Языки описания знаний

Языки представления знаний (Knowledge Representation Language), или языки описания онтологий (Ontology Landuage), имеют весьма важное значение в управлении знаниями. От степени выразительности, точности и универсальности языка представления знаний во многом зависит полезность онтологии как инструмента оперирования с информационными ресурсами и знаниями. С учетом концептуального, структурного и прикладного разнообразия онтологий естественным является выдвижение ряда общих требований к такого рода языкам.

Требования к онтологическим языкам

К числу основных требований к онтологическим языкам (ОЯ) можно отнести следующие:

• ОЯ должен иметь четко определенный синтаксис, что делает его машиночитаемым.

• ОЯ должен быть эпистимологически адекватным, то есть быть способным выразить все понятия и отношения в любом заданном домене.

• ОЯ должен обладать достаточной выразительной силой, чтобы быть пригодным для описания множества предметных областей.

• ОЯ должен обладать строгостью кодирования для однозначной машинной интерпретации понятий, связей, аксиом и иных знание- вых сущностей.

• ОЯ должен основываться на логике. В зависимости от уровня выразительности онтологии ОЯ может основываться на логике первого порядка, дескриптивной логике и др.

• Формальность ОЯ должна соответствовать формальности онтологии.

• Современные ОЯ должны представлять определенные семантические возможности, основанные на продукционных и фреймовых моделях дескриптивной логики.

• ОЯ должен в ряде случаев предоставлять возможность выполнять логический вывод, основываясь на структурных компонентах языка.

• ОЯ должен обладать возможностью быть использованным для концептуального моделирования.

• ОЯ должен обладать функциональной полнотой, необходимой для решения различных задач при операциях с онтологиями, а именно: построение и совместное использование онтологий, обмен знаниями, взаимодействие с онтологиями.

• Наконец, немаловажным требованием к ОЯ является недвусмысленное понимание семантики при совместном использовании онтологий, а также однозначная интерпретация смысла понятий и знаниевых сущностей не только создателями онтологии, но и внешними агентами (пользователями, программами и т.п.).

Языки описания онтологий появились в начале 90-х годов в составе ряда известных систем разработки и управления онтологиями. Ярким и широко известным проектом такого рода явилось создание системы On- tolingua [Gruber T.R., 1993]. Используемый в этой системе язык представления знаний KIF (Knowledge Interchange Format) обеспечивал не только внутренние потребности этой онтологической системы, но и взаимодействовал с другими языками, такими, как KL-ONE, LOOM и CLASSIC. Современные языки онтологий основываются на дескриптивной логике [Baader F., Horrocks I., 2003], в то время как KIF основывается на логике первого порядка. Язык KIF использовался, кроме того, и в таких важных прикладных онтологических проектах, как TOVE (Toronto Virtual Enterprise) [TOVE Ontology Project] и The Enterprise Ontology [Uschold M., King M., 1998].

В конце 90-х годов онтологии и соответствующие им языки (SHOE, F-Logic) стали применяться в WWW для аннотирования HTML-документов [Heflin J., Hendler J., 2003; Kifer M., Lausen G., 1989]. В 1999 г. был разработан язык RDF [W3C, «Resource Description Framework (RDF)»] для аннотирования Web-страниц метаданными, которые можно обрабатывать автоматически. RDF и его последующие семантические расширения содержит множество базовых примитивов для моделирования тяжеловесных онтологий, содержащих классы и свойства. Последовавшие затем разработки в области языков описания онтологий (DAML-ONT, DAM-OIL и др.), а также объективные потребности мегапроекта Семантическая Сеть (Semantic Web) привели к созданию языка OWL (Web Ontology Language), который рассматривается в World Wide Web Consorortium (W3C) как новый стандарт для Семантической Сети [W3C, «Web Ontology Language (OWL) Reference Version 1.0»].

Далее перейдем к рассмотрению современных языков, используемых для описания онтологий и метаданных. Из множества разработанных и используемых языков остановимся на тех из них, которые определены в качестве стандартов организацией W3C при разработке систем управления знаниями. Именно они находят широкое применение, что в сочетании с их свойствами обеспечивает предпосылки для информационной и программной совместимости различных систем.

Существуют следующие языки:

1. Расширяемый язык разметки - XML (extensible Markup Language) [W3C, «Extensible Markup Language (XML)»], который предназначен для описания иерархической структуры информации с помощью линейного синтаксиса. Моделью данных этого языка является иерархия (дерево). В последние годы технологии, основанные на языке XML, переживают этап взрывного развития. Появляется множество продуктов, ориентированных на XML или поддерживающих его тем или иным образом. Вокруг XML формируются разнообразные стандарты (DDT, XML Schema, XSLT, XPath, XPoint, XLink) [Дейтл Х.М., Дейтл П.Дж., 2001]. В настоящее время насчитывается более 450 стандартов, построенных на основе данного языка [Холман К., 2000]. Разработано большое количество программ, которые позволяют работать с документами на этом языке, - грамматические анализаторы языка (parsers). Средства для работы с XML встроены практически во все современные системы разработки программного обеспечения.

2. Язык структуры (шаблона) описания ресурсов - RDF (Resource Description Framework), предназначен для представления информации о ресурсах в сети WWW, но также используется для описания различных метаданных любых объектов (документов, пользователей и т.п.). Моделью данных этого языка является ориентированный граф, который соответствует модели представления знаний как многомерной сети понятий и отношений между ними. Существуют различные варианты текстовой записи (сериализации) утверждений языка RDF, основным из которых является RDF/XML.

3. Язык описания RDF - RDF Vocabulary Description Language (кратко RDF Schema, или совсем кратко RDFS), предназначен для простых онтологий, которые описывают понятия и отношения, используемые для записи метаданных на языке RDF. Язык RDF Schema имеет ограниченные выразительные возможности и использует RDF для описания словарей понятий и отношений (свойств).

4. Язык Web-онтологий - OWL (Ontology Web Language), основан на дескриптивной логике и имеет большие выразительные возможности. Данный язык является расширением языка RDF Schema.