Rete semantica
La rete semantica è un metodo di rappresentazione della conoscenza basato sull'utilizzo di nodi e archi (link). I nodi identificano gli oggetti mentre gli archi identificano le relazioni tra due o più nodi. Gli oggetti possono essere sia oggetti fisici che oggetti astratti ( azioni, classi, concetti, ecc.). Ai nodi e agli archi sono associate delle etichette che consentono di attribuire loro un particolare significato. Le relazioni tra i nodi di una rete semantica consentono di comporre una struttura eterarchica in cui nessun nodo può dirsi principale. La rete semantica può essere rappresentata sul piano mediante un grafo.
Esistono diversi tipi di relazioni ( archi ) tra gli oggetti ( nodi ) a seconda del problema che si vuole affrontare. Le principali relazioni in una rete semantica sono le seguenti:
- IS-A. La relazione IS-A consente di associare un nodo a una classe. Ad esempio, Manzoni è uno scrittore. Tramite questa relazione il primo nodo (nodo subordinato) eredita un insieme di caratteristiche dal nodo-classe (nodo super-ordinato) senza doverle ripetere nuovamente.
- PART-OF. La relazione PART-OF è utilizzata quando il primo nodo è un componente del secondo nodo. Ad esempio, il volante è un componente dell'automobile, la pagina è un componente del libro, ecc.
Oltre alle relazioni IS-A e PART-OF possono essere realizzate infinite altre tipologie di relazioni. Dal punto di vista grafico le relazioni possono essere rappresentate con un'etichetta oppure dall'arco disegnato con un apposito colore. Uno dei principali progetti di reti semantiche di questo tipo è il database semantico-lessicale WordNet elaborato dal linguista George Armitage Miller dell'Università di Princeton che organizza i concetti espressi dai vocaboli inglesi.
Principio di ereditarietà. Una delle principali caratteristiche delle reti semantiche è l'ereditarietà delle caratteristiche tra nodi diversi. Come già visto, la relazione IS A consente di definire l'appartenenza di un nodo-figlio a un nodo-classe. Ciò consente di far ereditare al nodo-figlio tutte le proprietà e le caratteristiche del nodo-classe senza doverle duplicare, risparmiando una grande quantità di memoria. Il principio di ereditarietà può, inoltre, essere utilizzato per esplorare nuove relazioni tra i nodi mediante una procedura di inferenza.
Storia delle reti semantiche. La notazione grafica delle reti semantiche viene introdotta all'inizio del '900 da Charles Peirce per rappresentare le relazioni logiche mediante un grafo esistenziale composto da nodi e da archi. Le prime reti semantiche per computer sono sviluppate negli anni '50-60 allo scopo di costruire un dizionario elettronico in grado di tradurre il linguaggio naturale nel linguaggio logico-matematico degli elaboratori elettronici. Nel corso degli anni '70-80 le reti semantiche si sviluppano sotto forma di ipertesto contribuendo indirettamente alla nascita dei linguaggi informatici ipertestuali come l'HTML. Nel corso degli anni '90 le reti semantiche sono utilizzate anche negli studi sull'intelligenza artificiale e per la realizzazione dei primi sistemi esperti. Le reti semantiche sono utilizzate anche nella didattica sotto forma di mappe concettuali per indicare le relazioni tra concetti.
- Oggetti e categorie. In una rete semantica la distinzione tra oggetti e categorie non è sufficiente a rappresentare la realtà. Ad esempio, considerare una persona (John) e l'insieme delle persone come oggetti può causare delle ambiguità. È preferibile distinguere i nodi in oggetti e categorie. Gli oggetti in senso stretto sono unità atomiche ( es. John ) mentre le categorie sono gli insiemi che li contengono ( es. persone ). Ogni categoria può contenere delle sottocategorie ( es. maschi ) per classificare gli oggetti in modo più dettagliato.
