Вывод на семантических сетях

Многообразие СС определяет сложность процессов вывода решений, поскольку каждому типу СС (однородная, иерархическая, сценарная, функциональная и т. п.) соответствует своя модель вывода в зависимости от свойств используемых отношений (рефлексивность, симметричность, транзитивность). В практических реализациях наиболее часто используется механизм вывода, основанный на наследовании свойств от класса объектов к его конкретным представителям (класс — подкласс, класс — экземпляр класса). Более строго, наследование — это способ, которым происходит передача значений свойств объектов друг другу.

Механизм наследования реализуется на иерархии понятий, выстроенной по отношениям IsA и АКО или PoW. Иерархия показывает отношение включения понятий более низкого уровня в более высокий. При этом совокупность понятий, вносимых в конкретную СС, зависит от целевого назначения системы и целей ее конкретного использования. Выделяются объекты — классы, подклассы, экземпляры, свойства экземпляров, свойства значений экземпляров.

Класс представляет собой множество объектов, имеющих несколько или большинство общих свойств, т. е. класс является обобщением или концептом (понятием). Класс хранит информацию, присущую всем его объектам. Объекты, когда нужно, могут наследовать от класса эту информацию. Подкласс представляет собой класс объектов, составляющих подмножество класса более высокого уровня. Например, класс «пассажирский самолет» является подклассом класса «самолет», а «самолет» — подклассом класса «летательные аппараты». Классы и подклассы также состоят из объектов экземпляров, наследующих свойства объектов уровнем выше.

Рисунок 4.23 описывает иерархию отношений между классом ЯБЛОКО и его подклассами БЕЛЬ, АНИС, АПОРТ, а также отношения подкласс — экземпляр класса.

Рис. 4.23. Пример семантической сети.

Наследование свойств означает, что свойства, приписываемые объекту (классу) высокого уровня, автоматически присваиваются объектами более низкого уровня по умолчанию. Но здесь есть особенность. Рассмотрим процесс подробнее.

• 1. Отношение класс — подкласс. Это отношение специализации. Здесь свойства и значения свойств наследуются по умолчанию по связям специализации (АКО). Пример: САМОЛЕТ — Ту-104. (Ту-104 наследует многие свойства класса САМОЛЕТ.) Обратное отношение (Part-oJ) — отношение обобщения, т. е. подкласс специализирует, а класс — обобщает.
• 2. Отношение класс — объект. Это — отношение Is А. Свойства наследуются вниз по умолчанию. Это отношение классификации. Обратное отношение — отношение интеграции.
• 3. Отношение объект {экземпляр) — подобъект {свойства). Это отношение декомпозиции. Объект разлагается на составляющие. Обратите внимание — свойства по этой связи не наследуются! В самом деле, если на линии IsA МЛЕКОПИТАЮЩИЕ — КОШКИ, КОШКИ — экземпляр, то дальнейшее движение по этой линии уже приводит к разделению объекта КОШКИ на составляющие: ФОРМА УШЕЙ, ХВОСТ, ЛАПЫ и т. д. Свойства класса МЛЕКОПИТАЮЩИЕ здесь уже не наследуются. Обратное отношение — агрегирование. Интересно, если по линии IsA число экземпляров может варьировать и не влияет на целостность класса, то в обратном отношении Part-of должны присутствовать все части или какой-то обязательный минимум этих частей.

Как уже говорилось, одним из наиболее распространенных методов вывода на сетях является метод сопоставления частей сетевой структуры. Рассмотрим пример сопоставления.

Имеется участок сети БД относительно класса САМОЛЕТЫ (рис. 4.24).

Рис. 4.24. Участок семантической сети САМОЛЕТЫ.

Для начала требуется ответить на вопрос: «Что имеет Як-40?». Участок сети, соответствующий этому вопросу, показан на рис. 4.25. Для ответа на этот вопрос проводится сопоставление. Сначала ищется вершина ИМЕТЬ такая, которая имеет соединение с Як-40. Теперь три левые вершины совпали, и по линии «Что имеет» мы делаем вывод: «Як-40 имеет двигатель Д1».

Рис. 4.25. Участок сети «Что имеет Як-40?».

Рассмотрим процесс вывода подробнее. Пусть требуется ответить на вопрос: «Существует ли самолет, имеющий двигатель типа Д1 ?». Сеть, соответствующая этому вопросу, показана на рис. 4.26. Однако в таком виде она не годится для сопоставления с БД. Если же ввести вершину Як-40 и линию, показывающую, что Як-40 — ПАССАЖИРСКИЙ САМОЛЕТ', то уже можно сопоставить вершину ИМЕТЬ с вершиной ИМЕЕТ, а вершину ДВИГАТЕЛЬ с ДВИГАТЕЛЬ типа Д. Отсюда следует вывод: «Да, это Як-40».

Рис. 4.26. Подсеть для вопроса «Существует ли самолету имеющий двигатель типа Д12».

В процессе вывода модификация БЗ на СС сводится к удалению и добавлению новых вершин и ребер. Базовые операции поиска информации в сети обеспечивают поиск вершины или ребра по имени, переходы от одной вершины к другой по связям и от одной связи к другой — через смежные вершины. Цель поиска — получение знаний, представленных в сети и требуемых для решения задачи.

Одним из мощных средств вывода является операция сопоставления с образцом. Ее сущность состоит в следующем. Информационная потребность, определяющая содержание и цель запроса к БЗ, описывается автономной СС — сетью запроса, построенной по тем же правилам и отображающей те же объекты и отношения, которые представлены в системе знаний семантической сетью. Поиск ответа на запрос реализуется сопоставлением сети запроса с фрагментами СС, т. е. путем установления отношения эквивалентности между СС запроса и СС фрагмента общей СС, представляющей систему знаний. Положительный результат отождествления позволяет получить один из ответов на запрос. Все ответы можно получить путем обнаружения всех сопоставимых с сетью запроса фрагментов.

В общем виде операцию сопоставления для СС можно описать следующим образом. Для сети, представляющей систему знаний, задается набор допустимых преобразований, переводящий исходную сеть (или ее фрагменты) в логически ей эквивалентную. Операция сопоставления выявляет все фрагменты исходной или эквивалентных ей сетей, изоморфные сети запроса. Набор допустимых преобразований для СС дополняет сети новыми связями, полученными из транзитивности фундаментальных отношений и наследования свойств, но не ограничивается этим. В зависимости от специфики решаемых задач и особенностей того или иного конкретного средства набор эквивалентных преобразований может существенно расширяться. Поскольку теория СС не дает универсальных средств, позволяющих описывать допустимые преобразования, операция сопоставления может рассматриваться как базовая лишь методически (в том смысле, что поиск в СС всегда есть какое-то сопоставление), но не технически (в том смысле, что любой требуемый поиск может быть выражен операцией сопоставления в некотором универсальном языке представления знаний). Именно поэтому базовыми для СС здесь названы не операции сопоставления с образцом, а гораздо более примитивные операции перехода по сети. Фактически совокупность последних в каждом конкретном случае поиска реализует то или иное требуемое сопоставление.