные ответы: х – кассета, у – склад. Ответ будет выглядеть так: робокар перевозит кассету на склад.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25803. Среднее ухо: барабанная полость, слуховые косточки, слуховые мышцы, слуховая труба, сосцевидный отросток. Строение, значение 16.1 KB
  Среднее ухо состоит из: барабанной полости в ней находятся слуховые косточки слуховые мышцы и евстахиевы трубы; ячейки воздухоносного сосцевидного отростка; Барабанная полость имеет вид шестигранника: а верхняя стенка барабанной полости крыша. Задней стеной барабанной полости является костная пластинка которая отделяет средне ухо от внутреннего. Рукоятка молоточка соединяется с центром барабанной перепонки. Подножная пластинка стремени вставляется в овальное окно которое расположено на костной стенке внутреннего ухаСлуховые косточки...
25804. Характеристика проводникового и коркового отделов слухового анализатора. Их значение 14.92 KB
  Проводниковый отдел слуховой сенсорной системы состоит из 4 нейронов: 1ый нейрон расположен в спиральном узле улитки. Аксоны центральные отростки образуют слуховой нерв. Слуховой путь как и зрительный является частичноперекрещенным. При поражении слуховой коры с одной стороны снижение слуха наблюдается с двух сторон причём с большим поражением противоположного уха.
25805. Заболевания глотки. Аномалии развития 16.05 KB
  Аномалии развития. Аномалии развития глотки встречаются в виде расщепления укорочения или отсутствия мягкого неба и язычка; эти дефекты нередко сочетаются с врожденными расщелинами твердого неба. Аномалии глотки могут возникать по различным причинам: в результате наследственных факторов эндогенного влияния на эмбрион заболеваний родителей алкоголизм сифилис туберкулез малярия краснуха отравления эмриотоксическими элементами олово свинец мышьяк ртуть и др. Классификация аномалий глотки Атрезия и стенозы носоглотки Недоразвитие...
25806. Рубцовые деформации глотки 13.87 KB
  Рубцовые деформации глотки. Рубцовые деформации глотки. При некоторых тяжелых инфекционных заболеваниях скарлатина дифтерия наблюдаются глубокие поражения слизистой оболочки глотки с омертвением отдельных ее участков и последующим развитием рубцовой ткани. В других случаях рубцы притягивают остатки мягкого неба и дужек к задней стенке глотки; происходит полное или частичное сращение мягкого неба с задней стенкой глотки в результате чего полость рта и ротоглотка полностью или почти полностью разобщаются с носоглоткой.
25807. Ангина и хронический тонзиллит 15.22 KB
  Ангина и хронический тонзиллит. Различают острый тонзиллит ангина и хронический. Ангина остро возникающее патологическое состояние для которого характерно воспаление лимфоидных образований окологлоточного кольца ПироговаВальдейра чаще всего нёбных миндалин. Катаральная ангина имеет острое начало.
25808. Гипертрофия глоточной и небных миндалин. Аденоиды. Нарушение голоса и речи при аденоидах 16.81 KB
  Нарушение голоса и речи при аденоидах. Основными признаками аденоидов являются: нарушение носового дыхания постоянные серозные выделения из носа нарушение функции слуховых труб частые воспаления как в носоглотке так и в полости носа.
25809. Фиброма носоглотки. Паралич мягкого неба 14.89 KB
  Паралич мягкого неба. Паралич мягкого неба. У детей нередко наблюдается паралич мягкого неба. Чаще всего такой паралич возникает при дифтерии.
25810. Заболевания гортани. Аномалии развития. Инородные тела гортани 16.5 KB
  Заболевания гортани. Инородные тела гортани. В некоторых случаях наблюдается врожденная диафрагма гортани тонкая перепонка между истинными голосовыми связками или под ними оставляющая небольшой просвет через который проходит воздух. Острое воспаление слизистой оболочки гортани острый ларингит развивается чаще всего как часть разлитого поражения слизистой верхних дыхательных путей при гриппе или сезонном катаре верхних дыхательных путей.
25811. Острый и хронический ларингит 15.39 KB
  Острый и хронический ларингит Острый ларингит. Острое воспаление слизистой оболочки гортани или острый ларингит развивается чаще всего как часть разлитого поражения слизистой оболочки дыхательных путей при гриппе и так называемом сезонном катаре верхних дыхательных путей. Острый ларингит длится недолго и при правильном лечении проходит в течение 7 10 суток. При остром ларингите нередко возникает припухание слизистой оболочки гортани под истинными голосовыми связками подсвязочный ларингит.