Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии icon

Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии



НазваниеЛекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии
Дата конвертации02.09.2013
Размер95.85 Kb.
ТипЛекция

Лекция №10


Онтологический подход и его использование


Понятие онтологии


Онтологии имеют непосредственное отношение к построению БЗ и частично к реализации интеллектуального интерфейса. Они помогают обеспечить одинаковое понимание всеми пользователями смысла применяемых при решении терминов, их атрибутов и отношений между ними.

Термин «онтология» в ИИ употребляется в контексте с такими понятиями, как концептуализация, знания, модели знаний, системы, основанные на знаниях.


Онтология — это фор­мально представленные на базе концептуализации знания о ПрО.


Под концептуализацией понимается процесс перехода от представления ПрО на ОЕЯ (или ЕЯ) к точной спецификации этого описания на некотором формальном языке, ориентированном на компьютерное представление.


Самым распространенным на данный момент является определение, согласно которому онтология есть точная (выра­женная формальными средствами) спецификация концептуализации.


Онтология является не абсолютной (единственной) спецификацией концептуализации ПрО, а зависит от целей ее создания. Независимо от вида онтологии она должна включать словарь терминов и некоторые спецификации их значений. При таком подходе онтология похожа на тезаурус.


В неформальной трактовке онтология представляет собой описание некоторой ПрО.

На формальном уровне он­тология — это система, состоящая из набора понятий и набора утверждений об этих понятиях, на основе которых можно строить классы, объекты, от­ношения, функции и теории.


На метауровне онтология является разновидностью сетевой модели знаний о ПрО. Эта модель может быть статической или динамической.


Web-онтологией называют онтологию, которая либо доступна на одном из web-узлов Internet, либо используется в рамках корпоративного портала.


Основные задачи, решаемые с помощью онтологий


  1. Создание и использование БЗ.

  1. Организация эффективного поиска в БД, информационных каталогах, БЗ.

  2. Создание систем, реализующих механизмы рассуждений (ЭС, системы управления, интеллектуальные роботы).

  3. Организация поиска по смыслу в текстовой информации.

  4. Семантический поиск в Internet.

  5. Представление смысла в метаданных об ИР.

  6. Построение и использование баз общих знаний для различных ИС.

  7. Обеспечение общей терминологии для множества специалистов и совместно используемых приложений.

  8. Многократное применение БЗ и информационных массивов, представляющих сведения о системах на различных стадиях их жизненного цикла.

^ Модель онтологии


Модель онтологии О задает тройка: 0 = (Х, R, Ф), где Х — конечное непустое множество концептов ПрО, которую представляет онтология;

R — конечное множество отношений между концептами;

Ф — конечное множество функций интерпретации, заданных на концептах и (или) отношениях.


Эта модель является разновидностью сетевой модели знаний.


Для спецификации пространств знаний, охватывающих несколько взаимосвязанных ПрО, предложена модель расширенной онтологии:

Орасш = (От, {(Ор, Оz)}, MB),

где От — онтология верхнего уровня (метаонтология); Ор — предметная онтология; Oz — онтология задач ПрО; MB — модель машины вывода.


Метаонтология От оперирует, не зависящими от ПрО концептами и отношениями (время, объект, свойство и т.д.). Она изменяется весь­ма незначительно и может считаться статической.

Предметная онтология Ор содержит понятия, описывающие конкрет­ную ПрО, семантически значимые для нее отношения, а также декларатив­ные и процедурные интерпретации этих понятий и отношений.


В онтологии задач Oz в качестве понятий выступают типы решаемых задач, а отношения, как правило, специфицируют декомпозицию задач на подзадачи.


Машина вывода начинает работу при активации понятий или отноше­ний, описывающих исходную ситуацию (задачу). Вывод на СС организуется как волно­вой процесс, использующий свойства отношений, выходящих из узлов, задающих исходную ситуацию. Критерием останова процесса является достижение целевой ситуации, либо превышение длительности времени, отведенного для решения задачи.

^ Методики построения онтологии и требования к средствам их спецификации


Существует много предложений по методикам разработки онтологии.


Стандарт онтологического исследования IDEF5 подготовленный фирмой Knowledge Base Systems, Inc. в качестве проекта национального стандарта США (1994).


^ Процесс построения онтологии в рамках IDEF5 состоит из пяти основных этапов:

  1. Изучение и систематизация начальных условий. Этот этап устанавливает основные цели и контекст разработки онтологии, а также распреде­ляет роли членов проекта.

  2. Сбор и накопление данных для построения онтологии.

  3. Анализ и группировка собранных данных для облегчения согласо­вания терминологии.

  4. Начальное развитие онтологии. На этом этапе формируется предварительная онтология на основе систематизированных данных.

