Семантические сети
Работа из раздела: «
Программирование и комп-ры»
СЕМАНТИЧЕСКИЕ СЕТИ.
Семантическая сеть - структура для представления знаний в виде узлов,
соединенных дугами. Самые первые семантические сети были разработаны в
качестве языка-посредника для систем машинного перевода, а многие
современные версии до сих пор сходны по своим характеристикам с
естественным языком. Однако последние версии семантических сетей стали
более мощными и гибкими и составляют конкуренцию фреймовым системам,
логическому программированию и другим языкам представления.
Начиная с конца 50-ых годов были создано и применены на практике десятки
вариантов семантических сетей. Несмотря на то, что терминология и их
структура различаются, существуют сходства, присущие практически всем
семантическим сетям:
1. узлы семантических сетей представляют собой концепты предметов, событий,
состояний;
2. различные узлы одного концепта относятся к различным значениям, если они
не помечено, что они относятся к одному концепту;
3. дуги семантических сетей создают отношения между узлами-концептами
(пометки над дугами указывают на тип отношения);
4. некоторые отношения между концептами представляют собой лингвистические
падежи, такие как агент, объект, реципиент и инструмент (другие означают
временные, пространственные, логические отношения и отношения между
отдельными предложениями;
5. концепты организованы по уровням в соответствии со степенью обобщенности
так как, например, сущность, живое существо, животное, плотоядное,;
Однако существуют и различия: понятие значения с точки зрения философии;
методы представления кванторов общности и существования и логических
операторов; способы манипулирования сетями и правила вывода, терминология.
Все это варьируется от автора к автору. Несмотря не некоторые различия,
сети удобны для чтения и обработки компьютером, а также достаточно мощны,
чтобы представить семантику естественного языка.
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА.
Фрег представил логические формулы в виде деревьев, которые однако мало
напоминают современные семантические сети. Еще одним пионером стал Чарльз
Сандерз Прис, который использовал графические записи в органической химии.
Он сформулировал правила выводы с использованием экзистенциональных графов.
В психологии Зельц использовал графы для представления наследственности
некоторых характеристик в иерархии концептов. Научные изыскания Зельца
имели огромное влияние на изучение тактики в шахматах, который в свою
очередь повлиял на таких теоретиков, как Саймон и Ньюэлл.
Что касается лингвистики, то первым ученым, занимавшимся разработкой
графических описаний, стал Теньер. Он использовал графическую запись для
своей грамматики зависимостей. Теньер оказал огромное влияние на развитие
лингвистики в Европе.
Впервые семантические сети были использованы в системах машинного перевода
в конце 50-х - начале 60-х годов. Первая такая система, которую создала
Мастерман, включала в себя 100 примитивных концептов таких, как, например,
НАРОД, ВЕЩЬ, ДЕЛАТЬ, БЫТЬ. С помощью этих концептов она описала словарь
объемом 15000 единиц, в котором также имелся механизм переноса
характеристик с гипертипа на подтип. Некоторые системы машинного перевода
базировались на корреляционных сетях Цеккато, которые представляли собой
набор 56 различных отношений, некоторые из которых - падежные отношения,
отношения подтипа, члена, части и целого. Он использовал сети, состоящие
из концептов и отношений для руководства действиями парсера и разрешения
неоднозначностей.
В системах искусственного интеллекта семантические сети используются для
ответа на различные вопросы, изучение процессов обучения, запоминания и
рассуждений. В конце 70-х сети получили широкое распространение. В 80-х
годах границы между сетями, фреймовыми структурами и линейными формами
записи постепенно стирались. Выразительная сила больше не является решающим
аргументом в пользу выбора сетей или линейных форм записи, поскольку идеи
записанные с помощью одной формы записи могут быть легко переведены в
другую. И наоборот, особо важное значение получили второстепенные факторы,
как читаемость, эффективность, неискусственность и теоретическая
элегантность, также учитываются легкость введения в компьютер,
редактирование и распечатка.
РЕЛЯЦИОННЫЕ ГРАФЫ.
Самые простые сети, которые используются в системах искусственного
интеллекта, - реляционные графы. Они состоят из узлов, соединенных дугами.
Каждый узел представляет собой понятие, а каждая дуга - отношения между
различными понятиями. На рисунке 1 представлено предложение “Собака жадно
гложет кость”. Четыре прямоугольника представляют понятия собаки,
процесса гложения, кости и такой характеристики, как жадность. Надписи над
дугами означают, что собака является агентов гложения, кость является
объектом гложения, а жадность - это манера гложения.
