Семанти́ческая сеть

Семанти́ческая сеть — информационная модель предметной области, имеющая вид ориентированного графа, вершины которого соответствуют объектам предметной области, а дуги (рёбра) задают отношения между ними. Объектами могут быть понятия, события, свойства, процесс. Таким образом, семантическая сеть является одним из способов представления знаний. В названии соединены термины из двух наук: семантика в языкознании изучает смысл единиц языка, а сеть в математике представляет собой разновидность графа — набора вершин, соединённых дугами (рёбрами). В семантической сети роль вершин выполняют понятия базы знаний, а дуги (причем направленные) задают отношения между ними. Таким образом, семантическая сеть отражает семантику предметной области в виде понятий и отношений.

Семантическая сеть - структура для представления  знаний в виде узлов, соединенных  дугами. Самые первые семантические  сети были разработаны в качестве языка-посредника для систем машинного  перевода, а многие современные версии до сих пор сходны по своим характеристикам  с естественным языком. Однако последние  версии семантических сетей стали  более мощными и гибкими и  составляют конкуренцию фреймовым  системам, логическому программированию и другим языкам представления.

Начиная с конца 50-ых годов были создано и применены на практике десятки вариантов семантических сетей. Несмотря на то, что терминология и их структура различаются, существуют сходства, присущие практически всем семантическим сетям:

1. узлы  семантических сетей представляют  собой концепты предметов, событий,  состояний; 

2. различные  узлы одного концепта относятся  к различным значениям, если  они не помечено, что они относятся  к одному концепту;

3. дуги  семантических сетей создают  отношения между узлами-концептами (пометки над дугами указывают  на тип отношения);

4. некоторые  отношения между концептами представляют  собой лингвистические падежи, такие  как агент, объект, реципиент и  инструмент (другие означают временные,  пространственные, логические отношения  и отношения между отдельными  предложениями; 

5. концепты  организованы по уровням в  соответствии со степенью обобщенности  так как, например, сущность, живое  существо, животное, плотоядное,;

Однако  существуют и различия: понятие значения с точки зрения философии; методы представления кванторов общности и существования и логических операторов; способы манипулирования  сетями и правила вывода, терминология. Все это варьируется от автора к автору. Несмотря не некоторые  различия, сети удобны для чтения и  обработки компьютером, а также  достаточно мощны, чтобы представить  семантику естественного языка.

       На  сетевом принципе моделирования  основана модель семантических сетей, которая предназначена для отображения  структуры понятий, сущности событий  и действий. Ее отличительная особенность  – наличие фиксированного списка имен для всех связей между элементами данных.

       Основой для определения того или иного  понятия является множество его  отношений с другими понятиями. Обязательными отношениями являются класс, к которому принадлежит данное понятие, свойства, выделяющие понятие  из всех понятий этого класса, примеры  данного понятия. Поскольку термины, использованные в определении понятия, сами служат понятиями, то их определение  организуется по той же схеме. В итоге  связи понятий образуют структуру, в общем случае сетевую. Обязательные связи в семантической сети при  установлении структуры понятий:

• связь “естьнек” (есть некоторый). Направлена от частного понятия к более общему и показывает принадлежность элемента к классу;
• связь “имеет”. Описывает случай, когда свойством является наличие некоторого предмета или владение им;
• связь “есть”. Относится к таким свойствам, которые имеют характер качества;
• связь “может”. Она связывает понятие и действия, которые могут выполняться всеми объектами, образующими понятие.

       Фрагмент  семантической сети для понятия  ПРЕДПРИЯТИЕ.

       Для предприятия устанавливаются более  общие понятия (в данном случае –  ОБЪЕКТ) и производные понятия (ЗАВОД, ФАБРИКА), а также конкретный завод - “САЛЮТ”. Среди ресурсов, которыми обладает предприятие, указаны оборудование, рабочие и служащие, а также  два действия, характерные для  этих ресурсов.

       Рассмотрим  представление событий и действий в семантической сети. Предварительно выделяются простые отношения, которые  характеризуют основные компоненты события. В первую очередь из события  выделяется действие, обычно описываемое  глаголом. Далее необходимо найти  объекты, которые действуют, объекты, над которыми это действие производится и т.д. Все эти отношения предметов, событий, качеств с глаголом называются падежами. Обычно рассматриваются следующие падежи:

• агент – действующее лицо, вызывающее действие;
• условие – логическая зависимость, существующая между двумя событиями;
• инструмент – предмет или устройство, вызывающее действие или являющееся орудием его осуществления;
• место – указание на то, где происходит событие;
• объект – предмет, подвергающийся действию;
• цель – указание на цель действия;
• качество – указание свойства понятия;
• адресат – лицо, пользующееся результатом действия или испытывающее этот результат;
• время – указание на то, когда происходит событие.

       В качестве примера рассмотрим предложение: “Директор завода “Салют” остановил 25 марта 1992 года цех № 4, чтобы заменить оборудование”. Структура этого предложения:

       Запросы к семантической сети определяются зафиксированными в ней бинарными  отношениями. Уточнение требуемых  отношений производится путем указания в запросе имени связи. Например, “с какой целью остановлен цех  № 4”. Если обозначить образ объекта А в отношении r через im(A, r), то эти запросы выглядят так:

       im (остановил, цель)

       im (im (предприятие, имеет), может).

       Если  СЕИ описывают структуру документированной  информации, то семантические сети рассчитаны на анализ структуры произвольных текстов. 
 

ПРИМЕНИЕ  НА ПРАКТИКЕ.

Семантические сети могут быть записаны практически  на любом языке программирования на любой машине. Самые популярные в этом отношении языки LISP и PROLOG. Однако многие версии были созданы  и на FORTRANе, PASCALе, C и других языках программирования. Для хранения всех узлов и дуг необходима большая память, хотя первые системы были выполнены в 60-х годах на машинах, которые были гораздо меньше и медленнее современных компьютеров.

Один  из самых распространенных языков, разработанных для записи естественного  языка в виде сетей, - это PLNLP (Programming Language for Natural Language Processing) Язык Программирования для Обработки Естественного Языка, созданный Хайдерном. Этот язык используется для работы с большими грамматиками с обширным покрытием. PLNLP работает с двумя видами правил:

1. с  помощью правил декодирования  производится синтаксический анализ  линейной языковой цепочки и  строится сеть.

2. с  помощью правил кодирования сканируется  сеть порождается языковая цепочка или другая трансформированная сеть.

Помимо  специальных языков для семантических  сетей было также разработано  специальное аппаратное обеспечение. На обычных компьютерах могут  быть успешно выполнены операции с языками синтаксического анализа  и операции сканирования сетей. Однако для больших баз знаний нахождение нужных правил или доступ к предзнаниям может потребоваться очень много времени. Чтобы позволить различным процессам поисках проходить одновременно Фальман разработал систему NETL, которая представляет собой семантическую сеть, которая может использоваться с параллельным аппаратным обеспечением. Таким образом он хотел создать модель человеческого мозга, в котором сигналы могут двигаться по различным каналам одновременно. Другие ученые разработали параллельное программное обеспечение для поиска наиболее вероятной интерпретации двусмысленных фраз естественного языка.