Методология создания онтологий. Практическая разработка онтологии включает:

• определение классов в онтологии;

• расположение классов в таксономическую иерархию (ПОДКЛАСС- НАДКЛАСС);

• определение слотов и описание их допустимых значений;

• заполнение значений слотов экземпляров.

После этого можно создать базу знаний, определив отдельные экземпляры этих классов, введя в определенный слот значение и дополнительные ограничения для слота.

Существуют некоторые фундаментальные правила разработки онтологии, которые близки к рассмотренным ранее правилам моделирования «мягких» систем.

• Не существует единственно правильного способа моделирования предметной области – всегда существуют жизнеспособные альтернативы.

• Лучшее решение почти всегда зависит от предполагаемого приложения и ожидаемых расширений.

• Разработка онтологии – это обязательно итеративный процесс.

• Понятия в онтологии должны быть близки к объектам (физическим или логическим) и отношениям в интересующей предметной области. Скорее всего, это существительные (объекты) или глаголы (отношения) в предложениях, которые описывают предметную область.

Знание того, для чего предполагается использовать онтологию, и того, насколько детальной или общей она будет, может повлиять на многие решения, касающиеся моделирования. Нужно определить, какая из альтернатив поможет лучше решить поставленную задачу и будет более наглядной, более расширяемой и более простой в обслуживании.

После того, как определена начальная версия онтологии, ее можно оценить и отладить, используя ее в каких-то приложениях и/или обсудив ее с экспертами предметной области. В результате начальную онтологию скорее всего нужно будет пересмотреть. И этот процесс итеративного проектирования будет продолжаться в течение всего жизненного цикла онтологии.

Для создания онтологий разработано множество языковых и программных средств. Из них отметим только так называемые редакторы онтологий. Основная функция любого редактора онтологий состоит в поддержке процесса формализации знаний и представлении онтологии как спецификации (точного и полного описания).

Одним из наиболее популярных редакторов онтологий является Protege (protege.stanford.edu), представляющий собой свободно распространяемую Java-программу, предназначенную для построения (создания, редактирования и просмотра) онтологий той или иной прикладной области. Программа включает редактор онтологий, позволяющий проектировать онтологии, разворачивая иерархическую структуру абстрактных и конкретных классов и слотов. На основе сформированной онтологии Protege позволяет генерировать формы получения знаний для введения экземпляров классов и подклассов.

Данный инструмент поддерживает использование языка OWL(Web Ontology Language, в аббревиатуре буквы намеренно переставлены местами, чтобы получилось английское слово «сова») – язык представления онтологий в Web. Он позволяет генерировать HTML-документы, отображающие структуру онтологий. В редакторе используется фреймовая модель представления знаний, что позволяет адаптировать его и для редактирования моделей предметных областей, представленных не только в OWL, но и в других форматах (UML, XML, SHOE, DAML+OIL, RDF/RDFS и т.п.).

В заключение приведем пример онтологии образовательной программы. На рисунке 2.3 приведен фрагмент онтологии, созданной с помощью редактора Protege и описывающей структуру рабочего учебного плана подготовки бакалавров по направлению 220700.62 – Управление в технических системах.

Рис. 2.3 Фрагмент онтологии учебного плана подготовки бакалавров по направлению 220700.62 «Управление в технических системах».

В этом фрагменте выделены базовые классы: направление, цикл дисциплин, дисциплина, а затем детализирован класс дисциплина, который, в свою очередь, порождает классы: раздел курса, лекция, практика и далее по мере детализации описания процесса обучения. Сплошные линии обозначают связи типа состоитиз или входит в, а пунктирные – наличие других подклассов данного класса.

Полная онтология рабочего учебного плана представляет достаточно обширный документ, который, по сравнению с традиционной табличной формой, позволяет установить межпредметные связи, оценить последовательность приобретения знаний, умений и компетенций (как этого требуют образовательные стандарты 3-го поколения), а также прослеживать возможные индивидуальные траектории обучения.