Maria Teresa pazienza a a. 2005-06



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01.06.2018
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Linguaggi e Modelli dei dati e della conoscenza Introduzione all’Intelligenza Artificiale “classificazione”


Conoscenza

  • Abbiamo analizzato le varie modalità in cui la conoscenza può essere rappresentata ed organizzata.

  • Perché si ha bisogno della conoscenza?

  • Perché la conoscenza deve essere organizzata?



Necessità della conoscenza

  • Con la conoscenza noi sappiamo come si comportano gli oggetti e come agiscono (nel mondo)

  • La conoscenza, nei suoi livelli più generali, viene ereditata a livello genetico e/o acquisita attraverso l’esperienza (apprendimento).

  • Senza questa conoscenza di base un umano non potrebbe agire.



(Conoscenza) concetti: chi/cosa ?

  • Da dove vengono?

  • Esistono? (Quantomeno nel cervello umano)

  • A che servono?



Concetti: chi/cosa ?

  • Se non ci fossero i concetti?

  • … dovremmo ricordare ogni singolo istante della nostra vita per continuare a vivere

  • …al limite sarebbe una sorpresa ogni mattina vederci nello specchio (e riconoscerci) !

  • prima forma di conoscenza organizzata



Perché conoscenza organizzata?

  • Non basta acquisire esperienza (imparare) e memorizzarla.

  • Necessità di organizzare la conoscenza (in forma economica) e come supporto informativo.

  • Individuare categorie di oggetti (es. cane) anche per evitare di dover ricordare ogni singolo oggetto della stessa tipologia (cane) che abbiamo incontrato durante la nostra esistenza.



Concettualizzare

  • Approccio economico alla memorizzazione delle esperienze acquisite.

  • Astrarre, dalle singole esperienze generalizzando (concetti generali), permette di effettuare ragionamenti al di là delle esperienze stesse.



Classificare

  • L’ economia cognitiva si ottiene suddividendo il mondo in classi di oggetti

  • in modo da diminuire la quantità di informazioni che dobbiamo imparare, percepire, ricordare, e riconoscere.

  • E’ importante però la capacità di arricchire la conoscenza con nuovi dettagli.



Concetti - Classi

  • Informatività

    • Devono essere tali da distinguere le cose di cui si vuole parlare
  • Naturalezza

    • Devono rappresentare cose nel mondo
    • No concetti del tipo
    • uccelli-che-volano-con-un’ala-sola (concetto strano)
    • marocchino=caffè-macchiato-caldo (concetto strano per molti popoli nel mondo)


Concetti

  • I filosofi empirici considerano i concetti come unità atomiche che possono essere combinate in strutture più complesse (come per le molecole) .

  • Le ricerche empiriche sulla categorizzazione esaminano come i concetti vengono usati per :

  • fare predizioni (inferenza induttiva)

  • definire appartenenza di un oggetto ad una classe

  • esplicitare differenti prospettive rispetto ad una categoria



Classificazione

  • Gli esseri umani possono giudicare l’appartenenza di un oggetto ad una classe

  • Category membership judgements

  • Gatto è animale

  • Topo è animale

  • Tavolo non è animale



Classificazione

  • qualche problema:

  • Concetti hanno gradienti di appartenenza

    • pettirosso è più uccello che pinguino
  • Concetti non hanno confini chiari, cambiano a seconda del contesto e non c’è concordanza tra gli umani

  • libro è un oggetto, un prodotto intellettuale?



Concetti - predizione di comportamenti

  • Porre un oggetto in una classe rende possibile anche prevedere i comportamenti

  • Sei Italiano?

  • Allora

  • mangi pizza, pasta, vai a sentire l’opera almeno una volta al mese e … suoni il mandulino



Categorie e gerarchie

  • Gli empiricisti affermano che i concetti sono organizzati in maniera gerarchica, ma qual è la struttura delle gerarchie?

  • Quanti livelli di astrazione sono usati dal sistema concettuale umano?

  • Per l’economia cognitiva è chiaro che le persone devono avere uno schema efficiente dell’organizzazione gerarchica dei concetti.



Categorie e gerarchie

  • …i concetti sono organizzati in maniera gerarchica…

  • Alcune teorie psicologiche affermano che si tengono “a mente” tre livelli:

    • Superoridinate level: concetti molto generali come arredamento, bellezza
    • Basic level: concetti di uso corrente abbastanza specifici come sedia, tavolo, cane
    • Subordinate level: istanze
  • Notare: secondo queste teorie la categorizzazione avviene al basic level



Categorizzazione: come avviene?

  • Nella filosofia e nella logica:

  • Un concetto è caratterizzato da un insieme di attributi definitori

  • Prototipo

  • Basata su esempi



Attributi definitori

  • Tutti i membri di una categoria non sono egualmente importanti o rappresentativi; alcuni membri possono essere più tipici di una classe di altri (mammiferi: cane versus pipistrello).

