Онтология

Онтология

Список понятий см. в Глоссарий

Онтология - формальное представление знаний. Онтологии определяют понятия (концепции), относящиеся к какой-то области, а также задают отношения между этими терминами. Онтологии используются в таких областях информатики, как представление знаний, медицинская и биоинформатика, а также семантическая паутина (semantic web). Современные онтологии могут содержать десятки и сотни тысяч определений, поэтому они часто имеют формат, удобный для чтения компьютером, и имеют строгую логическую базу.

Структура онтологии

В общем виде структура онтологии представляет собой набор элементов четырех категорий:

• классы (или понятия ) ;
• отношения (или свойства. атрибуты) ;
• аксиомы;
• экземпляры.
• функции ;

понятия

Классы или понятия используются в широком смысле. Понятием может быть любая сущность, о которой может быть дана какая-либо информация. Классы — это абстрактные группы, коллекции или наборы объектов. Они могут включать в себя экземпляры, другие классы, либо же сочетания и того, и другого. Классы в онтологиях обычно организованы в таксономию — иерархическую классификацию понятий по отношению включения. Например, классы Мужчина и Женщина являются подклассами класса Человек, который в свою очередь включен в класс Млекопитающие.

Отношения

Отношения представляют тип взаимодействия между понятиями предметной области. Формально n-арные отношения определяются как подмно жество произведения n множеств . Пример бинарного отношения — отношение ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ. Отношения тоже могут быть организованы в таксономию по включению; например, отношения быть_отцом_для и быть_матерью_для на множестве людей содержатся в отношении быть_родителем_для, которое в свою очередь содержится в отношении быть_предком_для.

Функции

Функции — это специальный случай отношений, в которых n-й элемент отношения однозначно определяется n-1 предшествующими элементами. Формально функции определяются следующим образом: F: C1 × C2 × … × Cn-1 —> Cn. Примерами функциональных отношений являются отношения быть_матерью_для на множестве людей, или цена_подержанного_автомобиля, которая вычисляется в зависимости от модели автомобиля, даты изготовления и пробега.

Аксиомы

Аксиомы используются, чтобы записать высказывания, которые всегда истинны. Они могут быть включены в онтологию для разных целей, например, для определения комплексных ограничений на значения атрибутов, аргументы отношений, для проверки корректности информации, описанной в онтологии, или для вывода новой информации. Аксиомы задают условия соотнесения категорий и отношений, они выражают очевидные утверждения, связывающие понятия и отношения. Под аксиомой можно понимать утверждение, вводимое в онтологию в готовом виде, из которого могут быть выведены другие утверждения. Они позволяют выразить ту информацию, которая не может быть отражена в онтологии посредством построения иерархии понятий и установки различных отношений между понятиями. В качестве примера аксиомы можно привести следующее высказывание: « Если X смертен, то X когда-нибудь умрет». Аксиомы позволяют в дальнейшем осуществлять умозаключения в рамках онтологии. Они могут снабжать исследователей информацией о правилах, позволяющих автоматически добавлять информацию. Аксиомы могут также представлять собой ограничения, накладываемые на какие-либо отношения, делающие возможным выведение умозаключений. Примером числовых ограничений является утверждение того, что для Человека количество биологических родителей равно 2. Количество и степень детализации аксиом обычно зависят от типа онтологии.

Экземпляры

Экземпляры в литературе могут выступать также под названиями:

• конкретные экземпляры;
• инстанции;
• индивидуальные экземпляры.

Экземпляры - это отдельные представители класса сущностей или явлений, то есть конкретные элементы какой-либо категории (например, экземпляром класса Человек будет королева Виктория). Составляющие онтологии подчиняются своеобразной иерархии. На нижнем уровне этой иерархической лестницы находятся экземпляры, конкретные индивиды , выше идут понятия, то есть категории. На уровень выше располагаются отношения между этими понятиями, а обобщающей и связующей является ступень правил или аксиом. [2]

Формальное представление онтологий

В информатике термин «онтология» означает концептуальную модель представления объектов, свойств объектов и отношений между ними (Chandrasekaran et al., 1999). Онтология включает набор понятий (терминов) предметной области, их определений и атрибутов, а также связанное с ними множество аксиом и правил вывода (Gruber, 1995). Таким образом, формальная модель онтологии – это упорядоченная тройка конечных множеств O = <T, R, F>, где

• Т – конечное и непустое множество классов и концептов (понятий, терминов) предметной области как части реального мира, рассматриваемой в пределах заданного контекста , которую описывает онтология О;
• R – конечное множество отношений между концептами заданной предметной области;
• F – конечное множество функций интерпретации, заданных на понятиях и/или отношениях онтологии O или аксиом, используемых для моделирования утверждений, которые всегда являются истинными, что ограничивает интерпретацию и обеспечивает корректное использование понятий.

Одним из наиболее продуктивных подходов к представлению и использованию знаний о предметной области являются дескриптивные логики (ДЛ), определяющие формальный язык для описания понятий (концéпт, класс, категория или сущность) и отношений между ними (называемых ролями), утверждений о фактах и запросах к ним. Кроме этого, в ДЛ входят конструкторы (операции) для понятийных выражений, включающие конъюнкцию, дизъюнкцию и определение отношений.

Базы знаний предметной области с позиции дескриптивной логики подразделяются на общие знания о множестве классов понятий предметной области, свойствах и отношениях между ними (terminological knowledge, или T-Box) и знания об индивидуальных объектах (экземплярах класса), их свойствах и связях с другими объектами (assertional knowledge, или A-Box), т. е. описывают предметную область на уровне конкретных данных (база данных). В базе знаний обе компоненты взаимосвязаны. В общем случае создание прикладных онтологий, ориентированных на конкретную предметную область, может быть существенно ускорено, если использовать ранее разработанные канонические (ссылочные) онтологии для построения онтологических классов и отношений между ними.

В частности, в качестве такого рода ссылочной онтологии может быть онтология верхнего уровня или онтология базовых знаний, в которой описываются наиболее общие концепты (пространство, время, материя, объект, система, состояние, поведение, событие, процесс, действие, структура, функция и т. п.) и отношения («часть – целое», «общее – частное», «является подклассом», «оказывает воздействие», «является причиной», «приводит к», «регулирует», «связан с», «похоже на», а также пространственные и темпоральные отношения и т. п.). Эти концепты не зависят от конкретной проблемы или области, поэтому представляется разумным унифицировать их для больших сообществ пользователей.

источники информации

1. http://www.bionet.nsc.ru/vogis/download/19-6/03_Podkolodnyy_Rus_2.pdf
2. И.С. Константинова, О.А. Митрофанова. ОНТОЛОГИИ КАК СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ ЗНАНИЙ. Санкт-Петербургский государственный университет. Факультет филологии и искусств, Кафедра математической лингвистики. http://www.ict.edu.ru/ft/005706/68352e2-st08.pdf
3. Онтологии и тезаурусы: модели, инструменты, приложения. Авторы: Б.В. Добров, В.В. Иванов, Н.В. Лукашевич, В.Д. Соловьев. Учебный курс
4. http://it-claim.ru/wiki/index.php?n=CLAIM.%D0%A1%D1%82%D1%80%D1%83%D0%BA%D1%82%D1%83%D1%80%D0%B0%D0%9E%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%B8
5. https://www.lektorium.tv/course/22781