Часть 1.

<если>

<двигатель >< ><не >< ><заводится ><и>

<фары ><не >< ><горят,>

<то>

<проблема >< ><в >< ><аккумуляторе ><или ><в >< ><проводах >< >< ><(0.8)>

<Эта ><эвристика, ><перефразированная ><как ><правило ><"если..., ><то...", ><фокусирует ><поиск ><на ><подсистеме ><аккумулятора ><автомобиля, ><исключая ><другие ><компоненты ><и ><уменьшая ><про><странство ><поиска. ><Отметим, ><что ><эта ><частная ><эвристика, ><в ><отличие ><от ><анализа ><целей ><и ><средств, ><использует ><знание ><о ><функционировании ><автомобиля, ><а ><также ><знание ><о ><взаимо><связях ><между ><аккумулятором, ><фарами ><и ><стартером. ><Она ><бесполезна ><в ><любой ><проблемной ><области, ><за ><исключением ><авторемонта.>

<Решатели ><задач ><на ><основе ><сильных ><методов ><не ><только ><используют ><специфические ><знания ><о ><предметной ><области, ><но ><и ><требуют ><большого ><количества ><таких ><знаний. ><На><пример, ><эвристика ><"неисправен ><аккумулятор" ><не ><слишком ><полезна ><при ><диагностике ><поломки ><карбюратора ><и ><может ><быть ><вообще ><бесполезной ><в ><любой ><области, ><выходящей ><за ><рамки ><диагностики ><автомобилей. ><Таким ><образом, ><главной ><проблемой ><при ><разработ><ке ><программы, ><основанной ><на ><знаниях, ><есть ><проблема ><извлечения ><и ><организации ><больших ><объемов ><специфических ><знаний ><о ><предметной ><области. ><Правила ><могут ><также ><содержать ><меру ><(0,8 ><в ><приведенном ><выше ><правиле), ><чтобы ><отразить ><достоверность ><этой ><части ><знаний ><о ><предметной ><области.>

<При ><использовании ><подхода ><на ><основе ><сильных ><методов ><разработчик ><программы ><де><лает ><определенные ><предположения ><о ><природе ><интеллектуальной ><системы. ><Эти ><предпо><ложения ><формализованы ><Брайаном ><Смитом ><(Brian ><[Smith, ><1985] ><в ><виде ><гипотезы ><о ><представлении ><знаний ><{knowledge ><Согласно ><этой ><гипотезе>

<"...любой ><механически ><материализованный ><интеллектуальный ><процесс ><будет ><состоять ><из ><компонентов, ><которые ><а) ><мы, ><как ><внешние ><наблюдатели, ><естественно ><выбираем ><для ><пред><ставления ><пропозиционального ><учета ><знания ><всего ><этого ><процесса, ><и ><б) ><независимо ><от ><внешнего ><семантического ><свойства ><играют ><формальную ><роль ><в ><реализации ><поведения, ><со><ответствующего ><этому ><знанию.">

<Важным ><аспектом ><этой ><гипотезы ><является ><предположение, ><что ><знание ><будет ><пред><ставлено ><пропозщионально, ><т.е. ><в ><форме, ><которая ><точно ><представляет ><знание ><вопроса ><и ><которая ><может ><рассматриваться ><внешним ><наблюдателем ><как ><"естественное" ><описание ><этого ><знания. ><Второе ><важное ><предположение ><состоит ><в ><том, ><что ><поведение ><системы ><должно ><определяться ><предложениями ><базы ><знаний, ><и ><что ><это ><поведение ><должно ><соответ><ствовать ><воспринятому ><смыслу ><этих ><предложений.>

<В ><последнее ><время ><при ><описании ><вопросов ><представления ><в ><ИИ ><часто ><используются ><такие ><термины, ><как ><агентное, ><внедренное ><(воплощенное,), ><или ><эмерджентное ><решение ><задач. ><Некоторые ><исследователи, ><работающие ><в ><прикладных ><областях, ><таких ><как ><роботи><ка, ><разработка ><игр ><и ><включая ><[Brooks, ><1987, ><1989], ><[Agre ><и ><1987], ><[Jennings, ><1995] ><и ><[Wooldridge, ><2000], ><подвергли ><сомнению ><требование ><наличия ><какой-><либо ><централизованной ><базы ><знаний ><или ><общецелевой ><схемы ><вывода. ><Решатели ><задач ><разрабатываются ><как ><распределенные ><агенты: ><ситуативные, ><автономные ><и ><гибкие.>

<С ><этой ><точки ><зрения ><решение ><задач ><рассматривается ><как ><распределенный ><процесс ><взаимодействия ><агентов, ><решающих ><задачи ><в ><различных ><подконтекстах ><своих ><областей,

221>

<<например, ><-броузера ><или ><агента ><безопасности. ><Процесс ><решения ><разбивается ><на ><несколько ><компонентов ><с ><небольшой ><или ><вовсе ><отсутствующей ><координацией ><за><дач. ><Ситуативный ><агент ><может ><осуществлять ><сенсорное ><восприятие ><своего ><окружения, ><а ><также ><реагировать ><в ><этом ><контексте ><без ><ожидания ><инструкций ><от ><некоторого ><общего ><контроллера. ><Например, ><в ><интерактивной ><игре ><агент ><может ><решать ><локальную ><задачу ><ти><па ><защиты ><от ><конкретной ><атаки ><или ><подачи ><сигнала ><без ><общего ><обзора ><всей ><ситуации.>

<Агенты ><автономны, ><т.е. ><они ><часто ><должны ><действовать ><без ><прямого ><вмешательства ><людей ><или ><общего ><управляющего ><процесса. ><Таким ><образом, ><автономные ><агенты ><управ><ляют ><своими ><собственными ><действиями ><и ><внутренним ><состоянием. ><Кроме ><того, ><гибкие ><агенты ><должны ><чувствовать ><ситуацию ><их ><локального ><окружения, ><а ><также ><быть ><преду><смотрительными ><- ><должны ><уметь ><предвидеть ><ситуации. ><И, ><наконец, ><они ><должны ><гибко ><отвечать ><другим ><агентам ><проблемной ><области, ><переговариваясь ><о ><задачах, ><целях ><и ><соот><ветствующих ><процессах.>

