Redes Semanticas

UNIVERSIDAD FERMIN TORO VICERRECTORADO ACADEMICO

FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE COMPUTACION

REDES SEMANTICAS

CABUDARE, AGOSTO 2012

UNIVERSIDAD FERMIN TORO VICERRECTORADO ACADEMICO

FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE COMPUTACION

REDES SEMANTICAS

CABUDARE, AGOSTO 2012

Autores: Grupo n° 2 Asignatura: Logica Computaciom Profesor: Hildegard Carradini

RED SEMÁNTICA Historia

Los responsables de los primeros esquemas de representación

formalizados fueron Quillian (1968) y Shapiro&Woddmansee (1971). Los

esquemas de redes semánticas tienen una fundamentación psicológica muy

sólida, por lo que se han realizado numerosos esfuerzos por llevar a cabo

implementaciones importantes basadas en ellas.

Una red semántica o esquema de representación en Red es una

forma de representación de conocimiento lingüístico en la que los conceptos

y sus interrelaciones se representan mediante un grafo. En caso de que no

existan ciclos, estas redes pueden ser visualizadas como árboles. Las redes

semánticas son usadas, entre otras cosas, para representar mapas

conceptuales y mentales.

Un ejemplo de red semántica.

En un grafo o red semántica los elementos semánticos se representan

por nodos. Dos elementos semánticos entre los que se admite se da la

relación semántica que representa la red, estarán unidos mediante una línea,

flecha o enlace o arista. Cierto tipo de relaciones no simétricas requieren

grafos dirigidos que usan flechas en lugar de líneas.

Definición

Existen diversos tipos de relaciones semánticas como la hiponimia,

hiperonimia, la meronimia, etc. Dado un conjunto de conceptos, elementos

semánticos o términos relacionados semánticamente mediante alguna

relación semántica, una red semántica representa estas relaciones en forma

de grafo. Explícitamente, dado un conjunto de términos {t1, t2,..., tn} y cierta

relación semántica simétrica entre ellos se construye un grafo G = (V,A)

cumpliendo las siguientes condiciones:

1. El conjunto V es el conjunto de vértices o nodos del grafo. Este

conjunto estará formado por n elementos (tantos vértices como términos

relacionables). A cada uno de los vértices del grafo representará uno de los

términos, por tanto los vértices del grafo se llamarán: t1, t2,..., tn.

2. El conjunto A es el conjunto de aristas o líneas del grafo. Dados

dos vértices (términos) del grafo ti y tj existirá una línea aij que une los

vértices ti y tj si y sólo si los términos ti y tj están relacionados.

Si la relación no es simétrica, entonces se usan grafos dirigidos para

representar la relación.

Las redes semánticas han sido muy utilizadas en Inteligencia Artificial

para representar el conocimiento y por tanto ha existido una gran

diversificación de técnicas. Los elementos básicos que encontramos en

todos los esquemas de redes son:

1. Estructuras de datos en nodos, que representan conceptos,

unidas por arcos que representan las relaciones entre los conceptos.

2. Un conjunto de procedimientos de inferencia que operan sobre

las estructuras de datos.

Básicamente, podemos distinguir tres categorías de redes semánticas:

1. Redes IS-A, en las que los enlaces entre nodos están

etiquetados.

2. Gráficos conceptuales: en los que existen dos tipos de nodos:

de conceptos y de relaciones.

3. Redes de marcos: en los que los puntos de unión de los

enlaces son parte de la etiqueta del nodo.

En general, cuando se habla de "redes semánticas" se suele hacer

referencia a uno de estos esquemas, normalmente a las redes IS-A o a los

esquemas basados en marcos, que comparten ciertas características

fundamentales. De entre estas características compartidas destacamos la

herencia por defecto (default inheritance). En una red semántica, los

conceptos (o estructuras, clases, marcos, dependiendo del esquema

concreto) están organizados en una red en la que existe un nodo superior

(top: T) al que se le asigna uno o varios nodos hijos, que a su vez tienen

otros conceptos hijos y así sucesivamente hasta que se alcanza el final

(bottom: ), cuyos nodos ya no son conceptos sino instancias.

