Компоненты онтологии

Современные онтологии имеют много структурных сходств, независимо от языка онтологий , на котором они выражены. Большинство онтологий описывают индивидов (экземпляры), классы (концепции), атрибуты и отношения.

Список

Общие компоненты онтологий включают в себя:

Частные лица: экземпляры или объекты (базовые объекты или объекты «нулевого уровня»; токены ).
Классы: наборы , коллекции, концепции, типы объектов или виды вещей. ^[1]
Атрибуты: аспекты, свойства, особенности, характеристики или параметры, которыми могут обладать индивиды (а также классы и отношения). ^[2]
Отношения: способы, которыми классы и индивиды могут быть связаны друг с другом. Отношения могут содержать атрибуты, которые дополнительно уточняют отношение. ^[3]
Функциональные термины: сложные структуры, образованные из определенных отношений, которые можно использовать вместо отдельного термина в высказывании.
Ограничения: формально сформулированные описания того, что должно быть истинным, чтобы некоторое утверждение было принято в качестве входных данных.
Правила: утверждения в форме предложения «если-то» (предшествующее-последующее), описывающие логические выводы, которые можно сделать из утверждения в определенной форме.
Аксиомы: утверждения (включая правила) в логической форме , которые вместе составляют общую теорию, которую онтология описывает в своей области применения. ^[4] Это определение отличается от определения «аксиом» в порождающей грамматике и формальной логике. В этих дисциплинах аксиомы включают только утверждения, утверждаемые как априорные знания. Используемый здесь термин «аксиомы» также включает теорию, полученную на основе аксиоматических утверждений. ^{[ нужна ссылка ]}
События: изменение атрибутов или отношений.
Действия: типы событий.

Онтологии обычно кодируются с использованием языков онтологий .

Частные лица

Индивидуумы (экземпляры) — это базовые компоненты онтологии «нулевого уровня». Индивиды в онтологии могут включать в себя конкретные объекты, такие как люди, животные, столы, автомобили, молекулы и планеты, а также абстрактные индивиды, такие как числа и слова (хотя существуют различия во мнениях относительно того, являются ли числа и слова классами или физические лица). Строго говоря, онтология не обязательно должна включать в себя каких-либо индивидуумов, но одна из общих целей онтологии — предоставить средства классификации индивидуумов, даже если эти индивидуумы явно не являются частью онтологии.

В формальных экстенсиональных онтологиях индивидуумами считаются только произнесения слов и чисел, а сами числа и имена являются классами. В четырехмерной онтологии человек идентифицируется по его пространственно-временной протяженности. Примерами формальных экстенсиональных онтологий являются BORO , ISO 15926 и модель, разрабатываемая IDEAS Group .

Классы

В представлении знаний класс представляет собой совокупность отдельных лиц или отдельных объектов. ^[5] Класс может быть определен либо по расширению (указание членов), либо по интенсионалу (указание условий), используя то, что называется в некоторых языках онтологий, таких как OWL . В соответствии с различием типа и токена онтология делится на индивидуумов, которые являются объектами или событиями реального мира, и типы или классы, которые представляют собой наборы объектов реального мира. Выражения или определения класса задают свойства, которым должны соответствовать индивидуумы, чтобы быть членами класса. Индивидуумы, реализующие это свойство, называются Экземплярами .

Атрибуты

Объекты в онтологии можно описать, связав их с другими вещами, обычно с аспектами или частями . Эти связанные вещи часто называют атрибутами , хотя они могут быть независимыми вещами. Каждый атрибут может относиться к классу или индивидууму. Вид объекта и вид атрибута определяют вид связи между ними. Отношения между объектом и атрибутом выражают факт, специфичный для объекта, с которым он связан. Например, объект Ford Explorer имеет такие атрибуты, как:

⟨имя⟩ Ford Explorer
⟨по определению как деталь⟩ 6-ступенчатая коробка передач
⟨по определению как часть⟩ двери (минимальная и максимальная мощность: 4)
⟨по определению как первая часть⟩ {двигатель 4,0 л, двигатель 4,6 л}

Значение атрибута может быть сложным типом данных ; в этом примере связанный движок может быть только одним из списка подтипов движков, а не чем-то одним.

Онтологии являются истинными онтологиями только в том случае, если понятия связаны с другими понятиями (концепции имеют атрибуты). Если это не так, то у вас будет либо таксономия (если гипонимов между понятиями существуют отношения ), либо контролируемый словарь . Они полезны, но не считаются настоящими онтологиями.

Отношения

Отношения (также известные как отношения) между объектами в онтологии определяют, как объекты связаны с другими объектами. Обычно отношение имеет определенный тип (или класс), который определяет, в каком смысле объект связан с другим объектом в онтологии. Например, в онтологии, которая содержит концепции Ford Explorer и концепции Ford Bronco, могут быть связаны отношением типа ⟨определяется как преемник⟩ . Полное выражение этого факта тогда становится:

Ford Explorer определен как преемник Ford Bronco.

Это говорит нам о том, что Explorer — это модель, пришедшая на смену Bronco. Этот пример также показывает, что отношение имеет направление выражения. Обратное выражение выражает тот же факт, но обратной фразой на естественном языке.

