Представление знаний на основе фреймов и семантических сетей.

Фреймы.

Для представления и описания стереотипных объектов, событий или ситуаций были введены понятия «фреймы», которые являются сложными структурами данных.

Фреймы были впервые предложены в качестве аппарата для представления знаний М. Минским в 1975 г. Согласно его опреде­лению фреймы — это минимальные структуры информации, не­обходимые для представления класса объектов, явлений или процессов [35]. В общем виде фрейм может быть представлен в ви­де, показанном на рис. 5.3 и описан строкой:

< ИФ, (ИС, ЗС, ПП),..., (ИС, ЗС, ПП)>

где ИФ - имя фрейма; ИС - имя слота; ЗС - значение слота; ПП - имя присоединенной процедуры.

Рис.5.1. Схема фрейма.

Слоты - это некоторые незаполненные подструктуры фрейма, заполнение которых приводит к тому, что данный фрейм ставится в соответствие некоторой ситуации, явлению или объекту.

С каждым фреймом связана информация: как использовать фрейм; что делать, если происходит что-либо непредвиденное; не­достающие значения для слотов. Фрейм с заполненными слотами называется экземпляром фрейма. Для организации связи между объектами предметной области строится сеть фреймов. Связь мо­жет быть организована путем указания в качестве значений неко­торых слотов одного фрейма «мен других фреймов.

В качестве данных фрейм может содержать обращения к про­цедурам (так называемые присоединенные процедуры). Выделяют два вида процедур: процедуры-демоны и процедуры-слуги. Процедуры-демоны активизируются при каждой попытке добавления или удаления данных из слота (по умолчанию). Процеду­ры-слуги активизируются только при выполнении условий, опре­деленных пользователем при создании фрейма.

Для уменьшения информационной избыточности во фреймовых системах реализуют принцип наследования информации, позво­ляющий общую (глобальную) для системы информацию хранить в отдельном фрейме, а во всех остальных фреймах указывать лишь ссылку на место хранения этой информации.

Рассмотрим подробнее основные свойства фреймов[52].

1. Базовый тип. При эффективном использовании фреймовой системы, можно добиться быстрого понимания сущности данного предмета и его состояния, однако для запоминания различных позиций в виде фреймов необходимы большие объемы памяти. Поэтому только наиболее важные объекты данного предмета запоминаются в виде базовых фреймов, на основании которых строятся фреймы для новых состояний. При этом каждый фрейм содержит слот, оснащенный указателем подструктуры, который позволяет различным фреймам совместно использовать одинаковые части.

2. Процесс сопоставления. Процесс, в ходе которого проверяется правильность выбора фрейма, называется процессом сопоставления. Обычно этот процесс осуществляется в соответствии с текущей целью и информацией (значениями), содержащийся в данном фрейме. Т.е., фрейм содержит условия, ограничивающие значения слота, а цель используется для определения, какое из этих условий, имея отношение к данной ситуации, является существенным.

3. Иерархическая структура. Фрейм обычно соответствует представлению общего понятия с классификационной иерархической структурой. Особенность иерархической структуры заключается в том, что информация об атрибутах, которую содержит фрейм верхнего уровня, совместно используются всеми фреймами нижних уровней, связанных с ним.

4. Сети фреймов. Если процесс сопоставления не привел к успеху, возникает необходимость поиска фрейма, подобного предыдущему. Такой поиск, осуществляемый с использованием указателей различия, возможен благодаря соединению фреймов, описывающих объекты с небольшими различиями, с данными указателями и образованию сети подобных фреймов.

5. Отношения «абстрактное - конкретное» и «целое - часть». Рассмотренная иерархическая структура основывается на отношениях «абстрактное - конкретное», однако помимо такого типа структур существуют и другие, основанные на отношениях «целое - часть».

Отношения «абстрактное – конкретное» характерны тем, что на верхних уровнях расположены абстрактные объекты, а на нижних – конкретные объекты, при чем объекты нижних уровней наследуют атрибуты объектов верхних уровней.

Если одно отношение «целое - часть» касается структурированных объектов и показывает, что объект нижнего уровня является частью объекта верхнего уровня.

Наибольшее практическое применение во фреймовых системах получили лишь отношения «абстрактное - конкретное». Но в некоторых областях иногда требуется описывать и управлять структурированным объектом. Поэтому в таких случаях не обойтись без обработки отношений типа «целое - часть».

Семантические сети.

Важной схемой представления зна­ний являются семантические сети. Впервые это понятие было вве­дено в 60-х годах для представления семантических связей между концепциями слов. Семантические сети не являются однород­ным классом схем представления. Имеется лишь несколько общих черт, объединяющих ряд механизмов представления, называемых семантическими сетями. Часто общей основой являются лишь сходство формального обозначения (направленный граф с поме­ченными вершинами и ребрами) и основной принцип, заключаю­щийся в том, что элементы знаний должны храниться смежно, если они семантически связаны.