<Некоторые ><исследователи ><в ><области ><роботики ><создали ><свои ><агентные ><системы. ><Родни ><Брукс ><(Rodney ><из ><лаборатории ><разработал ><так ><называе><мую ><категориальную ><архитектуру ><{subsumption ><- ><многослойную ><последо><вательность ><конечных ><автоматов, ><каждый ><из ><которых ><действует ><в ><своем ><собственном ><контексте, ><поддерживая ><также ><функциональность ><на ><более ><высоких ><уровнях. ><Мануэля ><Велосо ><(Manuela ><из ><лаборатории ><роботики ><Карнэги ><Меллон ><создала ><команду ><футбольных ><роботов-агентов, ><которые ><взаимодействуют ><в ><рамках ><футбольных ><турниров.>

<И, ><наконец, ><этот ><ситуативный ><и ><внедренный ><подход ><к ><представлению ><описывает><ся ><некоторыми ><философами, ><включая ><[Dennett, ><1991, ><1995] ><и ><[Clark, ><1997], ><как ><соот><ветствующая ><характеристика ><человеческого ><интеллекта. ><Ниже ><в ><этой ><книге ><будут ><приведены ><дополнительные ><схемы ><представлений, ><включая ><коннекционистский ><(глава ><10) ><и ><генетический ><(глава ><11) ><подходы. ><Общие ><вопросы ><представления ><снова ><обсуждаются ><в ><главе ><16.>

<В ><главе ><6 ><в ><деталях ><исследуются ><основные ><подходы ><к ><представлению, ><принятые ><в ><ИИ. ><Мы ><начинаем ><с ><ранних ><представлений, ><включающих ><семантические ><сети, ><сцена><рии, ><фреймы ><и ><объекты. ><Эти ><схемы ><рассматриваются ><с ><эволюционной ><точки ><зрения, ><по><казывая ><путь ><развития ><от ><самых ><ранних ><исследований ><ИИ ><до ><современных ><средств. ><Да><лее ><описываются ><концептуальные ><графы ><Джона ><Сова ><(John ><- ><представление, ><ис><пользуемое ><для ><понимания ><естественного ><языка. ><Наконец ><приводятся ><агентный ><и ><ситуативный ><подходы ><к ><представлению. ><В ><частности, ><рассматривается ><категориальная ><архитектура ><Родни ><Брукса, ><которая ><ставит ><под ><вопрос ><необходимость ><центральной ><базы ><точных ><знаний, ><используемой ><с ><общецелевым ><контроллером.>

<В ><главе ><7 ><обсуждаются ><системы, ><усиленные ><знаниями, ><и ><рассматриваются ><проблемы ><приобретения, ><формализации ><и ><отладки ><баз ><знаний. ><Мы ><представляем ><различные ><схемы ><вывода ><для ><систем ><правил, ><включая ><рассуждения, ><от ><цели ><и ><от ><данных. ><Кроме ><систем, ><основанных ><на ><правилах, ><будут ><представлены ><рассуждения, ><основанные ><на ><моделях ><и ><примерах. ><Первые ><пытаются ><точно ><представить ><теоретические ><основы ><и ><функциональ><ность ><области, ><например, ><электронных ><цепей, ><в ><то ><время ><как ><вторые ><строят ><точную ><базу ><данных, ><описывающую ><существующие ><успешные ><и ><неудачные ><примеры ><из ><проблемной ><области, ><чтобы ><помочь ><в ><будущем ><при ><решении ><проблем. ><Глава ><7 ><завершается ><обзором ><планирования ><(planning), ><при ><котором ><точные ><знания ><должны ><быть ><организованы ><так, ><чтобы ><управлять ><решением ><проблем ><в ><таких ><сложных ><областях, ><как ><роботика.>

<Глава ><8 ><описывает ><ряд ><приемов, ><которые ><направлены ><на ><представление ><решения ><задач ><в ><условиях ><неопределенности ><и ><неуверенности. ><В ><этих ><ситуациях ><мы ><пытаемся

222>

<<как ><можно ><лучше ><объяснить ><часто ><неоднозначную ><информацию. ><Этот ><тип ><рассужде><ний ><часто ><называют ><абдуктивными ><(abductive ><Сначала ><будет ><представ><лена ><немонотонная ><логика ><и ><логика ><поддержки ><истинности, ><расширяющая ><логику ><предикатов ><за ><счет ><включения ><ситуаций ><с ><неопределенностью. ><Однако ><решение ><мно><гих ><интересных ><и ><важных ><проблем ><не ><всегда ><можно ><свести ><к ><дедуктивной ><логике. ><Для ><рассуждений ><в ><этих ><условиях ><вводится ><ряд ><других ><эффективных ><средств, ><вклю><чая ><байесовский ><подход, ><подход ><Демстера-Шафера ><и ><неточный ><вывод ><на ><основе ><фактора ><уверенности. ><Глава ><содержит ><также ><раздел ><по ><нечетким ><рассуждениям ><и ><за><вершается ><кратким ><описанием ><стохастических ><агентов.>

<В ><части ><многие ><из ><этих ><представлений ><реализованы ><на ><языках ><и >

223>

><>Глава 6. Представление знаний

<Эта ><грандиозная ><книга, ><универсум, ><написана ><на ><языке ><математики, ><и ><ее ><символами ><служат ><треугольники, ><круги ><и ><другие ><геометрические ><фигуры, ><без ><которых ><невозможно>

<понять ><ее ><слово ><- ><без ><них ><бродишь ><в ><темноте ><лабиринта...>

<- ><Галилео ><Галилей ><(Galileo ><1638>

<Поскольку ><нет ><организма, ><который ><может ><покрыть ><бесконечное ><разнообразие, ><одной>

<из ><основных ><функций ><всех ><организмов ><есть ><разбиение ><окружения ><на ><классы, ><при ><котором>

