Найпростіші мережі, які використовуються в системах штучного інтелекту – це реляційні графи. Вони складаються з вузлів, що сполучені дугами. Кожний вузол являє собою поняття, а кожна дуга - відношення між різноманітними поняттями. На малюнку 1 подане речення “Собака жадібно гризе кістку”. Чотири прямокутники подають поняття собаки, процесу гризіння, кістки і такої характеристики, як жадібність. Надписи над дугами означають, що собака є агентом грізіння, кістка є об'єктом гризіння, а жадібність - це манера гризіння.
Термінологія, що використовується в цій області різноманітна. Для того, щоб отримати деяку однорідність, вузли, сполучені дугами, слід називати графами, а структуру, де є ціле гніздо з вузлів або де існують відношення різноманітного порядку між графами, зветься мережею. Окрім термінології, що використовується для пояснення, також різняться засоби зображення. Інколи використовуються кружечки замість прямокутників; іноді пишуться типи відношень одразу понад дугами, не розміщуючи їх в овали; іноді використовуються абревіатури, наприклад О чи А для позначення агента або об'єкта; іноді використовуються різноманітні типи стрілок. На малюнку 2 зображений граф концептуальних залежностей Шенка. <=> означає агента. INGEST (поглинати) - один із примітивів Шенка: ЇСТИ - ПОГЛИНАТИ твердий об'єкт; ПИТИ - ПОГЛИНАТИ рідкий об'єкт; ДИХАТИ - ПОГЛИНАТИ газоподібний об'єкт. Додаткова скла зліва означає, що кістка передається із невказаного місця до собаки.
Оскільки досить складно ввести у комп'ютер деякі діаграми, то багато вчених записують свої графи у більш компактному вигляді. Наприклад, те саме речення Сова запропонував записати в лінійномувигляді із використанням деяких елементів із малюнка 1:
[ЇСТИ]-
(AGNT) -> [СОБАКА]
(OBJ) -> [КІСТКА]
(MANR) -> [ЖАДІБНІСТЬ]
У цьому варіанті запису квадратні дужки позначають поняття, а круглі дужкимістять назви відношень. Всі лінійні форми запису дуже подібні до фреймових структур.
Дієслова з'єднуються із групою іменника з використанням відмінкових відношень. Наприклад, іу речені “Mary gave a book to Fred”, Mary агент даванія, book об'єкт цього процесу, а Fred реципієнтдієслова “давати”. Окрім відмінкових відношень у речені поданого природньою мовою також єзасоби для зв'язку окремих речень. Такі відношення необхідні у таких випадках:
Союзи.Самий простий спосіб з'єднати речення - це поставити між ними союз. Деякі ссоюзи, як наприклад “і”, “або”, “якщо” позначають логічний зв'язок; деякі, такі як “після того, як”, “коли”, “поки”, “з того часу, як” і “тому що”, висловлюють тимчасові відношення і причину.
Дієслова, які потребуютьпідпряднеречення. Відмінкові фреймы багатьох дієслівпотребуютьпідрядні реченя, яке, як правило, є звичайно прямим додатком. До такого типу відносятьсядієслова “говорити”, “вважати”, “міркувати”, “знати”, “бути переконаним”, “загрожувати”, “намагатися” та ін.
Визначники, що відносяться до усього речення. Багато прислівників та пропозициійних фраз відносяться тише до дієслова, але деякі визначають повне речення. Такі прислівники, як “звичайно”, “мабуть”, у більшості випадків ставляться на початку речення. Хоча, наприклад, слово “одного разу” визначає усю розповідь, що йде після нього.
Модальні дієслова та часові форми. Такі дієслова, як “may”, “can”, “must”, “should”, “would” і “could” мають модальне значення і відносяться до усього речення, у якому вони зустрічаються. Тимчасове відношення може бути виражено як формою минулого часу дієслів, так і обставинами “зараз”, “завтра” або “якось” та іншими.
Пов'язанийдискурс. Окрім відношень, поданих у одному речені, існують також відношення більш високого порядку між окремими реченнямидоповіді або розповіді якогось іншого виду. Більшість з них не виражені експліцитно: часові відношення та порядок аргументів може бути, наприклад, імпліцитно подано порядком слідування речень у тексті.
Саме тому, що дієслову приділяється така важлива роль у речені, багато теорій роблять його своїм центральним з’єднувальною ланкою. Цей підхід бере започатковано із Індо-Європейской мовної родини, для якої модальність та часові відношення подаються зміною дієслівної форми. Розглянемотакийприклад: “While a dog was eating a bone, a cat passed by unnoticed”. Уцьомуреченіповідомляється, що, колиречення “While a dog was eating a bone” справджувалось,іншеречення “A cat passed unnoticed” такожсправджувалось. На малюнку 3 зображено граф із центром на дієслові. Союз “while” (WHL) з'єднує вузол PASS-BY із вузлом EAT. На малюнку 3 показано, що собака є агентом не-помічання (not noticing).
Графи із центром у дієслові - це реляційні графи, для яких дієслововважається центральною ланкою будь-якого речення. Маркери часу та відношення записуються безпосередньо поруч із концептами, які представляютьдієслова. Графи концептуальних залежностей РоджераШенка також використовують цей підхід.
