учитель информатики Шевченко Ольга Викторовна Семантические сети • Семантическая сеть – модель знаний в форме графа. В основе таких моделей лежит идея о том, что любые знания можно представить в виде совокупности объектов и связей между ними. • Пример 1. Описать в форме систематической сети информацию, заключенную в следующем тексте: «Петух Петя является птицей и умеет кукарекать. Попугай Кеша живёт у моего одноклассника Васи. Попугай – птица. Птицы являются животными. Медведь – это животное, имеющее тёмный цвет». • Решение. Во всех фразах данного текста есть объекты, понятия и связи между ними. В вершинах графа будем изображать объекты и понятия, а дуги, соединяющие их, будут обозначать отношения. Первая фраза отобразившаяся следующим графом: Петя Птица Зовут является Петух умеет Кукарекать • Объект петух вступает в отношение с объектами и понятиями: Петя, птица, кукарекать. • Теперь посмотрим граф для второй фразы. Попугай Живёт у Одноклассник зовут Кеша зовут Вася • Третья фраза позволяет объединить два графа, построенных по предыдущим фразам, а четвёртая и пятая – расширить семантическую сеть. цвет Тёмный Медведь является является Птица Животное является является Попугай живёт у Одноклассник Петух умеет зовут Петя Кукарекать зовут Кеша зовут Вася Анализ запутанных ситуаций • Графы можно использовать для анализа сложных запутанных ситуаций, которые бывает трудно понять из словесного описания. • Рассмот рим, для примера, следующее описание примет мист ера Фосса: Боксёры с твёрдою походкой Не моют пол зубною щёткой. Кто моет пол зубною щёткой, Тот наделён душою кроткой. Кто пол мыть щёткой не желает, Суровым нравом обладает. Суровым нрав у тех бывает, Кто книжек вовсе не читает. Фосс враг книжек и газет, Ответь, боксёр он или нет? • Для описания ситуации используется ряд утверждений. Представим эти утверждения и связи между ними в виде графа. Он может выглядеть, например, следующим образом: Боксёр моет пол зубною щёткой не моет пол зубною щёткой Имеет кроткую душу Имеет суровый нрав Не читает книг •Глядя на этот граф, ответить на поставленный вопрос совсем просто: мистер Фосс не читает книг, следовательно он имеет суровый нрав, следовательно он не моет пол зубною щёткой, следовательно он боксёр. Смысловая структура фраз • В ИИ существует раздел, который называется компьютерная лингвистика. Задача этой науки – научить ПК общаться с человеком на естественном языке. Смысл любой фразы зависит не только от слов, её составляющих, но и от связей между словами. • Классический пример: «Казнить, нельзя помиловать!» Для того, чтобы выяснить смысл фразы, надо разобраться в её структуре. А для этого удобно использовать графы. Например, структуру фразы «С утра на улице шёл тёплый грибной дождь» можно представить графом. С утра Когда? кто?/что? шёл Что делал? Какой? Где? на улице дождь Какой? тёплый грибной • Если на вершинах этого графа заменить члены предложения на другие родственные слова, то снова может получится осмысленная фраза. Даже фраза, не содержащая конкретных понятий, может нести определённый смысл. • Например: «Какой-то кто-то чем-то кого-то что-то». Здесь вообще нет никаких определённых понятий и объектов, но есть связи. В результате возникает некоторая картина событий. Подобные модели закладываются в память ПК и используются для анализа текстов на естественных языках. Смысл мат емат ических выражений • Традиционная математическая символика является формальным языком математики. В отличие от естественных языков, формальные языки не носят национального характера. Они придуманы для профессиональной деятельности людей и понятны специалистам всего мира. • Смысл математического выражения заключается в определяемой им последовательности вычислительных операций. Чтобы его понять, нужно знать правила старшинства операций, правила раскрытия скобок. Например, в выражении 7- 5*3 в первую очередь следует выполнить действие, записанное вторым, что может показаться противоестественным. Если этого не знаешь, то ошибёшься в вычислениях. • Наглядным средством изображения последовательности вычисления математических выражений, т.