Кіріспе
Семантикалық желі немесе фрейм желісі – ұғымдар арасындағы семантикалық қатынастарды желі түрінде көрсететін білім базасы. Бұл көбінесе білімді ұсыну тәсілі ретінде қолданылады. Ол – ұғымдарды көрсететін төбелерден және ұғымдар арасындағы семантикалық қатынастарды, сондай-ақ сөздердің мағынасын ажыратуды көрсететін қабырғалардан тұратын бағытталған немесе бағытталмаған граф. Семантикалық желілерді ірі мәтіндерді талдау және басты тақырыптарды анықтау (мысалы, әлеуметтік желідегі жазбалардың), жаңғырыстарды анықтау (мысалы, жаңалықтардағы) немесе тіпті ғылыми саланың картасын жасау үшін де пайдалануға болады.
A semantic network, or frame network is a knowledge base that represents semantic relations between concepts in a network. This is often used as a form of knowledge representation. It is a directed or undirected graph consisting of vertices, which represent concepts, and edges, which represent semantic relations between concepts, and word sense disambiguation. Semantic networks can also be used as a method to analyze large texts and identify the main themes and topics (e. g., of social media posts), to reveal biases (e. g., in news coverage), or even to map an entire research field.
Тарих
Семантикалық желілерді логикада қолдану мысалдары, бағытталған ациклдік графтарды жадқа сақтау құралы ретінде пайдалану ғасырлар бойына созылған. Ең ерте құжатталған қолданылу грек философы Порфирийдің біздің заманымыздың үшінші ғасырында Аристотельдің категорияларына жасаған түсіндірмесі болып табылады. Компьютер тарихында, "Семантикалық желілер" үшін логикалық есептеуді алғаш рет компьютерлерде іске асырған Ричард Х. Риченс, 1956 жылы Кембридж тілдік зерттеулер бөлімінде табиғи тілдерді машиналық аудармалау үшін "интерлингва" ретінде, бірақ бұл жұмыстың және Кембридж тілдік зерттеулер бөлімінің маңыздылығы кейін ғана толыққанды түсінілді. Семантикалық желілерді Роберт Ф. Симмонс және Шелдон Клейн де, Виктор Ингве көрсеткен нұсқауларға сүйене отырып, бірінші реттік предикаттық есептеуді негіз ретінде пайдаланып, тәуелсіз түрде іске асырды. Зерттеудің "бастауын" 1960 жылы сөз тіркесімдер құрылымы грамматикасын қолдану алгоритмдерінің сипаттамаларын, синтаксикалық тұрғыдан дұрыс, бірақ мағынасыз сөйлемдерді жасау үшін жариялаған, Компьютерлік лингвистика қауымдастығының алғашқы президенті Виктор Ингве қалады. Шелдон Клейн мен мен 1962–1964 жылдары бұл техникаға қызығып, оны мәтінде кездесетін сөздердің семантикалық тәуелділіктерін ескере отырып, туындаған нәрсенің мағынасын бақылауға мүмкіндік беретін әдіс ретінде кеңейттік. Басқа зерттеушілер, ең әйгілісі М. Росс Квиллиан және System Development Corporation компаниясының басқа да қызметкерлері, 1960 жылдардың басында SYNTHEX жобасы аясында олардың жұмысына үлес қосты. System Development Corporation-та жарияланған бұл еңбектер қазіргі заманғы "семантикалық желі" терминінің көптеген туындылары үшін негіз болып табылады. Кейінірек, маңызды жұмыстарды Аллан М. Коллинз және Квиллиан жасады (мысалы, Коллинз және Квиллиан; Коллинз және Лофтус Квиллиан). 2006 жылы Герман Хелбиг MultiNet-ті толық сипаттады. 1980 жылдардың соңында Нидерландының екі университеті, Гронинген және Твенте бірлесіп, графтарда алгебралық амалдарды орындауды жеңілдету үшін, шектеулі мүмкін қатынастар жиынтығына ғана шектелген семантикалық желілер болып табылатын "Білім Графтары" деп аталатын жобаны бастады. Келесі онжылдықтарда семантикалық желілер мен білім графтары арасындағы шекаралар нашарлады. 