<неидентичные ><стимулы ><могут ><трактоваться ><как ><эквивалентные...>

<- ><Элеанор ><Рош ><(Eleanor ><Принципы ><категоризации, ><1978>

<Мы ><всегда ><имеем ><два ><универсума ><рассуждений ><- ><назовем ><их ><"физический" ><и ><"феноменальный" ><(или, ><как ><вы ><желаете) ><- ><один ><связан ><с ><вопросами ><количества ><и ><фор><мальной ><структуры, ><другой ><- ><с ><теми ><качествами, ><которые ><соответствуют ><слову ><"мир". ><Каждый ><из ><нас ><имеет ><собственные ><ментальные ><миры, ><собственные ><внутренние ><маршруты ><и ><ландшафты, ><и ><они ><не ><требуют ><ясной ><нейрологической ><"корреляции ><".>

<- ><Оливер ><Сакс ><(Oliver ><Человек, ><который ><ошибочно ><принял ><свою ><жену ><за ><шляпу, ><1987>

<6.0. ><Вопросы ><представления ><знаний>

<><Представление ><информации ><для ><решения ><интеллектуальных ><проблем ><- ><важная ><и ><трудная ><задача, ><лежащая ><в ><основе ><ИИ. ><Раздел ><6.1 ><содержит ><краткую ><историческую ><ретроспективу ><ранних ><исследований ><по ><представлениям: ><в ><нее ><включены ><семантические ><сети ><(semantic ><концептуальные ><зависимости ><(conceptual ><сценарии ><(script) ><и ><фреймы ><(frame). ><Раздел ><6.2 ><посвящен ><более ><современным ><представлениям ><- ><концептуальным ><графам (><предназначенным ><для ><решения ><задач ><понимания ><естественного ><языка. ><В ><разделе ><6.3 ><обсуждается ><требование ><создания ><централизованных ><и ><явных ><схем ><представления. ><Альтернативой ><является ><категориальная ><архитектура ><(subsumption ><Брукса ><для ><роботов. ><В ><разделе ><6.4 ><представлены ><агенты><- ><другая ><альтернатива ><централизованному ><управлению. ><В ><последующих ><главах ><приведено ><расширенное ><обсуждение ><представлений, ><включая ><стохастическое ><(раздел ><8.3), ><коннекционистское ><(глава ><10) ><и ><генетическое ><(эмерджентное) ><(глава ><11).>

225><<Начинаем ><наше ><обсуждение ><с ><исторической ><ретроспективы, ><в ><которой ><база ><знаний ><описывается ><как ><отображение ><объектов ><и ><отношений ><предметной ><области ><в ><вычисли><тельные ><объекты ><и ><программные ><отношения ><[Bobrow, ><1975]. ><Результаты ><вывода ><в ><базе ><знаний ><должны ><соответствовать ><результатам ><действий ><или ><наблюдений ><в ><мире. ><Вычис><лительные ><объекты, ><отношения ><и ><выводы, ><привычные ><программисту, ><выражаются ><язы><ком ><представления ><знаний.>

<Существуют ><общие ><принципы ><организации ><знаний, ><которые ><применяются ><в ><различных ><областях ><и ><могут ><прямо ><поддерживаться ><языком ><представления. ><Например, ><иерархии ><классов ><можно ><найти ><как ><в ><научных, ><так ><и ><в ><общесмысловых ><классификационных ><системах. ><Но ><как ><обеспечить ><общий ><механизм ><для ><их ><представления? ><Как ><представить ><определения? ><Исключе><ния? ><Как ><научить ><интеллектуальную ><систему ><по ><умолчанию ><делать ><предположения ><о ><недос><тающей ><информации ><и ><проверять ><истинность ><подобных ><предположений? ><Как ><наилучшим ><об><разом ><представить ><время? ><Причинность? ><Неопределенность? ><Прогресс ><в ><создании ><интеллек><туальных ><систем ><зависит ><от ><открытия ><принципов ><организации ><знаний ><и ><от ><поддержки ><их ><высокоуровневыми ><средствами ><представления.>

<Полезно ><делать ><различие ><между ><схемой ><представления ><и ><средой ><ее ><выполнения. ><Это ><подобно ><различию ><между ><структурами ><данных ><и ><языками ><программирования. ><Языки ><программирования ><являются ><средой ><выполнения; ><структурой ><данных ><служит ><схема. ><Обычно ><языки ><представления ><знаний ><являются ><более ><ограниченными, ><чем ><исчисление ><предикатов ><или ><языки ><программирования. ><Эти ><ограничения ><принимают ><форму ><точных ><структур ><для ><представления ><категорий ><знания. ><Средой, ><в ><которой ><они ><выполняются, ><мо><гут ><быть ><либо ><такие ><языки, ><как ><или >

<Обсуждение ><данных ><вопросов ><иллюстрирует ><традиционный ><обзор ><схем ><представле><ния ><ИИ, ><приведенный ><в ><разделах ><6.1 ><и ><6.2. ><Этот ><обзор, ><как ><правило, ><включает ><глобаль><ную ><базу ><знаний ><из ><языковых ><структур, ><отражающих ><статику ><и ><"предопределенные ><цен><тры ><реального ><мира". ><Более ><поздние ><исследования ><в ><области ><роботики ><[Brooks, ><1991a], ><[Lewis ><и ><2000], ><ситуативного ><познания ><[Agre ><и ><1987], ><[Lakoff ><и ><1999], ><агентного ><решения ><проблем ><[Jennings ><и ><др., ><1998], ><[Wooldridge, ><2000] ><и ><философии ><[Clark, ><1997] ><бросили ><вызов ><традиционному ><подходу. ><Эти ><проблемные ><об><ласти ><требуют ><распределенного ><знания; ><мира, ><который ><сам ><может ><быть ><использован ><как ><частная ><структура ><знания; ><возможности ><рассуждать ><при ><неполной ><информации ><и ><даже ><на ><основе ><представлений, ><которые ><изменяются ><в ><процессе ><экспериментов ><в ><проблемной ><об><ласти. ><Эти ><подходы ><приводятся ><разделах ><6.3 ><и ><6.4.>

