Tiểu luận trí tuệ nhân tạo lưới ngữ nghĩa và hệ khung

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ QUỐC DÂN VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN – KINH TẾ *********************** BÁO CÁO BỘ MỘN TRÍ TUỆ NHÂN TẠO Đề tài 8: LƯỚI NGỮ NGHĨA VÀ HỆ KHUNG NVT:56B Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Họ tên: Nguyễn Văn Toàn Mã sv: 11146219 Lớp: CNTT56B NVT:56B Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT PHỤ LỤC Nội Dung NVT:56B Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT LỜI MỞ ĐẦU Ngữ nghĩa nghĩa cho phép ta mô tả đối tượng, khái niệm (một lớp đối tượng) mối quan (semantic network) mơ hình biểu diễn tri thức Lưới ngữ hệ chúng Trong chương xét khái niệm lưới ngữ nghĩa vấn đề biểu diễn tri thức lưới ngữ nghĩa vấn đề suy diễn kế thừa lưới ngữ nghĩa Trong phương pháp biểu diễn tri thức khung (frame), kiện liên quan tới đối tượng (hoặc khái niệm) tập hợp lại để tạo thành khung Khung đơn vị có cấu trúc để biểu diễn tri thức Trong đề tài nghiên cứu thành phần cấu thành khung vấn đề suy diễn hệ khung NVT:56B Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT NỘI DUNG I MÔ TẢ KHÁI NIỆM Thủ tục chứng minh định lí tổng quát (thủ tục chứng minh bác bỏ luật phân giải) logic vị từ thủ tục có độ phức tạp tính tốn lớn Vì nhà nghiên cứu cố gắng tìm kiếm ngơn ngữ đặc biệt logic vị từ Chúng có đủ khả để biểu diễn nhiều lĩnh vực áp dụng đặc biệt thực thủ tục suy diễn hiệu Trong chương nghiên cứu ngôn ngữ đặc biệt bao gồm luật Sau đưa ngôn ngữ đặc biệt khác: Ngôn ngũ mô tả khái niệm (concept discription language) Trong ngành khoa học, khái niệm đơn vị tri thức sở Người ta phát biểu qui luật (qui luật tự nhiên qui luật xã hội) thông qua khái niệm đưa Chúng ta đưa số ví dụ khái niệm: khái niệm số nguyên, số nguyên tố, tốn học; khái niệm chim, bò sát, động vật có vú, động vật học, Khi đưa khái niệm mới, thường xác định mối quan hệ với khái niệm biết nêu đặc tính Chẳng hạn, người ta định nghĩa số nguyên tố số ngun dương chia hết cho Các khái niệm chẳng hạn "xe đạp", "tam giác", "chim", xem mơ tả lớp đối tượng Chúng ta xem khái niệm "xe đạp" lớp đối tượng dùng để lại, đối tượng có đặc tính có hai bánh, chuyển động nhờ sức đạp người, Lớp đối tượng xác định khái niệm lớp lớp đối tượng xác định khái niệm tổng quát Chẳng hạn, lớp đối tượng hình học xác định khái niệm "tam giác" lớp lớp đối tượng hình học xác định khái niệm tổng quát "đa giác" Ngôn ngữ mô tả khái niệm ngôn ngữ đặc biệt cho phép mô tả đối tượng, lớp đối tượng, mối quan hệ chúng, tính chất đối tượng tính chất lớp Ngôn ngữ mô tả khái niệm sử dụng ba vị từ sau: isa(x,y) (isa viết tắt cụm từ is a member of), ako(y,z) (ako viết tắt cụm từ a kind of) feature(x,p,v) NVT:56B Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Ngữ nghĩa vị từ sau: • isa(x,y) có nghĩa rằng, đối tượng x thành viên lớp y • ako(y,z) có nghĩa rằng, lớp y lớp lớp mẹ z • feature(x,p,v) có nghĩa rằng, đối tượng x (hoặc lớp x) có thuộc tính p với giá trị v Các cá thể lớp tuân theo số qui luật tổng quát sau: • Nếu đối tượng thành viên lớp thành viên tất lớp mẹ lớp isa(x,y) ^ ako(y,z) ñ isa(x,z) • Quan hệ "là lớp con" có tính chất bắc cầu: ako(x,y) ^ ako(y,z) đ ako(x,z) • Nếu lớp có đặc tính thành viên lớp có đặc tính isa(x,y) ^ feature(y,p,v) đ feature(x,p,v) Cần lưu ý qui luật có ngoại