Онтологии: понятие, методы, применение. Онтологии предметных областей. Лекция 5

План лекции Определение понятия «Онтология» Определение понятия «Онтология» Виды онтологий Виды онтологий Онтологии предметных областей Онтологии предметных областей Виды связей (ассоциация, обобщение и т.п.) Виды связей (ассоциация, обобщение и т.п.) Примеры онтологий Примеры онтологий Применение онтологий (онтологических моделей) Применение онтологий (онтологических моделей)

Онтологии используются Для навигации по большим массивам информации в Интернет Для навигации по большим массивам информации в Интернет Для поиска информации Для поиска информации Для интеллектуализации агентов Для интеллектуализации агентов

Определение онтологии Нет общего определения. Нет общего определения. Определение Грубера (явная онтология есть явная спецификация концептуализации предметной области) Определение Грубера (явная онтология есть явная спецификация концептуализации предметной области) Математический формализм (сигнатура, алгебраические системы). Формальной онтологией предметной области называется пара, где σ – множество ключевых понятий предметной области, А – множество аналитических предложений, описывающих смысл данных ключевых понятий Математический формализм (сигнатура, алгебраические системы). Формальной онтологией предметной области называется пара, где σ – множество ключевых понятий предметной области, А – множество аналитических предложений, описывающих смысл данных ключевых понятий

Разработка ИС Начинается с анализа предметной области (аналитика) Начинается с анализа предметной области (аналитика) Эксперты предметной области, владеющие концептуализацией и системой знаний предметной области, постановщики прикладных задач Эксперты предметной области, владеющие концептуализацией и системой знаний предметной области, постановщики прикладных задач Проектировщики информационной системы, нуждающиеся в модели предметной области и постановках задач в понятных им терминах Проектировщики информационной системы, нуждающиеся в модели предметной области и постановках задач в понятных им терминах Аналитики, которые должны получить информацию от экспертов и удовлетворить потребности проектировщиков Аналитики, которые должны получить информацию от экспертов и удовлетворить потребности проектировщиков

Существуют подходы к аналитике Математически-ориентированный: объектам ситуации ставятся в соответствие математические объекты (числа, графы, функции и т.п.). Система знаний ПО = система матем. соотношений. Прикладные задачи = матем. задачи. Математически-ориентированный: объектам ситуации ставятся в соответствие математические объекты (числа, графы, функции и т.п.). Система знаний ПО = система матем. соотношений. Прикладные задачи = матем. задачи. Ориентированный на средства реализации: например, ООАнализ (модель ПО = набор классов, объектов и методов) и инженерия знаний (множество правил). Результат анализа содержит описание методов функционирования ИС. Ориентированный на средства реализации: например, ООАнализ (модель ПО = набор классов, объектов и методов) и инженерия знаний (множество правил). Результат анализа содержит описание методов функционирования ИС.

Третий подход: онтологический анализ Ориентирован на систему понятий анализируемой ПО. Модель ПО = модель онтологии & система знаний этой ПО. Постановка прикладных задач формулируются в терминах модели онтологии. Ориентирован на систему понятий анализируемой ПО. Модель ПО = модель онтологии & система знаний этой ПО. Постановка прикладных задач формулируются в терминах модели онтологии. Методы решения задач – самостоятельный этап анализа. Методы решения задач – самостоятельный этап анализа. Цель онт.анализа ПО – поиск её концептуализации Цель онт.анализа ПО – поиск её концептуализации

ОА ПО: Первый этап Поиск концептуацлизации ПО. Эксперты формируют как можно более полный список терминов, испльзуемых для представления действительности, а также представительный список описания ситуаций действительности в этих терминах. Поиск концептуацлизации ПО. Эксперты формируют как можно более полный список терминов, испльзуемых для представления действительности, а также представительный список описания ситуаций действительности в этих терминах. Аналитики с помощью экспертов пытаются вербально представить ситуации из этого списка, а эксперты определяют, насколько адекватны эти представления. Аналитики фиксируют смысл используемых терминов и значений, а также принципы их адекватного представления в ситауциях. Отдельный этап – анализ списка значений (каждое значение д.б. отнесено к некоторой величине, стандартной/нестандартной). Составляется список всех использованных величин, нестандартных. Аналитики с помощью экспертов пытаются вербально представить ситуации из этого списка, а эксперты определяют, насколько адекватны эти представления. Аналитики фиксируют смысл используемых терминов и значений, а также принципы их адекватного представления в ситауциях. Отдельный этап – анализ списка значений (каждое значение д.б. отнесено к некоторой величине, стандартной/нестандартной). Составляется список всех использованных величин, нестандартных.