Существуют в то же время достаточно широко различающиеся мнения о том, что должно быть представлено в семантических сетях, какие семантические элементы должны быть использова­ны для представления и, наконец, в чем же заключается семан­тика этих сетей.

Что же такое семантические сети? Под семантической сетью понимают направленный граф с помеченными вершинами и дуга­ми, в котором вершины соответствуют конкретным объектам, а дуги, их соединяющие, отражают имеющиеся между ними отношения. Отношения, используемые в семантических сетях, можно раз­делить на следующие:

лингвистические, в частности надежные, включающие в себя отношения типа «объект», «агент», «условие», «место», «инстру­мент», «цель», «время» и др.;

атрибутивные, к которым относят форму, размер, цвет и т.д.;

характеризации глаголов, т. е. род, время, наклонение, залог, число;

логические, обеспечивающие выполнение операций для исчис­ления высказываний (дизъюнкция, конъюнкция, импликация, от­рицание);

квантифицированные, т. е. использующие кванторы общности и существования;

теоретико-множественные, включающие понятия «элемент мно­жества», «подмножество», «супермножество» и др.

Если имеется конечное множество атрибутов А = {А_i, i= } и конечное множество отношений R={R_j, j= }, то под интенсионалом отношения R_j понимают набор пар вида:

в которых DОМ (A_i) означает домен А_i, т. е. множество значений атрибута А_i соответствующего отношения R_j.

Под экстенсионалом отношения R_j понимают множество

ЕХТ ( R_j ) = {F₁,..., F_p},

где F_k - - факт отношения R_j, задаваемый в виде совокупности пар вида «атрибут» — «значение».

Таким образом, интенсиональная семантическая сеть описыва­ет предметную область на обобщенном, концептуальном уровне, в то время как в экстенсиональной сети производятся конкрети­зация и наполнение фактическими данными.

Выразительная сила семантических сетей несколько слабее, чем в логике предикатов. В частности, представляет определен­ную сложность отображение квантификаторов. Некоторые недос­татки могут быть устранены с помощью реализации механизма наследования: субконцепции наследуют свойства суперконцепций если только это явно не запрещено.

Статические базы знаний, представленные с помощью семан­тических сетей, могут быть объектом действий, производимых ак­тивными процессами. Стандартные операции включают в себя процессы поиска и сопоставления, с помощью которых определя­ется, представлена ли в семантической модели (и где именно) специфическая информация.

По сравнению с логикой предикатов семантические сети имеют то важное преимущество, что вся точно известная информация о той или иной концепции расположена в базе знаний круг соответствующей вершины.

Семантические сети нашли применение в основном в системах обработки естественного языка, частично в вопросно-ответных системах, а также в системах искусственного видения. В последних семантические сети используются для хранения знаний о структуре, форме и свойствах физических объектов. В области обработки естественного языка с помощью семантических сетей представляют семантические знания, знания о мире, эпизодические знания (т.е. знания о пространственно-временных событиях и состояниях).

В качестве примера, рассмотрим представление знаний, содержащихся в высказывании «Поставщик N отгрузил товар из склада M автотранспортом». На рис. 5.2. представлена интенсиональная, а на рис. 5.3. – экстенсиональная семантическая сеть. Факты обозначим овалом, а понятия и объекты прямоугольником.

Рис.5.2. Интенсиональная семантическая модель.

 

Рис.5.3. Экстенсиональная семантическая сеть.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. I. Проверка рубежного уровня знаний по вопросам раздела.
2. I. СИСТЕТЕХНИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
3. III. Актуализация знаний. Проверка работы над проектом
4. III. Перечень вопросов для проведения проверки знаний кандидатов на получение свидетельства коммерческого пилота с внесением квалификационной отметки о виде воздушного судна - самолет
5. III. Работа по теме урока Представление журналов
6. V. Представление и проверка контрольной работы
7. VII. Перечень вопросов для проведения проверки знаний кандидатов на получение свидетельства линейного пилота с внесением квалификационной отметки о виде воздушного судна - вертолет
8. XXIII. ОБРАЗЫ, ПРЕДСТАВЛЕНИЯ В ОСНОВЕ ВСЕХ НАШИХ ДЕЙСТВИЙ
9. Актуализация знаний учащихся о творчестве А. С. Пушкина
10. Алюминий и сплавы на его основе.
11. Анализ платежеспособности предприятия на основе показателей ликвидности баланса
12. Анализ традиционных языков программирования и представления знаний.