Специальная часть. 
Пространственно-временные отношения физических объектов. 
Создание программного модуля

Разработку программного модуля анализа ПВ-отношений можно разделить на несколько этапов.

Первый — разработка формата представления ПВ-отношений в виде семантической сети.

Второй — разработка прил преобразования ОА-графа для синтеза описания новых ПВ-отношений или модификации описания существующих ПВ-отношений. Описание таких преобразований будет осуществляться с помощью нотации ОА-грамматики.

Третий — реализация программного модуля анализа ПВ-отношений.

Разработка формата представления ПВ-отношений в ОА-сети

В исследовании применяется объектно-атрибутный (ОА) принцип организации вычислительного процесса и структур данных [1]. В качестве семантической сети используется так называемый ОА-граф (или ОА-сеть). Узлами такого графа являются информационные капсулы (ИК), представляющие собой множество информационных пар (ИП), содержащих в себе два поля: атрибут и нагрузки. Нагрузка, в свою очередь, может содержать данные или указатель (с помощью указателей происходит объединение ИК в ОА-сеть). ИК описывает несколько признаков объекта или явления.

ПВ-отношения описываются в ОА-графе с помощью локативов (описание области в пространстве-времени) и конфайнов (множество локативов, состоящих в определенных отношениях), которые задают временные и пространственные ограничения, в которых объект обладает определенным состоянием или свойством. Конфайны могут быть нескольких типов: динамический (описывает перемещение объекта в пространстве и времени), направление (указывает вектор направления в пространстве и расположение относительно него физических объектов), топологический (расположение объектов с метрикой и без метрики), формы (форма и габариты объекта)[2].

Выделение типов конфайнов Задача выделения типов конфайнов была решена с помощью анализа возможных ПВ-отношений, которые могут быть описаны с помощью естественного языка. Первоначально были выделены слова естественного языка (главным образом предлоги и наречия), описывающие ПВ отношения, а затем произведена их классификация. В результате были выделены следующие типы ПВ отношений (в списке также приводятся слова и выражения естественного языка, которые соответствуют конфайну):

• 1. Расстояние между объектами (с относительной метрикой): «далеко», «в отдалении», «вблизи», «рядом», «возле», «у», «около» и т. д.;
• 2. Расстояние между объектами (с точной метрикой): «в 10 метрах» ;
• 3. Интервал времени между событиями (с относительной метрикой) «скоро», «быстро», «незадолго» и т. д.;
• 4. Интервал времени между событиями (с точной метрикой) «через 10 минут», «за 2 часа до» и т. д.;
• 5. Локация (взаимное расположение объектов без метрики): «в», «вне», «через» и т. д.;
• 6. Направление (задается точка начала координат и используется полярная система координат):
• 6.1. На плоскости: «справа», «слева», «вперед», «назад», «обратно» и т. д.;
• 6.2. В пространстве: «вверху», «внизу» и т. д.;
• 7. Последовательность (объекты или явления, которые можно упорядочить в пространстве и/или времени):
• 7.1. Пространственная: «между», «перед», «после», «дальше», «за» и т. д.;
• 7.2. Временная: «сначала…» «потом», «перед тем как…»
• 7.3. Пространственно-временные (траектория): описание движения объекта в пространстве-времени («Днем он был в деревне, а вечером — в городе.»);
• 7.4. Индексированное множество: «первый», «второй» и т. д., «во-первых», «во-вторых» и т. д.;
• 7.5. Осевая нить (может иметь прямолинейную или криволинейную ось, которая определяет пространственное расположение объектов): «параллельно», «поперек», «Река течет вдоль леса» и т. д.;
• 7.6. Причинно-следственные: «если.то» ;
• 8. Цикличность (описание циклических действий):
• 8.1. Пространственная («через километр», «каждые 2 метра»);
• 8.2. Временная («ежечасно», «ежесекундно», «единожды», «ежеквартально» и т. д.);
• 9. Период (описание периода или цикла во времени или пространстве): «круглосуточно», «круглогодично», «опять», «периодически» и т. д;
• 10. Скорость (описание скорости по времени или в пространстве): «неторопливо», «потихонечку», «скоро», «быстро» быстрее", «в паре шагах от дома» и т. д.;
• 11. Контакт (указывается наличие контакта с объектами): «по», «на» и т. д.