lệ Ví dụ 1.1 Giả sử có câu sau đây, mơ tả số khái niệm số cá thể: • Động vật có vú (mammal) động vật (animal) có lơng mao, có bốn chân, cho sữa • Chim động vật có lơng vũ, có hai chân, biết bay, đẻ trứng • Chó động vật có vú, có đức tính chung thành NVT:56B Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT • Bin chó màu xám • Mic chó mực màu đen • Dơi (bat) động vật có vú, có hai chân, biết bay • Chim cánh cụt (penguin) lồi chim biết bơi, khơng biết bay Chúng ta biểu diễn mơ tả số loài vật vật câu ngôn ngữ mô tả khái niệm sau: Ako(mammal, animal) Feature(mammal, cover, hair) Feature(mammal, legs,4) Feature(mammal, give, milk) Ako(bird, animal) Feature(bird, cover, feathes) Feature(bird, legs,2) Feature(bird, flys, T) Feature(bird, lays, eggs) Ako(dog, mammal) Feature(dog, loyal, T) Isa(Bin, dog) Feature(Bin, color, green) Feature(Bin, sex, female) Isa(Mic, dog) Feature(Mic, color, black) Feature(Mic, sex, male) Ako(bat, mammal) Feature(bat, fly, T) Feature(bat, legs,2) Ako(penguin, swim, T) Feature(penguin, fly, F) Khi cho sở tri thức bao gồm câu ngơn ngữ mơ tả khái niệm, cần có thủ tục suy diễn để suy đặc tính cá thể (hoặc khái niệm) hỏi Chẳng hạn, từ tri thức trên, ta suy rằng, chim cánh cụt lồi có lơng vũ, có hai chân đẻ trứng NVT:56B Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Để thuận tiện cho trình suy diễn, chuyển tri thức mô tả ngôn ngữ mô tả khái niệm sang dạng đồ thị đặc biệt: lưới ngữ nghĩa II LƯỚI NGỮ NGHĨA Trong mục xét lưới ngũ nghĩa mơ hình biểu diễn tri thức Sau nghiên cứu phương pháp suy diễn thừa kế lưới ngữ nghĩa Lưới ngữ nghĩa đồ thị định hướng khơng có chu trình với đỉnh cung gán nhãn Các đỉnh biểu diễn đối tượng lớp đối tượng (các khái niệm), giá trị thuộc tính Chúng ta qui ước đỉnh hình chữ nhật biểu diễn đối tượng lớp, đỉnh elip biểu diễn giá trị Các cung biểu diễn quan hệ Cung gán nhãn isa từ đỉnh biểu diễn lớp tới đỉnh biểu diễn lớp khác lớp ứng với đỉnh nguồn cung lớp lớp ứng với đỉnh đích cung Các cung khác gắn nhãn tên thuộc tính, cung từ đỉnh biểu diễn đối tượng (hoặc lớp) tới đỉnh biểu diễn giá trị thuộc tính Từ định nghĩa lưới ngữ nghĩa trên, dễ dàng chuyển câu ngôn ngữ mô tả khái niệm thành lưới ngữ nghĩa Hình 2.1 lưới ngữ nghĩa biểu diễn tri thức mô tả câu ngôn ngữ mô tả khái niệm đưa ví dụ mục trước NVT:56B Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Hình 2.1: Một lưới ngữ nghĩa Khi biểu diễn tri thức lưới ngữ nghĩa, vấn đề quan trọng đặt làm để xác định giá trị thuộc tính đối tượng hỏi NVT:56B Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Cơ chế suy diễn lưới ngữ nghĩa dựa nguyên lí thừa kế Chẳng hạn, kiện "chó có bốn chân" thừa kế từ kiện "động vật có vú có bốn chân" Tương tự nhờ ngun lí thừa kế, ta suy "chim cánh cụt đẻ trứng" "chim cánh cụt có hai chân" Một cách tổng quát, ta phát biểu ngun kí thừa kế sau: Nếu cá thể thành viên lớp (hoặc lớp lớp lớp khác) thừa kế giá trị thuộc tính lớp Các giá trị thuộc tính lớp gọi giá trị ngầm định (defaul value) Khi đối tượng thành viên lớp, nhận giá trị ngầm định lớp cho thuộc tính chưa xác định Chẳng hạn, giá trị ngầm định lớp chim thuộc tính "số chân" hai, chim cánh cụt thuộc lớp chim, chim cánh cụt có hai chân Chúng ta xác định cá thể có thuộc tính với giá trị ngoại lệ Chẳng hạn, giá trị ngầm định thuộc tính "biết bay" lớp chim T , chim cánh