Определение понятия онтологии. Классификация онтологий.

Понятие онтологии в инженерной области знания рождает большое количество дискуссий, в которых каждый автор стремится предложить свое определение. Отчасти это можно объяснить новизной области исследования, с другой стороны, — разнообразием практических задач, решаемых с использованием онтологии.[2]

Неформально онтология представляет собой некоторое описание взгляда на мир применительно к конкретной области интересов. Это описание состоит из терминов и правил использования этих терминов, ограничивающих их значения в рамках конкретной области. На формальном уровне онтология — это система, состоящая из набора понятий и набора утверждений об этих понятиях, на основе которых можно описывать классы, отношения, функции и индивиды.

Одно из самых известных определений онтологии дал Том Грубер: Онтология — это точная спецификация концептуализации.

Концептуализация — это структура реальности, рассматриваемая независимо от словаря предметной области и конкретной ситуации.

В проектировании онтологий условно можно выделить два направления, до некоторого времени развивавшихся отдельно. Первое связано с представлением онтологии как формальной системы, основанной на математически точных аксиомах. Второе направление развивалось в рамках компьютерной лингвистики и когнитивной науки. Там онтология понималась как система абстрактных понятий, существующих только в сознании человека, которая может быть выражена на естественном языке (или средствами какой-то другой системы символов). При этом обычно не делается предположений о точности или непротиворечивости такой системы.

Онтологии верхнего уровня (top-levelontology). Содержат описания общих понятий, которые не связаны с конкретными предметными областями, то есть они применимы к любой из них. Такими понятиями могут быть «время», «пространство», «событие», «действие» и т.д.

Онтологии предметных областей (domainontology). Описывают терминологию в различных предметных областях.

Онтологии задач (taskontology). Описывают конкретные процессы, характерные для различных предметных областей. Например, «банковская транзакция», «диагностика» и т.д.

Онтологии приложения (applicationontology). Онтология приложения объединяет в себе онтологию задач и онтологию предметной области для того, чтобы специализировать понятия из них для конкретного применения.

Онтология верхнего уровня(онтология OpenCyc,Sumo,Dolce)

Онтологии верхнего уровня

Пренебрегая незначительными различиями в определениях термина " онтология ", полученных из разных источников (и приведенных в лекции 1), в этом разделе под онтологией будем понимать систему, которая состоит из множества понятий, их определений и аксиом, необходимых для ограничения интерпретации и использования понятий.

OpenCyc

OpenCyc¹ - открытая для общего пользования часть коммерческого проекта Cyc, в рамках которого создана наиболее масштабная и детализированная на текущий момент онтология в области здравого смысла. База знаний OpenCyc содержит информацию из различных предметных областей: Философия, Математика, Химия, Биология, Психология, Лингвистика и т.д.Структурно база знаний OpenCyc состоит из констант (терминов) и правил (формул), оперирующих этими константами. Правила делятся на два вида: аксиомы и выводимые утверждения. Под аксиомами в OpenCyc понимаются утверждения, которые были явно и вручную введены в базу знаний экспертами, а не появились там (или могут появиться) в результате работы машины вывода. Все утверждения или формулы в базе знаний OpenCyc фиксируются на языке CycL, выразительно эквивалентном исчислению предикатов первого порядка.

DOLCE

DOLCE (Descriptive Ontology for Linguistic and Cognitive Engineering) - первая из онтологий в библиотеке базовых онтологий проекта WonderWeb.Для представления своей онтологии авторы DOLCE избрали более гибкий, чем в проекте Cyc, подход: онтология фиксируется с использованием логики предикатов первого порядка. Затем описывается та часть утверждений, которая может быть представлена на языке OWL. Оставшиеся аксиомы, выраженные на языке KIF², добавляются к OWL -описаниям в виде комментариев. Таким образом достигается выразительность уровня KIF³ и совместимость с OWL. Недостаток такого подхода в том, что приложения, не имеющие информации о действительной структуре OWL -документа, не смогут получить доступ к "закомментированным" утверждениям.

