语义网络表示法

何为语义网络?
语义网络是一种用实体及其语义关系来表达知识 的有向图。 一个语义网络主要包括了两个部分：事件，以及 事件之间的关系。
从结构上来看，语义网络一般由一些最基本的语 义单元组成。这些最基本的语义单元被称为语义 基元。可用如下三元组来表示：
（结点1，弧，结点2）
例:
结点：代表实体，表示各种事物、概念、 情况、属性、状态、事件、动作等； 弧：代表语义关系，表示它所连接的两 个实体之间的语义联系。
Giving-Events
ISA
John
ISA
Giver
G1
Receiptor
Object
Book1
ISA
Huma
ISA
Mary
Book
逻辑关系的表示:
合取与析取
1. 合取
在语义网络中，如不加标志，就意味着 连接之间的关系是合取关系。 2. 析取 在语义网络中，为与合取关系相区别，析 取关系可以加上析取界限，并标记DIS。当合取 关系嵌套在析取关系之内时，如果合取关系不 被标注就会引起误解。
Every one who lives at 37 Maple Street is a Programmer
ANTE Address ISA Y Person LOC X Worker Occupation ISA O(x,y)
37-Male
CONSE
Programmer
Profession
合取与析取
The
dog
bit
the
postman.
BITE POSTMAN
DOG
ISA
ISA

ISA
D
ASSAILIANT
B
VICTIN
P
Every dog has bitten a postman 这个事实，用谓词逻辑可表示为 ( x)(Dog(x)→( y)(Postman(y)∧Bite(x,y)))
2.“如果需要”继承 在某些情况下，当我们不知道某个槽值时，可以利用 已知信息来计算。
WEIGHT (IF-NEEDED)
BLOCK AKO BRICK VALUME ISA BRICK12 DENSITY
BLOCK-WEIGHT PROCEDURE
VALUME 400
400
BRICK12
DENSITY
匹配
语义网络问题的求解一般是通过匹配来 实现的。所谓匹配就是在知识库的语义 网络中寻找与待求问题相符的语义网络 模式。
相近关系
相近关系是指不同事物在形状、内容等方 面相似和接近。 常用的相近关系：
Similar-to:表示一个事物和另一个事物相似。 Near-to:表示一个事物和另一个事物接近。
表示情况和动作
语义网络中节点不仅可以表示一个物体 或者概念，也可以表示情况和动作。与 个体节点一样，关系节点同样可以划分 为概念节点和实例节点，实例节点和概 念节点之间可以用ISA弧联系。每一动作 (情况)节点可以是某个概念的一个实例， 可以有一组向外的弧(实例弧)，称为实 例框，用以说明与该实例有关的各种变 量(如动作发出者、接受者、动作状态、 程度等等)。
study
语义网络的推理过程
用语义网络表示知识的问题求解系统主 要有两大部分组成，一部分是由语义网 络构成的知识库，另一部分是用于问题 求解的推理机构。 语义网络的推理过程主要有两种，一种 是继承，另一种是匹配。
继承:
在语义网络中所谓的继承是把对事物的 描述从概念节点或类节点传递到实例节 点或下层节点。
GS DOG BITE POSTMAN
ISA FROM D
ISA
ISA
ISA
ASSAILIANT
G
B
VICTIN
P