cụt lớp lớp chim lại có giá trị F cho thuộc tính "biết bay" Trong trường hợp giá trị ngầm định thuộc tính lớp mẹ khơng lớp (hoặc đối tượng con) thừa kế, giá trị ngầm định bị "che lấp" giá trị thực tế xác định lớp (hoặc đối tượng con) Bây xét chế thừa kế lưới ngữ nghĩa Trong lưới ngữ nghĩa, bỏ tất cung biểu diễn quan hệ thuộc tính - giá trị, giữ lại quan hệ isa quan hệ ako, nhận đồ thị định hướng biểu diễn cấu trúc phân cấp thừa kế Chẳng hạn, từ lưới ngữ ghĩa hình 2.1, ta có cấu trúc phân cấp thừa kế hình 2.2 Mục đích suy diễn lưới ngữ nghĩa là: hỏi giá trị thuộc tính đối tượng (hoặc lớp), ta cần xác định giá trị thuộc tính Trước hết ta xét trường hợp đơn giản nhất, mà cấu trúc phân cấp thừa kế, từ đỉnh có nhiều cung ra, tức đối tượng thành viên lớp nhất, lớp lớp lớp mẹ Chẳng hạn, lưới ngữ nghĩa hình 2.1 có tính chất Trong trường hợp này, để xác định giá trị thuộc tính cho đối tượng, ta lên từ đỉnh ứng với đối tượng theo cung gán nhãn isa ako lớp mà từ có cung gán nhãn thuộc tính hỏi Chẳng hạn, từ lưới ngữ nghĩa hình 2.1, để tìm câu trả lời cho câu hỏi: "Mic có chân?", ta từ đỉnh Mic tới đỉnh dog tới đỉnh mammal, từ đỉnh có cung đ nhãn legs (thuộc tính số chân) tới đỉnh biểu diễn giá trị bốn Do đó, câu trả lời Mic có bốn chân NVT:56B 10 Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Bây xét thừa kế trường hợp tổng quát: Thừa kế từ nhiều lớp (multiple inheritance) Việc xác định giá trị thuộc tính cho cá thể lưới ngữ nghĩa trở nên phức tạp cá thể thừa kế giá trị ngầm định khác lớp khác Trường hợp xảy lưới ngữ nghĩa, cá thể thành viên lớp khác nhau, lớp lớp lớp mẹ khác nhau; tức cấu trúc phân cấp, từ đỉnh có nhiều cung Ví dụ 2.1 Giả sử có lớp sau: • Lớp giáo sư (Professors) • Lớp giáo viên (Teachers) • Lớp người lập dị (Eccentrics) • Lớp Hackers • Lớp lập trình viên (Programmers) • Lớp trí thức (Intellectual Persons) • Lớp người (People) Ông An vừa giáo sư, vừa lập trình viên NVT:56B 11 Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Hình 2.2: Cấu trúc phân cấp thừa kế Giả sử có cấu trúc phân cấp thừa kế lớp liệt kê hình 2.3 Giả sử cho biết người lập dị có tính đãng trí, người Hacker có đặc tính khơng đãng trí Giả sử người ta chưa cho biết ơng An có đãng trí hay khơng Chúng ta cần tìm hiểu câu trả lời Ở có hai lớp cung cấp giá trị ngầm định cho thuộc tính "đãng trí" ơng An, Đó lớp người lập dị lớp người Hackers ơng An thành viên hai lớp Chúng ta phải định lớp cung cấp giá trị ngầm định cho thuộc tính "đãng trí" ơn An Để giải vấn đề cần phải có chiến lược cho phép lớp có quyền ưu tiên cho thừa kế Sau trình bày chiến lược định lớp có quyền cho thừa kế Từ đối tượng hỏi, thành lập danh sách ưu tiên lớp cung cấp giá trị ngầm định cho thuộc tính đối tượng NVT:56B 12 Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Chẳng hạn, danh sách ưu tiên lớp cho đối tượng An thừa kế giá trị ngầm định danh sách sau: An Professors Programmers Eccentrics Hackers Teachers Intellectual Persons People Trong danh sách này, hai lớp Eccentrics Hackers cung cấp giá trị ngầm .People Hình 2.3: Cấu trúc phân cấp bội NVT:56B 13 Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT định cho thuộc tính "đãng trí" Song lớp Eccentrics đứng trước lớp Hackers danh sách ưu tiên, Eccentrics lớp có quyền thừa kế Do đó, đối tượng An thừa kế giá trị ngầm định thuộc tính "đãng