Презентація на тему:
Фреймово-семантичне подання знань в інформатиці

Тема №5 Фреймово-семантичне подання знань

Семантичні мережі Неформальне (хоч і класичне) визначення: семантичною мережею називається орієнтований граф, вершини якого відповідають сутностям предметної області, а дуги - зв’язкам між ними. Існує більш формальне визначення. Можна навести різні, більш формалізовані та конкретні моделі семантичних мереж. Історично першою вважається модель Куїлліана (1967 р). На основі цієї моделі була написана програма, яка описує слова англійської мови на основі їх зв’язків з іншими словами. Досить наближені до людського уявлення. Задача: охарактеризувати зв’язок між семантичною мережею та тріадою “об’єкт-атрибут-значення”.

Концептуальні графи Концептуальні графи - певна спроба формалізації семантичних мереж. Грунтуються на книзі Sowa (1984 р). Два типи вузлів: поняття та відношення (зв’язки). Фактично - двудольний граф. Окремий концептуальний граф відповідає одному твердженню. База знань складається з багатьох таких графів.

Приклад концептуального графа dog:dana color brown

Концептуальні графи: продовження Певні проблеми; зокрема, введення кванторів, імплікацій і т.п. Типовий підхід - виділити підграф та пов’язати квантор або імплікацію з усім підграфом. Концептуальні графи за своїми можливостями еквівалентні численню предикатів. Зокрема, Sowa пропонує алгоритм, який дозволяє будь-який концептуальний граф перетворити на вираз числення предикатів.

Операції над концептуальними графами: основні формалізми Запропоновані формалізовані правила, які визначають операції над концептуальними графами, зокрема, дозволяють отримувати з існуючих графів нові, а також об’єднувати два графа в один. Sowa запропонував 4 таких правила: копіювання; обмеження; об’єднання; спрощення.

Правило копіювання Якщо дано граф Х, можна сформувати новий граф, що є точною копією Х.

Правило обмеження Дозволяє замінити вузли графа більш спеціалізованими вузлами. Тісно пов’язано з успадкуванням і передачею властивостей за успадкуванням.

Правило об’єднання Дозволяє інтегрувати два КГ в один. Якщо вузол поняття С1 графа G1 є ідентичним до вузла С2 графа G2, то можна сформувати новий граф, викреслюючи С2 та пов’язуючи всі його відношення з С1.

Правило спрощення Якщо граф містить два однакових відношення, то одне з них може бути викреслене разом з усіма дугами.

Фреймові моделі Поняття фрейму бере початок від роботи М.Мінського (середина 70-х років). Фрейм можна охарактеризувати як структуру даних, призначену для опису певного поняття або певної ситуації. Варіант: не будь-який опис, а мінімально можливий.

Характеристика фреймів Ім’я (Атрибут_1, __; Атрибут_2, __; . . . Атрибут_n, __).

Характеристика фрейму: продовження Таким чином, фрейм відповідає певному поняттю; його можна розглядати як загальний “шаблон”, каркас для опису цього поняття; цей шаблонний опис є параметризованим і залежить від певних параметрів - слотів. Отже, слоти - це значення окремих атрибутів (які на попередньому слайді незаповнені). Екземпляри фрейму утворюються шляхом конкретизації, яка полягає в заповненні слотів. Зв’язок з “об’єкт-атрибут-значення”.

Основні риси фреймів Успадкування. Приєднані процедури і демони, в т.ч. слотові. Дослідження, пов’язані з типовими структурами фреймів.

Гіпотеза Мінського Знання в пам’яті людини згруповані в модулі, які відповідають певним стереотипним ситуаціям; Мінський назвав ці модулі фреймами. З цими стереотипними ситуаціями пов’язані певні дії, характерні для цієї ситуації. Коли людина потрапляє в нову ситуацію, вона співставляє її з наявними фреймами. Евристика Мінського – Селфріджа: в схожій ситуації треба діяти схожим чином.

Фрейми і семантичні мережі: співставлення Між фреймовими моделями і семантичними мережами є дуже багато спільного, і сьогодні їх прийнято описувати в спільному контексті. Суттєва відмінність – фрейм уже є фіксацією певної структури, а класична семантична мережа цього не передбачає. Фреймово-семантична мережа - семантична мережа, вузли якої (що відповідають поняттям предметної області) описуються фреймами.

