Семантические сети

Определение : Семантическая сеть – это ориентированный граф, вершины которого – понятия, а дуги – отношения между ними.

В качестве понятий обычно выступают абстрактные или конкретные объекты, а отношения – это связи типа : «это», «имеет частью», «принадлежит» и т. п. Характерной особенностью семантических сетей является обязательное наличие трех типов отношений:

• класс – элемент класса (оборудование – станок);

• свойство – значение (рабочее поле 600 х700);

• пример элемента класса (станок токарный – станок ТПК 125).

Различают несколько классификаций семантических сетей, связанных с типами отношений между понятиями.

1. По количеству типов отношений:

• однородные (с единственным типом отношений);

• неоднородные (с различными типами отношений).

2. По типам отношений:

• бинарные (в которых отношения связывают два объекта);

• n – арные (в которых есть специальные отношения, связывающие более двух объектов).

Наиболее часто в семантических сетях используются следующие отношения:

• связи типа «часть – целое» (например, «класс – подкласс», «элемент – множество»);

• функциональные связи (обычно эта связь определяется глаголами «производить», «влияет» …);

• количественные (больше, меньше, равно …);

• пространственные (далеко от, близко от, за, под, над …);

• временные (раньше, позже, в течение …);

• атрибутные связи (иметь свойство, иметь значение);

• логические связи (И, ИЛИ, НЕ);

• лингвистические связи и другие.

Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, отражающей поставленный вопрос к базе.

Недостатком этой модели является сложность организации процедуры поиска вывода на семантической сети. Для реализации семантической сети существуют специальные сетевые языки: NET, SIMER+MIR и др. Широко известны экспертные системы, использующие семантические сети в качестве языка представления знаний – PROSPECTOR, CASNET, TORUS.

Фреймы

Определение: Фрейм – это абстрактный образ для представления некоего стереотипа восприятия.

Термин фрейм (каркас или рамка) был предложен М. Минским для определения абстрактного образа. Например, образ дома (рис.). Фрейм – это минимальное описание образа, из которого нельзя убрать хотя бы одного свойства. В фрейме могут быть «дверки» или «слоты» - это незаполненные значения некоторых атрибутов (например, количество окон, цвет дома и т.п.).

Различают фреймы-образцы, или прототипы, хранящиеся в базе знаний, и фреймы – экземпляры, которые создаются для отображения реальных фактических ситуаций на основе поступающих данных. Фреймы, с помощью которых описываются знания о мире, можно разделить на:

• фреймы – структуры, использующиеся для обозначения объектов и понятий (оборудование, технологический процесс);

• фреймы – роли (например, инструментальный переход);

• фреймы – сценарии (например, описание установки);

• фреймы – ситуации ( режимы работы оборудования) и др

Структура фрейма может быть описана :

• традиционным способом, как список свойств, например:

(ИМЯ ФРЕЙМА:

(имя 1-го слота: значение 1-го слота),

(имя 2-го слота: значение 2-го слота),

…

(имя N-го слота: значение N-го слота)).

• в виде таблицы, например:

Имя фрейма
Имя слота	Значение слота	Способ получения значения	Присоединенная процедура

В таблице можно вводить дополнительные столбцы, что допускается в теории фреймов.

В качестве значения слота может выступать имя другого фрейма, что позволяет построить сети фреймов.

Существует несколько способов получения слотом значений во фрейме – экземпляре:

• по умолчанию от фрейма – образца;

• через наследование свойств от фрейма, указанного в слоте АКО (= это);

• по формуле, указанной в слоте;

• через присоединенную процедуру;

• явно из диалога с пользователем;

• из базы данных.

Важнейшим свойством теории фреймов является заимствование из теории семантических сетей, так называемое наследование свойств. Слот АКО указывает на фрейм более высокого уровня иерархии, откуда неявно наследуются значения аналогичных слотов. Достоинство – это наглядность и гибкость. Существуют языки представления знаний в сетях фреймов: FRL (Frame Representation Language), KRL (Knowledge Representation Language), фреймовая «оболочка», Kappa и др., которые позволяют строить ЭС. К фреймо-ориентированным ЭС относятся ANALIST, МОДИС, TRISTAN, ALTERID.