  • Alcuni attributi possono essere più importanti di altri nel definire un concetto: ma quali sono gli attributi definitori?



Attributi definitori

  • Il nucleo di un concetto consiste negli attributi definitori e rivela/esprime le relazioni tra il concetto dato ed altri concetti.

  • Non esiste un numero esatto di attributi definitori.

  • L’appartenenza ad una categoria è determinata dalla somiglianza degli attributi di un oggetto a quelli del prototipo della categoria.



Concetti

  • L’intenzione di un concetto consiste nell’insieme degli attributi definitori

  • L’estensione di un concetto consiste nell’insieme delle entità che sono membro (appartengono) al concetto



Categorie naturali/artificiali

  • Categorie naturali: oggetti del mondo (sia uccelli che arredi)

  • Categorie artificiali: numeri



Concetti

  • L’attività cognitiva umana si sforza di costruire e predire modelli mentali del mondo che ci circonda, quindi cerca di organizzarli.

  • Ciò presuppone la capacità di raggruppare oggetti ed idee in categorie concettuali a cui viene assegnato un nome, e che condividono caratteristiche salienti in un dato contesto.

  • La strutturazione relazionale dei concetti costituisce la base di partenza per costruire la nostra conoscenza e la comprensione che noi abbiamo del mondo che ci circonda.

  • Ciò a sua volta costituisce il punto di partenza per poter formalizzare tale conoscenza e condividerla con altri (sistemi).



  • ONTOLOGIE



Ontologie

  • Interesse nel settore dell’Intelligenza Artificiale e dell’ingegneria della conoscenza

  •  nell’IT (Information Technology) la maggior parte dei problemi è inerentemente semantica: le ontologie assumono un ruolo fondamentale nel rimuovere le ambiguità terminologiche e nella disambiguazione delle interpretazioni



Ontologie

  • Le interrelazioni tra le categorie contribuiscono a strutturare il nostro sistema concettuale (economia cognitiva ).

  • La tipologia delle relazioni è fondamentale per la comprensione del mondo.

  • Le relazioni fondamentali (ontologiche) sono:

  • Iponimia (/Iperonimia) o inclusione (is-a, isa, IS-A, ISA,..) si applica tra nomi di entità

  • Troponimia si applica tra verbi e processi

  • Meronimia si applica tra entità (nel senso di intero e sue parti)



Iponimia / Iperonimia

  • La relazione di inclusione è molto potente ed usata ampiamente nella definizione delle strutture concettuali di ogni tipo cercando di catturare l’intuizione dell’umano che suggerisce l’esistenza di categorie “naturali” di iponimi.

  • Una speciale tipologia di iponimia è la relazione tassonomica (is-a-kind-of) che struttura verticalmente le gerarchie tassonomiche (si applica tra classi).

  • Le relazioni tassonomica e di iponimia condividono la stessa impostazione prospettica



Troponimia

  • Piuttosto che specificare per tipo, la relazione troponomica correla coppie di verbi considerando la maniera in cui esprimere membri superordinati e membri subordinati. In tal modo troponimia è la relazione fondamentale per l’organizzazione del significato dei verbi (muoversi versus andare versus camminare versus zoppicare)

  • Differenti classi semantiche verbali si distinguono per il loro comportamento sintattico e per le caratteristiche che esprimono ai differenti livelli; in alcuni casi si evidenziano alcune specificità sintattiche a livello di coppie di verbi superordinati (più elaborati) rispetto a coppie di verbi subordinati (non elaborati).



Meronimia

  • part-of(Bucarest, Romania)

  • part-of(Romania, EuropaOrientale)

  • part-of(EuropaOrientale, Europa)

  • part-of(Europa, Terra)

  • La relazione part-of è transitiva e riflessiva

  • part-of(x,x)



Meronimia

  • Le due relazioni di tassonomia (is-a-kind-of) e meronimia (part-of) hanno punti di similarità.

  • Le differenze tra di loro hanno importanti riflessi nella organizzazione e rappresentazione della conoscenza



Ontologie

  • Vaghezza nella definizione del termine “ontologia”

  • Pur volendo rimanere nel solo ambito dell’ingegneria della conoscenza, ricordiamo che in letteratura vengono proposti differenti significati



Ontologia intesa come… (N.Guarino)

  • Disciplina filosofica

  • Sistema concettuale informale

  • Rappresentazione semantica formalizzata

  • Specificazione di una “concettualizzazione”

  • …..



