Билет 19.2

Что такое онтология? Классификация онтологий. Система моделей онтологий. Различия и связи между онтологиями и логиками.

Онтология – это явное и формализованное определение

структуры некоторой проблемной области (темы).

Подобное описание всегда опирается на концептуализацию этой

области, которая обычно задается в виде системы исходных

объектов (понятий), отношений между ними и положений

(аксиом).

Поэтому онтологию часто понимают как «спецификацию

разделяемой разными людьми концептуализации»

или, иначе, отождествляют с набором сосуществующих

концептуальных моделей предметной области.

По сути, онтологии отражают соглашения о единых способах

построения и использования концептуализации.

Онтология – явная формальная спецификация концептуализации, разделяемой группой агентов [Gruber T.,1993; Borst W.N.,1997].

Здесь термин «концептуализация» означает построение концептуальной модели явлений внешнего мира путем идентификации ключевых понятий, связанных с этими явлениями, и отношений между ними.

Слово «формальная» означает концептуализацию предметной области в машиночитаемом

формате, понятном для компьютерных систем.

Слово «явная» означает, что понятия онтологии и ограничения на их использование заданы в явном виде.

Онтология – это набор баз знаний специального типа, которые могут читаться и пониматься, отчуждаться от разработчика и/или физически разделяться их пользователями.

Онтология – это логическая теория, которая задает в явном виде концептуализацию [Guarino N., 1995]. Иными словами, онтология означает представление концептуальной системы через логическую теорию.

Онтология представляет собой формальный взгляд на семантику.

Проблема:

Построение единственной понятной и согласованной предметной онтологии часто оказывается невозможным, поэтому на нижнем уровне наряду с предметной онтологией отдельно строятся онтологии задач и приложений, а на верхнем уровне – онтологии базовых категорий, встречающихся в разных предметных областях. Также выделяют метаонтологию («онтология онтологий»), которая включает методы и формы представления, интеграции и слияния различных онтологий.

Онтология рассматривается как множество символов вместе с соответствующей интерпретацией, которая должна разделяться сообществом специалистов (агентов)

Таким образом, онтология включает словарь символов, описывающих как объекты предметной области, так и отношения между ними. Интерпретация задает связь между символами в онтологии и объектами конкретной предметной области.

Методология TOGA (Top-Down Object-Based Goal-Oriented Approach) Methodology:

Онтология есть относительное понятие, его значение зависит: 

от структуры восприятия и особенностей понимания ситуации сотрудником в организации; - ограничений, связанных с ролью человека в организации и его правами и обязанностями, которые определяют возможность доступа к информации (разные роли требуют различных онтологий); - факторов мотивации и целеполагания.

При разработке онтологии требуются ответы на следующие вопросы.

Какова природа проблемной области, которую следует описать с помощью онтологии?

Кто является пользователем этой онтологии? Какова цель ее использования? Какие задачи решаются на основе данной онтологии?

Какие средства нужны для ее разработки и поддержки?

Главные пользователи онтологии (точнее, системы онтологий) – это естественные и искусственные когнитивные агенты, а основной целью построения онтологии является обеспечение взаимопонимания и совместной работы таких агентов.

Функции онтологии:

• Моделирование знаний (система моделей представления знаний);

• Обеспечение общения и взаимопонимания между агентами;

• Обучение

• Интеграция информации

ОБЛАСТИ, ГДЕ ПРИМЕНЯЮТСЯ ОНТОЛОГИИ

• Семантический веб;

• Взаимодействие агентов и многоагентные системы

• Обработка естественного языка;

• Управление знаниями в сетях предприятий;

• Обучение

• Электронная коммерция

Обычно онтология задает представление знаний в виде множества

понятий и множества отношений между ними. Такое близкое к

тезаурусу представление обычно называют «легкой» (lightweight)

онтологией.

Если же в онтологии используется аксиоматика в интересах

моделирования знаний и ограничения семантики предметной области,

то она называется «весомой» (heavyweight) онтологией.

Весомые онтологии можно использовать для проведения рассуждений

об объектах предметной области.