Деякі застосування фреймів Фреймові моделі дали суттєвий поштовх теорії ООП. Системи фреймів, які описують один і той самий об’єкт в різних умовах спостереження (напр., під різним кутом зору). Сценарії. Мережі подібностей і відмінностей. Розуміння, в т.ч. природної мови; діалог і т.п. …

Фрейми і ООП Концепція фреймів найбільш наближена до класичного об’єктно-орієнтованого аналізу. Фрейм як опис ситуації або поняття в загальних рисах відповідає класові, а екземпляр фрейму - екземплярові класу. Але є і ряд суттєвих відмінностей.

Фрейми і ООА – деякі відмінності (Грехем) Фрейми є більш наближеними до онтологічного концептуального опису і більш вільними. ООА, а тим більше ООП – це уже ближче до реалізації. Фрейми: типовою є множинна класифікація (об’єкт може відноситися до різних фреймів). Звичайним є і множинне спадкування. Фрейм – скоріше прототип; типовим є визначення слотів у самому фреймі; в екземплярах ці слоти можуть змінюватися. Класичні фрейми – немає інкапсуляції.

Фрейми та розуміння природної мови: глибинні відмінки Глибинним відмінком називається роль іменника по відношенню до дієслова. В рамках цієї теорії вважається, що дієслово характеризує те, про що йдеться в реченні: дія, зміна стану і т.п. Одна з перших - система відмінків Філмора. Є ряд інших подібних систем. Після виділення глибинних відмінків система може відповідати на запитання, пов’язані з текстом.

Приклади глибинних відмінків агент - той, хто здійснює дію; об’єкт - те, на що спрямована дія; інструмент - засіб здійснення дії; …

Глибинні відмінки: типова схема аналізу виділення основного дієслова; з’ясування глибинних відмінків, тобто ролей іменників. По суті - заповнення деякої фреймоподібної структури.

Відмінкові рамки Важливе значення має відмінкова рамка, яка пов’язана з кожним дієсловом та зберігається разом з ним у словнику. Відмінкова рамка задає, які відмінки можуть узгоджуватися з даним дієсловом, і якими можуть бути категорії відповідних іменників. Аналіз відмінкових рамок допомагає і при аналізі, і при встановленні невідповідностей.

Фреймові моделі: поповнення описів ситуацій Співставлення первинного опису ситуації, введеного речення і т.п. зі знаннями та пошук відповідного фрейму. Опис ситуації формується як екземпляр знайденого фрейму; при цьому частина слотів заповнюється на основі первинного опису, а частина береться з самого фрейму (в цьому і полягає поповнення). В разі необхідності можуть бути активовані процедури розв’язання суперечностей, уточнення і т.п.

Сценарії Сценарієм називається фреймоподібна структура, яка визначає послідовність подій, характерних для певного процесу чи для певної ситуації, або причинно-наслідкові зв’язки між подіями. Приклад у зеленій книжці - відвідування студентом ресторану.

Розуміння на основі семантичних мереж Йдеться про розуміння нової інформації та її інтеграцію до існуючої системи знань. Зокрема, це може бути інтерпретація твердження, яке вводиться, та його занесення до бази знань. У випадку семантичних мереж схема асиміляції може бути наступною: сформувати концептуальний граф, який відповідає новому твердженню; під’єднати новий КГ до існуючої мережі.

Логічне виведення і пошук на основі семантичних мереж основа - за відношенням “Є”; спеціальні методи, подібні до методу резолюцій в численні предикатів; перехресний пошук.

Перехресний пошук Мета перехресного пошуку - встановлення, яким є зв’язок між двома поняттями. Основна ідея - на графі здійснюється пошук в ширину від кожного з понять до знаходження вузла перетину, який інтерпретується як спільне поняття. Опис зв’язку утворюється, якщо певним чином проінтерпретувати мітки дуг та проміжні вузли, які знаходяться на знайденому шляху. Був реалізований уже в згаданій програмі Куїлліана.