пропозициональные семантические сети

Семантические
сети
Панфилов Данила
2013
Представление знаний
• Главная задача в искусственном интеллекте (ИИ) —
научиться хранить знания таким образом, чтобы
программы могли осмысленно обрабатывать их и
достигнуть тем подобия человеческого интеллекта.
•
•
•
•
•
•
Фреймы
Скрипты
Модальная логика
Исчисление предикатов
Семантические сети
Концептуальные графы
Графическое
представление
Графическое
представление
Концептуальные
графы
Семантические
сети
Классификация
заболеваний
ЭТИОЛОГИЯ
ПАТОЛОГИЯ
ИММУНИТЕТА
РАК
...
...
...
...
...
...
ИНФЕКЦИЯ
БАКТЕРИАЛЬНАЯ
ИНФЕКЦИЯ
...
МИКОЗ
ВИРУСНАЯ
ИНФЕКЦИЯ
...
...
ВИРУСНЫЙ
МЕНИНГИТ
...
...
...
ВИРУСНЫЙ
ГЕПАТИТ
ИНФЕКЦИОННЫЙ
МОНОНУКЛЕОЗ
История
• Экзистенциальные графы (existential graph),
Чарльз Пирс (Charles Sanders Peirce), 1909 год.
Основы графической логики («логика будущего»)
• Теория схематического упреждения (schematic
anticipation), Отто Зельц (Otto Selz), 1922 год.
Целенаправленный метод фиксации
мыслительного процесса при поиске
ассоциаций и обобщенных понятий
• Ньюэлл и Саймон адаптировали метод Зельца
для изучения процесса решения проблем
человеком
История
• Росс Квиллиан (Ross Quillian) использовал
комбинацию сетей Зельца и семантических
сетей для построения системы машинного
перевода. (+ исследование реакции человека)
• Шенк (Schank), Теслер (Tesler), 1969 год, Графы
концептуальной зависимости
• Бракман (Brachman), 1979, Сети структурного
наследия
• Концептуальные графы впервые предложены в
работе Джона Сова (John Sowa), 1984
Концептуальный граф
• Конечный, связный, двудольный граф
• Два типа узлов:
1. Понятия (аргументы предикатов) – для
представления событий, состояний
2. Концептуальный соотношения (имена
предикатов) – способ связи между понятиями
Унарные отношения
Птица
Летает
Арные отношения
Объект
Атрибут
Значение
Предикатное имя,
Концепт 1
Имя слота,
функция j
Значение слота j,
Концепт 2
Иван послал книгу Лене
• Посылка(Иван, Лена, Книга)
Иван послал книгу Лене
• Посылка(Иван, Лена, Книга)
Иван
Посылка
Лена
Книга
Соглашение для
m-арных отношений
1
2
Имя
…
m-1
m
Правило
преобразования
• Предикатное_имя(значение_1, значение_2, …,
значение_m)
•
𝑚
𝑗=1
Функция_j(Предикатное_имя, значение_j)
Иван послал книгу Лене
• Посылка(Иван, Лена, Книга)
• Отправитель(Посылка, Иван)
• Получатель(Посылка, Лена)
• Объект(Посылка, Книга)
Иван послал книгу Лене
• Посылка(Иван, Лена, Книга)
• Отправитель(Посылка, Иван)
• Получатель(Посылка, Лена)
• Объект(Посылка, Книга)
Посылка
Отправитель
Иван
Получатель
Лена
Объект
Книга
Бинарные отношения
Узел-концепт
Связывающий узел
Узел-концепт
Концепт 1
Имя
Концепт 2
Семантическая сеть
• Семантическая сеть – способ представления
знаний, позволяющий описывать объекты, явления
и понятия с помощью сетевых структур,
основанных на теории графов
Правила построения
сети
• Пусть даны 2 концептуальных графа g1 и g2.
Построим семантическую сеть g.