Терминология, использующаяся в этой области различна. Чтобы добиться
некоторой однородности, узлы, соединенные дугами, принято называть графами,
а структуру, где имеется целое гнездо из узлов или где существуют отношения
различного порядка между графами, называется сетью. Помимо терминологии,
использующейся для пояснения, также различаются способы изображения.
Некоторые используют кружки вместо прямоугольников; некоторые пишут типы
отношений прямо над дугами, не заключая их в овалы; некоторые используют
аббревиатуры, например О или А для обозначения агента или объекта;
некоторые используют различные типы стрелок. На рисунке 2 изображен граф
концептуальных зависимостей Шенка. <=> означает агента. INGEST (поглощать)
- один из примитивов Шенка: ЕСТЬ - ПОГЛОЩАТЬ твердый объект; ПИТЬ -
ПОГЛОЩАТЬ жидкий объект; ДЫШАТЬ - ПОГЛОЩАТЬ газообразный объект.
Дополнительная стекла слева показывает, что кость переход из неуказанного
места к собаке.
Поскольку довольно сложно ввести в компьютер некоторые диаграммы и при этом
они занимают много места при печати, многие ученые записывают свои графы в
более компактном варианте. Например, то же предложение Сова предложил
записать в линейном виде с использованием некоторых элементов из рисунка 1:
[ЕСТЬ]-
(AGNT) -> [СОБАКА]
(OBJ) -> [КОСТЬ]
(MANR) -> [ЖАДНОСТЬ]
В этом варианте записи квадратные скобки обозначают понятия, а круглые
скобки содержат в себе названия отношений. Все линейные формы записи очень
похожи на фреймовые структуры.
ГРАФЫ С ЦЕНТРОМ В ГЛАГОЛЕ.
Глаголы соединяются с группой существительного с использованием падежных
отношений. Например, с предложении “Mary gave a book to Fred”, Mary агент
давания, book объект этого процесса, а Fred реципиент глагола “давать”.
Помимо падежных отношений в предложении в естественном языке также имеются
средства для связи отдельных предложений. Такие отношения необходимы для
следующего:
Союзы. Самый простой способ соединить предложения - это поставить между
ними союз. Некоторые союзы, как например “и”, “или”, “если” обозначают
логическую связь; некоторые, такие как “после того, как”, “когда”, “пока”,
“с тех пор, как” и “потому что”, выражают временные отношения и причину.
Глаголы, требующие подчиненное предложение. Падежные фреймы многих глаголов
требуют подчиненного предложения, являющегося обычно прямым дополнением. К
такому типу относятся глаголы “говорить”, “считать”, “думать”, “знать”,
“быть убежденным”, “угрожать”, “пытаться” и др.
Определители, относящиеся к целому предложению. Многие наречия и
пропозиционные фразы относятся только к глаголу, но некоторые определяют
целое предложение. Такие наречия, как “обычно”, “вероятно”, в большинстве
случаев ставятся в начале предложения. А например, слово “однажды”
определяет весь рассказ, следующий после него.
Модальные глаголы и времена. Такие глаголы, как “may”, “can”, “must”,
“should”, “would” и “could” имеют модальное значение и относятся ко всему
предложению, где они встречаются. Временное отношение может быть выражено
как формой прошедшего времени глаголов, так и обстоятельствами “сейчас”,
“завтра” или “однажды” и другими.
Связанный дискурс. Помимо отношений, выраженных в одном предложении,
существуют также отношения более высокого порядка между отдельными
предложениями рассказа или какого-либо другого повествования. Многие из них
не выражены эксплицитно: временные отношения и следование аргументов может
быть, например, имплицитно выражено порядком следования предложения друг за
другом в тексте.
Именно потому, что глагол отводится такая важная роль в предложении, многие
теория делают его своим центральным связующим звеном. Этот подход берет
свое начало из Индо-Европейской языковой семьи, где модальность и временные
отношения выражаются изменением глагольной формы. Рассмотрим следующий
пример: “While a dog was eating a bone, a cat passed by unnoticed”. В этом
предложении сообщено, что, когда предложение “While a dog was eating a
bone” являлось истинным, второе предложение “A cat passed unnoticed” также
является истинным. На рисунке 3 изображен граф с центром в глаголе. Союз
“while” (WHL) соединяет узел PASS-BY с узлом EAT. На рисунке 3 показано,
что собака является агентом незамечания (not noticing).
Графы с центром в глаголе - это реляционные графы, где глагол считается
центральным звеном любого предложения. Маркеры времени и отношения пишутся
прямо рядом с концептами, которые представляют глаголы. Графы
концептуальных зависимостей Роджера Шенка также используют этот подход.
Несмотря на то, что графы с центром в глаголе довольно гибкие по своей
структуре, они обладают рядом ограничений. Одно из них заключается в том,
что они не проводят разграничение между определителями, которые относятся
только к глаголу, и определителями, относящимися к предложению целиком.