trí" từ lớp Eccentrics, tức ta suy : "Ông An người đãng trí" Người ta đưa số luật để xác định quyền ưu tiên cho thừa kế lớp: Mỗi lớp cần đứng trước lớp mẹ danh sách ưu tiên Luật có nghĩa rằng, đường thừa kế (đường thừa kế đường từ đối tượng hỏi tới lớp theo cung isa ako), lớp gần đối tượng có quyền cho thừa kế lớp đứng xa đối tượng Trong danh sách ưu tiên lớp mẹ trực tiếp cần đứng trước lớp mẹ trực tiếp khác bên phải Chẳng hạn, Eccentrics Teachers hai lớp mẹ trực tiếp Professors, Teachers đứng bên phải Eccentrics lưới, Eccentrics phải đứng trước Teachers Trong danh sách ưu tiên đưa thỏa mãn hai luật Chúng ta sử dụng kĩ thuật tìm kiếm theo độ sâu từ trái qua phải sử dụng thuật tốn xếp tơp để xác định danh sách ưu tiên lớp cho kế thừa III KHUNG Khái niệm khung (frame) lần đưa nghiên cứu Marvin Minsky (1975) Các khung sử dụng để biểu diễn tri thức đối tượng cụ thể, khái niệm (một lớp đối tượng), hồn cảnh Trong mục xét khái niệm khung, việc biểu diễn tri thức lĩnh vực hệ khung chế suy diễn hệ khung Khung đơn vị có cấu trúc để biểu diễn tri thức Có thể hiểu khung cấu trúc liệu Mỗi khung có tên, tên khung tên đối tượng khái niệm hoàn cảnh mà khung biểu diễn Mỗi khung gồm có số thành phần, thành phần khung xem NVT:56B 14 Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT lỗ (slot) chứa thông tin đối tượng (đối tượng cần hiểu đối tượng cụ thể, khái niệm hồn cảnh điển hình hồn cảnh cá biệt đó), lỗ có tên giá trị Các lỗ biểu diễn quan hệ với đối tượng khác biểu diễn thuộc tính đối tượng Chúng ta quan tâm tới hai lỗ đặc biệt: Một lỗ đặc biệt có tên isa biểu diễn đối tượng mô tả thành viên lớp đối tượng Một lỗ đặc biệt khác có tên ako biểu diễn lớp lớp lớp khác (lớp mẹ trực tiếp) Các khung mô tả đối tượng cụ thể gọi cá thể (instance frame instance), khung mô tả khái niệm (chẳng hạn, khái niệm chim, bò sát, ) hồn cảnh điển hình (chẳng hạn, phòng hội thảo điển hình) gọi lớp (class) Thông tin chứa đựng lỗ khung dẫn tới khung khác, chẳng hạn thông tin chứa lỗ có tên isa ako Thơng tin chứa lỗ biểu diễn thuộc tính đối tượng giá trị thuộc tính đó, thủ tục cho phép ta tính giá trị thuộc tính thơng qua thơng tin khác Trong mơ hình biểu diễn tri thức khung, thông tin đối tượng bó lại để tạo thành đơn vị khung biểu diễn đối tượng Từ lưới ngữ nghĩa cho, đỉnh (biểu diễn đối tượng) cung xuất phát từ gom lại thành khung Do đó, ứng với lưới ngữ nghĩa ta xây dựng nên hệ khung Ví dụ, từ lưới ngữ nghĩa hình 1.1, ta xây dựng nên hệ khung Chẳng hạn, từ đỉnh mammal đỉnh Mic ta tạo hai khung sau: NVT:56B 15 Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Bây nghiên cứu chế suy diễn hệ khung Cũng lưới ngữ nghĩa, vấn đề suy diễn hệ khung là, hỏi giá trị thuộc tính đối tượng, cần phải xác định giá trị thuộc tính Cơ chế suy diễn hệ khung dựa nguyên lí thừa kế Giả sử có số tri thức lồi chim sau: • Chim động vật, biết bay, có hai chân • Hải lồi chim, có lơng màu đen trắng, có cỡ trung bình 115 • Chim cánh cụt lồi chim, khơng biết bay, biết bơi, có cỡ trung bình 150 • Kiti hải âu, có cỡ 120 • Miki hải âu, có cỡ 102 Từ tri thức ta xây dựng hệ khung cho hình 9.4 Giả sử hỏi "Kiti có biết bay khơng?" Trong khung Kiti khơng có lỗ fly (điều có nghĩa thơng tin khung Kiti không cho phép ta xác định giá trị thuộc tính hỏi) Theo dẫn lỗ isa khung Kiti, ta tìm đến khung albatross Trong