Большая часть мощи онтологий проистекает из способности описывать отношения. В совокупности набор отношений описывает семантику предметной области: то есть различные ее семантические отношения , такие как синонимия , гипонимия и гипернимия , координатное отношение и другие. Набор используемых типов отношений (классов отношений) и их иерархия включения описывают возможности выражения языка, на котором выражается онтология.

Ford Explorer — это подкласс полноприводного автомобиля, который, в свою очередь, является подклассом автомобиля. — Ford Explorer *is-a-subclass-of* 4-Wheel Drive Car, which in turn *is-a-subclass-of* Car.

Важным типом отношения является отношение включения ( is-a- superclass -of , противоположное is-a , is-a-subtype-of или is-a- subclass -of ). Это определяет, какие объекты классифицируются по какому классу. Например, мы уже видели, что класс Ford Explorer является подклассом полноприводного автомобиля, который, в свою очередь, является подклассом автомобиля.

Добавление отношений «является подклассом» создает таксономию ; древовидная структура (или, в более общем смысле, частично упорядоченное множество ), которая ясно показывает, как объекты связаны друг с другом. В такой структуре каждый объект является «дочерним» «родительским классом» (некоторые языки ограничивают отношение «является подклассом» одним родителем для всех узлов, но многие этого не делают).

Другим распространенным типом отношений является отношение мереологии , записанное как часть , которое показывает, как объекты объединяются в составные объекты. Например, если бы мы расширили онтологию нашего примера, включив в него такие понятия, как рулевое колесо, мы бы сказали, что «рулевое колесо по определению является частью Ford Explorer», поскольку рулевое колесо всегда является одним из компонентов. Форд Эксплорер. Если мы введем отношения меронимии в нашу онтологию, возникающая иерархия больше не сможет удерживаться в простой древовидной структуре, поскольку теперь члены могут появляться более чем в одном родителе или ветви. Вместо этого возникающая новая структура известна как ориентированный ациклический граф .

Помимо стандартных отношений «является-подклассом» и «является-по определению частью-а», онтологии часто включают дополнительные типы отношений, которые дополнительно уточняют семантику, которую они моделируют. Онтологии могут различать различные категории типов отношений. Например:

типы отношений для отношений между классами
типы отношений для отношений между людьми
типы отношений для отношений между индивидуумом и классом
типы отношений для отношений между одним объектом и коллекцией
типы отношений для отношений между коллекциями

Типы отношений иногда зависят от предметной области и затем используются для хранения определенных типов фактов или для ответа на определенные типы вопросов. Если определения типов отношений включены в онтологию, то онтология определяет свой собственный язык определения онтологии. Примером онтологии, которая определяет свои собственные типы отношений и различает различные категории типов отношений, является онтология Геллиша .

Например, в области автомобилей нам может понадобиться отношение типа «сделано» , которое сообщит нам, где произведен каждый автомобиль. Итак, Ford Explorer производится в Луисвилле . Онтология также может знать, что Луисвилл расположен в Кентукки , а Кентукки классифицируется как штат и является частью США. Программное обеспечение, использующее эту онтологию, теперь может ответить на вопрос типа «какие автомобили производятся в США». НАС?"

Примечания

^ См . Класс (теория множеств) , Класс (информатика) и Класс (философия) , каждый из которых имеет отношение, но не идентично понятию «класс» здесь.
^ Таниар, Дэвид (28 февраля 2006 г.). Веб-семантика и онтология . Идея Групп Инк (IGI). ISBN 978-1-59140-907-6 .
^ Асунсьон Гомес-Перес; Мариано Фернандес-Лопес; Оскар Корчо (18 апреля 2006 г.). Онтологическая инженерия: с примерами из областей управления знаниями, электронной коммерции и семантической сети. Первое издание . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-85233-840-4 .
^ Морин Доннелли; Джанкарло Гуиззарди (2012). Формальная онтология в информационных системах: материалы седьмой международной конференции (FOIS 2012) . ИОС Пресс. ISBN 978-1-61499-083-3 .
^ Диего Кальванезе; Джузеппе Де Джакомо; Маурицио Лензерини (2002). Описание Логика: основы представления знаний на основе классов . Логика в информатике . CiteSeerX 10.1.1.177.2787 .

[1] См . Класс (теория множеств) , Класс (информатика) и Класс (философия) , каждый из которых имеет отношение, но не идентично понятию «класс» здесь.

[David2006-2] Таниар, Дэвид (28 февраля 2006 г.). Веб-семантика и онтология . Идея Групп Инк (IGI). ISBN 978-1-59140-907-6 .

[Gómez-PérezFernandez-Lopez2006-3] Асунсьон Гомес-Перес; Мариано Фернандес-Лопес; Оскар Корчо (18 апреля 2006 г.). Онтологическая инженерия: с примерами из областей управления знаниями, электронной коммерции и семантической сети. Первое издание . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-85233-840-4 .

[DonnellyGuizzardi2012-4] Морин Доннелли; Джанкарло Гуиззарди (2012). Формальная онтология в информационных системах: материалы седьмой международной конференции (FOIS 2012) . ИОС Пресс. ISBN 978-1-61499-083-3 .

[Class_(knowledge_representation)_DLs-5] Диего Кальванезе; Джузеппе Де Джакомо; Маурицио Лензерини (2002). Описание Логика: основы представления знаний на основе классов . Логика в информатике . CiteSeerX 10.1.1.177.2787 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]