Лекція №5 Мережеве представлення знань. Семантичні мережі.

Раніше розглянути було використання числення предикатів для представлення знань. Числення предикатів можна комбінувати з такими порівняно ефективними механізмами висновку, як резолюція. Таким чином, логічні формалізми представлення знань охоплюють проблему міркувань достатньо витончено.

Недолік логічного формалізму – його неструктурованість: наприклад, для збору всієї інформації по одному об'єкту (конкретизації) приходиться переглянути всю множину логічних формул якоїсь бази даних (БД). Графічні уявлення, служать глобалізації і структуризації інформації. Граф збирає навколо одного вузла всю інформацію по деякому об'єкту. Графічні уявлення, такі, як концептуальні графи і семантичні мережі, дозволяють візуалізувати модель світу, якому належить вирішувана проблема. Такий тип представлення більше відображає об’єкти предметної області, чим правила, що відносяться до самого цьому світу.

Концептуальний граф представляє логічну формулу. Імена і аргументи предикатів представлені в ньому відповідно двома типами вузлів. Дуги графа сполучають імена предикатів з їх аргументами. Ці графи близькі до моделей, використовуваних фахівцями з БД. Одна з проблем при створенні БД – облік структури області експертизи. Візьмемо, наприклад, структури, що існують в надрах якогось підприємства. Різні відділи, секції, бюро і суб'єкти, їх що заповнюють, утворюють ієрархічну структуру. Її можна представити набором концептуальних графів.

Семантичні мережі представляють складніші структури. Така мережа складається з безлічі концептуальних графів, що представляють логічні формули. Вона дозволяє візуалізувати множину відносин між концептуальними графами, її складовими. Нею описується також універсум, в який занурені концептуальні графи (що є глобальною областю експертизи).

Концептуальні графи і семантичні мережі складають графічну версію числення предикатів.

Концептуальні графи

Логіка предикатів – це мова, яку можна інтерпретувати в термінах області міркувань (експертизи): логічні формули представляють фрази метамови. Аргументи предикатів і логічних Функцій істотно використовуються для представлення атрибутів, подій і станів. Імена предикатів указують спосіб пов'язання цих понять. Зокрема, ці імена представляють правила з'єднання, правила граматики і процедури.

Концептуальні графи містять прямокутники для представлення аргументів і круги для імен предикатів. Круг з'єднується стрілкою з прямокутником, якщо вони представляють відповідно ім'я і аргумент одного і того ж предиката.

Предикати можуть мати декілька аргументів. Отже, круги можуть мати декілька вхідних і/або вихідних стрілок. Більшість предикатів, використовуваних для представлення знань, володіють двома аргументами (бінарні предикати). Тоді круги сполучені з прямокутниками двома стрілками: що входить і виходить. Проілюструємо ці поняття на прикладі.

Побудуємо концептуальний граф предиката Посилка(„Павло”, „Марія”, „Книжка”), що формалізує фразу «Павло надсилає книгу Марії» (рис.1, а). На рис.1, б приведений концептуальний граф логічного представлення тієї ж фрази бінарними предикатами, тобто граф, відповідний формулі

Відправник(„Посилка”, „Павло”)

Одержувач(„Посилка”, „Марія”) 

Об'єкт(„Посилка”, „Книжка”) 

Є(„Посилка”, посилки).

При графічному представленні бінарних предикатів круги іноді опускають, а імена предикатів указують на стрілках. Загальне правило перетворення m-арного предиката (m2) вигляду:

Предикатне_ім'я(значення_1, значение_2,...,.., значение_m) в добуток m бінарних предикатів

Функція_j(предикатне_ім’я, значення_ j).

Рис.1 Концептуальний граф (а), концептуальний граф логічного представлення бінарними предикатами

Пов'яжемо з кожним бінарним предикатом концептуальний граф, що відповідає тріаді „об’єкт – атрибут – значення” (рис.2).

Рис. 2 Концептуальний граф бінарного предикату

Графічне представлення m-арних предикатів засноване на наступній угоді. Стрілка, що відповідає m-му аргументу, направлена до прямокутника, що представляє цей аргумент. Інші стрілки направлена від прямокутників до круга, що представляє ім'я предиката. Стрілки, як правило, нумерують від 1 до m, щоб явно показати відповідність між стрілкою і аргументом (рис.1).

Взагалі ім'я бінарного предиката представляє якусь функцію. Вузол концептуального графа, що вказує на це ім'я, називається зв'язуючим вузлом, бо він зв'язує два концепти, представлені двома аргументами бінарного предиката. Функція, представлена цим зв'язуючим вузлом, носить по тій же причині назва концептуального відношення. Терміни «ім'я бінарного предиката» і «аргумент», що представляє відповідно функцію і концепт, часто замінюють на «зв'язуючий вузол» і «вузол-концепт» в графічному уявленні.