Universität Salzburg
Institut für Computerwissenschaften

Seminar aus Informatik

 Semantische Netze

Franz-Josef Auernigg

 23. Juni 2005

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung....  1

1.1 Was ist ein Semantisches Netz ....  1
1.2 Ziele....   1
1.3 Semantische Relationen in natürlicher Sprache ....  3
1.4 Formalismen zur Beschreibung semantischer Netze....  6
1.5 Kriterien zur semantischen Beschreibung....  8

2 Netztypen....  10

2.1 Klassifizierende semantische Netze....  10
2.2 Deduktive Netze....  12
2.3 Scripts....  14
2.4 Prozesshafte Netze....  17
2.5 Referentielle Netze....   19
2.6 Netze mit semantischer Spezialisierung und syntaktischer Junktion....   21

3 KL-ONE ein semantisches Netz in der Anwendung....   25

3.1 KL-ONE Classic....  26

Abbildungsverzeichnis
1.1 Kollokationsgraph für “dog“ [2]....  2
1.2 Plausibilität von Sätzen [10] ....  4
1.3 Das Konzept einer Boing 747 [8]....  7
2.1 Ein Semantisches Netz nach Collins und Quillian [11]....  11
2.2 Graphische Darstellung der Transitivität in deduktiven Netzen ....  12
2.3 Semantisches Netz nach Hyvönen [11]....  13
2.4 Ausschnitt aus dem Script-Graphen-System nach Raskin [11] ....  15
2.5 Graphische Darstellung des Scripts ”  Löffel“ und damit essbare Stoffe nach Raskin [11] .... 16
2.6 Einbettung von ”spoon“ in die Begriffsordnung [11] ....  16
2.7 Darstellung der Ko-Hyponyme von ” spoon“[11]....  16
2.8 Netzdarstellung einer syntaktischen Struktur nach de Beaugrande [11] ....  17
2.9 Ein Konzeptuelles Netz [11] ....  18
2.10 Ein komplexes konzeptuelles Netz [11] ....  19
2.11 Graphische Darstellung des Wissens über Objekte [11] ....  19
2.12 Referentielles Netz mit Attributen nach Habel [11] ....  20
2.13 Darstellung eines komplexen Ausdrucks nach Figge [11] ....  24
3.1 Die Grammatik von CLASSIC [11]....   27
3.2 Festsetzung der Kardinalität [11] ....  28

Zusammenfassung

In dieser Arbeit werden verschiedene formale Ansätze zur Modellierung von Semantischen Netzen, sowie deren Bezug zu semantischen Relationen aus der Linguistik präsentiert.

Im ersten Kapitel wird eine Einleitung zu dem Thema gegeben bei der die Motivation und die Ziele Semantischer Netze erläutert werden. In der Folge wird eine linguistische Herleitung zu Semantischen Netzen gegeben und wichtige formale Aspekte zur Beschreibung von semantischem Wissen präsentiert.

Im zweiten Kapitel werden sechs Typen Semantischer Netze abgehandelt und dazu kleine Modellierungsbeispiele gegeben. Die Formalismen dieser Netze werden dabei größtenteils über die Logik erster Stufe aufgebaut.

Im dritten Kapitel wird ein Typ von praktisch angewandten Netzen präsentiert, die KL-ONE Systeme. Eine Implementierung eines KL-ONE Systems - Classic - wird im Anschluss in groben Zügen beschrieben.

Kapitel 1

Einleitung

Diese Einleitung wird die Ziele von Semantischen Netzen und deren Ursprünge in der Linguistik abhandeln. In der Folge werden Formalismen zur Modellbildung und Kriterien zur Unterscheidung von Semantischen Netzen präsentiert. Zu Beginn wird ein Beispiel eines Semantischen Netzes präsentiert. Dies soll dem Leser eine grobe Vorstellung darüber liefern, wie ein solches Netz aussehen kann.

1.1 Was ist ein Semantisches Netz

Das Semantische Netz aus Abbildung 1.1 basiert auf einem Kollokationsgraph und ist auf der Internetseite der Universität Leipzig verfügbar.

