3. Иерархическая модель

В иерархической модели связи между объектами можно описать с помощью упорядоченного графа (дерева) – рис. 3.1.

Рис. 3.1. Иерархическая модель

Тип элемента иерархической модели "дерево" является составным. Он включает в себя подтипы (поддеревья), каждый из которых в свою очередь является типом "дерево". Корневым называется тип, который имеет подчиненные типы и сам не является подтипом. Тип "дерево" в общем случае является простым или составным типом "запись", содержащим конкретную информацию - значение поля или полей записи.

Иерархическая база знаний представляет собой упорядоченную совокупность экземпляров данного типа деревьев. Обработку таких баз (поиск) ведут сверху вниз и слева направо.

К основным процедурным операциям манипулирования иерархически организованными базами знаний относят:

• поиск некоторого экземпляра "дерева";

• переход от одного дерева к другому;

• переход от одной записи к другой;

• вставка новой записи;

• удаление записи.

Между предками и потомками в иерархической модели автоматически поддерживается контроль целостности связей. Основное правило контроля целостности формулируется следующим образом: потомок не может существовать без родителя, а у некоторых родителей модет не быть потомков.

К

25

достоинствам иерархической модели относятся эффективное использование памяти ЭВМ и хорошие показатели времени выполнения основных операций.

Недостатком иерархической модели является ее громоздкость для обработки информации с достаточно сложными логическими связями.

6)Семантическая сеть.

4. Семантическая сеть

Если в иерархической модели (рис. 3.1) запись-потомок может иметь только одну запись-предка (информация о связях), то в сетевой модели запись-потомок может иметь произвольное число записей-предков.

В основе семантической модели лежит граф, собирающий вокруг одного узла всю информацию по данному узлу. Семантическая сеть состоит из множества объединенных концептуальных графов, каждый из которых соответствует некоторой логической формуле со своими именами и аргументами предикатов, связанными друг с другом по установленным правилам. Пример концептуального графа логической формулы “Поставка(Интеграл,Луч,Схема 14)” (смысловая трактовка формулы и правило моделирования формулы не рассматриваются) приведен на рис.4.1. Аргументы изображены прямоугольниками, а предикат – скругленным контуром. Первые два аргумента связаны с третьим через имя предиката. При изменении отношений между элементами сети связи между ними будут модифицироваться соответствующим образом.

Преобразование семантических сетей из совокупности

1-й аргумент

Завод

"Интеграл"

Имя

3-й аргумент

Схема 14

Завод

"Луч"

предиката

2-й аргумент

Рис.4.1. Концептуальный граф формулы

“Поставка(Интеграл,Луч,Схема 14)”

концептуальных графов можно осуществить с помощью специальных правил.

Правило коньюнкции: если узлы-концепты 1 и 2 в графах 1 и 2 идентичны, то граф получается удалением 2 и соединением с 1 всех связующих узлов, которые были связаны с 2 в 2.

26

Правило упрощения: если граф содержит два идентичных (соединенных с одними и теми же узлами) узла, то можно удалить один из них со связанными с ним стрелками.

Правило копирования: граф есть 1.

Правило ограничения: тип любого концепта графа можно конкретизировать (сузить концепт). Пример: вместо широкого типа “на заводы” более узкий тип - “на часовые заводы”.

Стандартная семантическая сеть является направленным графом с помеченными вершинами и дугами, в котором вершинам соответствуют конкретные объекты, а дугам – семантические отношения между ними.

Формальное определение сети следующее. Пусть заданы конечное множество атрибутов = { 1,…, } и конечное множество отношений = { 1,…, }. Схемой, или интенсионалом, отношения называется набор пар ( )= {…[ , ( )],…}, где - имя отношения, ( ) – домен , т. е. множество значений атрибутов отношения . Объединение всех доменов называют базовым множеством или множеством объектов, на которых задаются отношения . Экстенсионалом отношения называют множество ( )= { 1,…, }, где ( {1,…, }) – факт отношения . Факт задается именем отношения и совокупностью пар вида атрибут-значение, называемых атрибутивными парами. Под фактом понимают конкретное содержание отношения между объектами. Факт – это подграф семантической сети, имеющий звездообразную структуру. Корень подграфа – вершина предикатного типа, помеченная уникальной меткой, включающая имя соответствующего отношения.

