語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用實(shí)例淺析

1、 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)與其應(yīng)用實(shí)例淺析： 景 飛班級(jí)： 3005學(xué)號(hào)：3113003029摘要：本文從語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，首先介紹了語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的基本概念，隨后通過(guò)列舉如何將其應(yīng)用于家族人物關(guān)系的模型建立以與如何建立基于特征的零件知識(shí)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)實(shí)例，來(lái)說(shuō)明語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際建模中的實(shí)用性和便捷性，以此說(shuō)明語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)發(fā)展空間還很大，將其用在智能控制領(lǐng)域會(huì)有很大成果。關(guān)鍵詞：語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò) 家族人物關(guān)系模型 零件知識(shí)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)一、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)概述語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一種出現(xiàn)較早的知識(shí)表達(dá)形式，并在人工智能中得到了比較廣泛的應(yīng)用。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)最早是1968年奎廉(Quillian)在他的博士論文中作為人類聯(lián)想記憶的一個(gè)顯式心理學(xué)模

2、型提出的，認(rèn)為記憶是由概念間的聯(lián)系來(lái)是實(shí)現(xiàn)的，他主處理問(wèn)句時(shí)，將語(yǔ)義放在首位。當(dāng)時(shí)的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用于自然語(yǔ)言理解系統(tǒng)中，表示事物之間的關(guān)系。由于其強(qiáng)大和直觀的表示能力，不久就廣泛應(yīng)用于人工智能研究和應(yīng)用開發(fā)的許多領(lǐng)域。1972年，西蒙正式提出語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的概念，討論了它和一階謂詞的關(guān)系，并將語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到了自然語(yǔ)言理解的研究中。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)采用網(wǎng)絡(luò)形式表示人類的知識(shí)，其表示由詞法部分、結(jié)構(gòu)部分、過(guò)程部分和語(yǔ)義部分四部分組成。一個(gè)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)帶標(biāo)示的有向圖。其中，帶有標(biāo)識(shí)的結(jié)點(diǎn)表示問(wèn)題領(lǐng)域中的物體、概念、時(shí)間、動(dòng)作或者態(tài)勢(shì)。在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示中，結(jié)點(diǎn)一般劃分為實(shí)例節(jié)點(diǎn)和類節(jié)點(diǎn)兩種類型。結(jié)點(diǎn)之間帶有標(biāo)

3、識(shí)的有向弧標(biāo)識(shí)結(jié)點(diǎn)之間的語(yǔ)義聯(lián)系，是語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)組織知識(shí)的關(guān)鍵。因?yàn)檎Z(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的實(shí)質(zhì)是知識(shí)的圖解表示，所以這種表示法容易把各種事物有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，它特別適于表達(dá)關(guān)系知識(shí)。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)通過(guò)對(duì)于個(gè)體間的聯(lián)系追溯到有關(guān)個(gè)體的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的直接存取，能比較正確地反映人類對(duì)客觀事物的本質(zhì)認(rèn)識(shí)。應(yīng)用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)使得知識(shí)表示更為直觀，便于理解。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的特征包括以下幾個(gè)方面的容：1、 重要的相關(guān)性得意明確表示；2、 相關(guān)事實(shí)可以從直接相連的節(jié)點(diǎn)推導(dǎo)出來(lái)，不必遍歷整個(gè)龐大的知識(shí)庫(kù)；3、 能夠利用“IS-A”和“Subset”鏈在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中建立屬性繼承的層次關(guān)系；4、 易于對(duì)繼承的屬性進(jìn)行演繹；5、 能夠利用少量

4、基本概念的幾號(hào)建立狀態(tài)和動(dòng)作的描述。下面我們通過(guò)一些簡(jiǎn)單語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示知識(shí)的實(shí)例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明如何通過(guò)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的表示。比如我們要說(shuō)明三是一名教師，則可以用下圖1所示的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)來(lái)表示。圖1 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)實(shí)例其中三和教師是兩個(gè)實(shí)體，在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)里我們分別用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)表示，而他們之間的關(guān)系則用“ISA”鏈相連來(lái)表示，稱“ISA”為指針。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)不僅可以表示具體的實(shí)物，它還可以用來(lái)表達(dá)情況動(dòng)作，把他們作為對(duì)象一樣處理，每一情況節(jié)點(diǎn)可以有一組向外的?。ㄊ吕』蚴吕颍靡哉f(shuō)明情況謂詞的各種變量。例如我們要表示“小燕是燕子是一種鳥，并且它從春天到秋天占有一個(gè)巢”這一關(guān)系，我們可以用如下的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行

5、表示。圖2 語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)實(shí)例上圖所示語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中設(shè)立了“占有權(quán)-1”（OWN-1）節(jié)點(diǎn)，表示小燕有自己的巢。同時(shí)小燕還可以有其他東西，所以“占有權(quán)-1”只是“占有權(quán)”（OWNERSHIP）的一個(gè)實(shí)例，而“占有權(quán)”又只是一種特定的“情況”（SITUATION）。小燕是“占有權(quán)-1”的一個(gè)特定的“物主”（OWNER），而“巢-1”是“占有權(quán)-1”的一個(gè)特定的“占有物”（OWNEE）。小燕占有“占有權(quán)-1” 的時(shí)間是從春天（SPRING）到秋天（FALL），“春天”和“秋天”有被定為“時(shí)間”（TIME）的實(shí)例。從上可以看出語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法能夠以人的一種思維方式將事物之間的相互關(guān)系表示出來(lái)，將人的思維過(guò)程規(guī)則化成

6、為一種知識(shí)構(gòu)架（知識(shí)表示方法），而且此種表示方法通過(guò)一定的處理過(guò)程就能成為計(jì)算機(jī)算所能接受和理解的知識(shí)，這給計(jì)算機(jī)的智能控制提供了一條途徑。二、語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用實(shí)例語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)從提出到現(xiàn)在已近有了很大的發(fā)展與完善，已經(jīng)從理論走向了實(shí)際。一些基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法建立的系統(tǒng)模型，在處理問(wèn)題時(shí)所得的結(jié)果更加接近實(shí)際，而且系統(tǒng)模型的建立也更加方便。下面我們通過(guò)建立一些具體的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)實(shí)例來(lái)說(shuō)明一下語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法在現(xiàn)科學(xué)研究中的應(yīng)用。2.1、家族人物關(guān)系的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)模型研究社會(huì)人物關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，其中與人們關(guān)系最密切的是家族人物關(guān)系。在國(guó)外，表示家族關(guān)系的詞匯相對(duì)于中國(guó)來(lái)說(shuō)比較少，也沒有中國(guó)劃分的細(xì)致，應(yīng)此要簡(jiǎn)單的多。在中國(guó)，

7、開展家族任務(wù)關(guān)系的研究較多，但大多是關(guān)于一個(gè)家族的家譜與家族任務(wù)的研究，為發(fā)掘家族歷史與文化作出了突出貢獻(xiàn)；但是對(duì)家族關(guān)系的研究與自然語(yǔ)言理解技術(shù)相結(jié)合的研究卻是剛剛起步，中國(guó)科學(xué)院有學(xué)生研究紅樓夢(mèng)中四大家族的人物關(guān)系，不過(guò)他們的研究在于針對(duì)特定家族，利用的是已處理好的格式化的文本知識(shí)，沒有與知識(shí)庫(kù)相結(jié)合，不具有普遍性，表示能力相對(duì)來(lái)說(shuō)較為單一。但是語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，為這方面的研究提供了新的思路，為類似家族任務(wù)關(guān)系問(wèn)題提供了新的解決辦法。本例從第三者提供的一句關(guān)于家族人物關(guān)系的問(wèn)話出發(fā)，結(jié)合語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，研究普通的家族任務(wù)關(guān)系，總結(jié)出人物之間的關(guān)系謂詞，融合Prolog技術(shù)，建立家族人物關(guān)系推理機(jī)制

8、與算法（由于篇幅原因只建立了語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)和任務(wù)之間的關(guān)系謂詞，家族人物關(guān)系推理機(jī)制與算法的建立請(qǐng)參考相關(guān)文獻(xiàn)）本例首先對(duì)第三者提問(wèn)的初始句子進(jìn)行一系列處理，得到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的句子；提取知識(shí)，轉(zhuǎn)化為三元組的形式存儲(chǔ)于知識(shí)庫(kù)；然后構(gòu)造表示家族人物關(guān)系的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)；最后依據(jù)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)生成基本謂詞，對(duì)提問(wèn)目標(biāo)進(jìn)行相關(guān)推理，得出合理答案。描述家族人物關(guān)系的四種簡(jiǎn)潔關(guān)系可以總結(jié)成：性別，婚姻，親子，年齡。這些關(guān)系可轉(zhuǎn)換為一階原子謂詞，稱之為基本謂詞。定義如下：（1）、SEX（X，F(xiàn)|M）表示X的性別是“F”或“M”，“M”代表男性，“F”代表女性。（2）、MARRIAGE（X,Y）表示X和Y有夫妻關(guān)系，第一個(gè)參數(shù)為

9、丈夫，第二位為妻子。（3）、CHILD（X,Y）表示X是Y的孩子，可能是兒子或女兒，Y可以是父母任一方。（4）、ELDER（X,Y）表示X的出生順序相對(duì)于Y要早，即X比Y年齡大。這四種基本謂詞在網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)為四種弧連接，如下圖3所示，分別以弧標(biāo)記S,A,C,E表示，其中S是一種特殊的弧，本文把它當(dāng)作節(jié)點(diǎn)的屬性。圖 3 表示四種基本謂詞的弧連接我們給上邊給出的四種基本謂詞的弧連接可以按一定的聯(lián)系，構(gòu)造復(fù)合謂詞的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)，使其可以進(jìn)行人物關(guān)系的推理。例如，一個(gè)家族人物關(guān)系的實(shí)例為：以我為中心，我是個(gè)男孩兒，叫I，我的爸爸是P，媽媽是Q，我的哥哥是B，他結(jié)婚了，對(duì)象是O，他們有一個(gè)孩子，叫Z，是個(gè)男孩

10、兒。我的爺爺是Y，奶奶是N，姑姑是G，姑父是U，他們的女兒叫T。我的外公是L，他有一個(gè)女兒，也就是我的媽媽Q。顯然，I,P,B,Z,Y,U,L是男性，其余為女性。本例的家族人物關(guān)系實(shí)例可以用下圖4來(lái)表示。爺爺，爸爸，姑姑，哥哥等稱謂在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中并沒有顯式表示，但可推理得出相應(yīng)的復(fù)合謂詞。圖 4 一個(gè)家族人物關(guān)系的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)參照上面的關(guān)系實(shí)例，一個(gè)稱謂“哥哥”，由語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為復(fù)合謂詞就是：GeGe (B,I):-SEX (B,M),CHILD(B,P),CHILD(I,P),ELDER(B,I)GeGe (B,I)不直接存儲(chǔ)在知識(shí)庫(kù)中，只存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)Horn子句中的子目標(biāo)。接著下一步的工作就是把本例

11、中的推理思想具體編程實(shí)現(xiàn)，并解決一些沒有處理好的問(wèn)題，如在知識(shí)庫(kù)中實(shí)現(xiàn)不同家族知識(shí)的有效區(qū)分與多人多關(guān)系的處理等問(wèn)題，進(jìn)一步完善推理機(jī)制。這樣就實(shí)現(xiàn)人類語(yǔ)言向機(jī)器過(guò)渡之后再用來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程。2.2、基于特征的零件知識(shí)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法由于所有的零件都是由有限個(gè)基本特征體組成的，不同零件的特征體是一樣的，將零件分解為特征體，進(jìn)行零件特征體的搜尋，則總能成功匹配。所以，若將多樣化的零件知識(shí)轉(zhuǎn)化為有限的特征知識(shí)，并用適當(dāng)?shù)闹R(shí)表示法來(lái)表示特征與特征之間的聯(lián)系，可解決新零件工藝匹配不成功的問(wèn)題。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)適于表示對(duì)象之間的從屬關(guān)系，并具有較強(qiáng)的推理能力，適合用于表示基于特征的零件知識(shí)。l)零件的特征分

12、解組成零件的基本特征有形狀特征、基準(zhǔn)特征、工藝特征、管理特征。形狀特征分主特征和輔助特征，主特征指構(gòu)成零件的主要外表面體和表面體;輔助特征指依附在主特征之上的附屬特征。組成零件的基本特征列于下表1。2)形狀特征體的面分解形狀特征體是由多個(gè)面組成的，最終加工的是特征表面，因而將特征體再分解為面，如外圓柱體可分解為左端面、右端面、圓柱面;外螺紋體可分解為左端面、右端面、螺紋面。3)面的屬性分解為正確地加工出面，需要表示面的屬性。由工藝知識(shí)可知，典型表面加工可分為如下幾類:外圓表面加工、孔加工、平面加工、成形表面加工，每種典型表面都是一類，有其類公共屬性。因此，可將典型表面作為父結(jié)點(diǎn)，其屬性為該類的