<6.1. ><Краткая ><история ><схем ><представления ><ИИ>

<><6.1.1. ><Ассоционистские ><теории ><смысла>

<Усилиями ><философов ><и ><математиков ><уровень ><логических ><представлений ><возрос ><и ><позволяет ><характеризовать ><принципы ><правильного ><рассуждения. ><Основная ><задача ><логики ><- ><разработка ><формальных ><языков ><представления ><знаний ><с ><совершенными ><и ><полными ><правилами ><вывода. ><Поэтому ><в ><семантиках ><исчисления ><предикатов ><основ><ное ><внимание ><уделяется ><сохранению ><истинности ><операций ><на ><корректно ><построен><ных ><выражениях. ><В ><результате ><усилий ><психологов ><и ><лингвистов ><по ><оценке ><природы ><человеческого ><понимания ><возникла ><альтернативная ><линия ><исследований. ><Она ><мень><ше ><связана ><со ><становлением ><науки ><корректных ><рассуждений, ><а ><больше ><тяготеет ><к

226>

<<описанию ><способов ><приобретения ><и ><использования ><знаний ><о ><мире. ><Этот ><подход ><до><казал, ><в ><частности, ><полезность ><применения ><ИИ ><в ><области ><понимания ><естественных ><языков ><и ><рассуждений ><на ><основе ><здравого ><смысла.>

<Существует ><много ><проблем, ><которые ><возникают ><при ><отображении ><рассуждений ><на ><основе ><здравого ><смысла ><в ><формальную ><логику. ><Например, ><обычно ><принято ><думать, ><что ><операторы ><и ><® ><соответствуют ><конструкциям ><русского ><языка ><"или" ><и ><"если.., ><то...". ><Однако ><эти ><операторы ><в ><логике ><связаны ><только ><со ><значениями ><истинности ><и ><игнорируют ><специфическую ><взаимосвязь ><между ><посылками ><и ><заключением ><конструкции ><"если.., ><то..." ><(скорее ><корреляционную, ><чем ><причинную). ><Например, ><предложение ><"Если ><пти><ца- ><кардинал, ><то ><ее ><цвет- ><красный" ><(ассоциация ><птицы ><с ><красным ><цветом) ><может ><быть ><описано ><в ><исчислении ><предикатов ><следующим ><образом.>

<"X ><((кардинал(Х) ><® ><красный(Х)).>

<Это ><предложение ><может ><быть ><заменено ><логически ><эквивалентным ><выражением ><по><средством ><ряда ><сохраняющих ><истинность ><операций ><из ><главы ><2:>

<"X ><(-1красный(Х) ®><>< ?кардинал(Х)).>

<Второе ><выражение ><истинно ><тогда ><и ><только ><тогда, ><когда ><истинно ><первое. ><Однако ><эквивалентность ><значений ><истинности ><в ><данном ><случае ><не ><сохраняется. ><Если ><рас><сматривать ><физическую ><основу ><истинности ><этих ><выражений, ><то ><факт, ><что ><лист ><бума><ги ><не ><красный ><и ><не ><является ><птицей-кардиналом, ><служит ><основой ><для ><истинности ><второго ><выражения. ><Из ><эквивалентности ><двух ><выражений ><следует, ><что ><второе ><явля><ется ><также ><основой ><для ><истинности ><первого. ><Это ><приводит ><к ><заключению, ><что ><белый ><цвет ><листа ><бумаги ><служит ><причиной ><того, ><что ><кардиналы ><красные. ><Эта ><линия ><рассу><ждений ><представляется ><лишенной ><смысла ><и ><довольно ><глупой. ><Причина ><такой ><бес><связности ><в ><том, ><что ><логическая ><импликация ><лишь ><выражает ><связь ><между ><значения><ми ><истинности ><своих ><операндов, ><в ><то ><время ><как ><выражение ><в ><русском ><языке ><предпо><лагает ><положительную ><корреляцию ><между ><членством ><в ><классе ><и ><обладанием ><свойствами ><этого ><класса. ><Действительно, ><определенный ><цвет ><птицы ><связан ><с ><ее ><гене><тическим ><строением. ><Эта ><связь ><теряется ><во ><второй ><версии ><выражения. ><Хотя ><факт, ><что ><бумага ><не ><красная, ><обеспечивает ><истинность ><обоих ><выражений, ><но ><не ><отражает ><причинную ><природу ><цвета ><птиц.>

<Ассоционистские ><(associationist ><теории ><определяют ><значение ><объекта ><в ><терми><нах ><сети ><ассоциаций ><с ><другими ><объектами. ><С ><точки ><зрения ><такой ><теории ><восприятие ><объ><екта ><происходит ><через ><понятия. ><Понятия ><являются ><частью ><всего ><нашего ><знания ><о ><мире ><и ><связываются ><соответствующими ><ассоциациями ><с ><другими ><понятиями. ><Эти ><связи ><пред><ставляют ><свойства ><и ><поведение ><объекта. ><Например, ><на ><основании ><опыта ><мы ><ассоциируем ><понятие ><"снег" ><с ><другими, ><такими ><как ><"холод", ><"белый", ><"снежный ><человек", ><"скользкий" ><и ><"лед". ><Наше ><знание ><о ><снеге ><и ><истинность ><утверждений ><типа ><"снег ><белый" ><возникают ><из ><этой ><сети ><ассоциаций.>

<Из ><психологии ><известно, ><что ><люди ><ассоциируют ><понятия, ><а ><также ><иерархически ><организу><ют ><свои ><знания ><с ><помощью ><информации ><самых ><верхних ><уровней ><классификационной ><иерар><хии. ><Коллинс ><(Collins) ><и ><Квиллиан ><(Quillian) ><[Collins ><и ><1969] ><моделировали ><хранение ><информации ><человеком ><и ><управление ><ею, ><используя ><семантическую ><сеть ><(рис. ><6.1). ><Структура ><этой ><иерархии ><была ><получена ><в ><лаборатории ><в ><результате ><тестирования ><групп ><людей. ><Субъ><ектам ><задавались ><вопросы ><о ><различных ><свойствах ><птиц, ><такие ><как ><"Канарейка ><- ><это ><пти><ца?" ><или ><"Канарейка ><может ><петь?" ><или ><"Канарейка ><может ><летать?".

