Технологии семантических сетей

Семантические сети представляют собой модели хранения понятий (слов, высказываний) в семантической памяти. Их организация и структурирование основаны на содержательном описании понятий и слов, обозначающих эти понятия и составляющих содержание семантической памяти.

В простейшем случае узлы семантической сети отображают отдельные понятия, связи между узлами — отношения между понятиями (высказываниями). При таком подходе каждое обладает набором свойств (характеристик, атрибутов). Функция части атрибутов заключается в установлении различных типов связей с другими узлами семантической сети (понятиями). Кроме того, структура сети дает возможность приписывания каждой связи некоторых значений частоты (веса) ее использования, причем частоты могут быть разными в зависимости от ситуации (контекста) использования данной связи.

Семантическая сеть представляет собой ориентированный граф, в котором понятия предметной области моделируются вершинами графа, а связи между ними — дугами. Примером такой сети можно считать гипертекст с его якорями и гиперсвязями (но это лишь частный простой случай). Граф может быть древовидным, так же может содержать и циклические структуры.

В семантическую сеть включаются наиболее часто встречающиеся слова текста, которые несут основную смысловую нагрузку. Для каждого понятия формируется набор ассоциативных (смысловых) связей, т. е. список других понятий, в сочетании с которыми оно встречалось в предложениях текста. При этом считается, что чем чаще встречаются вместе два понятия в предложениях текста, тем выше вероятность того, что они связаны по смыслу.

Идея систематизации на основе каких-либо семантических отношений предлагалась ещё учёными ранней науки. Примером этого может служить биологическая классификация Карла Линнея 1735 г. Если рассматривать её как семантическую сеть, то в данной классификации используется отношение подмножества, современное AKO (от англ. «A Kind Of», «разновидность»).

Рисунок 1. Пример иерархии таксономических групп, основанной на системе классификации Линнея Семантические сети вначале использовались для представления смысла выражений естественного языка человека, откуда и появилось название этого класса сетей. Теперь же они используются в качестве структуры, пригодной для представления информации общего вида, — узлы представляют некоторые концепты (понятия), а связи — отношения между концептами.

В общем случае семантическая сеть обеспечивает следующие основные функции: хранение сведений об объектах и связях между ними; возможность поиска объектов по различным характеристикам; возможность пополнения и корректировки знаний системы во время обучения; возможность реализации процедуры обобщения и конкретизации знаний; отражение иерархичности знаний о предметной области; понятность для эксперта.

Проблема поиска решений сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, отражающей поставленный запрос.

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 знаний.

Начиная с конца 50-ых годов прошлого века были созданы и применены на практике десятки вариантов семантических сетей.

Несмотря на то, что терминология и их структура различаются, существуют сходства, присущие практически всем семантическим сетям:

Узлы семантических сетей представляют собой концепты предметов, событий, состояний.

Различные узлы одного концепта относятся к различным значениям, если для них не помечено, что они относятся к одному концепту.

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

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).

Концепты организованы по уровням в соответствии со степенью обобщенности. Как пример, 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.

Семантическая сеть дает возможность охарактеризовать отношения между понятиями. Часто понятия представляются словом или набором слов. Простым примером является иерархическая сеть, где понятия являются таксономическими терминами и единственным отношением явлется type-of (относится к типу) (гипонимные отношения — hyponymous relationship, когда одно понятие включает в себя другие понятия). Более сложные семантические сети включают в себя отношения различных типов такие как твердость, температура, сделано из, текстура и цвет. Одной из самых больших семантических сетей является WordNet, лексическая база данных английского языка.

Рисунок 2. Простая семантическая сеть с различными типами отношений.

В узком смысле семантические отношения определяют связи между понятиями или значениями. Понятие [школа] следует отличать от слова `школа'. [Школа] является [образовательным учреждением]. Это указывает иерархическое отношение между двумя понятиями или значениями, которое является разновидностью из длинного ряда семантических отношений.

