Семантические сети

Предположим, что исследователи космоса открыли планету, обитатели которой похожи на нас. Вероятно ли, что эти инопланетяне потребляют пищу?

На такой вопрос нет правильного ответа, но для того, чтобы высказать правдоподобную догадку, нужно рас-смотреть природу пищи и людей. В конце концов я получу ответ — даже несколько ответов, — но я постараюсь растянуть обсуждение, так как в действительности этот вопрос служит только поводом к тому, чтобы рассмотреть, какого рода структуры памяти могли бы сделать возможным анализ, необходимый для ответа.

Для начала упростим задачу, поставив несколько связанных с нею вопросов. Все они относятся к некоему Ж- — субъекту, которого мы никогда не встречали. Все, что вы знаете о Ж., должно быть получено как вывод.

Вопрос 1: У Ж- Две ноги?

Ответ 1: Вероятно. Ж. — человек, а у человека обыч-

но две ноги. Значит, если Ж. не урод и не жертва несчастного случая, то у него должны быть две ноги.

Вопрос 2: Потребляет ли Ж- пищу?

Ответ 2: Конечно. Ж. — человек, а человек — животное; все животные едят; то, что они едят, называется пищей.

Вопрос 2А: Хорошо; но что, если Ж- находится в состоянии комы или объявил голодовку? И уверены ли вы, что все животные едят? А как же только что вылупившийся цыпленок?

Ответ 2А: Вы ужасно придирчивы. Мы ведь говорим только о людях. Все люди едят, каждый это знает. Именно поэтому кома* или голодовка — исключения, возникающие вопреки биологической необходимости. Может быть, мне следовало сказать, что все люди должны есть или каким-то образом получать питание, чтобы не умереть через несколько недель.

9. Семантические сети

I

Вопрос 3: Обладает ли Ж. массой?

Ответ 3: Какие странные вопросы вы задаете! Ж- — человек, а все люди имеют тело. Пожалуй, я мог бы вам это доказать. Тело Ж- — физический объект, а все физические объекты обладают массой. Верно?

Эти простые вопросы касаются самой сущности нашего предмета. Видите, как просты очевидные ответы на все три основных вопроса: да, да, да. У человека две ноги, он питается, его тело обладает массой. Это очевидные, в известном смысле «правильные» ответы. Трудность состоит в том, что я могу представить себе особые случае, к которым эти ответы неприменимы, как видно из оговорки «обычно» в ответе 1 и возражения в вопросе 2. Каким-то образом теория структуры памяти должна включать оба аспекта этих ответов: то, что имеется немедленный, очевидный ответ, и то, что мы можем долго взвешивать, и уточнять почти любой ответ. Но теперь посмотрим, какого рода структуры памяти могут быть использованы для очевидных ответов.

Очевидный способ ответа на вопросы 1, 2 я 3 состоит в том, чтобы сначала отнести Ж. к определенному классу — признать в нем человека, животное, физический объект, а затем определить свойства данного класса и заключить, что все его представители должны обладать этими свойствами. Для этого нам нужны какие-то средства, позволяющие отобразить принадлежность к классу, представить свойства класса и использовать то и другое для ответа на вопросы. Для этого может быть полезна семантическая сеть — структура, в которой нужные куски информации соединены между собой надлежащим образом.

Семантические сети дают возможность представить отношения между понятиями и событиями в системе памяти. Такие сети хорошо описывают процесс нашего рассуждения. Но существует громадная разница между тем, чтобы предложить теоретическую модель процессов человеческого мышления и памяти, и тем, чтобы действительно установить, что эта модель дает.удовлетворительное объяснение. Семантические сети — полезный инстру-

64 9. Семантические сети

мент, но оказалось, что они не во всем верно описывают человеческое поведение. Поэтому их пришлось видоизменить; как именно — мы увидим позже. Теоретическое и экспериментальное изучение возможных моделей еще только начинается. Поэтому к изложенному далее не следует относиться с полным доверием: семантические сети служат мощным орудием исследования, позволяющим отобразить значительную часть процессов творческого мышления, но все же мы имеем здесь дело с гипотезой, а не с фактом.

На рис. 9-1 показана семантическая сеть, с помощью которой можно получить очевидный ответ на вопрос о числе ног у субъекта Ж- В ней представлена информация о том, что Ж. человек и что у людей две ноги.

Важными частями сети являются узлы и отношения. На рис. 9-1, Ж и Человек — это узлы, а стрелка с надписью есть — отношение, означающее здесь принадлежность Ж- к классу людей. Таким же образом представлено свойство обладания двумя ногами; отношение имеет стоит между узлами Человек и {две ноги) . (Скобки означают, что узел две ноги — это не такого же рода понятие, как Человек; на самом деле понятие две ноги должно быть представлено несколько сложнее, чем это показано здесь.)

Теперь на вопрос 1 — «Имеет ли Ж. две ноги?»— можно ответить при помощи сети. Ж- есть человек, человек имеет две ноги; следовательно, Ж. имеет две ноги.

На вопрос 2 — «потребляет ли Ж. пищу?» — ответ дается в результате такого же рода процесса, но сеть должна быть дополнена так, как показано на рис. 9-2.

В расширенную сеть я ввожу несколько новых типов отношений. Это, прежде всего, отношение подкласс, сходное по функции с есть, но означающее, что понятие человек составляет подкласс понятия животное. Овалом представлен более сложный узел. Овальный узел образует основной формат предложения. В данном примере такой узел означает, что объект, на который указывает стрелка а, поедает то, на что указывает стрелка Ь. Узлом < * 100) представлен поедаемый объект, который в свою очередь является частным случаем пищи. Скобки нужны потому, что данное животное поедает не всякую, а толь-

ко определенную пищу. Итак, (*100) есть пища; иными словами, (*100) означает частные*случаи, относящиеся к классу предметов, называемых пищей. (*100 ничего не значит; это ярлык, с помощью которого я могу ссылаться на данное понятие.)