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

unformalismo.

Una red semántica será un grafo donde: Los nodos representarán conceptos.

Los arcos (dirigidos) representarán relaciones entre conceptos

Las redes semánticas son grafos orientados que proporcionan una

representación declarativa de objetos, propiedades y relaciones. Los nodos

se utilizan para representar objetos o propiedades. Los arcos representan

relaciones entre nodos del tipo, es_un, es_parte_de, etc. El mecanismo de

inferencia básico en las redes semánticas es la herencia de propiedades. La

figura representa esquemáticamente un ejemplo de red semántica:

Redes semánticas Están basadas en la idea de que los objetos o los conceptos pueden

ser unidos por alguna relación.

Estas relaciones se representan usando una liga que conecte dos

conceptos.

Los nodos y las ligas pueden ser cualquier cosa, dependiendo de la

situación a modelar.

Las redes semánticas fueron originalmente desarrolladas para

representar el significado o semántica de oraciones en inglés, en términos de

objetos y relaciones.

Actualmente, se utiliza el término redes asociativas (una forma más

amplia) ya que no sólo se usa para representar relaciones semánticas, sino

también para representar asociaciones físicas o causales entre varios

conceptos u objetos.

Herencia en redes semánticas

Un nodo hereda las propiedades de los conceptos “más altos en

jerarquía” através de relaciones del tipo subclaseDe y tipoDe. Se puede

utilizar como mecanismo de razonamiento.

Tipos de Redes: Redes IS-A Es una jerarquía taxonómica cuya espina dorsal está constituida por

un sistema de enlaces de herencia entre los objetos o conceptos de

representación, conocidos como nodos Grafos conceptuales: Los arcos no

están etiquetados, y los nodos son de dos tipos:

Nodos de concepto, que pueden representar tanto una entidad

como un estado o proceso.

Nodos de relación, que indican cómo se relacionan los nodos

de concepto.

Ejemplo de red IS-A

Grafos conceptuales Los grafos conceptuales (conceptual graphs), propuestos por Sowa

(1984), se diferencian de las redes IS-A en que los arcos no están

etiquetados, y los nodos son de dos tipos:

1. Nodos de concepto, que pueden representar tanto una entidad

como un estado o proceso.

2. Nodos de relación, que indican cómo se relacionan los nodos

de concepto.

Por tanto, son los nodos de relación los que hacen el papel de enlaces

entre las entidades.

Existen dos notaciones para los grafos conceptuales, la forma lineal

(textual) y los diagramas o displayform, que presentan tres tipos de

elementos notacionales:

1. Rectángulos, que marcan los nodos de concepto,

2. Círculos, que marcan los nodos de relación,

3. Flechas direccionadas, que marcan los arcos.

[CONCEPT1] (REL.) [CONCEPT2

Notaciones de grafos conceptuales

Esquemas de marcos Los marcos (frames), también conocidos como «estructuras» o

«unidades», introducidos por Minsky (1974), son una forma de expresar las

redes semánticas textualmente, pero además pueden incluir

representaciones de conocimiento procedimental. En efecto, cada nodo

correspondiente a un objeto o a una clase se convierte en un marco, que

consta de una primera línea con el nombre del marco y una sucesión de

líneas, llamadas «ranuras» (slots) con la sintaxis:

<ranura> ::= <nombre de relación>: <objeto relacionado> |

<nombre de relación>: <clase relacionada> |

<nombre de propiedad>: <valor de la propiedad> |

<nombre de propiedad>: (excep) <valor de la propiedad> |

<nombre de propiedad>: if_needed <procedimiento> |

<nombre de propiedad>: if_added <procedimiento>

<nombre de relación> ::= es_un |

tipo_de |

<relacion específica de la aplicación>

Las dos últimas líneas de la definición de «<ranura» son las que

confieren a los sistemas basados en marcos esa posibilidad de mezclar

conocimiento procedimental con el declarativo. «<if_needed» significa que si

se necesita el valor de la propiedad se active un procedimiento para

calcularla; «<if_added» , que si en el curso del proceso se rellena o se

modifica ese valor se active un procedimiento.