Ontologia intesa come… …disciplina filosofica

  • ovvero quella branca della filosofia relativa alla natura (essenza) ed all’organizzazione della realtà

  • Aristotele (Metafisica) definisce l’Ontologia come la scienza dell’ essere in quanto tale

  • termine in contrapposizione ad epistemologia che, invece, è relativa alla natura ed ai limiti della conoscenza scientifica, teoria (principi e metodi) della conoscenza



Ontologia intesa come… …sistema concettuale informale

  • Un’ontologia è un sistema concettuale non meglio specificato che può essere assunto per supportare una particolare base di conoscenza (è possibile affermare che un base di conoscenza BdC1 è diversa da una BdC2)



Ontologia intesa come….. rappresent. semant.formalizzata

  • L’ontologia di supporto della base di conoscenza viene espressa in termini di una opportuna struttura formale a livello semantico (è possibile affermare che un base di conoscenza BdC1 è diversa da una BdC2)



Ontologia intesa come… specificaz. di una “concettualizzione.”

  • Una concettualizzazione (Genesereth e Nilsson) è

  • un insieme di relazioni estensionali che descrivono particolari stati di cose,

  • mentre la nostra idea di concettualizzazione rimanda ad una relazione intensionale, una specie di griglia concettuale che noi sovrapponiamo a diversi possibili stati di cose.



Ontologia intesa come…

  • Ontologia (la) intesa come… disciplina filosofica: ontologia generale, o formale, o assiomatica (con il compito di determinare le condizioni di possibilità di un “oggetto/entità” in generale ed individuare i requisiti soddisfatti da ciascun “oggetto/entità”;

  • (se assumiamo di usare la logica per rappresentare forme e modi di essere) possiamo anche definire l’Ontologia formale come lo sviluppo formale, sistematico ed assiomatico della logica di tutte le forme e modi di essere, ovvero la descrizione rigorosa delle forme d’essere (caratteristiche strutturali) degli oggetti.



Ontologia intesa come…(2)

  • Ontologia (la) intesa come… disciplina filosofica: ontologia generale, o formale, o assiomatica; teoria (che può essere applicata indipendentemente dallo stato del mondo) delle distinzioni tra:

  • le entità fisiche del mondo (oggetti fisici, eventi, quantità della materia, …)

  • le categorie di meta-livello usate per modellare il mondo (concetti, proprietà, qualità, stato, ruolo,…)

  • In tale accezione, l’Ontologia formale assume un ruolo rilevante sia per la rappresentazione che per l’acquisizione della conoscenza.



ontologia intesa come…

  • ontologia (una) intesa come… qualcosa, un “oggetto/entità” connesso con una base di conoscenza specifica (o teoria logica) e disegnata per esprimere una conoscenza condivisa o condivisibile: ontologie specifiche adottate dalla comunità scientifica dell’ingegneria della conoscenza



ontologia intesa come… (2)

  • concettualizzazione per indicare una struttura semantica che riflette un particolare sistema concettuale

  • teoria ontologica per indicare una teoria logica usata per esprimere conoscenza ontologica, ovvero per esprimere artefatti; una teoria ontologica differisce da una qualsiasi teoria logica (o base di conoscenza) per la sua semantica, in quanto tutti i suoi assiomi devono essere veri in ogni possibile mondo della concettualizzazione considerata.

  • specificazione di un committment ontologico (il committment ontologico di due diverse basi di conoscenza può essere specificato dalla stessa teoria)



ontologia intesa come…(3)

  • In genere si usano termini del linguaggio naturale (..su, con,..) all’interno del metalinguaggio scelto per descrivere una concettualizzazione.

  • I termini del linguaggio contengono anche informazioni essenziali per far capire i criteri usati per considerare rilevanti alcune relazioni.

  • (Es. A su B assume lo stesso significato di A su C o di B su C,…?)



ontologia intesa come…(4)

  • Intuitivamente possiamo considerare la

  • concettualizzazione

  • come espressa da un insieme di regole che rappresentino la struttura di uno specifico aspetto della realtà, che può essere usata da un agente per isolare ed organizzare oggetti e relazioni rilevanti (per esempio le regole che ci dicono se un certo oggetto è su un altro rimangono le stesse indipendentemente dalla particolare strutturazione e tipologia dei blocchi stessi)



glossario iniziale…

  • Concettualizzazione: struttura semantica intensionale che comprende le regole implicite che rappresentano la struttura di un pezzo di realtà

  • Ontologia formale: lo sviluppo sistematico, formale, assiomatico della logica delle forme e dei modi di essere

  • Commitment ontologico: riferimento semantico parziale della concetttualizzazione associabile ad una teoria logica

  • Ingegneria ontologica: il settore dell’ingegneria della conoscenza che utilizza i principi dell’Ontologia formale per costruire ontologie

  • Teoria ontologica: set di formule intese essere sempre vere in accordo ad una certa concettualizzazione

  • Epistemologia: il sapere certo, (in contrapposizione all’opinione personale), scienza esatta, teoria della conoscenza, filosofia della scienza, riflessione intorno ai principi ed al metodo della conoscenza scientifica







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