SUMO

SUMO (StandardUpperMerged Ontology) - онтология верхнего уровня, разработанная в рамках проекта IEEE SUO (IEEE StandardUpper Ontology) и Teknowledge. Проект претендует на статус стандарта для онтологий верхнего уровня.Аксиомы ограничивают интерпретацию концептов и предоставляют основу для систем автоматизированного рассуждения, которые могут обрабатывать базы знаний, соответствующие по своей структуре онтологии SUMO. Пример аксиомы: "Если Cявляется экземпляром процесса горения, то существуют выделение тепла H и излучение света L такие, что оба они - H и L- являются подпроцессами C ". Более сложные предложения говорят, что процессы выделения тепла и излучения света сопутствуют каждому процессу горения. Аксиомы кодируются в SUMO на формальном логическом языке SUO-KIF.

9. Онтология предметных областей на примере онтологии CIDOC CRM

CIDOC CRM ("Committee on Documentation" "Conceptual Reference Model") представляет собой формальную онтологию, предназначенную для улучшения интеграции и обмена гетерогенной информацией по культурному наследию. Более конкретно, CIDOC CRM определяет семантику схем баз данных и структур документов, используемых в культурном наследии и музейной документации, в терминах формальной онтологии. Модель не определяет терминологию, появляющуюся в конкретных структурах данных, но имеет характерные отношения для ее использования. В 2007 году модель CIDOC CRM была утверждена в качестве стандарта ISO/CD 21127 и на сегодняшний день является основным международным стандартом для описания информации по культурному наследию.

Основная роль CRM должна включить обмен информацией и интеграцию между неоднородными источниками информации о культурном наследии. Это стремится обеспечивать семантические определения, и разъяснения должны были преобразовать несоизмеримые, локализованные источники информации в когерентный глобальный ресурс.

CRM поддерживает следующую определенную функциональность:

• Сообщает разработчикам информационных систем как руководство по хорошей практике в концептуальном моделировании, чтобы эффективно структурировать и связать информационные активы культурной документации.

• Служит общим языком для специалистов по проблемной области и разработчиков IT, чтобы сформулировать требования о системной функциональности относительно корректной обработки культурного содержания.

• Служит формальным языком для идентификации общего информационного содержания в различных форматах, данных; в частности поддерживает реализацию автоматических алгоритмов преобразования данных от локального до глобальных структур данных без потери значения.

• Усовершенствование алгоритмов естественного языка, для разрешения информации о произвольном тексте в формальную логическую форму.

Онтология CIDOC CRM в явном виде представляет имплицитные связи, фигурирующие в различных концептуальных схемах данных, обобщает введенные связи и для каждой связи задает область ее значений (диапазон) и область определения (домен). Одним из преимуществ онтологии CRM является разнообразие свойств, которые точно определяют семантику того или иного понятия. Авторами модели подчеркивается тот факт, что новая сущность в CRM может быть введена только как домен или диапазон некоторого уже существующего отношения онтологии. Из онтологии CIDOC CRM заимствованы следующие типы сущностей:

1) Постоянные и Временные сущности,

2) Концептуальные и Материальные сущности,

3) Виды деятельности и их отношения с другими понятиями онтологии, 4) Агенты: Персоны, Организации,

5) Временные интервалы (промежутки времени) и местоположения.

 

13. RDF/XML — это заданный консорциумом W3C синтаксис[1] выражения (т.н. сериализации) графа RDF в виде документа XML. Согласно определению W3C, "RDF/XML — это нормативный синтаксис записи RDF"[2]. RDF (Resource Description Framework) — это модель данных, используемая для представления ресурсов т.н. семантической паутины (semantic web).RDF/XML рассматривается как более машиночитаемая форма записи RDF.

XML/RDF синтаксис позволяет выразить RDF данные c помощью языка расширяемой разметки XML, что отчасти решает проблему интеграции RDF с Интернет - технологиями и дает возможность применять RDF для обмена метаданными в среде Интернет. Кроме того, XML/RDF-синтаксис RDF позволяет применять для обработки RDF-конструкций технологии, которые разрабатываются для XML.

Для того, чтобы закодировать граф на XML, узлов и предикаты должны быть представлены в XML термины - имена элементов, имена атрибутов, элементов содержания и значения атрибутов.