• 1). Правило конъюнкции:
• Если узел концепт c1 в g1 идентичен c2 в g2, то g
получается удалением c2 и соединением с c1
всех связывающих узлов, которые были связаны с
c2 в g2
• 2). Правило упрощения:
• если g содержит 2 идентичных (соединённых с
одними и теми же узлами-концептами)
связывающих узла, то можно удалить один из них
вместе со связанными стрелками
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
Иван
Писать
Письмо
Книга
Объект
Пример построения
сети
• Иван посылает эту книгу Лене
Посылка
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Лена
Пример построения
сети
• Лена читает эту книгу
Книга
Объект
Чтение
Лена
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Иван
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Писать
Лена
Книга
Объект
Книга
Объект
Чтение
Лена
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Иван
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Писать
Лена
Книга
Объект
Книга
Объект
Чтение
Лена
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Писать
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Лена
Книга
Объект
Книга
Объект
Чтение
Лена
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Писать
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Лена
Книга
Объект
Книга
Объект
Чтение
Лена
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Писать
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Лена
Книга
Объект
Книга
Объект
Чтение
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Писать
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Лена
Книга
Объект
Книга
Объект
Чтение
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Писать
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Книга
Объект
Объект
Лена
Чтение
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Писать
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Книга
Объект
Объект
Лена
Чтение
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Писать
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Книга
Объект
Объект
Лена
Чтение
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Писать
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Книга
Объект
Объект
Лена
Чтение
Читать
Пример построения
сети
• Иван пишет книгу
• Иван посылает эту книгу Лене
• Лена читает эту книгу
Писать
Посылка
Письмо
Отправ
итель
Иван
Объект
Книга
Получа
тель
Объект
Объект
Лена
Чтение
Читать
Конкретизация
Множество
Элем
Элемент
Множество
Подмн
Подмножество
Концепт_2
(более общее)
Это
Концепт_1
Конкретное
множество
Конкр
Концепт_1
Утверждения о типах – аналитические (средний возраст студента)
Свойства множеств – синтетические (число студентов университета)
Представление
«совокупность-ссылка»
Книга_22
Конкр
Узел-ссылка
(узел индивид)
(конкретизация)
Связывающий
узел
Книга
Узелсовокупность
(родовой узел)
(указатель типа)
Метод Совы
Книга_22
x
Конкр
Конкр
Книга
Книга
≡
≡
Книга: x
Книга: 22
≡
Книга
Решетка (иерархия)
наследования
• Совокупность всех типов образует решетку
множественного наследования, в которой
каждый тип может иметь множество родителей и
детей.
• Чтобы решетка типов была единой иерархией, в
концептуальные графы включают два
специальных типа: универсальный тип (universal
type), являющийся суперклассом для всех
классов, и абсурдный тип (absurd type),
являющийся подклассом для всех типов.
• Универсальный тип принято обозначать
символом «T», а абсурдный тип — символом «».
Наследование и другие виды сетей
Наследование и другие
виды сетей
Сопоставление вопроса
• «Какого значение x индивида j по отношению к
свойству i?»
• 1) Если существует свойство_i(инидивид_j,
значение_i), то x=значение_i; иначе:
• 2) Если Конкр(инидивид_j, тип_t) и для любого x
Конкр(x, тип_t)∈ 𝑖 свойство_i(x, значение_i) +
поиск в новом множестве
• 3) Это(инидивид_j, тип_t) аналогично
• И так далее в надмножества пока не найдём или
не дойдём до универсального множества.
Пример введения
кванторов
• Жак посылает (некоторую) книгу каждой
женщине
• Жак посылает всякую книгу каждой женщине
• Жак посылает одну и ту же книгу каждой
женщине
Вид логики
Примеры 1, 2
Пример 3
Обобщенный маркер «*»
• Для обозначения любого или не
специфицированного экземпляра используется
обобщенный маркер «*».
• Метки понятий «person: *» и «person» являются
эквивалентными и указывают на произвольный
объект типа person.
• В дополнение к обобщенному маркеру «*»
допускается использование переменных,
например «person: *X».
Обобщенный маркер «*»
• Пример: «Котенок ловит лапой свой хвост». Не
известно, о каком конкретно котенке идет речь.
Переменная *X позволяет указать, что лапа и
хвост принадлежат одному и тому же котенку.
Индексный маркер «#»
• Для указания конкретного экземпляра класса, не
используя при этом имени объекта служат
индексные маркеры «#»
• Позволяющие отделить экземпляры от своих
имен.
• Для указания имени объекта можно использовать
отношение «name». Это позволяет, с одной
стороны, указать для одного объекта несколько
имен, а с другой стороны — обозначать
различные объекты могут одним и тем же
именем.
Индексный маркер «#»
• Пример: «Рыжую лошадь звали женским именем
Елена». Речь идет о свойстве имени какой-то
конкретной лошади «быть женским». Отношение
«gender» («род») указывает на свойство имени, а
отношение «color» («цвет») — на свойство
конкретной лошади.
Канонические правила
формирования
•
•
•
•
Копирование (copy) — позволяет получить точную
копию какого—либо графа.
Упрощение (detach) — позволяет исключить
дублирующиеся отношения. Дублирование
отношений часто возникает в результате операции
объединения.
