语义网络

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2025-03-02

一、语义网络的定义与核心结构

语义网络（Semantic Network）是一种通过有向图表示知识的方法，其中节点代表实体、概念或属性值，有向弧表示节点间的关系。其核心目标是模拟人类联想记忆，实现知识的层次化表示与推理。

1. 基本组成

节点类型：
- 类节点：表示抽象概念（如“动物”“车辆”）；
- 实例节点：表示具体对象（如“狗”“卡车”）；
- 属性节点：描述特征（如“颜色=红色”）。
关系类型：
- 实例联系（ISA）：表示个体与类的从属关系（如“狗 ISA 动物”）；
- 泛化联系（AKO）：表示类之间的继承关系（如“卡车 AKO 车辆”）；
- 聚集联系（part-of）：描述整体与部分关系（如“轮子 part-of 卡车”）；
- 属性联系：绑定属性值（如“苹果→颜色=红色”）。

2. 扩展逻辑表示

连接词处理：通过引入特殊节点表示逻辑运算符：
- 合取（AND）与析取（OR）用复合节点连接；
- 蕴含（IF-THEN）通过ANTE（前提）和CONSE（结论）弧表示；
- 否定通过非节点或反向弧标记。
量词处理：全称量词（∀）需分块表示，存在量词（∃）直接通过ISA弧映射。

3. 使用lisp语言表示语义网络

;; -*- 语义网络定义部分 -*-
;; 定义全局变量 *sem-net* 存储语义网络数据结构
;; 使用嵌套列表表示实体、关系和属性
(setq *sem-net*
  '(
    ;; ------------------------------------------
    ;; 类层级关系定义
    ;; ------------------------------------------
    ;; AKO(A Kind Of) 表示泛化关系（父类）
    (animal AKO living-being)    ; 动物属于生物的一种
    ;; ISA(IS A) 表示实例关系（子类）
    (dog ISA animal)             ; 狗是动物的实例
    (bird ISA animal)            ; 鸟是动物的实例
    
    ;; ------------------------------------------
    ;; 属性关系定义
    ;; ------------------------------------------
    ;; has-part 表示组成部分关系
    (has-part animal legs)       ; 动物有腿作为组成部分
    ;; has-covering 表示表面覆盖物关系
    (has-covering bird feathers) ; 鸟有羽毛作为覆盖物
    (has-covering dog fur)       ; 狗有毛发作为覆盖物
    
    ;; ------------------------------------------
    ;; 实例对象定义
    ;; ------------------------------------------
    ;; 定义具体实例及其属性
    (tweety ISA bird)            ; tweety 是鸟类的实例
    (color tweety yellow)        ; tweety 的颜色是黄色
   ))

;; -*- 属性查询函数定义 -*-
;; 递归属性查询函数
;; 参数：
;;   entity - 要查询的实体（如 'bird）
;;   prop   - 要查询的属性名（如 'has-covering）
(defun get-property (entity prop)
  ;; 优先查找实体自身的直接属性
  (or (cadr (assoc prop *sem-net* 
                  :test #'eq         ; 使用 eq 进行相等比较
                  :key #'car))       ; 比较每个列表的首元素
      ;; 如果直接属性不存在，查找继承属性
      (let ((class (cadr (assoc 'ISA *sem-net* 
                               :test #'eq 
                               :key #'car)))) ; 获取实体的父类
        ;; 递归查询父类属性（如果存在父类）
        (when class (get-property class prop)))))

;; -*- 示例查询部分 -*-
;; 示例1：获取鸟类的身体覆盖物
;; 执行流程：
;; 1. 查找 bird 的 has-covering → 直接找到 feathers
(get-property 'bird 'has-covering)  ; => feathers

;; 示例2：获取 tweety 的颜色 
;; 执行流程：
;; 1. 直接查找 (color tweety yellow) 中的值
(caddr (assoc 'color *sem-net*     ; 查找 color 关系
             :test #'eq           ; 使用 eq 比较
             :key #'car))         ; 比较每个列表的首元素
;; => yellow

二、语义网络的分类与发展历史

1. 分类体系

类型	特点
定义网络	强调子类型继承（如“卡车→车辆”），支持属性继承规则
断言网络	表示真实性断言（如“地球是行星”），需模态运算符标记非确定性信息
可执行网络	集成推理机制（如标记传递），用于动态路径搜索与模式匹配
学习网络	通过增减节点或调整权重实现知识库的动态扩展