Важным свойством семантических сетей является наследование. Свойства понятия наследуются его «потомками», т. е. частными случаями и подклассами. Если Л — частный случай или подкласс В, а В связано отношением г с С, то тогда и А связано отношением г о. С (Рис. 9-3).

По поводу Ж- был задан еще вопрос 3: «Обладает ли "v массой?». На рис. 9-4 показаны два пути к ответу на ^Него. 1) Ж-—человек, а люди обладают телом; тела—

3-477

9. Семантические сети 67

это объекты, обладающие массой. 2) Ж. — человек, который в свою очередь является млекопитающим и животным, живым существом и физическим телом. Все физические тела обладают массой.

Семантические сети оказались мощным орудием для представления знаний и для выведения заключений. Одно из достоинств семантических сетей стоит в богатстве отношений, которые они могут описать. Заметьте, что эти сети на сводятся к таким иерархиям, как «человек — животное, а животные — живые существа». Иерархия может быть нарушена, как на рис. 9-4, где я показал, что человек является как млекопитающим, так и животным.

Есть возможность пойти гораздо дальше этих простых сетей. Я могу объединять тысячи (и даже миллионы) утверждений, представленных в форме простого тройного сочетания «узел — отношение —• узел». Я могу показать вам, как строить схемы отношений, образующие сложные сети знания. Вскоре сетями начнет оперировать логика, которая позволит вам вывести, что хлеб обладает массой, что у канарейки тоже должна быть масса, а у песни ее нет. Знания, содержащиеся в сетях, будут все более и более сложными. Я могу включить в цепи противоречия и исключения; все птицы могут летать, за исключением пингвина, страуса и некоторых других. Скоро сети станут достаточно мощными, чтобы констатировать функции вещей и выявлять сложную структуру различных предметов. Сети будут становиться все более обширными. Если позволить им расти беспрепятственно, то они займут всю эту книгу (ибо в моей голове знаний, давших мне возможность написать эту книгу, безусловно, должно быть больше, чем в книге). В результате создается огромная компиляция знаний, способная поддерживать разумную Дедукцию и выражать как глубокомыслие, так и тривиальность. Скоро трудно станет прослеживать отдельные Цепи, так как они станут такими большими, что их нельзя будет увидеть во всем их объеме. И сети начнут жить собственной жизнью.

Как теоретик и ученый, интересующийся свойствами человеческой памяти, я оказался теперь перед интерес-°й дилеммой. С одной стороны, проблемы репрезента-3*

9. Семантические сети

ции знания важны, а свойства семантических сетей и близких к ним систем очень интересны и достойны дальнейшего изучения. С другой стороны, умозрительные построения увели нас очень далеко от тех особенностей человеческой памяти, которые легко проверить. Каким путем идти дальше? Можно ли подвергнуть проверке изложенные мною мысли? Что они — чистые абстракции или же у них есть некоторое основание в действительных операциях человеческой памяти? Как это выяснить?

Здесь научные философии расходятся. Некоторые психологи уверены, что дело зашло уже слишком далеко и что каждый шаг теории следует кропотливо проверять в эксперименте, прежде чем будет сделан следующий шаг. Я с этим не согласен. Я полагаю, что изучение возможных механизмов репрезентации знания важно по двум причинам. Во-первых, оно важно само по себе как чистая когнитивная наука, даже если бы наши модели в конце концов оказались нереалистичными в качестве описания человеческой памяти. Когнитивная наука должна рассматривать весь круг мыслимых теорий независимо от их эмпирического статуса. Если мы разберемся во всем множестве репрезентативных структур, нам легче будет понять, каковы эти структуры у человека (или у животных, или в искусственных устройствах).

Во-вторых, я полагаю, что эти идеи должны быть подвергнуты проверке лишь после того, как будет глубок» изучен весь диапазон их потенциальных применений и возможностей. Экспериментальная проверка новых идей в их первоначальном виде преждевременна. Одно из главных испытаний теории состоит в том, чтобы установить, способна ли она объяснить интересующие нас явления. Это называется испытанием на достаточность. Для того чтобы узнать, достаточна ли теория, нужно разработать ее довольно детально. Весьма вероятно, что в ней надо будет многое изменить, чтобы она стала достаточной.

Когда установлена достаточность, можно начинать экспериментальную проверку — проверку, которая должна установить необходимость теории. В конечном счете все теории человеческого мышления должны пройти испытание как на достаточность, так и на необходимость.

10. Схемы: пакеты знания

Цо эти испытания будут более легкими, если сначала мы охватим своим взором весь диапазон возможных теорий. Тогда, и только тогда, можно будет сравнивать конкурирующие теории.

Семантические сети являются мощным инструментом, й они послужили исходным пунктом для многих современных исследований. Но они уже существенно видоизменены. Поэтому, не обсуждая того, что можно (или чего нельзя) проверить экспериментально, я перейду к рассмотрению свойств репрезентационной системы. Но сначала сехмантические сети нужно модифицировать, чтобы они годились для более крупных единиц знания. В результате создается метод, называемый схемой.

Вспомним первоначальный вопрос: потребляют ли пищу люди, населяющие вновь открытую планету? Как получить ответ при помощи семантических сетей? И как мы сможем перейти от очевидных ответов к более глубоким и ценным? Мы не сможем этого сделать — во всяком случае, если не используем некоторые приемы, позволяющие установить, как можно приложить старое знание к новым ситуациям. Процессы, использующие знание, не менее важны, чем само знание. Собственно говоря, они сами являются знанием — знанием, как действовать, а не знанием о чем-либо.