Prostředky umělé inteligence
Sémantické sítě a rámce
©2004, doc. RNDr. Ing. Tomáš Březina, CSc.
Sémantické sítě / Systémy dědičnosti
Existuje   mnoho   typů   sémantických   sítí.   Důležité  jsou   systémy   tzv.   systémy dědičnosti (odvozovací, tranzitivní systémy) a systémy využívající rámců.
Systémy dědičnosti jsou sémantické sítě, jejichž relace jsou  tranzitivní.  Binární relace xAy je je tranzitivní, jestliže:
•  neplatí x-<x
•  je—li x< y a y< z, pak x< z
Pozn.:
•  Tranzitivní relace se také nazývá tranzitivní (částečné) uspořádání.
•  Systém je dědičný vzhledem k částečnému uspořádání.
■ Při práci se  systémem dědičnosti lze pomocí tranzitivity vyvozovat relace. Jestliže obsahuje hrany u<v a v<w, lze vyvodit \ u<w.
Sémantické sítě / Systémy dědičnosti
■ Sémantika  sémantické  sítě  i   predikátové  logiky je  definována  pomocí relační
struktury (nosiče a soustavy relací nad ním definovaných). • Při   specializaci   se   informace  v taxonometrii   přenášejí  od   obecnějích   typů   ke
speciálnějším,   při   generalizaci   naopak.   V této   souvislosti   hovoří   se   o   is-a
hierarchiích. V jedné  sémantické síti  mohou  být znalosti  asociovány z mnoha
různých hledisek. Velmi často jde o vztah is-part.
Sémantické sítě
znalosti jsou reprezentovány grafově pomocí objektů (entit) a relací mezi nimi. Sémantická síť je chápána jako množina D pojmů a jedna nebo více binárních relací Rí,R2,...,Rn na-D.
•  uzel u grafu odpovídá pojmu (objektu),
•  hrana grafu ohodnocená Rí odpovídá binární relaci uRiv mezi pojmy u a v.
Pozn.:
•  Binární relace R  nad množinou {nosičem) D je definována jako podmnožina kartézského součinu DxD, tj. R^D2.
t Víceargumentovou relaci lze vždy převést na množinu relací binárních.
•  Binární relace je binární (dvoumístný) predikát
Sémantické sítě / Systémy dědičnosti
•  Systémy dědičnosti lze výhodně vyjadřovat vztahy množinové inkluze a příslušnosti k množině (umožňují efektivně reprezentovat taxonomické (systematické, hierarchické) uspořádání objektů - pak lze přímočaře odvozovat specializací či generalizací).
Pozn.:
•  Lze reprezentovat jedinečné i obecné pojmy. Rozlišuje se mezi typem (např. Škoda Favorit) a instancí typu (např. můj Favorit SPZ BZK 97 32).
•  Jako relaci lze použít i implikaci.
Sémantické sítě / Příklad
D=\Karel,Jiří,Marie\, relace je půjčka jako vztah věřitele a dlužníka. půjčka = \<Karel,Marie>,<Karel,Jiří>\. Konkrétní vztahy v rámci relace jsou tzv. instance relace - půjčka\ = <Karel,Marie>, půjčka2 = <Karel,Jiří>.
Pozn.:
Lze psát půjčka = \půjčka],půjčka 2\.
1
Systémy dědičnos !► is-part    f                \ W is-a                (        brzdy    \ ŕ       vozidlo   P'        f        ,   ,     \ \                 J           í         kola jS#       is-pap"^^^^"-""^ ^^^i^Ci   převodový k        auto^2js-part~------—"'^ isíT                 is^parí     —/ ^-——-^  is-part-^—rrt, is-* f     ŠKODaVLI/    ctyrdoEyy^ k     FAVORIj2^~Venzln'm^ is-part            í	ti / Příklad 1 motor ovy\ agregáty
	is-a spalovacP] motory
	karburátor1! .       Jikovy
	
Systémy dědičnosti / Příklad 1
Skoda Favorit je	Škoda Favorit má
osobní auto	čtyřdobý benzínový motor
vozidlo	karburátor Jikov
	kola
	převodovku
	spalovací motor
	motorový agregát
	brzdy
•  V síti jsou některé vlastnosti vyjádřeny přímo, jiné lze získat děděním (objekty vzniklé specializací) v hierarchii is-a. Údaje jsou zaváděny na co nejvyšší úrovni.
•  Jednoduchá reprezentace sémantických sítí spolu s dědičností pomocí hierarchií může působit problémy.
•  Viz. instance původního vozidla a doplnění dalších vlastností instance.
Sémantické sítě / Příklad 2		
\\__'^jf         is-ga[t--~~*	f     rrotorovy\ V      agregáty	
		
f/rfrí^(   Převodovky		
lV^auto2is-p^------^		
jf^            iľp^Ft——	/%>alovao>j	
		
*v     FAVOPJy*-~^is-pait	karburátor]	
is par "V^- g^yx 'v    BZK 97 3/	karburátor] yPierburg/	
Sémantické sítě / Příklad 2
můj Škoda Favorit je	můj Škoda Favorit má
Skoda Favorit	SPZ BZK97 32
osobní auto	karburátor Pierburg
vozidlo	čtyřdobý benzínový motor
	karburátor Jikov
	kola
	převodovku
	spalovací motor
	motorový agregát
	brzdy
Můj Škoda Favorit má dva karburátory (Pierburg, Jikov), jeden karburátor.
když Škoda Favorit má
Sémantické sítě
Post.:
•  Sémantické sítě byly poprvé zavedeny jako model lidské verbální paměti. Snahy o porozumění přirozenému jazyku.
•  Lze je různě modifikovat pro konkrétní použití, např, rozčleněné sémantické sítě v systému PROSPEKTOR. Jsou definovány pojmy prostor a průhled do sítě. Každý vrchol nebo hrana sítě mohou patřit do jednoho nebo několika prostorů, sjednocení několika prostorů je průhled. Znamená to vlastně, že při každé práci se sítí si vždy vybíráme jen její jistou část.
V uvedené podobě sémantické sítě nedovolují efektivně reprezentovat předpokládané (default) vlastnosti. To umožňují až reprezentace pomocí rámců.
Rámce
•  sestávají z položek (v  průběhu   užívání nabývají konkrétních  hodnot).   Jména položek odpovídají hranám v sémantické síti, hodnoty uzlům v síti.
■ popis položky sestává z jejího jména a z faset.
Popis položky:
•  Vždy obsahuje fasetu "hodnoty".
•  Vzniku nekonzistence zabrání faseta"předpokládaná hodnota'.
o Může být vyplněna děděním nebo může být zadána.
o Dovoluje vyšetřovat položky pouze, když nastává ve znalostech nesouhlas.
•  Faseta " omezení slouží ke kontrole typu obsahu fasety "hodnota".
Pozn.:
Ke každé fasetě může být přidružen jeden nebo několik démonů. Démon je "spící" procedura, která se aktivuje, nastanou-li určité události.
Rámce / Příklad
Rámce / Příklad
JMENO RÁMCE: Skoda Favorit
položky:
ČÍSLO RÁMCE: 2 IS-A: osobní auto MOTOR: čtyřdobý benzínový PŘEVODOVKA: manuální KARBURÁTOR: Jikov
Příklad
JMENO RÁMCE: Skoda Favorit položky:
číslo rámce: 2
IS-A: osobní auto MOTOR:
hodnota: čtyřdobý benzínový PŘEVODOVKA:
hodnota: manuálni KARBURÁTOR:
předpokládaná hodnota. Pierburg
hodnota. Jikov