Hier wurde der Begriff Hund abgefragt, worauf das Ergebnis geliefert wird, dass ein Hund ein Tier ist, dass er bellt oder verwandte Tiere wie die Katze. Die einzelnen Begriffe stehen also alle mit Hund in Verbindung. Bei Kollokationsgraphen bedeutet das, dass sie mit einer bestimmten Häufigkeit im gleichen Satz vorkommen. Dieser Ansatz wurde gewählt, da es für den Aufbau eines solchen Graph’s relativ einfach ist. Bei der Abfrage in solchen Netzen kann auch frei gewählt werden, wie weit entfernte Begriffe angezeigt werden sollen. [2] 

1.2 Ziele

Die Ideen zu Semantischen Netzen waren ursprünglich davon motiviert Modelle für die Sprachverstehens- und Sprachproduktionsforschung zu bilden. Dabei kommt es natürlich darauf an, wie Wissen repräsentiert wird. Die gebildeten Modelle und die verschiedenen Wissensrepräsentationen wurden bald auch dazu verwendet, um Textübersetzer zu bauen. Doch zur Textübersetzung ist nicht nur ein bestimmtes Lexikon nötig sondern auch ein Mindestmaß an Allgemeinwissen, dass im semantischen Netz abgelegt

sein sollte. Ist dieses Wissen sehr umfangreich und bestehen auch die nötigen Inferenzmechanismen zur Auswertung und Nutzung des Wissens ist die Idee sehr naheliegend Künstliche Intelligenzen zu schaffen, die mit so einer Informationsbasis agieren können.

[...] Abbildung 1.1: Kollokationsgraph für “dog“ [2]

Ein weiteres Ziel wäre die Informationsflut die heute im Internet vorherrscht mit Semantischen Netzen zu bezähmen. Die derzeitigen Suchmaschinen stellen eine einfache Weise dar Inhalte zu filtern, doch könnte die assoziative Suche schneller zum gewünschten Ergebnis führen.

Informationen sind durch Texte linear aufgebaut und können dadurch auch nur linear vermittelt werden. Eine nicht lineare Wissensabfrage und Wissensorganisation wäre daher vorteilhaft.

Die Verwaltung von Wissen wird speziell in größeren Firmen immer wichtiger, da der Informationsaustausch zwischen den Abteilungen effizient durchgeführt werden sollte. Dazu sind auch effektive organisationsweite Informationsportale nötig, die Wissensverwaltungssysteme, wie semantische Netze verwenden. Mit Synergiemanagement wird erreicht mit einer Grupp von Menschen effektiv zu arbeiten. Dazu ist effizientes Kommunizieren nötig, was auf Basis gemeinsamer Ontologien erreicht wird. Unter Ontologie wird hier verstanden, Arbeitsprozesse formal als Konzepte und deren Relationen untereinander darzustellen. Schlussendlich bieten semantische Netze die Möglichkeit, Zusammenhänge unter einem bestimmten Kontext schneller zu erkennen. [11, 9]

1.3 Semantische Relationen in natürlicher Sprache

Da sich semantische Netze an der Verarbeitung natürlicher Sprache orientieren, wird in diesem Kapitel auf die Erkenntnisse und Modelle der Neurolinguistik bei der Sprachverarbeitung eingegangen.

Bereits 1861 führte Paul Pierre Broca bereits Untersuchungen durch, bei denen er ein Areal des Gehirns - heute Broca Areal genannt- mit der Sprachverarbeitung in Verbindung brachte. Der untersuchte Patient hatte zu Lebzeiten eine Broca Aphasie, welche sich durch einen extrem agrammatischen Satzbau und einer verlangsamten Sprachproduktion mit großer Sprachanstrengung kennzeichnete.

Wernicke entdeckte 1874 ein Areal, das er bei Beschädigung für ein schlechtes Sprachverständnis und für eine schlechte Sprachproduktion verantwortlich machte. Die betroffenen Patienten können zwar Sprache mit normalem Sprachrythmus produzieren, die Syntax wird jedoch nicht beachtet und die Wörter haben keine wahrnehmbare Bedeutung. Diese Aphasieform wird neben Wernicke-Aphasie auch Jargon-Aphasie genannt.

[...]