Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione
Università degli Studi di Parma
Intelligenza Artificiale
Rappresentazione della Conoscenza
e Ragionamento
(Parte 2)
Agostino Poggi
Stefano Cagnoni
Reti Semantiche
Le reti semantiche rappresentano la conoscenza attraverso una
struttura a grafo (detta rete):
I nodi rappresentano dei concetti.
Gli archi rappresentano relazioni tra concetti o proprietà dei concetti
stessi.
Mammifero
isa
Uomo
appartiene
Cervello
esemplare-di
Blu
maglia
Pee-Wee-Reese
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
squadra
Brooklyn-Dodgers
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Reti Semantiche
Le reti semantiche sono un modo naturale per rappresentare
relazioni binarie.
Una relazione di cardinalità maggiore di due può essere
rappresentata da una rete semantica a più archi.
Cubs
squadra-ospite
Partita
isa
G 23
5-3
punteggio
squadra-di-casa
Brooklyn-Dodgers
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
3
Reti Semantiche
Un modo per cercare le relazioni tra i concetti di una rete è
quello di vedere dove le attivazioni si incontrano (ricerca
dell’intersezione).
Mammifero
isa
isa
Cane
Uomo
esemplare-di
esemplare-di
Buck
Pee-Wee-Reese
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
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Gestione delle Gerarchie
Le reti semantiche rappresentano un formalismo adatto per
modellare conoscenze gerarchiche.
isa
Animali
isa
isa
Animali
Elefanti
Mammiferi
isa
Mammiferi
Elefanti
isa
Che differenza c’è tra le due reti?
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
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Gestione dei Valori per Default
La rappresentazione di conoscenze valide per default, mentre
costituisce un problema difficile per i formalismi logici, è un
problema facilmente risolvibile con le reti semantiche.
isa
riproduzione
Elefanti
Mammiferi
isa
vivipara
Ornitorinco
ovipara
riproduzione
La gestione delle eccezioni è semplice e consiste nel
memorizzarle nei nodi a cui si riferiscono e nel fermare la
ricerca appena si trova un valore.
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
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Gestione dell’Eredità Multipla
La gestione diventa difficile con l’eredità multipla.
pacifista
quacchero
isa
convinzione_politica
non_pacifista
falco
convinzione_politica
Nixon
repubblicano
isa
isa
Secondo il metodo precedente Nixon è allo stesso tempo
pacifista e non pacifista.
Esistono altri metodi:
ricerca in profondità avvantaggia i primi percorsi;
ricerca in ampiezza avvantaggia i percorsi più corti.
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
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Vantaggi delle Reti Semantiche
I principali vantaggi delle reti semantiche sono:
Risultano relativamente facili da comprendere per le persone.
Sono piuttosto efficienti da elaborare per i calcolatori.
Sono sufficientemente potenti per poter rappresentare idee e concetti
anche complessi.
Possono essere estese per rappresentare concetti modali e temporali
che non possono essere rappresentati con una logica standard.
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
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Limiti delle Reti Semantiche
I principali limiti delle reti semantiche sono:
Sono poco espressive, quindi occorrono delle reti semantiche di una
certa grandezza e complessità spesso anche per rappresentare concetti
abbastanza semplici.
Non hanno una semantica formale, cioè non esiste un insieme di
convenzioni universalmente accettato su ciò che una rete rappresenta.
Tuttavia, le reti semantiche sono state estese ottenendo dei
modelli e linguaggi, ad esempio, KL-ONE (Brachman, 1985),
con una precisa semantica formale.
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
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Frame
L’idea del frame (Minsky, 1975) trae l’origine
dall’osservazione che le persone usano un insieme strutturato
di conoscenze derivate da esperienze precedenti per
interpretare le diverse situazioni che si trovano a dover
affrontare.
Di fronte ad una nuova situazione, una persona non parte da
zero.
Al contrario, questa recupera dalla memoria una
rappresentazione generale che si può adattare alla situazione e
la raffina e modifica per render conto dei dettagli della
situazione corrente.
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
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Frame
Un frame è una collezione di attributi (i cosiddetti slot) e di
valori loro associati che descrivono una qualche entità del
mondo.
I frame come le reti semantiche si basano sull’eredità e sui
valori di default.
I frame sono delle strutture dichiarative che però possono
inglobare una parte procedurale per gestire i valori associati ai
propri attributi.
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
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Frame
Uno slot può essere:
un member slot: viene usato quando il frame è una classe e descrive
una proprietà che vale per tutti gli elementi della classe.
un own slot descrive una proprietà del frame specifico.
Ogni slot viene descritto per mezzo di un insieme prefissato di
"sfaccettature" (facet).
Ereditarietà, indica se il valore è ereditato e come
Valore
Default, valore di default
If-needed, metodo per calcolare il valore dello slot (è alternativo a
Valore)
…
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Frame
Persona
Nome
Anno nascita
Età
Cittadinanza
Recapito
if-needed
età = anni(Anno nascita)
Default: italiana
isa
Paziente
Nome
Anno nascita
Età
Cittadinanza
Recapito
Data ingresso
Diagnosi
Reparto
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Indirizzo
Via
Numero
Città
Provincia
Telefono
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Vantaggi e Limiti dei Frame
I principali vantaggi dei frame sono:
Permettono delle rappresentazioni compatte anche per concetti
complessi.
Sono piuttosto efficienti da elaborare per i calcolatori.
I principali limiti dei frame sono:
Non hanno una semantica formale, cioè non esiste un insieme di
convenzioni universalmente accettato su ciò che un frame rappresenta.
Tuttavia, combinando i frame con la logica si sono ottenuti dei
sistemi ibridi, ad esempio, FRAIL (Charniak, 1983) e
KRYPTON (Brachman et al., 1993), che coniugano
l’espressività di un linguaggio ad alto livello con il rigore della
logica.
Rappresentazione della Conoscenza e Ragionamento
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