Модели онтологии

Понятие онтологии предполагает определение и использование взаимосвязанной и взаимозависимой совокупности трех компонент: O=<Х, К, Ф>, где Х – конечное и непустое множество концептов (понятий, терминов) предметной области, которую представляет онтология О; К – конечное множество отношения между концептами заданной предметной области; Ф – конечное множество функций интерпретации (аксиоматизация), заданных на концептах и/или отношениях онтологии О. Рассмотрим случаи, связанные с пустотой К и Ф. Пусть К= и Ф=. Тогда онтология трансформируется в простой словарь:

О=< X₁X₂, {}, {:=}>. Онтологии-словари имеют ограниченное использование, поскольку не вводят эксплицитно смысла терминов. Хотя в некоторых случаях, когда используемые термины принадлежа очень узкому словарю и их смыслы уже заранее хорошо согласованы в пределах определенного сообщества, такие онтологии применяются на практике. Именно такие онтологии сейчас широко применяются – это индексы машин поиска информации в сети Internet. Иная ситуация в случае использования терминов обычного естественного языка или в тех случаях, когда общаются программные агенты. В этом случае необходимо характеризовать предполагаемый смысл элементов словаря с помощью подходящей аксиоматизации, цель использования которой – в исключении нежелательных моделей и в том, чтобы интерпретация была единой для всех участников общения. Другой вариант соответствует случаю К= , но Ф. Тогда каждому элементу множества терминов Х может быть поставлена в соответствме функция интерпретации f из Ф. Формально это утверждение может быть записано следующим образом: Пусть X=X₁X₂, Причем X₁X₂=, Где X₁ – множество интерпретируемых терминов; X₂ – множество интерпретирующих терминов. Тогда  (хХ₁, у¹,у², … у^k Х₂), Такие, что Х=f(у¹,у², … у^k), Где fФ. Пустота пересечения множеств X₁ и X₂ исключает циклические интерпретации, а введение в рассмотрение функции k аргументов призвано обеспечить более полную интерпретацию. Вид отображения f из Ф определяет выразительную мощность и практическую полезность этого вида онтологии. Так, если предположить, что функция интерпретации задается оператором присваивания значений (X₁:=X₂), то онтология трансформируется в пассивный словарь: О=< X₁X₂, {}, {:=}>. Такой словарь пассивен, так как все определения терминов из X₁ берутся из уже существующего фиксированного множества X₂. Практическая ценность его выше, чем простого словаря, но явно недостаточна, например, для представления знаний в задачах обработки информации в Internet в силу динамического характера этой среды. Для того, чтобы учесть последнее обстоятельство, предположим, что часть интерпретирующих терминов из множества X₂ задается процедурно, а не декларативно. Смысл таких терминов «вычисляется» каждый раз при их интерпретации. Ценность такого словаря для задач обработки информации в среде Internet выше, чем у предыдущей модели, но все еще недостаточна, так как интерпретируемые элементы X₁ никак не связаны между собой и, следовательно, играют роль ключей входа в онтологию. Для представления модели, которая нужна для решения задач обработки информации в Internet, очевидно, требуется отказаться от предположения К=. Далее можно обобщить частные случаи модели онтологии таким образом, чтобы обеспечить возможность:

• представления множества концептов в виде сетевой структуры;

• использования достаточно богатого множества К, включающего не только таксономические отношения, но и отношения, отражающие специфику конкретной предметной области, а также средства расширения множества К;

• использования декларативных и процедурных интерпретаций и отношений, включая возможность определения новых интерпретаций.

Тогда можно ввести в рассмотрение модель расширяемой онтологии. Модель расширяемой онтологии является достаточно мощной для спецификации процессов формирования пространств знаний в Internet. Вместе с тем, и эта модель является неполной в силу своей пассивности даже там, где определены соответствующие процедурные интерпретации и введены специальные функции пополнения онтологии. Введем в рассмотрение понятие онтологической системы. Под формальной моделью онтологической системы ^о будем понимать триплет вида: о=<ometa, {Odt}, inf> Ometa – онтология верхнего уровня (метаонтология); {Odt} – множество предметных онтологий и задач предметной области; inf – модель машины вывода, ассоциированной с онтологической системой о.  Использование системы онтологий и специальной машины вывода позволяет решать в такой модели различные задачи. Расширяя систему моделей {Odt}, можно учитывать предпочтения пользователя, а изменяя модель машины вывода, вводить специализированные критерии релевантность получаемой в процессе поиска информации и формировать специальные репозитарии накопленных данных, а также пополнять при необходимости используемые онтологии. В модели о имеются три онтологические компоненты: 

• метаонтология;

• предметная онтология;

• онтология задач.

Как указывалось выше, метаонтология оперирует общими концептами и отношениями, которые не зависят от конкретной предметной области. Концептами метауровня являются общие понятия. Тогда на уровне метаонтологии мы получаем интенсиональное описание свойств предметной онтологии и онтологии задач. Онтология метауровня является статической, что дает возможность обеспечить здесь эффективный вывод. Предметная онтология содержит прнятия, описывающие конкретную предметную область, отношения, семантически значимые для данной предметной области, и множество интерпретаций этих понятий и отношений (декларативных и процедурных). Понятия предметной области специфичны в каждой прикладной онтологии, но отношения – более универсальны. Поэтому в качестве базиса обычно выделяют такие отношения модели предметной онтологии, как part_of, kind_of, contained_in, member_of, see_also и некоторые другие. Онтология задач в качестве понятий содержит типы решаемых задач, а отношения этой онтологии, как правило, специфицируют декомпозицию задач на подзадачи. Машина вывода онтологической системы в общем случае может опираться на сетевое представление онтологий всех уровней. При этом ее функционирование будет связано: с активацией понятий и/или отношений, фиксирующих решаемую задачу (описание исходной ситуации); определением целевого состояния(ситуации); выводом на сети, заключающемся в том, что от узлов исходной ситуации распространяются волны активации, использующие свойства отношений, с ними связанных. Критерием остановки процесса является достижение целевой ситуации или превышение длительности исполнения.