227>

<<>

<Рис. ><6.1. ><Семантическая ><сеть, ><разработанная ><Коллинсом ><и ><Квиллианом ><в ><их ><исследовании ><по ><хра><нению ><информации ><и ><времени ><отклика ><человека ><[Harmon ><и ><1985]>

<Хотя ><ответы ><на ><эти ><вопросы, ><возможно, ><просты, ><изучение ><времени ><реакции ><показало, ><что ><при ><ответе ><на ><вопрос ><"Может ><ли ><канарейка ><летать?" ><оно ><больше, ><чем ><на ><вопрос ><"Может ><ли ><канарейка ><петь?". ><Коллинс ><и ><Квиллиан ><объясняют ><эту ><разницу ><во ><времени ><ответа ><тем, ><что ><люди ><запоминают ><информацию ><на ><самом ><абстрактном ><уровне. ><Вместо ><того, ><чтобы ><запоминать ><конкретные ><свойства ><для ><каждой ><птицы ><(канарейки ><летают, ><дрозды ><летают, ><ласточки ><летают), ><люди ><запоминают, ><что ><канарейки ><- ><птицы, ><а ><птицы ><(обычно) ><имеют ><свойство ><летать. ><Даже ><более ><общие ><свойства, ><такие ><как ><питание, ><дыха><ние ><и ><движение ><запоминаются ><на ><уровне ><"животное". ><Таким ><образом, ><попытка ><вспом><нить, ><может ><ли ><канарейка ><дышать, ><занимает ><больше ><времени, ><чем ><воспоминание, ><может ><ли ><канарейка ><летать. ><Это, ><конечно, ><происходит ><из-за ><того, ><что ><для ><получения ><ответа ><че><ловек ><должен ><дольше ><путешествовать ><по ><иерархии ><структур ><памяти.>

<Быстрее ><всего ><вспоминаются ><самые ><конкретные ><свойства ><птицы, ><скажем, ><может ><ли ><она ><петь ><или ><является ><ли ><она ><желтой. ><Оказалось, ><что ><отрицательная ><трактовка ><также ><де><лалась ><на ><наиболее ><детальном ><уровне. ><Когда ><субъекта ><спрашивают, ><может ><ли ><страус ><ле><тать, ><он ><отвечает ><быстрее, ><чем ><когда ><его ><спрашивают, ><может ><ли ><страус ><дышать. ><Таким ><образом, ><иерархия ><страус ><®птица ><® ><животное ><не ><прослеживалась, ><чтобы ><получить ><от><рицательную ><информацию, ><- ><она ><запоминалась ><наряду ><с ><понятием ><"страус". ><Эта ><орга><низация ><знаний ><была ><формализована ><в ><системах ><наследования.>

<Системы ><наследования ><позволяют ><нам ><запоминать ><информацию ><на ><самом ><высоком ><уровне ><абстракции, ><что ><уменьшает ><размер ><баз ><знаний ><и ><помогает ><избежать ><противоре><чий. ><Например, ><если ><мы ><строим ><базу ><знаний ><о ><птицах, ><то ><можем ><определить ><свойства, ><общие ><для ><всех ><птиц, ><например ><способность ><летать ><или ><иметь ><родителей, ><для ><широкого ><класса ><птиц ><и ><разрешаем ><частным ><представителям ><птиц ><наследовать ><такие ><свойст->

228

<<<ва. ><Это ><уменьшает ><размер ><базы ><знаний ><за ><счет ><требования ><определять ><существенные ><свойства ><лишь ><один ><раз ><и ><не ><определять ><их ><для ><каждого ><объекта. ><Наследование ><также ><помогает ><поддерживать ><непротиворечивость ><базы ><знаний ><при ><добавлении ><новых ><классов ><и ><объекта. ><Предположим, ><в ><существующую ><базу ><знаний ><добавляется ><вид ><(дрозд). ><Когда ><мы ><утверждаем, ><что ><- ><это ><подкласс ><класса ><(певчие ><птицы), ><дрозд ><наследует ><все ><общие ><свойства ><как ><певчих ><птиц, ><так ><и ><птиц ><вообще. ><Программисту ><не ><требуется ><запоминать ><(или ><забывать!) ><эту ><информацию.>

<Графы ><оказались ><идеальным ><средством ><для ><формализации ><ассоционистских ><теорий ><знаний ><за ><счет ><точного ><представления ><отношений ><посредством ><дуг ><и ><узлов. ><Семантиче><ская ><сеть ><(semantic ><представляет ><знания ><в ><виде ><графа, ><узлы ><которого ><соответст><вуют ><фактам ><или ><понятиям, ><а ><дуги ><- ><отношениям ><или ><ассоциациям ><между ><понятиями. ><Как ><узлы, ><так ><и ><связи ><обычно ><имеют ><метки.>

<Семантическая ><сеть, ><которая ><определяет ><свойства ><понятий ><"снег" ><и ><"лед", ><показана ><на ><рис. ><6.2. ><Эту ><сеть ><можно ><использовать ><(с ><соответствующими ><правилами ><вывода) ><для ><от><ветов ><на ><вопросы ><о ><снеге, ><льде ><и ><снежном ><человеке. ><Выводы ><делаются ><путем ><прослежи><вания ><связей ><с ><соответствующими ><понятиями. ><Семантические ><сети ><также ><реализуют ><на><следование: ><например, ><объект ><(морозный) ><наследует ><свойства ><объекта ><(снежный ><человек).>

<>

<Рис. ><6.2. ><Сетевое ><представление ><свойств ><снега ><и ><льда>

<Термин ><"семантическая ><сеть" ><обозначает ><семейство ><представлений, ><основанных ><на ><графах. ><Эти ><представления ><отличаются ><главным ><образом ><именами ><узлов, ><связей ><и ><выво-

229>

<<дами, ><которые ><можно ><делать ><в ><этих ><структурах. ><Однако ><общее ><множество ><предположе><ний ><и ><отношений ><содержится ><во ><всех ><языках ><представления ><сетей. ><Это ><иллюстрирует ><ис><тория ><сетевых ><представлений. ><В ><разделе ><6.2 ><будут ><рассмотрены ><концептуальные ><графы ><[Sowa, ><1984] ><- ><более ><современный ><язык ><сетевого ><представления, ><который ><интегрирует ><многие ><из ><этих ><идей.>