Онтологические исследования носят многообразный характер.

Так с одной стороны, в них рассматриваются проблемы обнаружения и

представления знаний, состоящих из некоторых единиц.

С другой стороны, их цель заключается в поддержке процессов

коммуникации между агентами в организации, т.е. обеспечении

совместного и повторного использования знаний.

В онтологиях могут встречаться:

1) как обычные, так и нечеткие отношения;

2) как парадигматические, так и ситуационные

Общие отношения для различных онтологий:

1) генеративные отношения «есть некоторый» (is_a);

2) таксономические отношения («класс-подкласс», «класс-

экземпляр);

3) родо-видовые отношения;

4) партономические (или мереологические) отношения

(«часть–целое»);

5) отношения наследования или генеалогические связи

(«предок-потомок»).

Эти отношения могут быть как четкими, так и нечеткими, например,

нечеткие генеративные отношения «есть некоторый со степенью μ»

С формальных позиций онтология состоит из словаря терминов, образующих

таксономию, их определений и атрибутов, а также связанных с ними аксиом

и правил вывода.

Таксономическая структура подразумевает иерархическую систему понятий,

связанных между собой отношениями вида (is_a, ) («быть элементом класса

с некоторой степенью »). Отношение is_a позволяет организовать структуру

понятий онтологии в виде дерева.

Обычно формальная модель онтологии представляется в виде тройки

• ONT = С, R, Ф,

где С – множество понятий предметной области,С,

R – множество отношений (возможно, взвешенных, нечетких) между

понятиями предметной области;

Ф ={f} – конечное множество функций интерпретации,

заданных на понятиях и/или отношениях онтологии ONT, f: Dⁿ{0,1},

D – область интерпретации.

В общем случае, значения истинности представляют собой числа из интервала [0,1], так

Что их можно понимать как значения вероятности, возможности или необходимости.

Формальная модель онтологии ONT = С, R, Ф.

Частные случаи: 1. Оба множества R и Ф пусты. Тогда онтология ONT

трансформируется в простой словарь:

ONT₀ = VOC =  С, { }, { } .

Онтологии-словари имеют ограниченное использование, поскольку в них явно не

рассматривается смысл терминов. Но если используемые в онтологии термины

принадлежат очень узкой области знаний и их смысл уже заранее хорошо согласован в

рамках определенного сообщества, то представление онтологии в виде простого словаря

достаточно эффективно (например, индексы машин поиска информации в Интернет).

2.R= , но Ф . Тогда каждому понятию из С может быть поставлена в

соответствие функция интерпретации f из Ф.

Пусть С=С₁С₂, где С₁ – множество интерпретируемых терминов; С₂ –множество

интерпретирующих терминов. Когда функция интерпретации f задается

оператором присваивания значений (С₁:=С₂, где С₁ – имя интерпретации С₂), то

онтология трансформируется в пассивный словарь VOC_p.

Если же задать хотя бы часть интерпретирующих терминов из множества X₂ процедурно,

то переходим к активному словарю VOC_а. Элементы подобного словаря никак не связаны

между собой и играют роль ключей входа в онтологию.

3. R  , но Ф= . Теперь получаем тезаурус. В частном случае имеем

таксономию, которая определяется в виде ONT₁ = TAX = (X, {(is_a, )}, {}).

Наиболее общей моделью метаонтологии может служить алгебраическая система (по А.И.Мальцеву), т.е. тройка:

ONT = X, R, O,

где X есть множество понятий, R – множество отношений между понятиями, (ресурсами), а O – множество операций над понятиями и/ или отношениями.

Так множество отношений в различных онтологиях может включать базовые (таксономические , мереологические, генеалогические) отношения и ситуационные отношениями, а примерами операций над онтологиями являются соединение, слияние, поглощение и пр.

Частным случаем алгебраической системы является реляционная система.

Описание онтологий часто можно свести к двухосновным реляционным системам вида

ONT_R = X, AT, R,

где X – множество понятий, AT – множество атрибутов понятий из X, а R – отношения между понятиями и/или их атрибутами.