Цели разработки онтологий

Таксономическая классификационная схема

Формализация знаний о проблемной области

Описание проблемной области начинается с представления информации обо всех объектах, классах, объединенных объектах и понятиях, их определяющих, а также данных, которые могут потребоваться в разрабатываемом приложении. Для формализованного представления этой информации используется таксономическая классификационная схема понятий, или таксономия. Термин «таксономия» происходит от греческих слов taxis (порядок, чередование, следование) и nomos (закон).

Таксономия используется для упорядочивания информации в ИнС. Она имеет вид иерархического дерева (рис.2.1), ветвями которого являются обобщенные понятия, соответствующие рассматриваемой проблемной области. В корне таксономической схемы лежит основное понятие, описывающее проблемную область. Основное понятие таксономической схемы не должно иметь предшествующих понятий.

Рис. 2.1. Таксономия

Перечень понятий утверждается разработчиком системы или когнитологом. Таксономия является структурой из трех компонентов:

1) элементы;

2) дуги;

3) подсети / узлы.

Кроме этого, каждая дуга в таксономической схеме определяет назначение понятия. Дуга S является множеством. Дуга E является составным элементом, ds является подмножеством, а de – составной частью элемента.

При описании предметной области с помощью таксономической схемы должны быть представлены все понятия (рис. 2.2), формирующие пространство утверждения для стереотипных ситуаций. Описания ситуаций с помощью одних и тех же понятий образуют класс.

Рис. 2.2. Фрагмент таксономической схемы

Каждый узел или каждая подсеть могут функционировать в таксономической области с описывающими их понятиями. На основе выделенных в таксономической схеме отношений, ориентированных на заданную предметную область, строятся правила вывода (продукции). Каждый узел таксономической схемы представляет собой понятие, которое конкретизируется, уточняется и дополняется понятиями нижних уровней, причем каждое понятие более низкого уровня наследует все свойства понятий верхнего уровня и добавляет свои. Узел таксономической схемы отражает отношение между объектами и понятиями (рис. 2.3).

Основные виды отношений, используемых в системе ИИ, также могут быть представлены в виде таксономии:

1) каузальные:

а) причина и следствие (прямая цепочка логических рассуждений);

б) следствие и причина (обратная цепочка логических рассуждений);

2) логико-арифметические:

а) арифметические;

б) логические;

3) теоретико-множественные:

а) отношение принадлежности (часть целого или целое части);

б) классификационные:

· вид→род (быть подмножеством);

· род→вид (супермножество);

4) характеристические (присущие всем БД):

а) атрибутивные:

· иметь свойство;

· быть свойством;

б) идентифицирующие:

· быть именем;

· иметь имя;

5) квантифицирующие:

а) иметь количественное значение;

б) иметь лингвистическое значение;

6) динамические:

а) изменить положение;

б) изменить ориентацию (на 90°);

7) временные:

а) быть раньше;

б) быть позже;

в) быть одновременно;

8) пространственные:

а) быть расположенным;

б) расстояние между;

9) инструментальные:

а) выполняться посредством;

б) выполняться с помощью.

Рис. 2.3. Фрагмент таксономии отношений

Корнем таксономической схемы является основной узел. Таксономическая классификационная схема определяет совокупность узлов подсетей и элементов. Уточним назначения ее дуг. Дуги имеют заданные значения.

Дуги типа S/dE определяют назначение текущего узла, как «является множеством» / «состоит из элементов». Дуги dS/E определяют назначение узла, как «является подмножеством» / «является составным элементом».

Таким образом, каждая ветвь таксономической схемы может представлять собой самостоятельную таксономию в зависимости от детализации области представления информации. При этом в корень нового образующего дерева ставятся участвующие в экспертизе понятия.

Каждый объект представляется как в таксономии, так и в утверждении двумя группами характеристик:

I-я группа определяет внутреннюю структуру объекта, т.е. отношения со своими аргументами в пространстве утверждения;

II-я группа определяет понятие пространства утверждения на основании внешних ссылок пространства, служащих для экспертизы.

Соответственно, изначально выбор и сопоставление осуществляется на основе внутренней структуры объектов, а затем на основе внешних ссылок пространства.

2.2. Онтологический подход к представлению проблемной
информации

В настоящее время онтологии являются центральными компонентами большинства крупных компьютерных информационных приложений.

Онтология – это формальное описание понятий предметной области и отношений между ними в рассматриваемой предметной области, свойств каждого понятия, описывающих различные атрибуты понятия, а также ограничений, наложенных на слоты.

Онтология вместе с набором индивидуальных экземпляров классов образует базу знаний. В центре большинства онтологий находятся классы. Классы описывают понятия предметной области.

Онтологии в сети варьируются от больших таксономий, категоризирующих веб-сайты (как на сайте Yahoo!), до категоризаций продаваемых товаров и их характеристик (как на сайте Amazon.com). Консорциум WWW (W3C) разрабатывает специальный формат представления информации RDF (Resource Description Framework, Brickley & Guha, 1999) и язык кодирования знаний на веб-страницах, чтобы сделать их понятными для электронных агентов, осуществляющих поиск информации. Совокупность разработанных онтологий представлено на сайте swoogle.com.

Разрабатываемые в настоящее время стандартные онтологии, могут использоваться экспертами по предметным областям для совместного использования и аннотирования информации в своей области. Например, в области медицины созданы большие стандартные структурированные словари.

Онтология определяет общий словарь для ученых, которым необходимо совместно использовать информацию о предметной области. Она включает машинно-интерпретируемые формулировки основных понятий предметной области и отношения между ними.

Распространение онтологического подхода к представлению знаний оказало влияние на создание разнообразных языков представления онтологии и инструментальных средств, предназначенных для их редактирования и анализа.

Существуют традиционные языки спецификации онтологий [24, 23]: Ontolingua, CycL, а также языки, основанные на дескриптивных логиках (LOOM) и фреймах (OKBC, OCML, Flogic). Более поздние языки основаны на Web-стандартах (XOL, SHOE, UPML). Специально для обмена онтологиями через Web были созданы языки RDF(S), DAML, OIL, OWL. Semantic Web базируется на модели данных Resource Description Framework (RDF) [29].

Часто онтология предметной области сама по себе не является целью. Разработка онтологии соответствует определению набора данных и их структуры для использования другими программами. Методы решения задач, доменно-независимые приложения и программные агенты используют в качестве данных онтологии и базы знаний, построенные на их основе.

Онтологии разрабатываются в целях:

· совместного использования людьми или программными агентами для общего понимания структуры информации;

· обеспечения возможности повторного использования знаний в предметной области;

· возможности явных допущений в предметной области;

· отделения знаний в предметной области от оперативных знаний;

· анализа знаний в предметной области.

При необходимости создать большую онтологию, можно интегрировать несколько уже существующих онтологий (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Многоуровневая схема отношений между онтологиями

Разработка онтологий отличается от проектирования классов и отношений в объектно-ориентированном программировании. Объектно-ориентированное программирование сосредоточено главным образом на методах классов. При этом программист принимает проектные решения, основанные на операторныхсвойствах класса, тогда как разработчик онтологии принимает эти решения, опираясь на структурныесвойства класса. В результате структура класса и отношения между классами в онтологии отличаются от структуры подобной предметной области в объектно-ориентированной программе.

Единой методологии разработки онтологий на сегодняшний день не существует. На практике такая разработка включает:

· определение классов в онтологии;

· расположение классов в таксономической иерархии (подкласс – надкласс);

· определение слотов и описание допускаемых значений этих слотов;

· 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.

Дата добавления: 2014-12-29