- Grafo delle reti semantiche. Le reti semantiche sono un modo per rappresentare graficamente la conoscenza. Un dominio di conoscenza è suddiviso in categorie e oggetti. La relazione di appartenenza di un oggetto a una categoria è rappresentata nel grafo da un arco ( relazione ) che collega il nodo-oggetto al nodo-categoria. Quando un oggetto è in relazione di appartenenza con una categoria, ne acquisisce le proprietà ( ereditarietà ). Ogni oggetto può avere molteplici relazioni di appartenenza con categorie differenti. Uno dei principali vantaggi delle reti semantiche è quello di agevolare la comprensione della realtà. Ad esempio, il seguente grafo rappresenta la categoria delle persone, suddivisa nei sottoinsiemi maschi e femmine. L'oggetto John appartiene alla categoria maschi.
Come si può notare, nel grafo le relazioni sono colorate in modo diverso per sottolineare la loro diversità. È possibile distinguere tre tipi di relazioni:
- Relazioni categoria-categoria. La relazione "sottoinsieme di" consente la creazione di una sottocategoria ( sottoinsieme ) a partire da un'altra categoria superiore o principale.
- Relazione oggetto-categoria. La relazione "membro di" indica una relazione di appartenenza dell'oggetto (John) alla categoria (maschi). Allo stesso modo l'oggetto (John) appartiene anche a un'altra categori (inglesi).
- Relazione oggetto-oggetto. La relazione "madre di" rappresenta una relazione tra due determinati oggetti ( John e Mary ). Questa relazione può essere applicata soltanto tra due oggetti. Non è possibile utilizzare la relazione "madre di" anche per collegare un oggetto a una categoria o due categorie.
Ereditarietà multipla. Gli oggetti ereditano le proprietà dalle categorie a cui appartengono. Ogni oggetto può appartenere a categorie diverse e, quindi, può ereditare proprietà da categorie differenti. Questo principio consente di attribuire molte informazioni agli oggetti ma lascia aperto un problema. Due categorie potrebbero avere proprietà opposte, ad esempio date due categorie A e B, nella categoria A la proprietà 'colore' è bianco mentre nella categoria B la proprietà 'colore' è nero. Quando un oggetto appartiene ad entrambe le categorie A e B, l'oggetto eredita dalle due categorie una medesima proprietà con valori in conflitto. L'oggetto è bianco o nero?
- Reificazione e relazioni binarie. Nelle reti semantiche le relazioni sono relazioni binarie in quanto collegano sempre due oggetti, un oggetto e una categoria, o due categorie. Le relazioni n-arie possono essere realizzate tramite molteplici relazioni binarie tra gli oggetti. Questo causa la reificazione delle ontologie e amplia il volume del database di conoscenza. Ad esempio, nella logica del primo ordine il quantificatore universale ∀ consente di associare n oggetti a una particolare categoria (C). Nelle reti semantiche si può ottenere lo stesso risultato con n relazioni, ognuna delle quali collega un oggetto alla categoria (C).
- Disgiunzione e negazione nelle reti semantiche. Le reti semantiche non consentono di effettuare diverse relazioni della logica del primo ordine. In una rete semantica non è possibile indicare la negazione o la disgiunzione di categorie. Ad esempio, le categorie 'maschi' e 'femmine' sono disgiunte. In una rete semantica questo aspetto non emerge. La disgiunzione e la negazione potrebbero comunque essere indicate aggiungendo nuove relazioni ( linee tratteggiate ) ma ciò causerebbe una minore semplicità della rappresentazione.
- Differenza tra reti semantiche e logica formale. Alcuni autori considerano le reti semantiche una forma logica a se stante, distinta dalla logica formale. Altri autori, invece, considerano le reti semantiche soltanto un modo di rappresentazione della logica formale.
- Quantificatore esistenziale e reti semantiche. Uno degli handicap delle reti semantiche è l'impossibilità di definire il quantificatore esistenziale. Nella notazione logica formale il quantificatore esistenziale è identificato dal simbolo ∃. Nelle reti semantiche, invece, non è possibile definire una relazione simile.
- Differenza tra mappa mentale e rete semantica. Una mappa mentale è una rete semantica in cui sono rappresentati i collegamenti tra concetti. A differenza della rete semantica la mappa mentale ha una struttura gerarchica. A partire da un concetto principale si diramano i collegamenti mentali agli altri concetti.