因为这里所指的狗应是每一条狗，所以 把这个特定的断言认作是断言G。断言G 有两部分：第一部分是断言本身，它说 明所断定的关系，叫做格式(FORM)：第 二部分是代表全称量词的特殊链，—根 链可表示—个全称量化的变量。GS节点 是一个概念节点，它表示具有全称化的 一般事件，G是GS的一个实例。
类属关系
常用的属性有：
Is-a:直观含义为“是一个”，“„„是„„ 的一个实例”。表示一个事物是另一个事物的 实例，指出一个类的一个特定成员。一个类表 示一组对象。 A-Kind-of:直观含义为“是一种”，表示一个 事物是另一个事物的一种类型。AKO关系用来 连接—个类与另—个类。AKO一般不用来表示 特定个体之间的关系，那是ISA的功能。AKO用 来连接一个个体类和它的父类，这里的个体类 就是一个子类。
11
11
WEIGHT
4400
3. “缺省”继承 某些情况下，当我们对事物所作的假设 具有相当大的真实性，但又不是十分有 把握时，最好对所作的假设加上“可能” 这样的字眼。 这种类型的值被放入槽的DEFAULT(缺省) 侧面中。只要不与现有的事实相冲突， 就默认这个值为该事物的值。
BLOCK
AKO AKO
A-Member-of:直观含义“是„„的一员”， 即表示一个事物是另一个事物的成员，反映 了个体与集件(类或集合)之间的关系。 Instance-Of:关系用来建立AKO关系的逆关系， 表示一个事物是另一个事物的实例。
类属关系
属性关系
属性关系一般是指事物和其属性之间的关系。一 个类的对象一般都有一个以上的属性，而每个属 性又有一个值。属性和值组合成特性。 常用的属性的关系有： Have： 直观含义是“有”，表示事物和属性的 “占有”关系，表示一个结点具有另一个结点 所描述的属性 Can：直观含义为“能”、“会”等，表示属性 和事物之间的能力或技能关系。表示一个结点 能做另一个结点的事情
事件（Event）的语义网络
1. the event is 事件 2. the agent of the event is 施动者 3. the object of the event is 受动者
实例
Micheal is an employee and Jack is his boss. Someday Micheal kicked his boss.
通过继承可以得到所需结点的一些属性 值，它通常是沿着Is－a，A－Kind－of等 继承弧进行的。
AKO
BLOCK AKO
WEDGE ISA WEDGE19
SHAPE
TRIANGULAR
BRICK ISA BRICK12
SHAPE
RECTANGLUAR
1. 值继承
在语义网络节点之间的语义关系中，我 们定义了ISA链和AKO链，它们都可以用 来实现节点之间的值继承。 ISA和AKO链直接地表示类的成员关系以 及子类和类之间的关系，提供了一种把 知识从某一层传递到另一层的途径。
Every dog
DOG ISA
has
bitten every
BITE ISA R
Postman.
POSTMAN ISA
D
B
P
FROM