<6.1.2. ><Ранние ><работы ><в ><области ><семантических ><сетей>

<Сетевые ><представления ><имеют ><почти ><такую ><же ><длинную ><историю, ><как ><и ><логика. ><Фре-><ге ><(Frege), ><например, ><разработал ><три ><системы ><обозначений ><для ><логических ><выражений. ><Возможно, ><наиболее ><ранней ><работой, ><имеющей ><прямое ><влияние ><на ><современные ><семан><тические ><сети, ><была ><система ><экзистенциальных ><графов, ><разработанная ><Чарльзом ><Пирсом ><(Charles ><в ><девятнадцатом ><столетии ><[Roberts, ><1973]. ><Теория ><Пирса ><использовала ><всю ><выразительную ><силу ><исчисления ><предикатов ><первого ><порядка ><с ><аксиоматической ><ос><новой ><и ><формальными ><правилами ><вывода.>

<Графы ><давно ><используются ><в ><психологии ><для ><представления ><структур ><понятий ><и ><ас><социаций. ><Пионером ><в ><этой ><области ><был ><Сэлз ><[Selz, ><1913, ><1922], ><который ><использовал ><графы ><для ><представления ><иерархии ><понятий ><и ><наследования ><свойств. ><Он ><также ><разрабо><тал ><теорию ><схематического ><упреждения, ><которая ><повлияла ><на ><работы ><по ><фреймам ><и ><схе><мам ><в ><ИИ. ><Андерсон ><(Anderson), ><Норман ><(Norman), ><Румельхарт ><(Rumelhart) ><и ><другие ><ис><пользовали ><сети, ><чтобы ><моделировать ><человеческую ><память ><и ><интеллектуальные ><прояв><ления ><[Anderson ><и ><1973], ><[Norman ><и ><др., ><1975].>

<Много ><исследований ><на ><основе ><сетевых ><представлений ><было ><сделано ><в ><области ><пони><мания ><естественных ><языков. ><В ><общем ><случае ><для ><понимания ><естественных ><языков ><требу><ется ><намного ><больше ><знаний, ><чем ><для ><работы ><специализированных ><экспертных ><систем. ><Оно ><включает ><понимание ><общего ><смысла, ><принципов ><действия ><физических ><объектов, ><взаимодействий, ><происходящих ><между ><людьми, ><и ><принципов ><организации ><коллективов ><людей. ><Программа ><должна ><понимать ><намерения, ><убеждения, ><гипотетические ><рассужде><ния, ><планы ><и ><цели. ><Из-за ><требований ><большого ><количества ><необходимых ><знаний ><пробле><ма ><понимания ><естественных ><языков ><всегда ><являлась ><движущей ><силой ><исследований ><в ><об><ласти ><представления ><знаний.>

<Первые ><компьютерные ><реализации ><семантических ><сетей ><были ><созданы ><в ><начале ><1960-><х ><для ><использования ><в ><системах ><автоматического ><(машинного) ><перевода. ><В ><работе ><[Masterman, ><1961] ><Мастерман ><определил ><множество ><из ><100 ><примитивных ><типов ><понятий ><и ><использовал ><их ><в ><словаре ><из ><15000 ><понятий. ><В ><[Wilks, ><1972] ><продолжено ><построение ><систем ><понимания ><естественных ><языков ><на ><основе ><работы ><Мастермана ><(Masterman) ><в ><об><ласти ><семантических ><сетей. ><В ><числе ><других ><ранних ><работ ><по ><исследованию ><ИИ, ><исполь><зующих ><сетевые ><представления, ><можно ><назвать ><[Ceccato, ><1961], ><[Raphael, ><1968], ><[Reitman, ><1965], ><[Simmons, ><1966].>

<В ><конце ><1960-х ><была ><написана ><известная ><программа, ><которая ><иллюстрирует ><многие ><особенности ><ранних ><семантических ><сетей ><[Quillian, ><1967]. ><Эта ><программа ><характеризова><ла ><английские ><слова ><примерно ><таким ><же ><образом, ><как ><это ><делает ><словарь: ><слово ><опреде><ляется ><в ><терминах ><других ><слов, ><и ><так ><же ><формулируются ><составляющие ><этих ><определе><ний. ><В ><отличие ><от ><формального ><определения ><слов ><в ><терминах ><базовых ><аксиом ><каждая ><формулировка ><просто ><ведет ><к ><другим ><определениям, ><неструктурированными ><и, ><возмож><но, ><окольными ><путями. ><При ><просмотре ><слова ><мы ><прослеживаем ><эту ><цепочку ><до ><тех ><пор, ><пока ><не ><убедимся, ><что ><понимаем ><первоначальное ><слово.

230>

<<Каждый ><узел ><в ><сети ><Куиллиана ><соответствует ><словесному ><понятию, ><имеющему ><ассо><циативные ><связи ><с ><другими ><понятиями, ><из ><которых ><формируется ><его ><определение. ><База ><знаний ><организована ><в ><плоскости, ><каждая ><из ><которых ><является ><графом, ><характеризую><щим ><одно ><слово. ><На ><рис. ><6.3, ><взятом ><из ><статьи ><[Quillan, ><1967], ><показаны ><три ><плоскости, ><задающие ><три ><различных ><определения ><слова ><"plant": ><1 ><(растение), ><2 ><(место, ><где ><работают ><люди) ><и >< ><3 ><(процесс ><помещения ><семени ><в ><землю).>

<>

<Рис. ><6.3. ><Три ><плоскости, ><представляющие ><три ><определения ><слова ><"plant" ><[Quillian, ><1967]>

<Программа ><использовала ><эту ><базу ><знаний ><для ><поиска ><отношений ><между ><парами ><анг><лийских ><слов. ><Получив ><два ><слова, ><она ><осуществляла ><на ><графах ><поиск ><в ><ширину ><для ><на><хождения ><общего ><понятия, ><или ><узла ><пересечения. ><Пути ><к ><общему ><узлу ><представляли ><от><ношение ><между ><словесными ><понятиями. ><Например, ><на ><рис. ><6.4, ><взятом ><из ><той ><же ><статьи, ><показана ><точка ><пересечения ><путей, ><ведущих ><от ><понятий ><(плач) ><и ><(покой).>