2012 жылы Google өзінің білім графигіне Knowledge Graph деген ат берді. Семантикалық байланыс желісі семантикалық әлеуметтік желі әдісі ретінде жүйелі түрде зерттелді. Оның негізгі моделі семантикалық түйіндерден, түйіндер арасындағы семантикалық байланыстардан және түйіндер мен байланыстардың семантикасын, сондай-ақ семантикалық байланыстар бойынша қорытынды шығару ережелерін анықтайтын семантикалық кеңістіктен тұрады. Жүйелі теория мен модель 2004 жылы жарияланды. Бұл зерттеу бағыты 1998 жылы тиімді модельдерді іздеу үшін мұрагерлік ережелерін және Active Document Framework ADF анықтамасын енгізуге дейін жетеді. 2003 жылдан бастап зерттеулер әлеуметтік семантикалық желілерге қарай дамыды. Бұл жұмыс Дүниежүзілік Желі және жаһандық әлеуметтік желілер дәуіріндегі жүйелі жаңалық болып табылады, Семантикалық желінің (желінің) қосымшасы немесе қарапайым кеңейтуі емес. Оның мақсаты мен ауқымы Семантикалық желіден (немесе желіден) өзгеше. Семантикалық байланыс желісінде ойлау және эволюция ережелері, сондай-ақ жасырын байланыстарды автоматты түрде анықтау маңызды рөл атқарады. Жақында ол Cyber Physical Social Intelligence-ті қолдау үшін жетілдірілді. Ол жалпы қорытындылау әдісін жасау үшін пайдаланылды. Өзін-өзі ұйымдастырған Семантикалық байланыс желісі көп өлшемді категория кеңістігімен біріктірілді, бұл семантикалық кеңістікті құру үшін көп өлшемді абстракциялар мен өзін-өзі ұйымдастырған семантикалық сілтемелермен озық қосымшаларды қолдау үшін. Семантикалық байланыс желісі мәтінді қорытындылау арқылы түсіну мен бейнелеуде маңызды рөл атқаратыны расталды. Семантикалық байланыс желісі киберкеңістіктен киберфизикалық әлеуметтік кеңістікке дейін кеңейтілді. Жарыстық қатынас және симбиоздық қатынас, сондай-ақ олардың дамушы қоғамдағы рөлі жаңа тақырыпта зерттелді: Киберфизикалық әлеуметтік интеллект. Мысалы, 2008 жылы Фавси Бендектің PhD диссертациясы семантикалық ұқсастықты көрсетуді және есептеулерді жеңілдету үшін арнайы қатынастар мен таралу алгоритмдерін қамтитын Семантикалық ұқсастықтар желісін (SSN) ресмилендірді.
More specialized forms of semantic networks has been created for specific use. For example, in 2008, Fawsy Bendeck's PhD thesis formalized the Semantic Similarity Network (SSN) that contains specialized relationships and propagation algorithms to simplify the semantic similarity representation and calculations.
Семантикалық желілердің негіздері
Семантикалық желі, білім бір-бірімен байланысты ұғымдар жиынтығы ретінде ең жақсы түсінілетін жағдайда қолданылады. Көптеген семантикалық желілер танымдық негізде құрылған. Олар таксономиялық иерархияға ұйымдастырылатын доғалар (сөйлеушілер) және түйіндерден (орталықтар) тұрады. Әртүрлі семантикалық желілер көпір түйіндері арқылы да байланыса алады. Семантикалық желілер таралатын белсенділік, мұрагерлік және түйіндерді протообъектілер ретінде қарастыру идеяларына үлес қосты. Семантикалық желілерді құрудың бір тәсілі, сондай-ақ бірлесіп кездесетін желілер деп те аталады, мәтіндегі кілттік сөздерді анықтау, бірлесіп кездесу жиілігін есептеу және желідегі орталық сөздер мен тақырыптардың кластерлерін табу үшін желілерді талдауды қамтиды.
