Пример 1

Логическая формула "Поставка(Интеграл,Луч,Схема_14)" формализует фразу "Завод Интеграл поставляет Схему_14 фирме Луч". Упомянутую выше фразу можно формализовать с помощью бинарных предикатов:

Поставщик(Поставка_8, Интеграл)/\
Пoтpeбитeль(Пocтaвкa_8,Лyч)/\
Oбъeкт(Пocтaвкa_8,Cxeмa_14)/\
Элем(Поставка_8,поставки).

Концептуальный граф для этой логической формулы представлен на Рис..2. Концептуальный граф n -арного пре­диката изображается следующим образом. Стрелка, соответст­вующая п-му аргументу, направлена от круга, представляю­щего имя предиката, к прямоугольнику, отображающему этот аргумент. Остальные прямоугольники, соответствующие пер­вым п- 1 аргументам, соединяются стрелками с кругом. Стрел­ки помечены номерами от 1 до n (или именами), чтобы пока­зать соответствие между стрелкой и аргументом. Стрелки в таком графе направлены от первого аргумента к имени преди­ката и от имени предиката ко второму аргументу.

Рис. 2. Концептуальный граф логического представления бинарными предикатами

Термины "имя предиката" и "аргумент", часто называют "связывающий узел" и "узел-концепт" в графическом представлении.

Семантической сетью называют направленный граф с помеченными вершинами и дугами, в котором вершинам соот­ветствуют конкретные объекты, а дугам - семантические отно­шения между ними. Имена вершин определяют объекты из некоторой объектной области, например, станок, робокар, де­таль и т.д. Метки дуг обозначают элементы множества отно­шений.

Объекты и отношения. В семантических сетях исполь­зуются четыре основных типа объектов: понятия, события, свойства и значения. Понятия представляют собой сведения об абстрактных или физических объектах предметной области. Они могут быть заданы множеством доменов (параметров или констант).

События - это действия, которые могут перевести предметную область из текущего состояния в некоторое новое. Можно перевести предметную область в определенное желае­мое (целевое) состояние, поставить задачу, отыскать на семан­тической сети путь событий, приводящих к целевому состоя­нию.

Свойства используются для характеристики (уточнения) понятий, событий, процессов и т.д. Свойствами понятий могут быть цвет, размеры, качество, а свойствами действий - время, продолжительность, место и т.д.

Значения - это значения из какого-нибудь множества, которые могут принимать свойства.

Рассмотрим пример семантической сети (Рис. 4), ко­торая соответствует действию "Иванов руководит Петровым". Она представляется одним событием РУКОВОДИТ и двумя вершинами понятий ИВАНОВ и ПЕТРОВ. Дуги, соединяющие вершины-события и вершины-понятия, указывают роли поня­тий в событиях. Так, в событии РУКОВОДИТ понятие ИВАНОВ играет роль агента, а ПЕТРОВ - объекта воздействия. Свойством понятия ИВАНОВ является ДОЛЖНОСТЬ со зна­чением ПРОФЕССОР.

Рис. 4. Пример семантической сети

Правила построения семантических сетей. Семанти­ческие сети получаются из концептуальных графов с помощью специальных правил, которые мы сейчас рассмотрим.

Правило конъюнкции. Рассмотрим набор из трех фраз:

Фраза 1: Завод Интеграл производит Схему_ 14;

Фраза 2: Интеграл поставляет Схему_14 фирме Луч;

Фраза 3: Фирма Луч использует Схему_14 для сборки часов.

Каждую из этих фраз можно представить концептуаль­ным графом. Используя правило конъюнкции, можно полу­чить один концептуальный граф g из двух графов g 1 и g 2. Это правило состоит в следующем.

Если узлы-концепты с 1 и с 2 соответственно в графах g 1 и g 2 идентичны, то граф g получается удалением с 1 и соедине­нием с с 1 всех связывающих узлов, которые были связаны с с 2 и g2.

Применим правило конъюнкции к приведенным выше трем фразам и получим семантическую сеть (Рис 5).