  5. Уточнение и утверждение онтологии.


Для поддержки процесса построения онтологии в IDEF5 определены специальные онтологические языки:

  • схематический язык (Schematic Language — SL);

  • язык доработок и уточнений (Elaboration Language — EL).


Язык SL является наглядным графическим языком диаграммного типа, предназначенным для формирования начального представления онтологии, а также дополнения существующих онтологий.

Язык EL – структурированный текстовый язык, позволяющий детализировать элементы онтологии (структурировать элементы концептуализации).

В стандарте IDEF5 предусмотрены четыре вида схем, пред­назначенных для представления онтологической информации в наглядной графической форме:


Диаграммы классификации служат средством логической системати­зации знаний, накопленных при изучении системы.

Существует два типа таких диаграмм:

  • диаграмма строгой классификации (Description Subsumption — DS)

  • диаграмма естественной или видовой классификации (Natural Kind Classification — NKC).


В DS определяющие свойства класса являются необходимым и достаточным признаком принадлежности объекта этому классу. С помощью диаграмм DS, как правило, классифицируются логические объекты.

В NKC, наоборот, свойства класса не являются необходимым и достаточным признаком принадлежности ему тех или иных объектов. В диаграммах этого типа интерпретация свойств класса является более общей.


Композиционные схемы (Composition Schematics) служат для графиче­ского представления состава классов онтологии. В частности, с помощью них можно наглядно отобразить состав объектов, относящихся к тому или иному классу.


Схемы взаимосвязей (Relation Schematics) позволяют визуализировать и изучать связи между различными классами объектов сис­темы, а также представлять за­висимости между взаимосвязями классов.


Диаграмма состояния объекта (Object State Schematic) позволяет опи­сать процесс изменения состояния объекта (смена состояния или смена класса).


Стандарт IDEF5 отражает методологию, с помощью которой можно на­глядно и эффективно разрабатывать онтологии, но данный стандарт охватывает не все этапы создания онтологии.


Существует еще одна методология построения онтологии. Для ее поддержки предназначена специальная инструментальная среда проектирования онтологии (Ontology Design Environment – ODE).

Она включает подсистемы управления проектом и поддержки разработки. Первая подсистема обеспечивает решение задач планирования, контроля за ходом выпол­нения проекта и управления качеством. Вторая ориентирована на задачи приобретения знаний, их оценки, интеграции, документирования и управления конфигурациями.

Процесс разработки онтологии включает четыре стадии:

  1. спецификация;

  2. концептуализация;

  3. формализация;

  4. реализация.


Наиболее сложной задачей является концептуализация. От успешности ее выполнения зависит эффективность всей разработки.

Концептуализация включает два этапа:

  • построение глоссария терминов;

  • построение классификационных деревьев концептов.


Вторая задача начинает решаться тогда, когда объем глоссария по мнению экспертов достигает существенного объема. Затем для каждого классификационного дерева формируются словарь концептов и совокупность таблиц, описывающих бинарные отношения между концептами, экземпляры, атрибуты экземпляров и классов, логические аксиомы, константы и формулы.


В качестве примера программного решения для создания ИС на основе онтологического подхода можно привести мощную среду разработки OntoStudio фирмы Ontoprise GmbH (http://www.ontoprise.de), которая поддерживает следующие форматы и языки онтологического проектирования: OWL, RDF (S), RIF, ObjectLogic.

^ Наиболее известные онтологические проекты


В настоящее время разрабатываются онтологии всех трех уровней: верхнего уровня, предметные и онтологии задач. Наиболее активно создаются предметные онтологии.


1) Среди проектов онтологии верхнего уровня наиболее существенные результаты достигнуты в рамках проекта Сус корпорации Сусоrр (Техас, США). Данный проект направлен на формирование информационно-логической основы для создания и функционирования систем, реализующих механизм рассуждений.

Он­тология ^ Сус базируется на ядре, включающем миллион утверждений, вве­денных в БЗ вручную. Версия Сус с открытым исходным кодом (проект ОреnСус) на сегодняшний день содержит описания 6000 концептов и свыше 60000 аксиом, отражающих непротиворечивые знания о мире.


2) Другим примером онтологии верхнего уровня является модель GUM (Generalized Upper Model) (http://www.darmstadt.gmd.de/publish/komet/genum/newUM.html).

Цель проекта GUM — поддержка обработки ЕЯ (английского, немецкого и итальянского). Уровень абстракции при представлении онто­логии GUM лежит между лексическими и концептуальными знаниями. Это позволяет упростить создание на ее базе ЕЯ интерфейса. Модель GUM содержит раздельные таксономии понятий и связей.