Понятие [Школа] может, например, быть выражено в терминах или выражениях `школа', `школьное здание (schoolhouse)' и `место обучения'. Отношение между `школа' и `школьное здание' является синонимическим между этими двумя выражениями, в то время как отношение между `школа' и `место обучения' является отношением между словом и выражением или фразой. Отношения между словами являются лексическими отношениями. 'Школа' имеет значение [группа людей, кто прошел обучение в определенном коллективе или в учреждении или придерживаются некоторых взглядов]. Синонимы и омонимы не являются отношениями между понятиями, а понятиями, выраженными идентичными или разными символами.

Отношение между понятиями, смыслами или значениями не следует смешивать с отношениями между терминами, словами и выражениями или символами, которые используются для выражения понятия. Однако довольно часто эти два вида отношений смешиваются.

Некоторые важные виды семантических отношений перечислены ниже:

Антонимия (A противоположно B; то есть холодный противоположен теплому) Ассоциативные отношения: отношение, которое определено психологически: некоторые люди ассоциируют понятия (кто-то ассоциирует A с B). Ассоциативными отношениями часто считаются неспецифицированные отношения.

Причинно-следственные отношения: A является причиной B. Например: цинга вызывается недостатком витамина C.

Омоним. Два понятия A и B, обозначаются одним символом. Пример: в английском языке финансовое учреждение и берег реки выражается одним словом bank (слово имеет два смысла).

Гипонимные отношения (отношение типа «является» или гипоним-гиперним), родо-видовые отношения: иерархические отношения подчинения (A является разновидностью B; A является более узким понятием, чем B; B более широкое понятие, чем A). Отношение типа «является» обозначает, что объект принадлежит некоторому классу. Например, «автомобиль — является транспортным средством» и «цыпленок является птицей». Когда все отношения в системе имеют тип «является», система представляет собой таксономию. Опция «типичный» позволяет вам выделить все конкретные разновидности (образцы, гипонимы) понятия. Опция «специфичный» позволяет вам выделить общий гиперним всех конкретных разновидностей понятия.

Случай отношения («случай», понятие примера) — обозначает семантические отношения между общим понятием и индивидуальными случаями понятия. A является примером B. Пример: Москва является примером общего понятия столица.

Отношения положения: семантическое отношение, в котором понятие указывает на положение предмета, обозначенного другим понятием. A размещено в B; пример: меньшинства в Дании.

Меронимия, А является частью Б (отношение целого и части): отношение между целым и частями. Мероним является названием части содержимого или членство в каком-то составе. Меронимия противоположна голонимии (B содержит A, которая является ее частью). A уже, чем B; B шире, чем A.

Пассивное отношение: Семантическое отношение между двумя понятиями, одно из которых подвержено воздействию другого.

Парадигматические отношения. Семантическое отношение между двумя понятиями, которые рассматриваются фиксированным, самоочевидным или установленным по соглашению. Примеры: мать / ребенок; жир /ожирение; штат /его столица.

Многозначность: многозначным считается слово, которое имеет несколько значений, которые отличаются друг от друга.

Владение: отношение между владельцем и владением.

Связанные термины. Термин, который семантически связан с другим термином. В тезаурусах связанные термины отмечаются RT и используются для семантических отношений, которые отличаются от отношения синонимичности (USE; UF), гипонимности, и партитивных отношений (BT; NT). Связанные термины могут, например, выражать антогонистичесикие отношения, активные/пассивные отношения, причинно-следственные связи, отношения положения или парадигматические отношения.

Синонимия (A означает то же что и B; A эквивалентно B).

Временные отношения: Семантическое отношение, в котором понятие указывает на время или период, относящиеся к другому понятию. Пример: Вторая мировая война, 1939;1945.

Тропонимия определена в WordNet 2 как: семантическое отношение, сопряженное с чем-то сходным (или значение: «названия мест в области»).

Итак, семантическая сеть — это множество понятий, связанных между собой. В семантическую сеть включаются наиболее часто встречающиеся слова текста, которые несут основную смысловую нагрузку. Для каждого понятия формируется набор ассоциативных связей, отношений, т. е. список других понятий, в сочетании с которыми оно встречалось в предложениях текста. При этом считается, что чем чаще встречаются вместе два понятия в предложениях текста, тем выше вероятность того, что они связаны по смыслу.

В контексте курсовой работы нужно рассмотреть семантическую сеть, отражающую основные понятия текста и связи между ними.