Лекция: Модель семантической сети.

Одним из способов представления знаний является семантическая сеть. Изначально семантическая сеть была задумана как модель преставления структуры долговременной памяти в психологии, но в последствии стала одним из основных способов представления знаний в инженерии знаний.
В основе сетевых моделей представления знаний лежит идея о том, что любые знания можно представить в виде совокупности объектов (понятий) и связей (отношений) между ними. В отличие от продукционных эти модели более наглядны, поскольку любой пример можно представить в виде ориентированного (направленного) графа, вершины которого — понятия, а дуги — отношения между ними.
Понятиями обычно выступают абстрактные или конкретные объекты, а отношения — это связи типа: «это» («is»), «имеет частью» («has part»), «принадлежит», «любит» и т.п. Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений:

• класс — элемент класса;;
• свойство – значение;
• пример элемента класса.

В качестве примера на Рисунке 3 показана весьма простая семантическая сеть для представления объекта «чайник».

Рисунок 3.

Наиболее часто в семантических сетях используются следующие отношения:

• связи типа «часть-целое» («класс-подкласс», «элемент-множество» и т.п.);
• функциональные связи (определяемые обычно глаголами «производит», «влияет»...);
• количественные (больше, меньше, равно...);
• пространственные (далеко от, близко от, за, под, над...);
• временные (раньше, позже, в течение...);
• aтрибутивные связи (иметь свойство, иметь значение...);
• логические связи (и, или, не) и др.

Можно ввести несколько классификаций семантических сетей.
Например, по количеству типов отношений:

• однородные (с единственным типом отношений);
• неоднородные (с различными типами отношений).

По типам отношений:

• бинарные (в которых отношения связывают два объекта);
• парные (в которых есть специальные отношения, связывающие более двух понятий).

Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, соответствующей поставленному вопросу. Подобного рода задачи решаются с помощью аппарата теории графов. Следует особо отметить роль фундаментальных признаков связей (рефлексивность, симметричность и транзитивность) в процессе вывода на сети. Так, например, связи вида «это есть» или «иметь частью» транзитивны, что позволяет говорить об установлении с помощью этой связи свойств иерархии наследования в сети. Это означает, что элементы более низкого уровня в сети могут наследовать свойства элементов более высокого уровня в сети.
Примером простой семантической сети является описание объекта автомобиль и рядя связанных с ним понятий (см. Рисунок 4. Пример простейшей семантической сети.). На этой сети присутствует следующая цепочка понятий: «автомобиль имеет частью двигатель», «двигатель имеет частью стартер». В силу транзитивности отношения «иметь частью» можно вывести следующее утверждение «автомобиль имеет частью стартер». Аналогично можно сделать вполне очевидный вывод, что «Иванов обладает автомобилем» или, что «Mercedes имеет частью двигатель и потребляет топливо».

Рисунок 4. Пример простейшей семантической сети [11].

Основное преимущество этой модели — в соответствии современным представлениям об организации долговременной памяти человека. Недостаток модели — сложность поиска вывода на семантической сети.