Пример: пусть заданы совокупность чисел {0,1} и отношение с именем “” (произведение). Запишем интенсионал этого отношения: () = {[1-й сомножитель (1с), (0,1)], [2-й сомножитель (2с), (0,1)], [произведение (Пр), (0,1)]}, где присутствуют пары атрибутов-сомножителей и доменов их возможных бинарных значений. Факты отношений запишем в следующем очевидном виде:

1=(, 1-й сомножитель 0, 2-й сомножитель 0, произведение 0),

2=(, 1-й сомножитель 0, 2-й сомножитель 1, произведение 0),

3=(, 1-й сомножитель 1, 2-й сомножитель 0, произведение 0),

4=(, 1-й сомножитель 1, 2-й сомножитель 1, произведение 1).

Нестандартную семантическая сеть (визуальное представление) для данного случая можно изобразить рисунком 4.2. Эту сеть легко представить в виде таблицы 4.1.

В семантических сетях используются четыре основных типа объектов: понятия, события (действия), свойства и значения. Рассмотрим их на следующем примере.

Свяжем семантической сетью объекты: птица, сокол, орел, самолет, боинг-747. Очевидно, что сокол и орел – птицы, а боинг-747 – самолет. Создадим сначала структуру “птица”, общую для орла и сокола:

Таблица 4.1. Экстенсионал отношения бинарных сомножителей

Факт отношения	Сомножитель		Произведение
	1с	2с
1	0	0	0
2	0	1	0
3	1	0	0
4	1	1	1

атрибут = клюв,

атрибут = оперение,

атрибут = крылья,

атрибут = летать,

атрибут = аэродинамические принципы.

Аналогично создается структура “самолет”. На основе структур “птица” и “самолет” легко можно описать конкретные объекты. Пример:

имя структуры = птица,

имя объекта = орел,

клюв = длинный,

оперение = светлое,

крылья = широкие,

летать = высоко,

аэродинамические принципы = планирование.

На рис.4.3 показана семантическая сеть для рассматриваемого случая.

Следует отметить, что синтаксически правильно построенные сети могут быть с точки зрения конкретной предметной области семантически некорректными. Поэтому на основе формальной сети часто строят новые, канонические графы по изложенным выше правилам преобразования

сетей, исключая нереальные или практически бессмысленные ситуации.

С помощью семантической сети легко создать базу знаний, в том числе базу правил. Пример:

1. Если атрибут = клюв, то объект = птица.

2. Если атрибут = крылья,

то объект = птица или объект = самолет.

3. Если атрибут = сокол или атрибут = орел,

то объект = птица.

4. Если атрибут = оперение и атрибут = крылья и

атрибут = клюв, то объект = птица.

5. Если объект = птица, то атрибут = оперение и т. д.

По видам отношений между объектами семантические сети бывают однородные (с единственным типом отношений, например "цвет") и неоднородные (с различными типами отношений), бинарные (отношения связывают два объекта) и N-нарные (отношения связывают более двух объектов).

Наиболее часто в семантических сетях используются следующие отношения (связи):

• "часть-целое" ("класс – подкласс", "элемент – множество"…);

• функциональные ("производит", "влияет" …);

• количественные (больше, меньше…);

• пространственные (далеко, близко…);

• временные (раньше, позже…);

• атрибутивные (иметь свойство, иметь значение…);

• л

  29

  огические (И, ИЛИ…);

• лингвистические и т.д.

Проблема поиска решения в базе знаний типа семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего некоторой подсети, отражающий поставленный запрос к базе.

Достоинством сетевой модели является возможность эффективной реализации по показателям затрат памяти и оперативности.

Недостатками сетевой модели является высокая сложность и жесткость схемы базы знаний, построенной на ее основе.

7)Фреймовая модель. Объектно-ориентированная модель. Модель, управляемая образцами. Структура реляционной модели.