GS G

存在量词与全称量词
每个学生都学习了C++语言
GS 是 一 个 g 学生 是 一 个 student 学习 程序语言 是 一 种 客体 C++语言
F
是 一 种 主体
多元语义网络的表示
从本质上讲，节点之间的连接是二元关系，因 此语义网络很适合于表示二元关系。但是一元 关系和多元关系都可以用二元关系来表示。 如果所要表示的事实是多元关系的，可以把这 个多元关系转化成一组二元关系的组合，或二 元关系的合取。具体来说，多元关系R(XI， X2，„，Xd)总可以转换成 R1（X11，X12）∧ R2（X21，X22）∧„„∧ Rn (Xn1 , Xn2)
鸟
Can
飞
包含关系
包含关系也称为聚类关系，是指具有组 织或结构特征的“部分与整体”之间的 关系。
它和类属关系的最主要的区别就是包含 关系一般不具备属性的继承性。 常用的包含关系的有：
Part_of:表示一个事物是另一个事物的一 部分。
包含关系
机翼
小飞船
Composed-Of
与
机翼
时间关系
时间关系是指不同事件在其发生时间方面 的先后关系。 常用的时间关系有：
A
¬ ISA (a)
PART-OF
B B C
ISA
C
B
¬ PART-OF (b)
A (c)
4． 蕴涵 在语义网络中可用标注ANTE和CONSE的一 对连接在一起的封闭虚线来表示蕴涵关 系。ANTE和CONSF界限分别用来把与前提 条件(Antecedent)及与结果 (Consequence)相关的链联系在一起。
Before：表示一个事件在一个事件之前发生。 After：表示一个事件在一个事件之后发生。 At：表示某一事件发生的时间。
例如：香港回归之后，澳门也会回归了。
位置关系
位置关系是指不同事物在位置方面的关 系。 常用的位置关系：
Located-on:一物在另一物之上。 Located-at:一物在何位置。 Located-under: 一物在另一物之下。 Located-inside: 一物在另一物之中。 Located-outside: 一物在另一物之外。
语义网络表示法
河南理工大学计算机系 陈峰 xfchengf@
语义网络
语义网络是J.R.Quillian 1968年在研究人类 联想记忆时提出的一种心理学模型，他认为记 忆是由概念间的联系实现的。随后，Quillian 又把它用作知识表示。 1972年，西蒙在他的自然语言理解系统中也采 用了语义网络表示法。 1975年，G .G .Hendrix 又对全称量词的表示 提出了语义网络分区技术。目前，语义网络已 经成为人工智能中应用较多的一种知识表示方 法，尤其是在自然语言处理方面的应用。
复杂的语义关系:
语义网络与谓词逻辑:
Apple（fruit）
SCORE( AC-MILAN, INTER-MILAN, 0:1)
句子“John gives a book to Mary”。用 谓词可表示为： Give (John ，Mary， Book) 用二元谓词表示就是： ISA（G1，Giving-Events） Giver (G1，John) Receiptor（G1，Mary） Object (G1，Book1) ISA（Book1，Book）
COLOR (DEFAULT) COLOR (DEFAULT)
BLUE
WEDGE
ISA
BRICK
ISA
RED
WEDGE18
BRICK12
继承的一般过程:
建立结点表，存放待求结点和所有以Is－a，A －Kind－of等继承弧与此结点相连的那些结点。 初始情况下，只有待求解的结点; 检查表中的第一个是否有继承弧。如果有，就 把该弧所指的所有结点放入结点表的末尾，记 录这些结点的所有属性，并从结点表中删除第 一个结点。如果没有，仅从结点表中删除第一 个结点。 重复检查表中的第一个是否有继承弧，直到结 点表为空。记录下来的属性就是待求结点的所 有属性。
在语义网络中，每一个结点和弧都 必须带有标识，这些标识用来说明它所 代表的实体或语义。
可表示的知识关系:
类属关系 包含关系 属性关系 时间关系 位置关系 相近关系
类属关系
类属关系是指具体有共同属性的不同事 物间的分类关系、成员关系或实例关系。 它体现的是“具体与抽象”、“个体与 集体”的概念。类属关系的一个最主要 特征是属性的继承性，处在具体层的结 点可以继承抽象层结点的所有属性。
如果要用语义网络表示： ﹁ [ ISA(A，B) ∧ PART-OF(B，C)] 一种方法可以利用狄·摩根定理使否定关系只 作用于ISA和PART—OF关系。这时，仍可利用 ﹁ISA和﹁PART-OF关系的析取(DIS)来表示这 个事实。也可以使用NEG界限来表示这个事实， 这样可以不改变这个表达式的形式。
John is a programmer or Mary is a lawyer.
Occupation-Events IDS
ISA
ISA
Profession OC1 Conj
Profession OC2 Conj
Worker John Programmer Lawyer
Worker Mary
3. 否定 为表示否定关系，可以采用﹁ISA和﹁PART-OF关系或 标注NEG界限。
参赛者有教师、有学生、有高、有低
人
组合得： A：教师、高 B：教师、低 C：学生、高 D：学生、低
是 参赛者 部分 部分 A 状态 B 部分 C
部分
D 状态
状态
状态
或
或 学生 高 低
表示如右：
教师
量化
存在量词的量化在语义网络中可直接用ISA链来 表示。 全称量词的量化就要用分割方法来表示。对于 全称量词，可以把语义网络分割成多个空间来 实现量化，其中每一个空间对应一个或几个变 量范围。