khung khơng có lỗ fly Theo dẫn ako khung này, ta tìm đến khung Bird, khung này, giá trị chứa lỗ fly T Khung Kiti thừa kế giá trị ngầm định T lỗ fly từ khung mẹ bird Như ta tìm câu trả lời là: "Kiti biết bay" Tổng quát, để xác định giá trị thuộc tính đối tượng, ta thực thủ tục sau Xuất phát từ khung biểu diễn đối tượng hỏi Nếu khung có lỗ biểu diễn thuộc tính hỏi giá trị lỗ giá trị cần tìm Nếu khơng, ta xác định giá trị thuộc tính hỏi thừa kế Ta từ khung thời tới khung tổng quát theo đường dẫn chứa lỗ isa ako khung mẹ mà có lỗ biểu diễn thuộc tính hỏi Giá trị ngầm định lỗ lấy giá trị thuộc tính hỏi Như nói, thơng tin chứa lỗ biểu diễn thuộc tính thủ tục tính giá trị thuộc tính Giả sử cần xác định cỡ tương đối vật cụ thể Cỡ tương đối tỉ lệ cỡ vật với cỡ trung bình lồi vật vật Chẳng hạn, Kiti có cỡ 120 thuộc lồi chim hải âu có cỡ trung bình 115, cỡ tương đối Kiti là: NVT:56B 16 Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Tương tự cỡ tương đối Mika là: Như cần thủ tục cho phép ta xác định cỡ tương đối (relative - size) vật, ta gọi thủ tục RSize Vì thủ tục dùng chung cho tất vật nên ta đưa vào khung animal (khung biểu diễn lớp tất vật) lỗ có tên relative size, lỗ chứa thủ tục RSize Để tính cỡ tương đối đối tượng, chẳng hạn Kiti, ta từ khung Kiti tới khung albatross tới khung Bird, sau tới khung animal Trong khung animal, ta tìm thấy thủ tục RSize tính cỡ tương đối Thủ tục cần tới giá trị lỗ size khung Kiti giá trị lỗ average size khung albatross (size average size tham số thủ tục) Gọi thủ tục RSize với tham số xác định ta tính cỡ tương đối Kiti Trên đề cập tới thừa kế đơn, tức khung có khung mẹ trực tiếp nhất, hay nói cách khác khung có đường thừa kế Trong trường hợp thừa kế bội, khung có nhiều khung mẹ, giá trị thuộc tính khung thừa kế từ nhiều khung mẹ khác Trong trường hợp này, lưới ngữ nghĩa, cần có chiến lược định khung mẹ có quyền cho thừa kế Các hệ khung sử dụng nhiều hệ chuyên gia, hệ nhận dạng, hệ xử lí ngơn ngữ tự nhiên, Lí thuyết hệ khung sở phương pháp luận lập trình định hướng đối tượng NVT:56B 17 Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT Hình 3.1: Một hệ khung NVT:56B 18 Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT KẾT LUẬN Đến kết thúc việc bàn luận vấn đề lưới ngữ nghĩa hệ khung Qua trình nghiên cứu đề tài em rút số kết luận sau: Vấn đề biểu diễn tri thức lưới ngữ nghĩa vấn đề suy diễn kế thừa Phương pháp biểu diễn tri thức hệ khung Đề tài nhiều thiếu sót, mong thầy bạn đóng góp ý kiến để hồn tiện tốt đề tài Em xin chân thành cảm ơn ! TÀI LIỆU THAM KHẢO: NVT:56B 19 Lưới ngữ nghĩa hệ khung Bài giảng Trí tuệ TTNT nhân tạo – Ths Lưu Minh Tuấn – Viện CNTT ĐH KTQD Sách Trí tuệ nhân tạo – TS Đinh Mạnh Cường – NSB KHKT NVT:56B 20 ... THAM KHẢO: NVT:56B 19 Lưới ngữ nghĩa hệ khung Bài giảng Trí tuệ TTNT nhân tạo – Ths Lưu Minh Tuấn – Viện CNTT ĐH KTQD Sách Trí tuệ nhân tạo – TS Đinh Mạnh Cường – NSB KHKT NVT:56B 20 ... cấp thừa kế lớp liệt kê hình 2 .3 Giả sử cho biết người lập dị có tính đãng trí, người Hacker có đặc tính khơng đãng trí Giả sử người ta chưa cho biết ơng An có đãng trí hay khơng Chúng ta cần tìm... Eccentrics Hackers cung cấp giá trị ngầm .People Hình 2 .3: Cấu trúc phân cấp bội NVT:56B 13 Lưới ngữ nghĩa hệ khung TTNT định cho thuộc tính "đãng trí" Song lớp Eccentrics đứng trước lớp Hackers danh