Семантические сети Представление знаний 2 © Муромцев Д.И. Лекция 3 Семантическая сеть как метод представления знаний семантическая сеть, этот метод представления знаний позволяет описывать объекты, явления и понятия предметной области с помощью сетевых структур, основанных на теории графов семантика – это наука, устанавливающая отношения между символами и объектами, которые они обозначают, или наука, определяющая смысл знаков сеть – разновидность графа © Муромцев Д.И. Первые исследования в области графических языков Лекция 3 Экзистенциальные графы (existential graph), Чарльз Пирс (Charles Sanders Peirce), 1909 год - основа графической логики, которую он называл «логикой 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; Росс Квиллиан (Ross Quillian) использовал комбинацию сетей Зельца и семантических сетей для построения системы машинного перевода; Графы концептуальной зависимости, Шенк и Теслер (Schank, Tesler), 1969; Сети структурного наследования, Бракман (Brachman), 1979; © Муромцев Д.И. Ассоциативная модель памяти и представление смысла Лекция 3 Росс Квиллиан (Ross Quillian): в основе восприятия текста человеком лежит «создание некоторого рода мысленного символического представления»; Моделирования человеческой памяти с помощью сетевых структур, в которых узлы соответствуют словесным понятиям, а связи между узлами – отношениям между понятиями; Структура сети: узел-тип соответствует какому-либо понятию и связан с определенной комбинацией узловлексем, являющихся определением данного понятия, а смысл узла-лексемы определяется через ссылку на соответствующие узлы-типы (подобно толковому словарю). © Муромцев Д.И. Пример: три различных определения понятия plant На рисунке представлены три плоскости, в которых представлены сети для определения различных значений слова plant: or or Лекция 3 Коса 1 — женская прическа, состоящая из заплетенных волос. Коса 2 — сельскохозяйственное орудие, используемое людьми для срезания травы. Коса 3 — небольшой участок побережья, уходящий в море или реку. Коса 1 Коса 2 Коса 3 = А прическа and женская состоит =А волосы заплетенные Коса 2 = А орудие Коса 3 = А участок and сельскохозяй- использовать ственное люди =А and побережье уходить небольшой =А для срезать =А трава в or море река © Муромцев Д.И. Лекция 3 Когнитивная экономия Передача свойств от определяющих понятий или типов к определяемому понятию (сегодня используется термин «наследование»); Определим термин «машина» как конструкцию, состоящую из связанных компонентов, выполняющих некоторую работу. Это определение требует связать тип «машина» с лексемами «конструкция» и «компонент». Если теперь определить тип «компьютер», как разновидность «машины», то можно будет сказать, что компьютер является конструкцией из компонентов, выполняющих определенную работу. © Муромцев Д.И. Пример работы программы (1961) Лекция 3 Программа осуществляла поиск в базе знаний отношений между парами слов, пытаясь определить общее определяющее понятие или узел Плач пересечения. Эта программа смогла отыскать пересечение понятий плач и комфорт и заключила следующее: «Плач 2 связан с производством печальных звуков. Покой 3 может уменьшить печаль» Покой Плач 2 Покой 3 Плач 2 and and Вызывает Покой 3 Производит Позволяет 5 Уменьшить 2 Печаль Звук 3 Печаль Печаль © Муромцев Д.И. Психологические теории и эксперименты Лекция 3 Интеллектуальные функции человека подразумевают существование ассоциативной сети, в которой одни понятия соединяются с другими, Гордона Бауэра (Gordon H. Bower), 1979. Эта сеть своего рода «метауровень», отвечающий за отбор, организацию и преобразование информации. Теория распространения активации, Коллинз и Элизабет Лофтус (Loftus), предполагает, что в сети ассоциаций связи имеют различную «длину». Более короткие связи соответствуют более прочной связи между понятиями, а более длинные – менее сильной связи. Понятие становится более доступным после предъявления связанного с ним подготавливающего стимула или какого-либо другого слова. Например, при предъявлении зеленого цвета, вероятнее, что человек опознает слово «зеленый» быстрее. Более того, при предъявлении зеленого цвета, опознавание таких слов, как «трава» или более отдаленной ассоциации – «лужайка» происходит быстрее, чем при отсутствии подготавливающего стимула. © Муромцев Д.