<Используя ><пересечение ><этих ><путей, ><программа ><смогла ><заключить ><следующее.>

<Плач ><(cry ><2), ><помимо ><всего ><прочего, ><связан ><с ><производством ><печальных ><звуков. ><Покой ><(comfort ><3) ><может ><уменьшить ><печаль ><[Quillan, ><1967].>

<Числа ><в ><ответах ><указывают, ><какие ><именно ><значения ><слов ><выбрала ><программа. ><Куиллиан ><предполагал, ><что ><этот ><подход ><к ><семантике ><обеспечит ><следующие ><возмож><ности ><систем ><понимания ><естественных ><языков.>

<Определять ><смысл ><английского ><текста ><путем ><построения ><совокупности ><узлов ><пере

><сечения.>

<Выбирать ><смысл ><слов, ><находя ><самые ><короткие ><пути ><к ><точкам ><пересечения ><с ><путями ><для

><других ><слов ><предложения. ><Например, ><в ><английском ><предложении ><'Tom >

231

<<('Том ><пришел ><домой ><полить ><свое ><новое ><растение") ><система ><сможет ><выбрать ><значение ><слова ><"plant", ><основываясь ><на ><пересечении ><понятий ><"water" ><и ><"plant".>

<3. ><Гибко ><отвечать ><на ><вопросы, ><основываясь ><на ><ассоциациях ><между ><понятиями ><в ><во><просах ><и ><в ><системе.>

<>

<Рис. ><6.4. ><Пересечение ><путей, ><ведущих ><от ><понятий ><(плач) ><и ><(покой) ><[Quillan, ><1967]>

<Хотя ><эта ><и ><другие ><ранние ><работы ><показали ><силу ><графов ><для ><моделирования ><ассоциа><тивного ><смысла, ><они ><были ><ограничены ><чрезмерной ><общностью ><формализма. ><Знание ><обычно ><структурировалось ><в ><терминах ><специфических ><отношений, ><таких ><как ><объект-><свойство, ><класс-подкласс ><и ><агент-глагол-объект. ><Исследования ><в ><области ><сетевых ><пред><ставлений ><часто ><фокусировались ><на ><спецификации ><этих ><отношений.>

<6.1.3. ><Стандартизация ><сетевых ><отношений>

<Само ><по ><себе ><представление ><отношений ><в ><виде ><графов ><имеет ><мало ><преимуществ ><пе><ред ><исчислением ><предикатов ><- ><это ><только ><другая ><запись ><отношений ><между ><объектами. ><Сила ><сетевых ><представлений ><состоит ><в ><определении ><связей ><и ><специфических ><правил ><вы><вода, ><определяемых ><механизмом ><наследования.>

<Хотя ><ранняя ><работа ><Куиллиана ><установила ><такие ><наиболее ><значительные ><особенности ><формализма ><семантических ><сетей, ><как ><помеченные ><дуги ><и ><связи, ><иерархическое ><наследо><вание ><и ><вывод ><на ><основе ><ассоциативных ><связей, ><она ><не ><позволяла ><преодолеть ><сложность ><многих ><проблемных ><областей. ><Одной ><из ><главных ><причин ><этого ><была ><ограниченность ><свя><зей, ><которые ><не ><охватывали ><более ><глубоких ><семантических ><аспектов ><знаний. ><Большая ><часть ><связей ><представляла ><общие ><ассоциации ><между ><узлами ><и ><не ><обеспечивала ><реальной ><основы ><для ><структурирования ><семантических ><отношений. ><Та ><же ><проблема ><возникала ><при ><попытке ><использовать ><исчисление ><предикатов ><для ><охвата ><семантики ><смысла. ><Хотя ><этот ><формализм ><является ><очень ><выразительным ><и ><позволяет ><представлять ><почти ><любой ><вид ><знаний, ><он ><слишком ><общий ><и ><переносит ><бремя ><конструирования ><соответствующего ><мно><жества ><фактов ><и ><правил ><на ><программиста.>

<Большинство ><работ ><по ><сетевым ><представлениям, ><развивающих ><работы ><Куиллиана, ><сводились ><к ><определению ><обширного ><множества ><меток ><связей ><(отношений) ><для ><более>

232<><232

<<<полного ><моделирования ><семантики ><естественного ><языка. ><За ><счет ><реализации ><базовых ><се><мантических ><отношений ><естественного ><языка ><как ><части ><формализма, ><а ><не ><как ><части ><зна><ний ><о ><предметной ><области, ><базы ><знаний ><позволяют ><автоматизировать ><работу ><и ><обеспе><чивают ><большую ><общность ><и ><непротиворечивость. ><В ><[Brachman, ><1979] ><отмечено ><следующее.>

<Ключевым ><вопросом ><здесь ><является ><выделение ><примитивов ><для ><языков ><семантических ><сетей. ><Примитивами ><сетевого ><языка ><являются ><те ><понятия, ><для ><понимания ><которых ><ин><терпретатор ><программируется ><заранее, ><и ><которые ><(обычно) ><не ><представлены ><в ><самом ><сетевом ><языке.>

<В ><[Simmons, ><1973] ><подчеркнута ><необходимость ><стандартизации ><отношений ><с ><уче><том ><грамматики ><английского ><языка. ><В ><этом ><подходе, ><основанном ><на ><работе ><[Fillmore, ><1968], ><связи ><определяются ><ролью ><существительных ><и ><групп ><существи><тельных ><в ><действии, ><описываемом ><предложением. ><К ><числу ><возможных ><ролей ><(падежных ><отношений) ><относятся ><агент, ><объект, ><инструмент, ><место ><и ><время. ><Предложение ><представляется ><как ><набор ><узлов, ><один ><из ><которых ><соответствует ><глаго><лу, ><а ><остальные ><связанные ><с ><ним ><узлы ><представляют ><других ><участников ><действия. ><Эта ><структура ><называется ><падежным ><фреймом ><{case ><При ><разборе ><предложе><ния ><программа ><находит ><глагол ><и ><ищет ><в ><базе ><знаний ><соответствующий ><ему ><падеж><ный ><фрейм. ><Затем ><она ><связывает ><значения ><агента, ><объекта ><и ><тому ><подобного ><с ><соот><ветствующими ><узлами ><падежного ><фрейма. ><Используя ><этот ><подход, ><предложение ><"Sarah ><("Сара ><укрепила ><стул ><клеем") ><можно ><представить ><се><тью, ><показанной ><на ><рис. ><6.5.>