е. их смысла, являются графы. Такой граф представляет собой дерево, листьями которого являются числа, а прочими вершинами – операции. Дуги связывают вершину-операцию с вершинами-операндами. На рис. Показано, какой вид будет иметь дерево для формулы 5*(3+7)*(8-2). Последовательность выполнения операций определяется при прохождении дерева от листьев к корню. Последней выполняется операция, отмеченная в корне. * - * + 5 3 7 8 2 Модели на двудольных графах • Двудольный граф – это граф, в котором присутствуют два типа вершин. Назовём их чёрными и белыми. Любая дуга в таком графе проходит между двумя вершинами разных цветов. Если в форме двудольного графа строится семантическая сеть, то чёрным вершинам ставятся в соответствие объекты, а белым – связи между объектами. • Пример. В форме двудольного графа требуется получить модель знаний о геометрическом объекте – ромбе. Ромб имеет 7 характеристик: длину стороны а, острый угол α, тупой угол β, площадь S, периметр Р и диагонали d 1 и d 2 . Эти величины связанны формулами: α+β=180, Р=4а, S=a 2 sinα, S=d 1d 2 /2, 2 2 2 d1 +d 2=4a . Построим двудольный граф с семью 7-ю чёрными и 5ю белыми вершинами для каждой из 5 формул: S=d 1d 2/2 Р=4а Р а α+β=180 S α β d1 d2 2 S=a sinα 2 2 2 d 1 +d2 =4a Механизм вывода на графах • Модели знаний являются основой компьютерных систем ИИ. Назначение таких систем состоит в поиске решений задач, консультаций и д.р. В каждом током случае требуется получать новые знания на основе имеющихся. Способ получения знаний называется механизмом вывода. Механизм вывода – это алгоритм поиска решения на основе исходных данных. • Вывод новых знаний может идти «в двух направлениях»: от известных данных к цели и от цели к известным данным. Первый способ называется прямой волной, прямым поиском; • Второй – обратной волной, обратным поиском. Пример. Введём обозначения для формул, связывающие 2 характеристики ромба: F1: α+β=180, F2: P=4a, F3: S= a sinα, 2 2 2 F4: S=d1 d2 /2, F5: d 1 +d 2 = 4a. Дано: длины диагоналей d1 и d2 . Определить: углы ромба α и β. Прямой поиск № шага что известно Что требуется Какие связи можем применить Какую связь применим Что найдём 1 d1 ,d2 α, β F4,F5 F5 а 2 d1 ,d2 ,a α, β F4,F2 F4 S 3 d1 ,d2 ,a, S α, β F2,F3 F2 P 4 d1 ,d2 , a, S ,P α, β F3 F3 α 5 d1 ,d2 ,a, S, P, α β F1 F1 β 6 d1 ,d2 ,a, S, P, α, β Обратный поиск № шага Что известно Что требуется 1 d1,d 2 α, β 2 d1,d 2 α 3 d1,d 2 a, S 4 d1,d 2 S, d1 ,d2 5 d1,d 2 d 1,d2 Применение каких связей даст требуемые величины Что будем искать Какую связь применим Что требуется для применения этой связи F1,F3 β F1 α F3 α F3 α, S a F5 d1,d2 S F4 d1,d2 F2,F4,F5 Между четырьмя местными аэропортами: ОКТЯБРЬ, БЕРЕГ, КРАСНЫЙ и СОСНОВО, ежедневно выполняются авиарейсы. Приведен фрагмент расписания перелетов между ними: Аэропорт прилета Время вылета Время прилета СОСНОВО КРАСНЫЙ 06:20 08:35 КРАСНЫЙ ОКТЯБРЬ 10:25 12:35 ОКТЯБРЬ КРАСНЫЙ 11:45 13:30 БЕРЕГ СОСНОВО 12:15 14:25 СОСНОВО ОКТЯБРЬ 12:45 16:35 КРАСНЫЙ СОСНОВО 13:15 15:40 ОКТЯБРЬ СОСНОВО 13:40 17:25 ОКТЯБРЬ БЕРЕГ 15:30 17:15 СОСНОВО БЕРЕГ 17:35 19:30 О Б К 17:25 Аэропорт вылета С БЕРЕГ ОКТЯБРЬ 21:55 (0:00). Путешественник оказался в аэропорту19:40 ОКТЯБРЬ в полночь Определите самое раннее время, когда он может попасть в аэропорт СОСНОВО. 1) 15:40 2) 16:35 3) 17:15 4) 17:25 • В таблице приведена стоимость перевозок между соседними железнодорожными станциями. Укажите схему, соответствующую таблице A A B 2 C 4 B C 2 4 D 1 2 2 D E E 3 1 3