Представление знаний в виде семантической сети

Семантические сети, по мнению специалистов, реализуют наиболее общий способ представления знаний. Семантическая сеть (semantic network) представляет знания в виде графа, узлы которого соответствуют фактам или понятиям, а дуги – отношениям между понятиями. Как узлы, так и дуги обычно имеют метки. Граф представляет собой множество вершин и множество дуг, соединяющих некоторые пары вершин. Размеченный граф для каждой вершины содержит дескрипторы (метки), благодаря которым вершины графа отличаются между собой. Для графа пространства состояний дескрипторы идентифицируют состояния в процессе решения задачи. Метки дуг в семантических сетях применяются для задания именованных отношений [7].

В ориентированном графе для каждой дуги приписано определенное направление, указанное стрелкой. Путь на графе – это последовательность дуг, соединяющая соседние вершины. Две вершины называются связными, если существует путь, содержащий эти вершины. Если путь включает некоторую вершину более одного раза, то он содержит петлю или цикл.

Корневой граф содержит одну выделенную вершину (корень), от которой существует путь к любой вершине графа. Корень обычно располагается в верхней части рисунка над остальными вершинами. Корень графа не имеет родителей. Вершина, не имеющая потомков, называется концевой вершиной. Примером такого графа является генеалогическое дерево.

Деревом является граф, в котором существует единственный путь между любыми двумя вершинами. Отношения между вершинами для корневого дерева описываются понятиями родителя, потомка и вершин-братьев (имеющих общих родителей). Вершина называется предком всех вершин, расположенных после нее и потомком всех вершин, расположенных на пути к ней.

Следует отметить, что графы использовались в психологии Сэлзом (Selz, 1913) для представления иерархии понятий и наследования свойств. Первые компьютерные реализации семантических сетей, предназначенные для понимания естественных языков, появились в начале 1960-х годов в системах автоматического перевода текстов [7].

Шенком и Ригером была создана теория концептуальной зависимости для моделирования семантических структур естественного языка. В их теории рассматриваются четыре типа примитивов, на основе которых определяется смысл выражений [7]:

ACT – действия (actions);

PP – объекты (pictures producers);

AA – модификаторы действий (action aiders);

PA – модификаторы объектов (picture aiders).

При этом предполагается, что каждое из действий должно приводить к созданию одного или нескольких примитивов ACT. Далее приведены примитивы, выбранные в качестве основных компонентов действия:

· ATRANS – передавать отношения (давать);

· PTRANS – передавать физическое расположение объекта (идти);

· PROPEL – применять физическую силу к объекту (толкать);

· MOVE – перемещать часть тела (владельцем);

· GRASP – захватывать объект (исполнителем);

· INGEST – поглощать объект (есть);

· EXPEL – издавать звуки (кричать);

· MTRANS – передавать ментальную информацию (сказать);

· MBUILD – создавать новую ментальную информацию (решать);

· CONC – осмысливать идею (думать);

· SPEAK – производить звук (говорить);

· ATTEND – слушать.

Указанные примитивы используются для определения отношений концептуальной зависимости, которые описывают смысловые структуры (например связи объектов и значений). Под отношениями концептуальной зависимости имеются в виду концептуальные синтаксические правила, которые выражают семантические связи в соответствии с грамматикой языка. Эти соотношения могут использоваться для конструирования внутреннего представления предложения на естественном языке. Ниже приведен пример некоторых концептуальных зависимостей [7].

– указывает, что исполнитель действует;

– указывает, что объект имеет определенный признак;

– означает объект действия.

На основе приведенных зависимостей можно построить следующие предложения:

– Джон бежал;

– Джон высокий;

– Джон двигал тележку.

В теории концептуальной зависимости проводится построение канонической формы смысла выражений. При этом все выражения, имеющие один и тот же смысл, будут представлены синтаксически идентичными, а не только семантически эквивалентными графами. Каноническое представление является средством упрощения выводов, требуемых для понимания. Например, на основе сопоставления графов концептуальной зависимости можно сделать вывод о том, что два выражения означают одну и ту же сущность.

К недостаткам рассматриваемой теории относятся трудности, связанные с алгоритмизацией процесса преобразования выражений в каноническую форму. Тем не менее можно сделать вывод, что теория концептуальной зависимости является завершенной моделью семантики естественного языка и широко применяется в настоящее время.

Следует отметить, что, как и в системе, основанной на фреймах, в семантической сети могут быть представлены родовидовые отношения, которые позволяют реализовать наследование свойств от объектов родителей. Это обстоятельство приводит к тому, что в этом случае семантические сети приобретают все достоинства и недостатки представления знаний в виде фреймов [4].