И. Психологические теории и эксперименты Коллинзом и Квиллианом были исследованы вопросы хранения и скорости извлечения информации из памяти человека, 1968. Лабораторные эксперименты показали, что время реакции людей на простые вопросы типа «Канарейка – это птица?», «Канарейка может летать?» или «Канарейка может петь?» отличается. Имеет кожу Может переворачиваться Животное Ест Дышит Уровень 2 Имеет плавники Имеет крылья Лекция 3 Птица Рыба Может летать Может плавать Имеет жабры Имеет перья Уровень 1 Имеет длинные тонкие ноги Может петь Канарейка Страус Желтая Высокий Не может летать Уровень 0 Розовый Может укусить Акула Лосось Опасна Съедобен Плывет против течения при нересте © Муромцев Д.И. Графы a b e d c Обыкновенный граф a b d e c Лекция 3 Связный граф с петлей и циклом c a 1 4 5 d b f 2 3 e Дерево Пусть N – множество вершин, тогда любое подмножество NN является обобщенным графом. Пусть граф содержит N вершин, если в парах подмножества NN имеет значение порядок, то такой граф называется ориентированным. Обыкновенный граф, состоящий из N вершин и N-1 дуг, в котором отсутствуют циклы, является деревом. Пусть L – множество взвешенных дуг, N – множество вершин, тогда сетью будем называть любое подмножество NLN, в котором имеет значение порядок в триадах NLN. © Муромцев Д.И. Фрагмент сети, описывающей причинно-следственные связи КАМЕНЬ ПЕЧЕНОЧНОГО ПРОТОКА ХОЛЕСТАЗ КОНЪЮГИРОВАННАЯ ГИПЕРБИЛИРУБИНЕМИЯ НАРУШЕНИЕ ФУНКЦИИ ПЕЧЕНОЧНЫХ КЛЕТОК ЖЕЛТУХА ЦИРРОЗ НЕКОНЪЮГИРОВАННАЯ ГИПЕРБИЛИРУБИНЕМИЯ ЗАБОЛЕВАНИЕ ОЛЬБЕРТА ГЕМОЛИТИЧЕСКАЯ ЖЕЛЕЗОДЕФИЦИТНАЯ АНЕМИЯ АНЕМИЯ ВИРУСНЫЙ ГЕПАТИТ АНЕМИЯ ХРОНИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ МАКРОНОДАЛЬНЫЙ БЛЕДНОСТЬ ЦИРРОЗ ГИПЕРСПЛЕНИЗМ СИНУСОИДАЛЬНАЯ ПОРТАЛЬНАЯ МИКРОНОДАЛЬНЫЙ ЦИРРОЗ ГИПЕРТЕНЗИЯ КАРДИОГЕННЫЙ ШОК МИКРОИНФАРКТ ПОСТСИНУСОИДАЛЬНАЯ ПОРТАЛЬНАЯ АРТЕРИАЛЬНАЯ ГИПОТОНИЯ ВЕНЫ ГИПЕРТЕНЗИЯ ПИРОГЕННЫЙ ШОК БАКТЕРИЕМИЯ ПРЕСИНУСОИДАЛЬНАЯ Лекция 3 ЗАКУПОРКА ПЕЧЁНОЧНОЙ ПОРТАЛЬНАЯ ГИПЕРТЕНЗИЯ ГИПОВОЛЕМИЧЕСКИЙ ВАРИКОЗНО ШОК РАСШИРЕННЫЙ СОСУД ГЕМАТЕМЕЗИС ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОЕ КРОВОТЕЧЕНИЕ Причинная связь Эллипсис ЗАКУПОРКА ВОРОТНОЙ ВЕНЫ ПЕПТИЧЕСКАЯ ЯЗВА Патологическое или нозологическое состояние Проявление болезни © Муромцев Д.И. Фрагмент дерева классификации заболеваний ЭТИОЛОГИЯ ПАТОЛОГИЯ ИММУНИТЕТА РАК ... ... ... ... ... ... ИНФЕКЦИЯ БАКТЕРИАЛЬНАЯ ИНФЕКЦИЯ ВИРУСНАЯ ИНФЕКЦИЯ ... Лекция 3 ... МИКОЗ ... ВИРУСНЫЙ МЕНИНГИТ ... ... ... ВИРУСНЫЙ ГЕПАТИТ ИНФЕКЦИОННЫЙ МОНОНУКЛЕОЗ © Муромцев Д.И. Лекция 3 Пример падежного фрейма (case frame) Филмором (Fillmore), 1968, предложена сеть, в которой отношения определяются на основе грамматики английского языка. Связи соответствуют роли существительного или группы существительных, входящих в заданное предложение. К числу возможных ролей относятся агент, объект, инструмент, время и место. © Муромцев Д.И. Набор наиболее используемых отношений в семантической сети Лекция 3 связи, определяющие тип объектов ("это есть" или "класс-подкласс", "иметь частью" или "частьцелое", "принадлежать" или "элемент-множество" и т.п.); функциональные связи (определяемые обычно глаголами "производит", "влияет" …); количественные ("больше", "меньше", "равно" …); пространственные ("далеко от", "близко от", "за", "под", "над" ...); временные ("раньше", "позже", "в течение" …); атрибутивные связи (иметь свойство, иметь значение...); логические связи ("и", "или", "не") и др. © Муромцев Д.И. Лекция 3 Пример простейшей семантической сети © Муромцев Д.И. Представление n-арных отношений на семантической сети «Иванов прилетит из Рима в Санкт-Петербург 28 сентября» Лекция 3 Запись с помощью 4-х местного предиката: прилетит(Иванов, Рим, Санкт-Петербург, 28 сентября) © Муромцев Д.И. Лекция 3 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, 84 © Муромцев Д.И. Лекция 3 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. (пропозициональные семантические сетеи) M1 Th m r думает M2 p Ex r Боб as Cl Лекция 3 собака s M4 Verb Сью e Th m e полагает Me M3 n Ag mb er B1 t Verb p Ex Verb © Муромцев Д.И. Пример сети в системе SNePS 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). © Муромцев Д.И. Лекция 3 Пример сети в системе SNePS (продолжение) 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.
