Введение. Основные определения

Определения онтологии

Слово "онтология" имеет два значения:

• Онтология 1 - философская дисциплина, которая изучает наиболее общие характеристики бытия и сущностей;
• Онтология 2 - это артефакт, структура, описывающая значения элементов некоторой системы.

Настоящий курс посвящен способам разработки и использования в приложениях онтологий как артефактов (Онтология 2).

Неформально онтология представляет собой некоторое описание взгляда на мир применительно к конкретной области интересов. Это описание состоит из терминов и правил использования этих терминов, ограничивающих их значения в рамках конкретной области.

На формальном уровне онтология - это система, состоящая из набора понятий и набора утверждений об этих понятиях, на основе которых можно описывать классы, отношения, функции и индивиды.

Одно из самых известных определений онтологии дал Том Грубер, звучит оно следующим образом: Онтология - это точная спецификация концептуализации.

Концептуализация - это структура реальности, рассматриваемая независимо от словаря предметной области и конкретной ситуации.

Например, если мы рассматриваем простую предметную область, описывающую кубики на столе, то концептуализацией является набор возможных положений кубиков, а не конкретное их расположение в текущий момент времени.

Более поздней модификацией определения Грубера является такое определение: Онтология - это формальная спецификация согласованной концептуализации. Под согласованной концептуализацией подразумевается, что данная концептуализация не есть частное мнение, а является общей для некоторой группы людей.

Сформулировано еще достаточно много разных определений онтологии. Например, Никола Гуарино определяет онтологию следующим образом: Онтология - это формальная теория, ограничивающая возможные концептуализации мира.

Некоторые определения отражают способы, которыми авторы строят и используют онтологии, например: Онтология - это иерархически структурированное множество терминов, описывающих предметную область, которое может быть использовано как исходная структура для базы знаний.

Содержание онтологии

Основными компонентами онтологии могут являться:

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

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 представляют тип взаимодействия между понятиями предметной области. Формально n -арные отношения определяются как подмножество произведения n множеств: R ⊆ C₁ x C₂ x … x C_n. 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 - это специальный случай отношений, в которых n -й элемент отношения однозначно определяется n-1 предшествующими элементами. Формально функции определяются следующим образом: F: C₁ x C₂ x ... x C_n-1 -> C_n. 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 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.

В качестве примера того, что в рамках онтологий понимается под аксиомами, можно привести следующее положение и его формальную запись на языке исчисления предикатов первого порядка:

Работник, являющийся руководителем проекта, работает в проекте.

Вводятся переменные Е (работник) и P (руководитель проекта). Тогда аксиома записывается следующим образом:

Forall (E,P)  Employee(E) and  Head-Of-Project(E,P)
  => Works-At-Project(E,P)