Формальное представление метаинформации для некоторых подходов к согласованию онтологий Николай А. Скворцов Институт проблем информатики РАН RCDL 2009, Петрозаводск

План доклада О задаче согласования онтологий Контекст исследования Используемая модель спецификации онтологий Описание предлагаемых подходов – Подходы к спецификации онтологий и их согласованию – Способы спецификации онтологий, предлагаемые для данных подходов Выводы

Согласование неоднородных онтологий может иметь целью получение разных результатов – Слияние двух онтологий в одну – Интеграция одной онтологии в другую, обычно меньшей онтологию в большую в качестве её части – Отображение одной онтологии в другую Все эти задачи включают построение отображений понятий – Соответствия определённых видов – Фунции отображения Существует тенденция сведения разрабатываемых методов и средств согласования онтологий к подходам, используемым для отображения схем баз данных – Лингвистический (по именам и вербальным определениям) – Структурный (по атрибутам, их ограничениям, положению в иерархии понятия/подпонятия) Согласование онтологий

Контекст исследования Имён и структурных спецификаций недостаточно для качественного семантического согласования понятий – Н. А. Скворцов. Вопросы согласования онтологических моделей и онтологических контекстов. Симпозиум «Онтологическое моделирование», М: ИПИ РАН, 2008 Обоснованы дополнительные подходы к спецификации онтологических понятий и к согласованию онтологий с использованием этих спецификаций – Н. А. Скворцов. Специфика подходов к отображению онтологий. «Знания и Онтологии *ELSEWHERE* – 2009», ICCS09, Москва, 2009 Цель настоящего исследования – разработка формальных способов спецификации онтологий для исследуемых подходов – Метаонтологии – Фундаментальные виды метасвойств понятий – Экземпляры и примеры моделей реального мира

Используемая модель спецификаций понятий Отображение понятий должно происходить в одной канонической модели, к которой приведены исходные онтологические модели Объектная модель языка СИНТЕЗ – Основывается на фреймах (имя, слоты, значения, метафреймы, метаслоты, метазначения) – Объекты (фреймы, являющиеся экземплярами типа) – Абстрактные типы данных (интенсиональные спецификации) – Классы (множества однотипных объектов) – Иерархия типов на основании отношения тип/подтип – Метауровни спецификаций на основании отношения классификации (объект--> класс--> метакласс--> метаметакласс...) – Формальное отношение уточнения спецификаций типов Онтологии специфицируются средствами объектной модели – Понятия – абстрактные типы данных – Формальное отображения понятий на основе уточения

Пример спецификации понятий { Star; in: type; luminosityClass: LuminosityClass; metaslot inverse: LuminosityClass.ofStar end }, { LuminosityClass; in: type; ofStar: Star }, { MainSequenceStar; in: type; supertype: Star; luminosityInv: {in: invariant; { predicative; { all m/MainSequenceStar (m.luminosityClass = MainSequence) }}}}; Класс экземпляров понятия: { luminosityClass; in: class; instance_type: LuminosityClass; } Экземпляр: { MainSequence; in: frame, luminosityClass }

Метаонтологии Имеет смысл описывать понятия онтологий дополнительно в терминах некоторой общей метаонтологии, более абстрактной – Обобщённая метамодель онтологических моделей – Категории разновидностей понятий в данной предметной области – Модель нефункциональных требований (например, качество) – Произвольная модель для ассоциативного описания понятий Понятия онтологий становятся экземплярами понятий метаонтологии (или экземпляром выражения в терминах понятий метаонтологии) – То есть, описывается смысл понятий с точки зрения метаонтологии – Понятия онтологий, соответствующие понятию метаонтологии, попадают в один класс – Можно одновременно использовать несколько метаонтологий, исследующих разные аспекты понятий онтологий При формальном отображении онтологий отображаемое понятие должно быть в одном классе метаонтологии (или его подклассе) с соответствющим понятием целевой онтологии

Пример спецификации с использованием метаонтологии Понятие метаонтологии: { MeasurementParameter; in: type; }... { measurementParameter; in: metatype; instance_type: MeasurementParameter; } Понятие онтологии: { LuminosityClass; in: type, measurementParameter; ofStar: Star; } … { luminosityClass; in: class; instance_type: LuminosityClass; }

Метасвойства понятий Онтология Н. Гуарино определяет метасвойства, присущие любым онтологическим описаниям – Существенное, неотъемлемое, несущее идентификацию, зависимое, объединяющее части по признаку Метасвойства имеют взаимные ограничения у связанных понятий – Например, если свойство неотъемлемое, то поглощаемое свойство также неотъемлемо Комбинации значений метасвойств определяют категории понятий и виды отношений между ними – Сущность, род, вид, роль, атрибут, разновидности отношения часть/целое Формально метасвойства определяются средствами логики второго порядка Взаимные ограничения метасвойств полезно использовать для верификации отображения понятий разных онтологий

Пример спецификации с использованием метасвойств Тип для представления метасвойств: { Metaproperties; in: type; essence: boolean; rigidity: {enum; enumlist: {rigid, non-rigid, anti-rigid}}; identity: {enum; enumlist: {own, identical, non-identical}}; dependency: boolean; unity: boolean; } { metaproperties; in: class; instance_type: Metaproperties; } Понятие онтологии: { Star; metaframe in: metaproperties; essence: true; rigidity: rigid; identity: own; dependency: false; unity: true; end in: concept; luminosityClass: LuminosityClass; }

Экземпляры и примеры моделей Анализ экстенсионалов понятий важен при согласовании онтологий Экземпяры понятий – Сущности реального мира – Подпонятия (подмножества экземпляров) – Примеры моделей реального мира – Данные, хорошо классифицированные посредством данных онтологий Верификация отображения понятий с использованием экземпляров может быть реализована формально – Существование хотя бы одного экземпляра, не принадлежащего одновременно отображаемому и целевому понятиям, заставляет усомниться в корректности связи понятий – Эквивалентные полные экстенсионалы означают, что одно понятие является эквивалентным другому { Sirius; in: frame, star; }

Заключение Подходы реализуемы на формальном уровне Требуют затрат на спецификацию, однако несут более точную семантику и при определении понятий и их согласовании – Трансляционный подход – Теоретико-модельный подход – Денотационный подход Позволяют построить взаимодействие экспертов, представляющих конкретные онтологии – Принятие решений только в области своей компетенции Именно эти подходы эксперты интуитивно используют при ведении очных дискуссии по согласованию онтологий – Рассмотрение понятий с точки зрения разных областей знания – Объяснение семантики понятий на аналогиях – Принадлежность к одним и тем же категориям понятий и связей – Применение примеров моделей и экземпляров из реального мира

Формальное представление метаинформации для некоторых подходов к согласованию онтологий Спасибо! Николай А. Скворцов Институт проблем информатики РАН RCDL 2009, Петрозаводск