Тіл білімі
Лингвистика саласында семантикалық желілер адам санасының қатысты ұғымдарды қалай өңдейтінін көрсетеді. Әдетте, семантикалық желідегі ұғымдар екі түрлі қатынастың біріне ие болуы мүмкін: семантикалық немесе ассоциативтік. Егер қатынас семантикалық болса, екі ұғым келесі семантикалық қатынастардың кез келгенімен байланысты: синонимия, антонимия, гипернимия, гипонимия, голонимия, меронимия, метонимия немесе полисемия. Бұл жалғыз семантикалық қатынастар емес, бірақ ең көп таралғандары. Егер қатынас ассоциативтік болса, екі ұғым бірге кездесу жиілігіне байланысты байланысты. Бұл қауымдастықтар кездейсоқ, яғни олардың жеке мағыналары бір-бірімен байланысуын талап етпейді, тек олар көбінесе солай болады. Мысалы, шошқа мен ферма, шошқа мен шүмек немесе шошқа мен лай. Шошқаның мағынасы оны фермамен байланыстыруға міндеттейтін болса, шошқалар жабайы да болуы мүмкін, бірақ шошқалардың фермаларда жиі кездесуі кездейсоқ қауымдастық қатынасты тудырады. Бұл тақырыптық қатынастар семантикалық желілерде кең таралған және еркін ассоциация тестілерінде байқалатын нәтижелер. Бастапқы сөз берілген кезде, ең жақын байланысты ұғымдардың белсенділігі басталады, олар аз байланысты ұғымдарға қарай таралады. Мысалы, бастапқы сөз – шошқа, содан кейін сүтқоректі, содан кейін жануар, содан кейін тыныс алады. Бұл мысал таксономиялық қатынастардың семантикалық желілерге тән екенін көрсетеді. Ең жақын байланысты ұғымдар семантикалық ұқсастық баллдарын анықтайтын семантикалық ерекшеліктерді бөліседі. Жоғары ұқсастық баллдары бар сөздер бір-бірімен тығыз байланысты, демек семантикалық желіде жақын сөз болу ықтималдығы жоғары. Бұл қатынастарды миға приминг арқылы ұсынуға болады, онда мақсатты сөз көрсетілмес бұрын осы қатынастың бұрынғы мысалдары көрсетіледі. Примингтің семантикалық желі байланысына тигізетін әсерін сөз реакция уақытының жылдамдығы арқылы байқауға болады. Приминг семантикалық желі құрылымын және бастапқы сөзбен қай сөздер тығыз байланысты екенін анықтауға көмектеседі. Семантикалық желінің бұзылуы семантикалық тапшылыққа алып келуі мүмкін, бірақ бұл семантикалық деменциядан өзгеше.
Мида
Семантикалық қатынастардың физикалық көрінісі мида да бар. Санатқа қатысты семантикалық тізбектер әртүрлі санаттарға жататын сөздер мидың әртүрлі бөліктеріндегі тізбектер арқылы өңделетінін көрсетеді. Мысалы, бет немесе ауызбен байланысты сөздің (мысалы, жалау) семантикалық тізбегі, аяқ немесе табанмен байланысты сөздің (мысалы, тепкі) семантикалық тізбегінен мидың басқа жерінде орналасқан. Бұл 2013 жылы Friedemann Pulvermüller жариялаған зерттеудің маңызды нәтижесі. Бұл семантикалық тізбектер мидың сенсомоторлық аймақтарымен тікелей байланысты. Бұл денелі семантика деп аталады, ол денелі тілді өңдеудің кіші тақырыбы. Ми зақымданған жағдайда, семантикалық желілердің қалыпты жұмысы бұзылуы мүмкін, нәтижесінде семантикалық желідегі басым қатынастар өзгеруі мүмкін.
WordNet-тің атауы
Семантикалық желіге мысал ретінде WordNet, ағылшын тілінің лексикалық дерекқоры келтіріледі. Ол ағылшын сөздерін синонимдер жиынтығына топтастырады, қысқа, жалпылама анықтамалар береді және осы синонимдер жиынтықтары арасындағы түрлі семантикалық қатынастарды тіркейді. Ең көп таралған семантикалық қатынастардың кейбіреулері: меронимия (A, егер A – B-нің бір бөлігі болса, B-нің меронимиясы болып табылады), голонимия (B, егер B-нің құрамында A болса, A-ның голонимиясы болып табылады), гипонимия (немесе тропонимия) (A, B-ге бағынышты; A – B-нің бір түрі), гипернимия (A, B-ге жоғары тұрады), синонимия (A, B-мен мағыны бірдей) және антонимия (A, B-нің қарама-қарсы мағынасын білдіреді). WordNet қасиеттері желі теориясы тұрғысынан зерттелді және Рогеттің сөздігінен және сөздерді қатыстыру тапсырмаларынан жасалған басқа семантикалық желілермен салыстырылды. Осы тұрғыдан алғанда, олардың үшеуі де «кішкентай әлем» құрылымын құрайды.