3)^ Онтологии предметного уровн разрабатываются в рамках проекта TOVE (Toronto Virtual Enterprise), целями которого являются: создание средств представления общей терминологии для ПрО; построение точных и непротиворечивых определений терминов на основе логики первого порядка; обеспечение возможностей описания семантики с помощью множе­ства аксиом, которые автоматически позволяют получать ответы на вопросы о ПрО.

Онтология TOVE представляет собой интегрированную модель ПрО, состоящую из онтологии операций, состояний и времени, организации, ресурсов, продуктов, сервиса, производства, цены, количества.

4) Проект KACTUS выполняется в рамках программы Европейского Сою­за ESPRIT. Его цель заключается в создании методологии многократ­ного применения знаний о технических системах на протяжении их ЖЦ. Другими словами, данная методология позволяет использовать одни и те же БЗ при проектировании, оценке, эксплуатации, сопровождении, репроектировании и обучении. В KACTUS сделана попытка объединить эти онтологии с сущест­вующими стандартами (STEP) на основе языка CML (Conceptual Modeling Language).


5) Проект (КА)2 — аннотация знаний сообществом приобретения знаний (Knowledge Annotation Initiative of the Knowledge Community) — направлен на развитие технологий интеллектуального поиска в Internet и автоматиче­ского извлечения знаний из web-ресурсов.

Выде­ляются три направления исследований:

  • онтологический инжиниринг;

  • автоматическое аннотирование web-страниц;

  • построение и выполнение запросов к web-страницам и вывод результатов с использованием онтологий.


6) В рамках проекта SHOE (Simple HTML Ontology Extensions) создаются средства аннотирования web-страниц, позволяющие вносить в них семантическое содержание, доступное для обработки интеллектуальными агентами. Для этого SHOE дополняет HTML набором специальных тэгов для представления знаний. Основным компонентом SHOE является онтология, представляющая сведения о некоторой ПрО.


7) Система Ontolingua, разработанная в Knowledge System Laboratory (KSL) отделения информатики Стенфордского университета, представляет собой инструментальное средство для совместного формирования, просмотра, редактирования и использования онтологии в среде WWW. Язык Ontolingua реализует принципы ООП и является расширением языка KIF (Knowledge Interchange Format).

На сервере Ontolingua представлен ряд онтологических библиотек по различным областям знаний. С помощью системы Ontolingua KSL выполня­ет проект по формированию широкомасштабного репозитория выразитель­ных и многократно используемых знаний.





Похожие:

Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии iconЛекция №9 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии
Онтологии имеют непосредственное отношение к построению бз и частично к реализации интеллектуального интерфейса
Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии iconЛекция 2 (2 ч.) Философия бытия (онтология) план
Понятие Бытия, его соотношение с понятиями «действительность», «реальность, «существование». Онтология – как философское учение о...
Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии iconКомпетентностный подход в обучении на уроках русского языка и литературы. (Слайд 1,2) Понятие «компетентностный подход»
Понятие «компетентностный подход» стало для нас за несколько лет более привычным, но от этого не стало более понятным. Попробуем...
Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии iconЛекция №7 моделирование знаний как основа ис категория знания
В основе исследований в области ии лежит подход, связанный со знаниями. Понятие «знание» относится к интуитивно определяемым
Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии iconЛекция №8 моделирование знаний о предметной области
В основе исследований в области ии лежит подход, связанный со знаниями. Понятие «знание» относится к интуитивно определяемым
Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии iconЛекция. Бухгалтерский баланс. Лекция. Бухгалтерский баланс. Понятие бухгалтерского баланса, его содержание и структура Типы изменений в бухгалтерском балансе

Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии iconЛекция по теме: «Понятие» Санкт-Петербург 2008 Назаренко А. М. Логика: Фондовая лекция/ Понятие
Фондовая лекция раскрывает логическую структуру понятия, виды понятий, отношения между понятиями по объёму, а также наиболее важные...
Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии iconЛекция по теме: «Понятие» Санкт-Петербург 2008 Назаренко А. М. Логика: Фондовая лекция/ Понятие
Фондовая лекция раскрывает логическую структуру понятия, виды понятий, отношения между понятиями по объёму, а также наиболее важные...
Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии iconОтчет для защиты лабораторной работы №4. Требования Выбрать предметную область для создания онтологии
«Разработка онтологии предметной области с использованием инструментальных средств онтологического проектирования»
Лекция №10 Онтологический подход и его использование Понятие онтологии iconЛекция №6. Кибернетический подход к описанию систем
Управление — в широком, кибернетическом смысле — это обобщение приемов и методов, накопленных разными науками об управлении искусственными...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©znanie.podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы