PDF de programación - Redes Semánticas

Representacion del conocimiento

Redes Semánticas

Redes semánticas

La lógica como lenguaje de representación tiene dificultades prácticas
Son necesarios mecanismos mas intuitivos y fáciles de usar
La psicología cognitiva afirma:

La representación y recuperación del conocimiento se realiza a partir de
sus relaciones

Las redes semánticas intentan trasladar esa afirmación a un
formalismo
Una red semántica será un grafo donde:

Los nodos representarán conceptos
Los arcos (dirigidos) representarán relaciones entre conceptos

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

1 / 18

Representacion del conocimiento

Redes Semánticas

Redes semánticas

Representan un conjunto restringido de la lógica de predicados
Permiten representar de manera declarativa los elementos de un
dominio
Se pueden establecer mecanismos de razonamiento específicos que
permiten responder a preguntas sobre la representación

¿Están relacionados dos conceptos?
¿Qué relaciona dos conceptos?
¿Cual es el concepto mas cercano que relaciona dos conceptos?

Si definimos una semántica más rica sobre las relaciones se pueden
responder preguntas mas complejas

Taxonomías entre conceptos (clase/subclase/instancia)
Generalizaciones/Especializaciones

Ejemplos que conocéis: Diagramas ER, UML

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

2 / 18

Representacion del conocimiento

Redes Semánticas

Limitaciones de las redes semánticas

Se han desarrollado muchos formalismos distintos con diferentes
capacidades, no siempre hay un modelo de razonamiento completo
tras ellos
Se mezclan elementos que tienen diferentes niveles de abstracción

Conceptos/instancias/valores
Relaciones/propiedades

Es necesaria una estructuración mas adecuada de la información
Es necesario dotar de una base teórica al modelo de razonamiento

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

3 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Frames

Son redes semánticas estructuradas
Un Frame es una colección de atributos y la descripción de sus
características
Las relaciones conectan los frames entre si
Hay una división explícita entre relación y atributo
Relaciones y atributos tienen a su vez una estructura que permite
describir su semántica
Son lenguajes de Frames por ejemplo: Diagramas ER, UML

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

4 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Frames - Razonamiento

El mecanismo de razonamiento sobre la parte declarativa esta basado
en la lógica de descripción (Description Logic) (también es el
fundamento de la orientación a objetos)

Inclusión entre conceptos (relaciones de especialización/Generalización)
Herencia de valores y atributos
Relaciones conjuntistas (unión, intersección, pertenencia, transitividad)

Los Frames pueden añadir a la parte declarativa una procedimental

Funciones y métodos que reducen el coste de la inferencia

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

5 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Elementos de los Frames

Un frame representa un concepto
Esta dividido en una parte declarativa (atributos) y una procedimental
(métodos)
La parte declarativa permite describir la semántica del concepto
(características)
La parte procedimental permite definir como obtener información o
hacer cálculos sobre sus características o las relaciones que pueda
tener con otros frames
Un frame se describirá mediante su nombre y la lista de atributos y
métodos que posee

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

6 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Elementos de los Frames - Frames
Descripción de un frame:

Frame <nombre>

slot <nombre-slot>1
slot <nombre-slot>1
...
slot <nombre-slot>1
métodos 2

acción <nombre-método> (parámetros) [H/noH]
...
función <nombre-método> (parámetros) devuelve <tipo> [H/noH]

1 Cada slot puede ir acompañado de modificadores respecto a la definición global del slot
2 Las acciones/funciones que describen los métodos usan la variable F como referencia
implícita al frame o instancia de frame en el que se activa el método, y por ello no se ha
de pasar como parámetro

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

7 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Elementos de los Frames - Relaciones

Las relaciones permiten conectar conceptos (frames)
Una relación poseerá una descripción que establecerá su semántica,
sus características y su funcionamiento
Las relaciones serán la base del mecanismo de inferencia: la herencia
de propiedades
Dividiremos las relaciones en dos clases:

Taxonómicas: es-un (clase/subclase), instancia-de (instancia/clase)
De usuario: El resto de relaciones

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

8 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Elementos de los Frames - Slots

Los slots describen las características del frame
Poseen un conjunto de características (facets) que permiten
establecer su semántica

Dominio, rango, cardinalidad, valor por omisión, ...

Permiten definir procedimientos de manera que se realicen cálculos
bajo ciertos eventos (demons)
Los demons pueden ser:

If-needed (al consultar el slot)
if-added (al asignar valor al slot),
if-removed (al borrar el valor)
if-modified (al modificar el valor)

Los demons no poseen parámetros
Podemos declarar como afecta a los slots el mecanismo de herencia

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

9 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Elementos de los Frames - Slots
Descripción de un slot (atributo):

Slot <nombre>
++ dominio (lista de frames)
++ rango <tipo-simple>
++ cardinalidad (1 o N)

valor (valor o lista de valores)
demons <tipo-demon>

accion <nombre-accion> / función<nombre-funcion> devuelve <tipo>*

herencia (por rels. taxonómicas: SI/NO; por rels. usuario: SI/NO)

Los facets (propiedades) marcados con ++ son obligatorios en toda descripción de slot
Las acciones/funciones asociadas a los demons de los slots no tienen parámetros. Usan la
variable F como referencia implícita al frame al cual pertenece el slot que activa el demon
Los demons de tipo if-needed solo pueden estar asociados a funciones
Por defecto la herencia por rels. taxonómicas = SI, y por rels. usuario = NO
Para acceder al valor de un slot usaremos la sintaxis <nombre-frame>.<nombre-slot>.
Esta expresión será un valor o una lista dependiendo de la cardinalidad del slot.

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

10 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Elementos de los Frames - Métodos

Métodos: son acciones o funciones que permiten obtener información sobre
el frame

Estos métodos pueden invocarse desde frames abstractos (clases) o
frames concretos (instancias)
Pueden ser

heredables (permitimos invocarlos en los descendientes)
no heredables (exclusivos del frame)
Pueden ser invocados con parámetros

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

11 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Elementos de los Frames - Relaciones

Relaciones: permiten conectar los frames entre si para expresar su relación

Se define su semántica mediante un conjunto de propiedades:
Dominio, rango, cardinalidad, inversa, transitividad, composición, ...
Se pueden establecer mecanismos procedimentales (demons) que
tienen efecto ante ciertos eventos:

If-added: Si establecemos la relación entre instancias
If-removed: Si eliminamos la relación entre instancias

Establecemos el comportamiento de la relación respecto al mecanismo
de herencia (que slots permite heredar). Dado que las relaciones se
definen bidireccionales, los slots se heredan en el sentido que
corresponda (del frame en el que esta definido al que lo debe heredar)

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

12 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Elementos de los Frames - Relaciones

Relación <nombre>
++ dominio (lista de frames)
++ rango (lista de frames)
++ cardinalidad (1 o N)
++ inversa <nombre> (cardinalidad: 1 o N)

transitiva SI/NO [por defecto es NO]
compuesta NO/<descripción de la composición> [por defecto es NO]
demons (<tipo-demon> acción <nombre-acción>
herencia (lista de slots) [por defecto es lista vacía]

Los descriptores marcados con ++ son obligatorios en toda descripción de
relación
Las acciones asociadas a los demons de las relaciones no tienen parámetros.
Usan las variables D y R como referencia implícita al frame origen y destino,
respectivamente, de la conexión que se está intentando añadir o eliminar entre
los dos frames.
c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

13 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Elementos de los Frames - Programación

La expresión <nombre-frame>.<nombre-relación> nos dará el
frame (si la cardinalidad es 1) o la lista de frames (si la cardinalidad
es N) con los cuales esta conectado a través de la relación
<nombre-relación>
Para consultar la cardinalidad se pude usar una funcion predefinida
card(<nombre-frame>.<nombre-relación>)
Relaciones predefinidas:

relación es-un (inversa: tiene-por-subclase) transitiva SI
relación instancia-de (inversa: tiene-por-instancia)
composición: instancia-de ⊗ es-un

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

14 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Elementos de los Frames - Programación

Funciones booleanas predefinidas

slot?(<frame>) Nos dice si <frame> posee este slot o no (activando
la herencia si hace falta)
relación?(<frame>)
Nos dice si <frame> esta conectado con algún otro frame a través de
la relación indicada por la función
relación?(<frame-o>,<frame-d>)
Nos dice si existe una conexión entre <frame-o> y <frame-d>
etiquetada con la relación indicada por la función

c b e a (LSI-FIB-UPC)

Inteligencia Artificial

Curso 2006/2007

15 / 18

Representacion del conocimiento

Frames

Herencia

La herencia es el mecanismo básico de deducción en los frames
Permite obtener en un frame el valor o val