Признак окончания I этапа все ситуации из списка адекватно представлены как элементы концептуализации все ситуации из списка адекватно представлены как элементы концептуализации Величины выделены Величины выделены Смысл всех терминов и принципы их адекватного представления с помощью ситуаций понятны аналитикам Смысл всех терминов и принципы их адекватного представления с помощью ситуаций понятны аналитикам

Модель терминов для понятия «Информация»

ОА ПО: Второй этап Построение онтологии для найденной концептуализации Построение онтологии для найденной концептуализации Для этого аналитики с помощью экспертов строят определения всех терминов концептуализации, используя в этих определениях термины, связанные с величинами, и термины концептуализации, уже получившие определения в онтологии (индуктивные определения). Для этого аналитики с помощью экспертов строят определения всех терминов концептуализации, используя в этих определениях термины, связанные с величинами, и термины концептуализации, уже получившие определения в онтологии (индуктивные определения). Поиск ошибок – с помощью списка вербальных представлений (если значение названия понятия выходит за пределы, определенные для него в онтологии). Формулировка онтологических соглашений (например, составление вербального списка бессмысленных ситуаций, не входящих в концептуализацию, - может привести к форм. соглашений) Поиск ошибок – с помощью списка вербальных представлений (если значение названия понятия выходит за пределы, определенные для него в онтологии). Формулировка онтологических соглашений (например, составление вербального списка бессмысленных ситуаций, не входящих в концептуализацию, - может привести к форм. соглашений)

ОА ПО: Третий этап Построение системы знаний, возможно более точно описывающей действительность. Построение системы знаний, возможно более точно описывающей действительность. Стоится в терминах онтологии. Стоится в терминах онтологии. Поиск ошибок в системе знаний о ПО. Проверяется, что каждое вербальное представление ситуации согласуется с системой знаний о ПО. С помощью экспертов составляется список ситуаций, которые входят в концептуализацию (согласуются с онтологией), но не входят в действиетльность (невозможны с т.зр. знаний о ПО). Поиск ошибок в системе знаний о ПО. Проверяется, что каждое вербальное представление ситуации согласуется с системой знаний о ПО. С помощью экспертов составляется список ситуаций, которые входят в концептуализацию (согласуются с онтологией), но не входят в действиетльность (невозможны с т.зр. знаний о ПО). Формализация онтологии и системы знаний ПО завершает построение её модели. Формализация онтологии и системы знаний ПО завершает построение её модели.

Преимущества ОА Переиспользуемость моделей ПО Переиспользуемость моделей ПО Большая свобода проектировщиков в выборе проектного решения. Большая свобода проектировщиков в выборе проектного решения. Меньшая нагрузка на аналитика. Меньшая нагрузка на аналитика.

Ошибки при определении родовидовых отношений Отношения между классами и подклассами понятий (иерархические, транзитивные, обладающие свойством наследования) могут носить разные названия: родовидовое отношение, таксономическое, IS-a отношение и т.п. – назовём всё это «родовидовыми отношениями». Отношения между классами и подклассами понятий (иерархические, транзитивные, обладающие свойством наследования) могут носить разные названия: родовидовое отношение, таксономическое, IS-a отношение и т.п. – назовём всё это «родовидовыми отношениями».

Правила «Если класс А – надкласс класса В, то каждый экземпляр класса В также является экземпляром А». «Если класс А – надкласс класса В, то каждый экземпляр класса В также является экземпляром А». Правильность родовидовых отношений проверяется через свойства транзитивности и наследования. Правильность родовидовых отношений проверяется через свойства транзитивности и наследования. При проверке транзитивности При проверке транзитивности