Выделение типов множеств объектов или явлений Конфайн, по сути, есть множество локативов (описаний времени и места). Поэтому возникла необходимость выделения возможных типов множеств. Так, все множества объектов (каждый объект описывается с помощью ИП) можно разделить на два больших класса: упорядоченные и неупорядоченные. Первый класс применяется, например, для описания трассы движения объекта (пункты, лежащие на траектории движения объекта). Второй, например, можно применять для описания отношения «около», где порядок перечисления объектов несущественен. Итак, перечислим все выделенные типы множеств, применяемые в конфайнах:

ѕ Неупорядоченное множество: Set (от англ. «Set» — «набор»);

ѕ Упорядоченное множество: OSet (от англ. «Order Set» — «упорядоченный набор»);

ѕ Упорядоченное множество в обратном порядке: RSet (от англ. «Reverse Set» — «обратный набор»);

ѕ Упорядоченное множество в обоих направлениях: ToFSet (от англ. «to and from» — «туда и обратно»);

ѕ Неполное упорядоченное множество, т. е. возможно, что некоторые элементы присутствуют в множестве, но их описания нет: ONFSet (от англ. «Order Not Full Set» — «неполный упорядоченный набор»);

ѕ Неполное неупорядоченное множество: NFSet (от англ. «Not Full Set» — «неполный набор»);

ѕ Индексированное множество, т. е. каждый элемент имеет свой уникальным номер: IndSet (от англ. «Index» — «индекс»);

ѕ Последовательные индексы, т. е. множество в котором элементы проиндексированы подряд идущими номерами: StrictIndSet (от англ. «Strict Index» — «строгий индекс»);

ѕ Подмножество: SubSet;

ѕ Типичный представитель множества: Templ;

ѕ Типичный представитель подмножества: TemplSubSet;

ѕ Множество «ИЛИ», т. е. в действительности присутствуют один или несколько объектов: OrSet (от англ. «Or» — «или»);

ѕ Множество «И» (в действительности присутствуют все объекты из множества): AndSet (от англ. «And» — «и»);

ѕ Множество «Исключающее ИЛИ», т. е. в действительности присутствует только один объект из множества): XorSet (Xor — это операция, которая сможет принять значение «истина» только только в том случае, если всего один из аргументов будет иметь значение «истина»);

ѕ Исключение т. е. элементы, не входящие в множество: Excl (от англ. «Exclude» — «исключение») — например, «Все кроме маленьких детей…» .

Также ниже указаны основные типы конфайнов (LType) вместе с пояснением:

ѕ Distance — используется для описания дистанции и расстояния;

ѕ Location — используется для определения местонахождения;

ѕ OderingTime — упорядоченная последовательность во времени;

ѕ OderingSpace — упорядоченная последовательность в пространстве;

ѕ Time — используется для описания времени;

ѕ TimeSet — последовательность точек во времени;

ѕ Cause — для описания причинно-следственных связей;

ѕ PlaceSet — последовательность точек в пространстве;

ѕ TimeSimultaneity — параллельность по времени;

ѕ Topologyиспользуется для описания топологии;

ѕ Direction — используется для описания направления;

ѕ DistanceRelative — субъективное описание расстояния;

ѕ TimeRalative — субъективное описание времени;

ѕ Above, in, under и т. п. — сверху, в, под и т. п. предлоги.

Для ясности использования множеств приведем несколько примеров. Например, если у нас расположены элементы по порядку, то они будут иметь множество «ToFSet», так как элементы будут иметь упорядоченное расположение в двух направлениях. А если у нас будет использоваться выбор из нескольких элементов, например «кошка или собака», то мы будем использовать множество «или» — «OrSet». При сравнении множеств «OSubset» учитывает порядок элементов в множестве, при этом, данные точки должны идти строго подряд.

Разработка формата описания конафайна Следующим этапом исследования является разработка формата представления конфайна в семантической сети. В [2] был предложен формат семантической сети, для описания смысла текста. Этот же формат будет использован для представления ПВ-отношений объектов. Однако предложенный в вышеприведенной статье формат был несколько модифицирован, для более удобного представления ПВ-отношений. Модифицированный формат приведен на рисунке 3 .

Каждая вершина ОА-графа принадлежит одному из указанных в рисунке уровней. Для описания пространственно-временных отношений в формате выделен специальный уровень, который состоит из четырех подуровней. Непосредственно конфайны описываются на двух последних подуровнях, два верхних подуровня необходимы для того, чтобы задавать множества конфайнов; например, «Вода потекла из ванной в коридор и на кухню». В данном предложении два конфайна «коридор» и «кухня», и они объединяются в множество тип «И», т. е. объект («вода») занимает сразу два конфайна.