<>

<Рис. ><6.5. ><Падежный ><фрейм, ><представляющий ><пред><ложение ><"Сараукрепила ><стул ><клеем">

<Таким ><образом, ><сам ><язык ><представления ><включает ><многие ><глубинные ><связи ><есте><ственного ><языка, ><такие ><как ><отношение ><между ><глаголом ><и ><его ><субъектом ><(агентное ><отношение) ><или ><глаголом ><и ><его ><объектом. ><Знание ><падежной ><структуры ><английского ><языка ><является ><частью ><самого ><сетевого ><формализма. ><При ><разборе ><отдельного ><пред><ложения ><становится ><ясно, ><что ><Сара ><- ><это ><человек, ><производящий ><укрепление, ><а ><клей ><используется ><для ><соединения ><частей ><стула. ><Отметим, ><что ><эти ><лингвистические ><отношения ><запоминаются ><отдельно ><(независимо) ><от ><реального ><предложения ><и ><да><же ><от ><языка, ><на ><котором ><сформулировано ><предложение. ><Подобный ><подход ><принят ><в ><сетевых ><языках, ><предложенных ><в ><[Norman, ><1972], ><[Rumelhart ><и ><др., ><1972] ><и ><[Rumelhart ><и ><др., ><1973].>

<Ряд ><исследователей ><уделяли ><большое ><внимание ><дальнейшей ><стандартизации ><имен ><связей ><[Masterman, ><1961], ><[Wilks, ><1972], ><[Schank ><и ><1973], ><[Schank ><и ><1975]. ><Каждое ><исследование ><было ><направлено ><на ><установление ><полного ><множе->

233<<ства ><примитивов ><для ><единообразного ><представления ><семантической ><структуры ><выраже><ний ><естественного ><языка. ><Эти ><множества ><призваны ><помочь ><в ><реализации ><рассуждений ><с ><использованием ><элементов ><языка. ><Они ><должны ><быть ><независимы ><от ><индивидуальных ><особенностей ><отдельных ><языков ><или ><фраз.>

<Возможно, ><наиболее ><амбициозной ><попыткой ><формального ><моделирования ><глубинных ><семантических ><структур ><естественного ><языка ><является ><теория ><концептуальной ><зависимо><сти ><(conceptual ><Ригера ><(Rieger) ><и ><Шенка ><(Schank) ><[Schank ><и ><1974]. ><В ><рамках ><теории ><концептуальной ><зависимости ><рассматриваются ><четыре ><типа ><примитивов, ><на ><основе ><которых ><определяется ><смысл ><выражений. ><К ><ним ><относятся:>

<- ><действия ><(actions);>

<РР ><- ><объекты ><(picture >

<АА ><- ><модификаторы ><действий ><(action >

<- ><модификаторы ><объектов ><(picture >

<Предполагается, ><что ><каждое ><из ><действий ><должно ><приводить ><к ><созданию ><одного ><или ><нескольких ><примитивов ><Перечисленные ><ниже ><примитивы ><выбраны ><в ><качестве ><ос><новных ><компонентов ><действия.>

<- ><передавать ><отношение ><(давать).>

<- ><передавать ><физическое ><расположение ><объекта ><(идти).>

<- ><применять ><физическую ><силу ><к ><объекту ><(толкать).>

<- ><перемещать ><часть ><тела ><(владельцем).>

<- ><захватывать ><объект ><(исполнителем).>

<- ><поглощать ><объект ><(есть).>

<- ><издавать ><звуки ><(кричать).>

<- ><передавать ><ментальную ><информацию ><(сказать).>

<- ><создавать ><новую ><ментальную ><информацию ><(решать).>

<- ><осмысливать ><идею ><(думать).>

<- ><производить ><звук ><(говорить).>

<- ><слушать.>

<Эти ><примитивы ><используются ><для ><определения ><отношений ><концептуальной ><зави><симости, ><которые ><описывают ><смысловые ><структуры, ><такие ><как ><падежные ><отношения ><или ><связи ><объектов ><и ><значений. ><Отношения ><концептуальной ><зависимости ><- ><это ><кон><цептуальные ><синтаксические ><правила, ><которые ><выражают ><семантические ><связи ><в ><соответствии ><с ><грамматикой ><языка. ><Эти ><отношения ><могут ><быть ><использованы ><для ><конструирования ><внутреннего ><представления ><английского ><предложения. ><На ><рис. ><6.6 ><представлен ><список ><основных ><концептуальных ><зависимостей ><[Schank ><и ><1974]. ><Эти ><зависимости ><охватывают ><базовые ><семантические ><структуры ><есте><ственного ><языка. ><Например, ><первая ><концептуальная ><зависимость ><на ><рис. ><6.6 ><описы><вает ><отношение ><между ><подлежащим ><и ><сказуемым, ><а ><третья ><- ><отношение ><глагол-><объект. ><Они ><могут ><сочетаться ><и ><представлять ><простые ><транзитивные ><предложения, ><такие ><как ><"John ><("Джон ><бросает ><мяч") ><(рис. ><6.7).

234>

<><235><<<>

<Рис. ><6.8. ><Некоторые ><базовые ><концептуальные ><зависимости, ><взятые ><из ><работы ><[Schank ><и ><1973], ><и ><их ><использование ><для ><представ><ления ><более ><сложных ><английских ><предложений>

<<И, ><наконец, ><ко ><множеству ><концепций ><может ><быть ><добавлена ><временная ><и ><модальная ><информация. ><Шенк ><приводит ><следующий ><список ><модификаторов ><отношений.>

<р ><- ><прошедшее ><время>

<- ><будущее ><время>

<- ><передача>

<- ><продолжительность>

< ><- ><начало ><передачи>