Предикаты являются RDF URI ссылки и можно интерпретировать либо как отношения между двумя узлами или в качестве определяющего значения атрибута (объект узла) для некоторых тему узла. RDF / XML используется XML QNames, как определено в Пространства имен в XML [XML-NS] для представления RDF URI ссылки. Все QNames есть пространства имен, который является ссылкой URI и короткое локальное имя. Кроме того, QNames может либо имеют короткий префикс или быть объявлен с объявлением имен по умолчанию. Ссылки RDF URI представлены QName определяется путем добавления локальной части названия QName после того, как пространство имен URI (ссылка) часть QName. Это используется, чтобы сократить RDF URI ссылки всех предикатов и некоторых узлов. RDF URI ссылки определении субъекта и объекта узлы также могут быть сохранены как XML значения атрибутов.

Когда предикат дуги в точках RDF, который не имеет никаких дальнейших узлов,то тогда он появляется в RDF / XML как пустой <rdf:Description узла элемента rdf:about="..."></ RDF: описание > (или <rdf:Description rdf:about="..." />) эта форма может быть сокращена. Это делается с помощью ссылки RDF URI объекта узла в качестве значения атрибута XML RDF: ресурс содержащий элемент собственности и делает элемент свойства пустым.

Чтобы создать полный документ RDF/XML, преобразование в последовательную форму графа в XML обычно содержится в rdf:RDF XML элемент, который становится высокопоставленным элементом документа XML. Традиционно rdf:RDF элемент также используется, чтобы объявить XML namespaces (Пространство имен), которые используются, хотя это не требуется. Когда есть только один высокопоставленный элемент узла внутри rdf:RDF, rdf:RDF может быть опущен, хотя любой XML namespaces должен все еще быть объявлен.

OWL Lite

OWL Lite - имеет наименьшую выразительную мощность из всех, но для решения простых задач его может быть достаточно. Данный диалект языка OWL эквивалентен некоторой дескриптивной логике (разрешимой части логики предикатов первого порядка). OWL Lite обладает важнейшим свойством - разрешимостью (т.е. задача вывода следствий из утверждений, сформулированных в этом языке, является вычислимой). Именно разрешимость (и относительно невысокая вычислительная сложность) является главной причиной использования OWL Lite для создания многочисленных практических онтологий (в медицине, биоинформатике и т.п.).

Описание языка OWL Lite

OWL Lite использует только некоторые из особенностей языка OWL и имеет больше ограничений на использование этих особенностей, чем OWL DL или OWL Full. Например, в OWL Lite классы могут только быть определены в терминах именованных суперклассов (суперклассы не могут быть произвольными выражениями), и могут использоваться только определенные виды ограничений класса. Эквивалентность между классами и соподчинение между классами также разрешается только между именованными классами, а не между произвольными выражениями класса. Точно так же, ограничения в OWL Lite используют только именованные классы. OWL Lite также имеет ограниченное понятие кардинальности - разрешены только кардинальности 0 или 1.

 

Class: Класс определяет группу индивидов, которых объединяет наличие некоторых общих свойств

rdfs:subClassOf: Иерархии классов могут быть созданы, путем одного или нескольких утверждений, что данный класс - подкласс другого класса

rdf:Property: Свойства могут использоваться, чтобы установить отношения между индивидами или от индивидов к значениям данных.

rdfs:subPropertyOf: Иерархии свойств могут быть созданы путем одного или нескольких утверждений, что данное свойство - подсвойство одного или нескольких других свойств.

rdfs:domain: Область определения (домен) свойства ограничивает индивидов, к которым это свойство может быть применено. Если свойство связывает индивида с другим индивидом, и это свойство имеет какой-то класс в качестве одного из своих доменов, то индивид должен принадлежать этому классу.

rdfs:range: Диапазон свойства, ограничивающий индивидов, которые могут выступать в качестве значений этого свойства. Если свойство связывает одного индивида с другим, и это свойство имеет класс в качестве своего диапазона, то другой индивид должен принадлежать этому классу.

Individual: Индивиды - это представители классов, и чтобы связать одного индивида с другим могут использоваться свойства.