Правило упрощения. Если концептуальный граф g со­держит два идентичных (соединенных с одними и теми же уз­лами-концептами) связывающих узла, то можно удалить один из них со связанными с ним стрелками.

Правило копирования. Граф g есть копия графа g 1.

Использование типов. Отношение принадлежности типу представляется связывающим узлом КОНКР (от слова "конкретизация"). Так "Схема_14" относится к типу "схема", что указано узлом КОНКР. Отношение принадлежности мно­жеству представляется связывающим узлом ЭЛЕМ (от слова "элемент"). Так завод Интеграл принадлежит множеству заво­дов электроники ("электро-завод").

Отношение принадлежности подмножества некоторому множеству представляется узлом ПОДМН.

Рис. 5 Концептуальный граф и контекстное представление

Связь между первым типом и более общим вторым ти­пом осуществляется связывающим узлом ЭТО.

или просто

В поле конкретизации может находиться переменная. Так, [схема: х ] означает просто какой-то объект типа "схема". Отметим, что переменную можно просто опустить, условив­шись, что представление [схема] эквивалентно
[схема: х ].

Канонические графы. Синтаксически правильно по­строенные концептуальные графы могут семантически быть некорректными, как собственно и предложения, которым они соответствуют. То есть некоторые комбинации узлов бессмыс­ленны; чтобы исключить графы нереальных (невозможных) ситуаций предметной области, определяют так называемые канонические (семантически корректные) графы разрешенных комбинаций слов.

Следовательно, знания представляются ка­ноническими графами исходя из личного опыта. Новые, кано­нические графы строятся из уже имеющихся по правилам: конъюнкции, упрощения, копирования и ограничения.

Правило ограничения. Тип любого концепта с концептуального графа g можно записать неким подтипом, т.е. конкретизировать концепт с. Проиллюст­рируем это на примере концептуального графа, представлен­ного на Рис. 3.6. Граф без элементов (средство) интерпретируется фразой ~Интеграл срочно поставляет схему кому-то~. Граф без элементов (способ) означает ~Интеграл поставляет схему фир­ме Луч почтой~. Применения правила конъюнкции к этим двум графам дает весь граф на рис.3.6. Можно было бы при­менить к последнему графу правило ограничения, заменяя обозначенную Х совокупность ~кому-то~ меньшей совокупно­стью ~часовые заводы~. Правило ограничения сужает концеп­ты, а конъюнкции - добавляет условия на граф.

Рис. 6. Пример построения семантической сети

4. Объектное (фреймовое) представление

Основные понятия. Теорию фреймов опубликовал в 1975г. М.Минский. Эта теория относится к психологическим понятиям и касается способов понимания того, как мы вос­принимаем (видим, слышим) явления, процессы, объекты и т.п.

В основе теории фреймов лежит восприятие фактов по­средством полученной извне информации о некотором явле­нии с уже имеющимися данными, накопленными опытным путем или полученными в результате вычислений. Когда чело­век попадает в новую ситуацию, он вызывает из своей памяти основную структуру, называемую фреймом. Фрейм (рамка) - это единица представления знаний, запомненная в прошлом, детали которой могут быть изменены согласно текущей ситуа­ции. Класс некоторых объектов (процессов) может опреде­ляться одним типичным (базовым) объектом, который включа­ет наиболее существенные характеристики объектов данного класса. Так некоторую характеристику объекта можно пред­ставить тройкой (Объект, атрибут_ j, значение_ j).

Собрав все тройки, касающиеся данного объекта, полу­чим объектное представление области рассуждений, относи­тельно данного объекта. Общая форма этого представления такова:

Объект(атрибут_ j, значение_ j), j= 1 ,..., m

Таким образом, вместо построения различных незави­симых формул строим более крупную структуру полной ин­формации об объекте, которую называют фреймом. Если тре­буется информация о некотором объекте, то обращаются к соответствующему фрейму, внутри которого находятся свой­ства и факты относительно рассматриваемого объекта. Заме­тим, что объектное представление можно получить как из ло­гического, так и из других представлений знаний.