A esta adición de procedimientos a un marco se le llama

adosamiento procedimental (procedural attachment).

La fundamentación psicológica de los marcos es parecida a la de los

scripts de Schank: cuando nos enfrentamos con una situación determinada,

intentamos ajustarla a otra parecida de la que ya tenemos experiencia previa

y esperamos que aparezcan un número de elementos comunes y se

sucedan algunas situaciones. La base de la teoría la conforman, por tanto,

las situaciones estereotipadas.

Informalmente, un marco es una estructura de datos compleja que

representa una situación estereotipada, por ejemplo hacer una visita a un

enfermo o acudir a una fiesta de cumpleaños. Cada marco posee un número

de casillas (slots) donde se almacena la información respecto a su uso y a lo

que se espera que ocurra a continuación. Al igual que las redes semánticas,

podemos concebir un marco como una red de nodos y relaciones entre

nodos (arcos). Una base de conocimiento basada en marcos es una

colección de marcos organizados jerárquicamente, según un número de

criterios estrictos y otros principios más o menos imprecisos tales como el de

similitud entre marcos. A nivel práctico, podemos considerar los marcos

como una red semántica con un número de posibilidades mucho mayor,

entre las que destacan especialmente, la capacidad de activación de

procesos (triggering) y de herencia no-monotónica mediante sobrecontrol

(overriding).

Formalmente, un marcoM es una lista de atributos (slots) y valores

(S, V). El valor V de un slot S puede ser:

Un valor simple, cuyo tipo se halla determinado por el slot

mismo, por una función que devuelve un valor de ese tipo, o por un puntero

al valor de otro slot de la jerarquía

Una lista de atributos:valores, donde los atributos son funciones

booleanas y los valores pueden ser funciones que devuelven valores del tipo

del valor del slot, o constantes del tipo del valor del slot.

Como es evidente, la representación de conocimiento basada en

marcos debe mucho a las redes semánticas. Sin embargo, los esquemas de

representación basados en marcos insisten en una organización jerárquica

de éstos, mientras que las redes semánticas no requieren tal organización.

La estructura de nodos de los marcos es también mucho más rica que la de

las redes semánticas, conteniendo sistemas de triggering de procedimientos.

Esto ocurre cuando en lugar de llenar un slot con un valor determinado, se

indica un procedimiento que será el encargado de devolver un determinado

valor.

Herencia y reconocimiento de patrones en marcos

Ésta es la situación conflictiva típica en la que algún proceso interno

posee una descripción parcial de una entidad desconocida y además

necesita determinar el valor de una o varias propiedades de esta entidad.

Primero llevaría a cabo el reconocimiento parcial hasta determinar al menos

la clase a la que la entidad pertenece, a continuación atribuiría las

propiedades de sus clases predecesoras en la jerarquía y volvería a intentar

el reconocimiento individual hasta llegar a su ubicación y determinación de

propiedades heredadas y locales completa.

Beneficios de la red Independencia de datos Sacar los datos de las aplicaciones para que puedan moverse entre

las aplicaciones de cierta área de competencia. Taxonomías y tesauros.

Generar una estructura o jerarquía para organizar los temas con el fin de que

las agrupaciones de términos faciliten su búsqueda.

Búsqueda, consulta y recuperación eficiente de la información

El hecho de que estas actividades sean eficientes es algo realmente

esencial para que el ser humano pueda tener acceso al conocimiento.

Modelos conceptuales y ontologías Representar un área de conocimiento a través de términos, relaciones

entre términos y atributos

Frames Son redes semánticas estructuradas, una colección de atributos y la

descripción de suscaracterísticas. Las relaciones conectan los frames entre

sí, que a su vez una estructura que permitedescribir su semántica.

El método Distsem

El Método permite extraer la constitución de una red semántica en

base a lasdistancias entre significados, constituir su matriz semántica,

describir, analizar yvisualizar su relación y distribución en 2 dimensiones y

comparar distintas matricesentre sí y evaluar su proximidad con la

configuración propuesta como correcta.

Desventajas de las redessemánticas

No existe una interpretación normalizada para el conocimiento

expresado por la red. La interpretación de la red depende

exclusivamente de los programas que manipulan la misma.

La dificultad de interpretación a menudo puede derivar eninferencias

inválidas del conocimiento contenido en la red.

La exploración de una red asociativa puede derivar en unaexplosión

combinatoria del número de relaciones que deben serexaminadas

para comprobar una relación, sobre todo si larespuesta a una

consulta es negativa.

No hay manera de insertar alguna regla heurística paraexplorar la red

de manera eficiente.

Ventajas de las redes semánticas

Permiten la declaración de importantesasociaciones en forma

explícita.

Debido a que los nodos relacionados estándirectamente conectados,

y no se expresanlas relaciones en una gran base de datos, eltiempo

que toma el proceso de búsquedapor hechos particulares puede

sersignificativamente reducido.

Las redes de significados, también llamadas redes semánticas, son

las concepciones que las personas hacen de cualquier objeto de su

entorno, de acuerdo a Figueroa (1976), mediante el conocimiento de

ellas se vuelve factible cnocer la grama de significados, expresados a

través del lenguaje cotidiano, que tiene todo objeto social, conocido.

Representación Relaciones entre clases:

es_un(persona,inicio).

es_un(alumno,persona).

es_un(profesor,persona).

Relaciones entre instancias y clases:

inst(juan,alumno).

inst(luis,alumno).

inst(pablo,profesor).

inst(pedro,profesor).

Propiedades de clases:

prop(persona,ciudad,sevilla).

prop(alumno,estado,soltero).

prop(profesor,estado,casado).

Propiedades de instancias:

prop(juan,edad,19).

prop(luis,edad,24).

prop(luis,estado,casado).

prop(pablo,edad,44).

prop(pablo,ciudad,mairena).

prop(pedro,edad,47).

Razonamiento Sesión

?- propiedades_rs(luis,P).

P = [ciudad:sevilla, edad:24, estado:casado]

Definición propiedades_rs(Inst,Props) :-

props(Inst,P_Especificas),

inst(Inst,Clase),

herencia_rs(Clase,P_Especificas,Props).

props(X,Props) :-

findall(Atr:Valor,prop(X,Atr,Valor),Props).

herencia_rs(inicio,Props,Props).

herencia_rs(Clase,P_Actuales,Props) :-

props(Clase,P_Generales),

actualiza(P_Actuales,P_Generales,N_P_Actuales),

es_un(Clase,Super_clase),

herencia_rs(Super_clase,N_P_Actuales,Props).

actualiza(Props,[],Props).

actualiza(P_Actuales,[Atr:_Valor|P_Generales],Props) :-

member(Atr:_V,P_Actuales),

actualiza(P_Actuales,P_Generales,Props).

actualiza(P_Actuales,[Atr:Valor|P_Generales],

[Atr:Valor|Props]) :-

not(member(Atr:_V,P_Actuales)),

actualiza(P_Actuales,P_Generales,Props).

Elementos de la representación Las instancias se representan por constantes Las clases se representan por constantes

Las relaciones clase–superclase se representan por hechos de la

forma es un(<clase>,<super-clase>)

Las relaciones instancia–clases se representan por hechos de la

forma inst(<instancia>,<clase>)

Cada propiedad se representa por un predicado binario de la

formaprop(<instancia o clase>,<propiedad>,valor>)

La constante inicio representa la clase inicial de la jerarquía

Las propiedades de una instancia es una lista de paresatributo–valor

Comentarios Independencia del orden de las clausulas en las propiedades

especıficas

Razonamiento sobre clases, p.e.

“¿Cuáles son las subclases de persona”

?- es_un(X,persona).

X = alumno;

X = profesor;

No

Especificación declarativa de la estrategia de herencia

Posibilidad de implementar estrategias de herenciamúltiple

Cognición y redes semánticas Cognición, es un término que describe los procesos psicológicos,

desarrollados en obtención del uso, almacenamiento y modificación del

conocimiento, acerca del mundo y de las personas.

Modelos cognitivo

Ejemplos de redes semánticas