Незважаючи на те, що графи із центром на дієслові досить гнучкі за своєю структурою, вони мають деякі обмеження. Одне з яких полягає в тому, що вони не проводять розмежування між визначниками, що відносяться тлише до дієслова, і визначниками, що відносяться до речення вцілому. Роздивимосятакі приклади:
The dog greedily ate the bone.
Greedily, the dog ate the bone.
Ці графи також погано працюють з реченнями, що знаходяться усередині іншихречень.
При роботі з реляційними графами виникають проблеми із передачею усього різноманіття часових відношень та відношень модальності. Незважаючи на те, що багато вчених використовують ці графи для вирішення складних проблем, вони так ще й досі не розробили загального методу їх розв’язку. У вище приведеному прикладі позначка PAST повинна відноситися до усього речення, якеньповідомляє про те, що собака їсть кістку, а не лише до дієслова EAT, оскільки видно, що кістка пізніше була з'їдена собакою цілком. Також повинно бути зазначено, що процес проходу кішки і процес не зваження її собакою відбувалися одночасно.
У пропозиційнихмережах вузли ппредставляють цілі речення Ці вузли є точками дотику для відношень між окремими реченнямизв'язаного тексту. З іншогобоку вони визначають час і модальність для всього контексту. Подані нижче приклади ілюструють відношення, для запису яких необхідне використання пропозиційних вузлів:
Sue thinks that Bob believes that a dog is eating a bone.
If a dog is eating a bone, it is unwise to try to take it away from him.
Упершомуреченнідлядієслів “think” і “believe” цілереченяєдоповненням: Бобвважає, що “А dog is eating a bone”, те, щодумаєСьюявляєсобоюбільшскладнеречення-“Bob believes that a dog is eating a bone”. Таке гніздування речень поміж іншихречень може повторюватися як умога велику кількість разів. Щоб зобразити таке речення, необхідно використовувати пропозиційні вузли, що містятьгніздящіся графи. На малюнку 4 зображено пропозиційнумережу для цього речення. Відзначимо, що (EXP) - experiencer, тобто той хто відчуває, з'єднує THINK із Сью, а BELIEVE із Бобом, проте EAT і DOG сполучені між собою агентивнимвідношенням (AGNT). Такі різні типи відношеньспричиняє той факт, що думати та вважати-це стани, у яких знаходяться люди, а поїдання-цедія, яказдійснюється агентом.
В другому прикладі наводяться два речення, що знаходяться у відношенні умови. Антецедентомєречення “А dog is eating a bone”, аконсеквентомречення “It is unwise to try to take it away from him”. Інфінітиви “to try” і “to take” вказуютьнаіншіречення, щогніздяться. На речення, що гніздяться, також вказує оборот “it is unwise”. Для цього речення також необхідно визначити відповідність між “it”, “him” та “bone” і “dog”. Зв'язки відповідності позначені пунктиром. Для формального запису цього речення також використовуються квантори спільності та існування і деякі елементи логіки.
Усі реляційні графи із центром у дієслові мають багато спільного. Проте серед них існують також і відмінності:
1. Вмикання контексту або його лише умовне позначення із посиланням на схемі.
2. Суворе гніздування: той самий концепт може або не може зустрічатися в двох різних контекстах, жодний із який не гніздитися в іншому.
3. Вказання зв'язків відповідності. При перехресному контексті, тобто коли той самий концепт зустрічається в двох різних контекстах, ці зв'язки не вказуються.
Проте це усього лише стилістичні розбіжності, що не впливають істотно на логіку побудови.
Ієрархія типів і підтипів є стандартною характеристикою семантичних мереж. Ієрархія може містити сутності: ТАКСА<СОБАКА<ХИЖАК<ТВАРИНА<ЖИВАІСТОТА<ФІЗИЧНИЙ ОБ'ЄКТ<СУТНІСТЬ. Вони також можуть містити події: ЖЕРТВУВАТИ<ДАВАТИ<ДІЯ<ПОДІЯ або стани: ЕКСТАЗ<ЩАСТЯ<ЕМОЦІЙНИЙ СТАН<СТАН. Ієрархія Аристотеля містила 10 базових категорій: субстанція, кількість, якість, відношення, місце, час, стан, активність і пасивність..
Символ < між більш загальним і більш частинним символом читається як: “Х-тип/підтип У”.
Термін “ієрархія” позначає часткове упорядкування, у якому одні типи є більш загальними, ніж інші. Упорядкування єчастковим, тому, що багато типів просто не підлягають порівнянню між собою. Порівняння HOUSE<DOG та DOG<HOUSE безглузді, якщо їх порівнювати, проте слово DOGHOUSE є підтипом HOUSE, але не DOG. Розглянемо деякі види графів:
Ациклічний граф. Будь-яке часткове упорядкування може бути зображено, як граф без циклів. Такий граф має гілки, що розбігаються та збігаються знову, що дозволяє деяким вузлам мати декілька вузлів-батьків. Іноді такий тип графа називають плутаним.