13、公有屬性，零件特征表面作為子結(jié)點(diǎn)，歸于某類典型加工表面。父表面和其所屬的子表面列于下表2。綜上所述，零件的知識(shí)表示可用基本特征體結(jié)點(diǎn)和典型表面結(jié)點(diǎn)作為父結(jié)點(diǎn)，以特征表面作為子結(jié)點(diǎn)，特征表面和基本特征體之間是“PARTOF”的關(guān)系，而特征表面和典型表面之間是“AKO”的關(guān)系。由于基準(zhǔn)特征、工藝特征、管理特征和幾何尺寸都與特征表面的加工有關(guān)，因此，將它們作為特征表面的屬性。表 1零件的基本特征外表面體表面體輔助特征基準(zhǔn)特征工藝特征管理特征外圓柱 外圓錐外花鍵 外齒形外螺紋等圓柱 圓錐齒形 花鍵等倒角 圓角輔助孔平面等中心孔定位面定位孔等精度 尺寸公差 粗糙度硬度等材料等表 2 類表面和實(shí)例表面加工

14、表面類外圓表面孔表面平面成形表面表面實(shí)例外圓柱 外圓錐外螺紋，倒角等圓柱 圓錐輔助孔等外圓端 倒角平面 直槽等外花鍵齒形等我們?cè)诖颂幰曰剞D(zhuǎn)類零件為代表，列出其的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)圖如下圖5所示。圖5 回轉(zhuǎn)體零件的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)知識(shí)表示示意圖上圖即為通用回轉(zhuǎn)體零件的各個(gè)特征關(guān)系的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)示意圖，從圖中我們可以方便的看出各個(gè)特征的從屬關(guān)系，從而也能確定加工順序么，這也為加工制造的智能控制提供了一種知識(shí)提取分析的新方法。三、結(jié)論從上邊的分析可以看出語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)法可以很方便的將人腦中的知識(shí)轉(zhuǎn)變成一種可見的，可應(yīng)用于計(jì)算機(jī)的知識(shí)體系，這種表示方法容易把各事物有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，可以通過(guò)個(gè)體間的聯(lián)系追溯到有關(guān)個(gè)體的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)知

15、識(shí)的直接存取，能比較正確的反映人類對(duì)客觀事物的本質(zhì)認(rèn)識(shí)，使得知識(shí)的表示更加直觀，便于理解。由于客觀事物的特征都帶有不同程度的模糊性,應(yīng)此基于事物特征建立的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)模型也具有一定的模糊性，然而將這種技術(shù)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)領(lǐng)域進(jìn)行模糊推理則是利用模糊性知識(shí)進(jìn)行的一種不確定性推理，這樣的推理與人的思維過(guò)程較為相似，應(yīng)此將人類的知識(shí)建立成語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)再將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)語(yǔ)言，然后利用語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)中包含的關(guān)系讓計(jì)算機(jī)來(lái)模仿人類的思維過(guò)程，即可方便的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的人工智能模糊控制過(guò)程。參考文獻(xiàn)：1 升噸,復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的人工智能控制技術(shù),2013.2 強(qiáng)，逢斌，湯賽麗，侯麗敏，周 舫 基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的家族人物關(guān)系推理算法的研

16、究 計(jì)算機(jī)時(shí)代 2005年 第6期.3陸汝鈐,人工智能,科學(xué),2002. 4 璨,基于特征的零件知識(shí)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)表示法，機(jī)電工程技術(shù),2003年第32卷第6期.5Zhao J, Zheng L, Zhuang T G,et al.Representation of acupoints based on the VisibleHuman A .Proceedings of the 25th AnnualInternational Conference of the IEEE Engineering inMedicine and Biology SocietyC. Stoughton, WI:The Printing House, Inc,2003.525-528.6Pommert A, Ho。hne K H, Pflesser B,et al. Creatinga high-resolution spatial/symbolic model of the innerorgans based on the Visible HumanJ.Med Imag