Семантические сети и онтологии

Семантические сети и онтологии представляют знания как структурированные совокупности концепций и отношений между ними, организуя известные сведения о предметной области в виде графа или формального словаря.

Definition

Семантическая сеть представляет знания в виде графа, узлы которого обозначают концепции или объекты, а рёбра — отношения, такие как «является» (is-a) и «часть целого» (part-of); онтология — это формальная, явная спецификация концепций, отношений и ограничений, совместно используемых в рамках предметной области.

Scope

Эта тема охватывает структурированное (сетевое и фреймовое) представление знаний: семантические сети узлов и помеченных связей, фреймы и слоты, иерархии наследования со значениями по умолчанию, а также современное понятие онтологии как совместно используемой, формальной спецификации концепций и отношений предметной области. В ней рассматривается, как моделируются категории, объекты и таксономии, а также как обрабатываются наследование и идентичность. Формальная логика, лежащая в основе онтологий, подробно описана в теме «логики описания», а изученные встраивания сущностей относятся к подобласти машинного обучения.

Core questions

• Как концепции, объекты и их отношения представляются в виде узлов и связей?
• Как наследование позволяет подкатегориям приобретать и переопределять свойства своих родителей?
• Что делает онтологию совместно используемой и повторно используемой спецификацией предметной области?
• Как последовательно моделируются категории, идентичность и отношения «часть-целое»?

Key concepts

• семантическая сеть
• узлы и помеченные отношения
• отношения «является» (is-a) и «часть целого» (part-of)
• фреймы и слоты
• наследование и значения по умолчанию
• таксономия и категории
• онтология
• граф знаний

Key theories

Наследование и таксономическая структура

Организация концепций в иерархии «является» (is-a) позволяет один раз указать свойства на общем уровне и наследовать их специализациями, при этом подклассы могут добавлять или переопределять значения по умолчанию, что обеспечивает компактное и интуитивно понятное представление категориальных знаний.

Фреймы как структурированные единицы знаний

Фреймы Минского представляют стереотипные ситуации или объекты как наборы слотов со значениями по умолчанию, моделируя, как предшествующие ожидания структурируют понимание, и являясь предшественниками объектно-ориентированных и онтологических представлений.

Онтологии как общие концептуализации

Онтология делает концепции и отношения предметной области явными и согласованными, чтобы различные системы и люди могли совместно использовать и повторно использовать знания, при этом принципы проектирования подчёркивают ясность, согласованность и минимальные обязательства.

Clinical relevance

Онтологии и семантические сети лежат в основе Семантической паутины, биомедицинских словарей и графов знаний, каталогов продуктов и управления корпоративными знаниями, предоставляя общие словари, которые позволяют разнородным системам обмениваться данными и рассуждать о них.

History

Семантические сети возникли благодаря работе Куиллиана по семантической памяти в 1960-х годах, а меморандум Минского 1974 года о фреймах дал мощный импульс структурированному представлению. Критика Брахмана неформальных связей привела к формальным логикам описания, а работа Грубера в 1990-х годах помогла утвердить онтологии как инженерные артефакты, что завершилось стандартами Семантической паутины.

Key figures

• Marvin Minsky
• Ross Quillian
• Ronald J. Brachman
• Thomas R. Gruber
• John F. Sowa

Seminal works

• minsky1974
• gruber1995
• brachman2004

Frequently asked questions

В чём разница между семантической сетью и онтологией?

Семантическая сеть — это графическое представление концепций и отношений, исторически часто неформальное. Онтология — это формальная, явная спецификация общей концептуализации с определённой семантикой и ограничениями, предназначенная для повторного использования в различных приложениях; современные онтологии обычно имеют логическое основание.

Как работает наследование в этих представлениях?

Концепции располагаются в иерархиях «является» (is-a) таким образом, что специализированная концепция наследует свойства своих более общих родителей. Значения по умолчанию могут быть переопределены на более низких уровнях, что удобно, но требует тщательной обработки исключений, что связано с немонотонным рассуждением.