Рассмотрим следующие примеры:
The dog greedily ate the bone.
Greedily, the dog ate the bone.
Эти графы также плохо справляются с предложениями, находящимися внутри
других предложений.
При работе с реляционными графами возникают проблемы с передачей всего
многообразия временных отношений и отношений модальности. Несмотря на то,
что многие учение используют эти графы для решения сложных проблем, они так
до сих пор и не разработали общего метода для их разрешения. В выше
приведенном примере пометка PAST должна относится ко всему предложению,
которое говорит о том, что собака ест кость, а не только к глаголу EAT,
поскольку очевидно, что кость позже была съедена собакой целиком. Также
должно быть указано, что процесс прохождения кошки и процесс не замечания
ее собакой происходили в одно и то же время.
ПРОПОЗИЦИОННЫЕ СЕТИ.
В пропозиционных сетях узлы представляют целые предложения. Эти узлы
являются точками соприкосновения для отношений между отдельными
предложениями связанного текста. С другой стороны они определяют время и
модальность для всего контекста. Представленные ниже примеры иллюстрируют
отношения, для записи которых необходимы пропозиционные узлы:
Sue thinks that Bob believes that a dog is eating a bone.
If a dog is eating a bone, it is unwise to try to take it away from him.
В первом предложении для глаголов “think” и “believe” целое предложение
является дополнением: Боб считает, что “А dog is eating a bone”, то, что
думает Сью представляет собой более сложное предложение-“Bob believes that
a dog is eating a bone”. Такое гнездование предложений внутри других
предложений может повторятся сколь угодно большое количество раз. Чтобы
изобразить такое предложение, необходимо использовать пропозиционные узлы,
которые содержат гнездящиеся графы. На рисунке 4 изображена пропозиционная
сеть для этого предложения. Отметим, что (EXP) - experiencer, то есть тот
кто испытывает, соединяет THINK с Сью, а BELIEVE с Бобом, однако EAT и DOG
соединены между собой агентивным отношением (AGNT). Причиной разного типа
отношений является тот факт, что думать и считать-это состояния,
испытываемые людьми, а поедание-это действие осуществляемое агентом.
Во втором примере представлены два предложения, находящиеся в отношении
условия. Антецедентом является предложение “А dog is eating a bone”, а
консеквентом предложение “It is unwise to try to take it away from him”.
Инфинитивы “to try” и “to take” указывают на другие, гнездящиеся
предложения. На гнездящиеся предложения также указывает оборот “it is
unwise”. Для этого предложения также необходимо указать соответствие между
“it”, “him” и “bone” и “dog”. Связи соответствия обозначены пунктиром. Для
формальной записи этого предложения также используются кванторы общности и
существования и некоторые элементы логики.
Все реляционные графы и графы с центром в глаголе имеют много общего.
Однако среди них существуют также и отличия:
1. Включение контекста или всего лишь его условное обозначение с отсылкой
на схеме.
2. Строгое гнездование: один и тот же концепт может или не может
встречаться в двух разных контекстах, ни один из которых не гнездиться в
другом.
3. Указание связей соответствия. При перекрещивающемся контексте, то есть
когда они один и тот же концепт встречается в двух разных контекстах, эти
связи не указываются.
Однако это всего лишь стилистические расхождения, которые не влияют
существенно на логику построения.
ИЕРАРХИЯ ТИПОВ.
Иерархия типов и подтипов является стандартной характеристикой
семантических сетей. Иерархия может включать сущности:
ТАКСА<СОБАКА<ПЛОТОЯДНОЕ<ЖИВОТНОЕ<ЖИВОЕ СУЩЕСТВО<ФИЗИЧЕСКИЙ ОБЪЕКТ<СУЩНОСТЬ.
Они также могут включать в себя события: ЖЕРТВОВАТЬ<ДАВАТЬ<ДЕЙСТВИЕ<СОБЫТИЕ
или состояния: ЭКСТАЗ<СЧАСТЬЕ<ЭМОЦИОНАЛЬНОЕ СОТОЯНИЕ<СОСТОЯНИЕ. Иерархия
Аристотеля включала в себя 10 основных категорий: субстанция, количество,
качество, отношение, место, время, состояние, активность и пассивность.
Некоторые учение дополнили его своими категориями.
Символ < между более общим и более частным символом читается как: “Х-
тип/подтип У”.
Термин “иерархия” обычно обозначает частичное упорядочение, где одни типы
являются более общими, чем другие. Упорядочение является частичным, потому,
что многие типы просто не подлежат сравнению между собой. Сравним HOUSE
