Семантика – раздел языкознания, изучающий значение единиц языка, прежде всего его слов и словосочетаний. В более общем смысле, семантика определяет смысл знаков (образов, обозначений) и их сочетаний.
Семантическая сеть (смысловая сеть) — модель предметной области, представленная в виде графа, вершинами которого являются понятия, а дуги (ребра) – отношения между ними.
Прародителями современных семантических сетей можно считать экзистенциальные (лат. exsisto - возникаю, происхожу, существую) графы, предложенные Чарльзом Пирсом в 1909 г. С их помощью описывались понятия и логические связи между ними некоторой предметной области. Важным этапом в становлении семантических сетей стали работы немецкого психолога Отто Сэлза 1913 и 1922 гг. Для описания понятий и связей между ними, а также изучения методов наследования свойств он использовал графы и семантические отношения. Первые компьютерные реализации семантических сетей появились в конце 1950-х – начале 1960-х гг. в системах машинного перевода (Ричард Риченс, Маргарет Мастерман). Одной из основополагающих теоретических работ по семантическим сетям считается труд американского психолога Росса Куиллиана о «семантической памяти» («Semantic memory. Semantic information processing», «Семантическая память. Семантическая обработка информации», 1968г.).
В качестве понятий обычно выступают абстрактные или конкретные объекты (огурец, машина, любовь, Маша). В качестве отношений наиболее часто используются следующие (смысловая классификация):
- таксономические («класс – подкласс – экземпляр», «множество – подмножество – элемент» и т.п.). Данный тип отношения называют также отношением AKO (англ. A Kind Of – является разновидностью), IS A (является, это есть) или гипонимии (гипероним – общая сущность; гипоним – частная сущность);
- структурные («часть – целое»). Данный тип отношения называют также отношением Part of (является частью), Has part (состоит из, включает в себя), агрегации (лат. aggregatio – присоединение), композиции (лат. compositio – составление, связывание, сложение, соединение) или меронимии (холоним – сущность, включающая в себя другие; мероним – сущность, являющаяся частью другой);
- родовые («предок» - «потомок»);
- производственные («начальник» - «подчиненный»);
- функциональные (определяемые обычно глаголами «производит», «влияет» и т.п.);
- количественные (больше, меньше, равно и т.п.);
- пространственные (далеко от, близко от, за, под, над и т.п.);
- временные (раньше, позже, в течение и т.п.);
- атрибутивные (иметь свойство, иметь значение);
- логические (И, ИЛИ, НЕ);
- казуальные (причинно-следственные).
Отношения можно также классифицировать по степени участия (арности) понятий в отношениях:
- унарное (рекурсивное) - отношение связывает понятие само с собой;
- бинарное - отношение связывает два понятия;
- N-арное - отношение, связывающее более двух понятий.
Приведем пример двух простых семантических сетей. Одна из них (рис.5.1а) описывает понятие «помидор», а другая (рис. 5.1б) описывает факт «Маша укрепила стул клеем».
Рис.5.1. Примеры семантических сетей
В разных вариациях семантических сетей для отображения понятий используются различные геометрические примитивы: прямоугольники, овалы, четырехугольники со скругленными углами и т.п.
Проблема поиска решения в семантической сети сводится к задаче поиска фрагмента сети, соответствующего поставленному запросу. Например, вопрос «Какого цвета помидор?» можно графически представить в виде подсети.
Рис.5.2. Представление вопроса в виде подсети
Наложение подсети вопроса на сеть, описывающую предметную область, дает ответ – «красный».
Семантические сети широко используются в экспертных системах в качестве языка представления знаний (например, в экспертной системе PROSPECTOR), в системах распознавания речи и понимания естественного языка. Непосредственное отношение к сетевым моделям имеют исследования по реляционным, сетевым и иерархическим БД.