Басқа мысалдар
Сонымен қатар, логикалық сипаттамаларды семантикалық желілер арқылы көрсету мүмкін, мысалы, Чарльз Сандерс Пирстің экзистенциалдық графиктері немесе Джон Ф. Соуаның оған байланысты тұжырымдамалық графиктері. Бұлар стандартты бірінші реттік предикаттық логикаға тең немесе одан да артық экспрессивті күшке ие. WordNet немесе басқа лексикалық немесе қарау желілерінен өзгеше, осы бейнелеулерді қолданатын семантикалық желілерді сенімді автоматты логикалық қорыту үшін пайдалануға болады. Кейбір автоматты есептеу жүйелері желілерді өңдеу кезінде графиктік желілер теориясының ерекшеліктерін пайдаланады. Семантикалық желілердің басқа мысалдары – Геллиш үлгілері. Геллиш тілі – түсініктер мен түсінік атаулары арасындағы қатынастар желісі ретінде анықталған формальді тіл. Геллиш ағылшын тілі – табиғи ағылшын тілінің формальді жиынтығы, дәл сол сияқты Геллиш голланд тілі – голланд тілінің формальді жиынтығы, ал бірнеше тілде бірдей ұғымдар кездеседі. Геллиш желілерінің өзгелері – Геллиш тілінде берілген білім және ақпарат үлгілерінен тұрады. Геллиш желісі – нәрселер арасындағы (бинарлық) қатынастар желісі. Желідегі әрбір қатынас – қатынас түрі бойынша жіктелетін фактінің көрінісі. Әр қатынас түрі – Геллиш тілінің сөздігінде анықталған түсінік. Желідегі әрбір байланысты нәрсе – түсінік немесе түсінік бойынша жіктелетін жеке нәрсе. Түсініктердің анықтамалары анықтама үлгілері (анықтама желілері) түрінде жасалады, олар бірге Геллиш сөздігін құрайды. Геллиш желісі Геллиш деректер базасында құжатталуы мүмкін және компьютермен түсіндіріледі. SciCrunch – ғылыми ресурстар үшін бірлесіп өңделген білім базасы. Ол бағдарламалық құралдар, зертханалық жабдықтар және т.б. үшін бірегей идентификаторларды (зерттеу ресурстарын идентификациялау немесе RRID) ұсынады, сондай-ақ RRID-тер мен қауымдастықтар арасында байланыс орнатуға мүмкіндік береді. Категория теориясына негізделген семантикалық желілердің тағы бір мысалы – ологтар. Мұнда әр тип – нәрселер жиынтығын көрсететін объект, ал әр жебе – функцияны көрсететін морфизм. Семантиканы шектеу үшін коммутативтік диаграммалар да қолданылады. Әлеуметтік ғылымдарда адамдар кейде семантикалық желі терминін бірге кездесетін желілерді атау үшін қолданады. Негізгі идеясы – мәтін бірлігінде, мысалы, сөйлемде бірге кездесетін сөздер бір-бірімен семантикалық байланысты. Бірге кездесуге негізделген байланыстарды семантикалық желілерді құру үшін пайдалануға болады. Бұл процеске мәтіндегі кілт сөздерді анықтау, бірге кездесетін желілерді құру және желідегі негізгі сөздерді және тақырыптар кластерлерін табу үшін желілерді талдау кіреді. Бұл әдіс үлкен мәтінді және үлкен деректерді талдау үшін ерекше пайдалы.
Бағдарламалық құралдар
Сонымен қатар, лексикалық білімді инженериялау үшін қолданылатын тиісті бағдарламалық құралдар жиынтығымен байланысты семантикалық желілердің күрделі түрлері бар, мысалы Стюарт С. Шапироның Семантикалық желіні өңдеу жүйесі (SNePS) немесе Германн Хелбигтің MultiNet парадигмасы. Бұл жүйелер әсіресе табиғи тілдік өрнектердің семантикалық бейнелеуіне қолайлы және көптеген NLP қолданбаларында қолданылады. Семантикалық желілер плагиатты анықтау сияқты мамандандырылған ақпаратты іздеу міндеттерінде қолданылады. Олар тілдік әртүрлілікті азайту үшін семантикалық сығылуды қолдануға қажетті иерархиялық қатынастар туралы ақпаратты ұсынады және жүйеге қолданылған сөздер жиынтығына тәуелді емес, сөздердің мағынасын сәйкестендіруге мүмкіндік береді. 2012 жылы Google ұсынған Білім Графігі (Knowledge Graph) – іздеу жүйесінде семантикалық желіні қолданудың бір түрі. Семантикалық желілер сияқты көп қатынасты деректерді төмен өлшемді кеңістікте көшпелеу (embedding) арқылы модельдеу, субъектілер арасындағы қатынастарды көрсетуде және мәтін сияқты орталардан қатынастарды анықтауда пайдалы. Мұндай көшпелеуді (embedding) оқытудың көптеген тәсілдері бар, оның ішінде Байес кластерлеу жүйелері, энергияға негізделген жүйелер және соңғы кезде TransE (NIPS 2013) қолданылады. Білімдік базаны ендірудің (embedding) қолданбаларына әлеуметтік желілерді талдау және қатынастарды анықтау жатады.