Ограничение (restrict) — позволяет заменить
вершины понятий графа другими вершинами,
представляющими их специализацию, или заменить
метку типа на метку подтипа.
Объединение (join) — позволяет интегрировать два
графа в один, если одна из вершин первого графа,
представляющая какое-либо понятие, идентична
одной из вершин второго графа.
Пример специализации
и обобщения
• Два исходных предложения «Manager hired a person»
(«Менеджер нанял на работу человека») и «Employee hired
at data (13/12/06)» («Работник принят на работу 13/12/06»).
• Типы концептов в данном примере образуют следующую
иерархию классов «manager  employee  person»: тип
«person» является более общим (т.е. суперклассом) по
отношению к «employee» и «manager», тип «manager»
является подклассом типа «employee».
Пример специализации
и обобщения
• Оба исходных графа содержат вершину «hire».
Применяя правило объединения к этим двум
графам, по вершине «hire» получим новый граф:
Пример специализации
и обобщения
• На основании отношения класс–подкласс
между концептами person и employee можно
применить правило ограничения и заменить
метку вершины «person» на метку «employee»:
Пример специализации
и обобщения
• Полученный граф содержит две вершины
«employee», которые могут быть объединены в
одну, т.к. указывают на один и тот же концепт.
Операция упрощения позволяет устранить
дублирование отношения «object» между
концептами «hire» и «employee».
Пропозициональные
понятия
• Часто возникает необходимость
для определения отношений
между высказываниями или
высказыванием и концептом.
• Например, предложение «Tom
believes that Marry like him»
(«Том верит, что он нравится
Мэри») устанавливает
отношение между концептом
«believe» и высказыванием
«Marry like Tom».
• В концептуальных графах
вводится специальный тип
высказывание (proposition),
объектом ссылки которого
является множество
концептуальных графов
(являющихся подграфами
данного графа),
обозначаемое
прямоугольниками,
содержащими подграф.
Сетевые языки
представления смысла
выражений
ассоциативные сети, Г.С. Цейтин, 1985
рематические графы, Parker-Rhodes, 1978
SNOOP
дефинитивные сети, Brachman, 1979
пропозициональные семантические сети,
Shapiro, 1971
• казуальные сети, Rieger, 1976
• концептуальные графы, Sowa, 1984
•
•
•
•
•
Пример сети, определенной в KL-ONE
(дефинитивные сети)
• Узлы этой сети подразделяются на
общие концепты (generic
concepts) — белые овалы,
представляющие типы, и
индивидуальные концепты
(individual concept) — серый овал
(число 18), представляющий
экземпляр. Овал, отмеченный
символом «*», обозначает, что
«Integer» (Целое число) это
встроенный (built-in) или
примитивный (primitive) тип.
Пример сети в системе SNePS
(пропозициональные семантические сети)
M1
Th
m
думает
M2
p
Ex
r
Боб
as
Cl
собака
•
s
M4
Verb
Сью
e
Th
m
e
полагает
Me
M3
n
Ag
mb
er
B1
t
Verb
r
Verb
p
Ex
ест
Pt
nt
m
Me
B2
be
r
M5
Cl
as
s
кость
Система Semantic Network Processing System (SNePS) Стюарта
Шапиро (Stuart C. Shapiro) предназначена для представления
семантики естественного языка. Предложение «Сью думает,
что Боб полагает, что собака ест кость» - каждый из узлов,
помеченных от M1 до M5, представляет отдельное
предложение, относительное содержание которого
соотнесено к пропозициональному узлу (propositional node).
Пример сети в системе SNePS
• Предложение M1 утверждает, что «Сью» — это
потребитель (experiencer — Expr) глагола (verb)
«думать», темой (theme — Thme) которого является
другое предложение M2. Для M2 потребителем
является «Боб», глаголом — «полагает», а темой —
предложение M3. В предложении M3 присутствует
агент (agent — Agnt) — некое существо B1, которое
является экземпляром (member) класса (class)
«собака», глагол «ест» и пациент (patient — Ptnt) —
существо B2, которое является экземпляром класса
«кость». Данный пример иллюстрирует, как
предложения могут быть рассмотрены на
метауровне с целью получения других утверждений:
M1 утверждает, что M2 есть предмет размышления
Сью, а M2, в свою очередь, утверждает, что M3 — это
то, что предположил Боб.
Использование
Экспертные системы (замена)
Data mining (интеллектуальный анализ данных)
Извлечение информации
Гибридные интеллектуальные системы (имитация
деятельности человека)
• Базы данных (в том числе при их разработке)
• Системы распознавания естественных языков
•
•
•
•
Конец