 |
|
Понятие и роль онтологии
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2.
РАЗРАБОТКА ОНТОЛОГИЙ
Задание по лабораторной работе:
Необходимо на основе фактов и правил согласно индивидуальному заданию описать онтологю (классы, атрибуты, отношения, правила) и выполнить четыре запроса в системе Onto Studio, создав отчеты, там, где это имеет смысл (запросы являются источником данных для отчета)
Индивидуальные варианты совпадают с лабораторной работой 1
Онтология
Понятие и роль онтологии
Для современного бизнеса характерно постоянное изменение среды, в которой работают, адаптируются и выживают общества, организации, люди. В условиях конкуренции судьба бизнеса во многом определяется скоростью и точностью реакции компании на изменение внешней среды, а это требует применения в менеджменте новых концепций, техник и инструментария. Различные группы пользователей, занимающиеся обработкой и анализом информации, используют специальную терминологию, которая применяется другими сообществами в ином контексте. В то же время в различных сообществах часто встречаются различные обозначения для одних и тех же понятий.
Все это значительно усложняет взаимопонимание, поэтому важно разрабатывать модели представления знаний, которые обеспечивали бы автоматизированную обработку информации на семантическом уровне в системах управления знаниями (СУЗ).
Таким образом, управление знаниями — это стратегия предприятия, цель которой — выявить и обратить на пользу фирме всю имеющуюся у нее информацию, опыт и квалификацию сотрудников с тем, чтобы повысить качество обслуживания клиентов и сократить время реакции на меняющиеся рыночные условия. Одним из важнейших и перспективных направлений в области формализации знаний, которое дает возможность использования накопленных знаний для компьютерной обработки, являются онтологии.
Управление знаниями (Knowledge Management) — совокупность процессов и технологий, предназначенных для выявления, создания, распространения, обработки, хранения и предоставления для использования знаний.
Онтология — целостная структурная спецификация некоторой предметной области, ее формализованное представление, которое включает словарь терминов предметной области и логические выражения, описывающие, как они соотносятся друг с другом.
Можно рассматривать управление знаниями как комплексную организационно-техническую деятельность, направленную на повышение эффективности использования знания в бизнес-процессах предприятия. При этом знания классифицируются и распределяются по категориям в соответствии с предопределенной, но развивающейся онтологией структурированных и слабо структурированных баз данных и баз знаний.
Онтологический подход к проектированию СУЗ позволяет создавать системы, в которых знания, накопленные внутри организации, становятся доступными для большинства пользователей. Основные преимущества этого подхода:
· онтология представляет пользователю целостный, системный взгляд на определенную предметную область (ПрО);
· знания о ПрО представлены единообразно, что упрощает их восприятие;
· построение онтологии позволяет восстановить недостающие логические связи ПрО.
Например, в электронной коммерции онтологическое представление знаний используют для поддержки автоматизированного обмена данными между покупателями и продавцами, а также для повторного использования описаний различными электронными торговыми точками. Важность онтологического подхода в СУЗ обусловлена также тем, что знание, которое не описано и не тиражировано, в конечном счете, становится устаревшим и бесполезным. Напротив, знание, которое распространяется, приобретается и обменивается, генерирует новое знание.
В СУЗ знаниями считают всю доступную информацию (документы, сведения о заказчиках, описание технологий работы, продукции и т. д.), а также закономерности предметной области, полученные из практического опыта или внешних источников. Эти знания различаются в зависимости от отраслей индустрии и могут быть рассредоточены по всему предприятию.
Понятие онтология сейчас активно применяется в информатике и искусственном интеллекте. Этот термин пришел из философии, где обозначал часть метафизики — учение обо всем сущем, о его наиболее общих философских категориях, таких как бытие, субстанция, причина, действие, явление. При этом онтология как наука претендовала на полное объяснение причин всех явлений.
В инженерии знаний под онтологией понимается детальное описание некоторой проблемной области, которое используется для формального и декларативного определения ее концептуализации. Часто онтологией называют базу знаний, которую можно самостоятельно использовать в рамках рассматриваемой ПрО.
Можно сказать, что онтология — это точная спецификация некоторой области, которая включает в себя словарь терминов этой области и множество логических связей (типа «элемент-класс», «часть-целое»), которые описывают, как эти термины соотносятся между собой.
В центре большинства онтологий находятся классы, которые описывают понятия ПрО. Например, все информационные ресурсы Интернет, с одной стороны можно классифицировать как текстовые, графические, аудио, мультимедийные и т. д., а с другой — как платные либо бесплатные. Атрибуты описывают свойства классов и их экземпляров. Например, на уровне экземпляров классов информационные ресурсы можно описывать через такие атрибуты, как размер, имя, тематика, местоположение, протокол доступа и т. д.
На формальном уровне онтология — система, состоящая из наборов понятий и утверждений об этих понятиях, на основе которых можно строить классы, объекты, отношения. Практически все модели онтологии содержат определенные концепты(понятия, классы), свойства концептов (атрибуты), отношения между концептами (зависимости, функции).
Онтологические системы строятся на основе следующих принципов:
· формализации, то есть описания объективных элементов действительности в единых, строго определенных терминах;
· использования ограниченного количества базовых терминов, на основе которых конструируются все остальные понятия;
· внутренней полноты и логической непротиворечивости.
Онтология состоит из терминов, их атрибутов, а также связанных с ними аксиом и правил вывода.
Формальная модель онтологии O=<Т, R, F> — это упорядоченная тройка конечных множеств, где:
· Т — термины прикладной области (ПрО), которую описывает онтология O;
· R — отношения между терминами заданной ПрО;
· F — функции интерпретации, заданные на терминах и/или отношениях онтологии O.
Для того чтобы реализовывать различные онтологии, необходимо разработать языки их представления, имеющие достаточную выразительную.
Цель таких языков — сделать машинное представление данных более похожим на положение вещей в реальном мире, существенно повысить выразительные возможности концептуального моделирования.
Распространение онтологического подхода к представлению знаний оказало содействие при создании разнообразных языков представления онтологии и инструментальных средств, предназначенных для их редактирования и анализа.
Существуют традиционные языки спецификации онтологий: Ontolingua, CycL, языки, основанные на дескриптивных логиках (такие как LOOM), языки, основанные на фреймах (OKBC, OCML, Flogic).
Более поздние языки основаны на Web-стандартах (XOL, SHOE, UPML). Специально для обмена онтологиями через Web были созданы RDF(S), DAML, OIL, OWL.
В целом, различие между различными языками онтологии заключается в выразительных возможностях описания предметной области и некоторых возможностях механизма логического вывода для этих языков. Типичные примитивы языков дополнительно включают:
OWL (Web Ontology Language) — язык представления онтологий, расширяющий возможности XML, RDF, RDF Schema и DAML+OIL. Этот проект предусматривает создание мощного механизма семантического анализа. Планируется, что в нем будут устранены ограничения конструкций DAML+OIL.
Онтологии OWL — это последовательности аксиом и фактов, а также ссылок на другие онтологии.
Существует целый ряд инструментов для онтологического анализа, поддерживающих редактирование, визуализацию, документирование, импорт и экспорт онтологий разных форматов, их представление, объединение, сравнение.