Однако описание конфайнов не ограничивается только соответствующим уровнем. Бывают ситуации, когда такое описание затрагивает и уровень описания множеств объектов. Например, конфайн описания пространственной цикличности, основывается на выделении подмножеств множества объектов и описания их ПВ-отношений посредством конфайна, задающего ПВ-отношения внутри этого подмножества.

Следует пояснить, почему локативы, входящие в состав конфайна, указывают на описания свойств объектов. Дело в том, что конфайн задает ПВ-локализацию свойств объектов (т.е. в каком ПВ-континууме объект обладает данными свойствами).

Далее приведем примеры описания информационных конструкций семантической сети для описания некоторых классов ПВ-отношений.

Далее приведем форматы выделенных типов конфайнов:

1. Расстояние (Рис.4).

{Set={.} LType=Distance{…}}.

Где свойства «Contact» может быть только два состояния — «true» или «false», «Set» означает неупорядоченное множество, а «LType» — это тип, в данном конфайне используется тип «Distance», который используется для описания дистанций и расстояний. После описания типов конфайнов будут описаны основные типы функций.

2. Локация (Рис.5).

{ОSet={.} LType=Location{…}}.

Где «OSet» означает упорядоченное множество.

3. Направление (Рис.6).

{ZeroPoint={.} LType=Direction{…} AxisPoint={.} Psi={90} Fi={-90}}.

Где «ZeroPoint» — начало координат, «AxisPoint» — промежуточная точка, а «Psi» и «Fi» отвечают за направление относительно плоскости и пространству соответственно.

4. Последовательность (Рис. 7 и Рис.8).

{OSet={.} LType=Odering{…}} или.

{IndSet={.} LType=Odering{…}}.

5. Пространственно-временная последовательность (Рис.9).

{Set={.} LType=Distance{…}}.

6. Осевая нить (Рис.10).

{LType={пространство/последовательность}}.

8. Скорость (Рис.11).

{LType=Move Speed=скорость}.

9. Цикличность (Рис.12).

{LType={пространство/время}}.

Для примера можно ввести предлоги, которые будут описывать пространство, такие как: «под», «на», «около», «перед» и т. п. Допустим, что нам встречается последовательность слов 1 над 2, это означает, что необходимо произвести анализ предложения и преобразовать его в конфайн.

Помимо глаголов, источниками могут быть и абстрактные существительные, которые описывают состояние, также можно использовать признак или действие, например: «ненависть», «влажность», «создание» и т. п. Существительные таких типов создают не объекты, а состояния, связывающиеся со временем и/или пространством. Если данное существительное не имеет привязку к объекту, то вместо объекта или свойства стоит nul.

Для ясности описания пространственно-временных отношений с помощью конфайнов на рис. 13 приведена иллюстрация, описывающая фразу «Он увидел жирафа через клетку» и имеющая тип направления. ZeroPoint — это начало координат, там находится субъект действия, AxisPoint — это место, где расположена «клетка» (cell), Direction — направление, в данном случае Forward, т. е. вперед.

Семантическое описание фразы «Он увидел жирафа через клетку» показано на рис. 14. Здесь участвуют три объекта, а именно: «наблюдатель» (Person), «клетка» (cell) и «жираф» (giraffe);

На уровне описания объектов находятся три множества объектов, так как у нас три объекта, которые состоят из одного элемента. У каждого объекта имеется свое состоянии (Stage): «наблюдатель» находится в состоянии наблюдения, т. е. Look, а остальные два объекта в состоянии неизвестно, так как они просто существуют, поэтому в нагрузке ИП с атрибутом Stage, помещается нулевой указатель (nil).

На третьем уровне присутствует описание одного конфайна направления, который состоит из трех локативов, задающих места, где находятся объекты «наблюдатель», «клетка» и «жираф». В данном примере используется упорядоченное множество (атрибут OSet), т.к. здесь существенен порядок следования элементов.

Следующий пример показан на рис. 15, он описывает пространственно-временное отношение на простой фразе из естественного языка: «Он идет в университет». Здесь используется два вида конфайнов: пространственный и временной, так как перемещаясь, он передвигается во времени и в пространстве. Так как у нас не сказано, откуда он начал перемещаться и нет промежуточной точки (как в прошлом примере), мы не ставим «ZeroPoint» и «AxisPoint» .

Рис. 15. " Пример 2 описание пространственно-временных отношений"