Úvod
Tento článek je určen pro ty, kteří mají alespoň základní povědomí o pojmu ontologie. Pokud nejste obeznámeni s ontologiemi, pravděpodobně vám nebude jasný účel ontologií a tohoto článku konkrétně. Doporučuji se nejprve seznámit s tímto jevem, než začnete číst tento článek (možná postačí článek z Wikipedie).
Takže Ontologie je podrobný popis určitého zkoumaného oboru. Takový popis by měl být vyjádřen v nějakém jasně formulovaném jazyce. K popisu ontologií lze použít metodologii IDEF5, která má ve svém arzenálu 2 jazyky:
- Schématický jazyk IDEF5. Tento jazyk je vizuální a využívá grafické prvky.
- Textový jazyk IDEF5. Tento jazyk se představuje jako strukturovaný text.
V tomto článku bude diskutována první varianta — schématický jazyk. O textovém se budeme bavit v dalších článcích.
Objekty
Ve schématickém jazyce, jak již bylo řečeno, se používají grafické prvky. Nejdříve by měly být prozkoumány základní prvky tohoto jazyka.
Často se v ontologii používají jak zobecněné entity, tak konkrétní objekty. Zobecněné entity se nazývají druhy. Zobrazují se jako kruh s označením (názvem objektu) uvnitř:
Druhy představují souhrn jednotlivých exemplářů daného druhu. To znamená, že druh jako „Automobily“ může představovat celou souhrn jednotlivých automobilů.
Jako exempláře takového druhu mohou vystupovat konkrétní automobily, nebo jednotlivé typy techniky, nebo jednotlivé značky. Všechno závisí na kontextu, oboru a jeho úrovni podrobnosti. Například pro opravnu aut budou důležité konkrétní automobily jako fyzické entity. Pro vedení nějaké statistiky o prodeji v autosalonu budou důležité konkrétní modely atd.
Jednotlivé exempláře druhů jsou označovány podobně jako samotné druhy, jen jsou označovány bodem v dolní části kruhu:
Také v rámci diskuse o objektech je třeba zmínit takové objekty jako procesy.
Pokud jsou typy a instance statické objekty (neměnné v čase), pak jsou procesy dynamickými objekty. To znamená, že tyto objekty existují v přesně vymezeném časovém úseku.
Například můžeme uvést objekt jako proces výroby automobilu (když už mluvíme o nich). Intuitivně je jasné, že tento objekt existuje pouze během samotného procesu výroby daného automobilu (přesně vymezený časový úsek). Je třeba mít na paměti, že toto definování je podmíněné, neboť objekty jako automobil mají také svou životnost, dobu trvanlivosti, existenci atd. Nicméně se nebudeme zabývat filosofií a v rámci většiny oborů je možné přijmout, že instance, a už vůbec ne typy existují navždy.
Procesy jsou znázorněny jako obdélník s označením (názvem) procesu:
Procesy se používají v schématech přechodu jednoho objektu na jiný. O tom bude hovořeno dále.
Kromě procesů se v takových schématech používají logické operátory. Tady je to dost jednoduché pro ty, kdo znají predikáty, booleovskou algebru nebo programování. V IDEF5 se používají tři hlavní logické operátory:
- logické A (AND);
- logické NEBO (OR);
- exkluzivní NEBO (XOR).
Ve standardu IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf — většina informací z tohoto zdroje) je definováno vyobrazení logických operátorů jako malé kruhy (ve srovnání s typy a instancemi) s označením ve formě symbolů. Nicméně v navrhovaném grafickém prostředí IDEF5 jsme se od tohoto pravidla odchýlili z mnoha důvodů. Jeden z nich — složitá identifikace těchto operátorů. Proto používáme textové označení operátorů s identifikačním číslem:
Snad s objekty tímto skončíme.
Vztahy
Mezi objekty existují vztahy, které v ontologii znamenají pravidla, která určují interakci mezi objekty a z nichž vyplývají nové závěry.
Obvykle jsou vztahy definovány typem schématu, které se v ontologii používá. Schéma — je to souhrn objektů ontologie a vztahů mezi nimi. Rozlišujeme následující hlavní typy schémat:
- Schémata kompozice.
- Schémata klasifikace.
- Schémata přechodů.
- Funkční schémata.
- Kombinované schémata.
Také se někdy vyčleňují takové typy schémat jako existenciální. Existenciálním schématem se nazývá souhrn objektů bez vztahů. Taková schémata jednoduše ukazují, že v určité tematické oblasti existuje určitá sada objektů.
A nyní si postupně přiblížíme každý z typů schémat.
Kompoziční schémata
Tento typ schémat se používá k znázornění složení nějakého objektu, systému, struktury atd. Typickým příkladem jsou součásti automobilu. V nejzákladnějším složení se automobil skládá z karoserie a převodovky. Karoserie se dále dělí na rám, dveře a další součásti. Toto dekompozice může pokračovat dále - vše závisí na požadované úrovni detailu v této konkrétní úloze. Příklad takového schématu:
Vztahy kompozice se zobrazují ve formě šipky s hrotem na konci (na rozdíl například od vztahu klasifikace, kde je hrot na začátku šipky, podrobněji dále). Takové vztahy mohou být podepsány štítkem, jak je znázorněno na obrázku (část).
Klasifikační schémata
Klasifikační schémata mají za úkol vyjádřit definici druhů, jejich poddruhů a exemplářů druhů. Například automobily mohou být osobní a nákladní. To znamená, že druh „Automobil“ má dva poddruhy. VAZ-2110 je konkrétní exemplář poddruhu „Osobní automobil“, zatímco GAZ-3307 je exemplář poddruhu „Nákladní automobil“:
Vztahy v klasifikačních schématech (poddruh nebo konkrétní exemplář) mají podobu šipky s hrotem na začátku a, stejně jako v případě kompozičních schémat, mohou mít štítek s označením vztahu.
Přechodová schémata
Schémata tohoto typu jsou nezbytná pro zobrazení procesů přechodu objektů z jednoho stavu do druhého pod vlivem určitého procesu. Například po procesu lakování červenou barvou se černé auto změní na červené:
Vztah přechodu se označuje šipkou s hrotem na konci a s kruhem uprostřed. Jak je vidět ze schématu, procesy se vztahují k vztahům, nikoli k objektům.
Kromě obvyklého přechodu, který je zobrazen na obrázku, existuje i přísný přechod. Ten se používá v případech, kdy přechod v dané situaci není zřejmý, ale je důležité ho zdůraznit. Například montáž zpětného zrcátka na automobil není zásadní operací, pokud se proces montáže automobilu posuzuje celkově. Nicméně v některých případech je třeba tuto operaci vyzdvihnout:
Přísný přechod je označen analogicky jako obvyklý přechod, s výjimkou dvojitého hrotu na konci.
Obvyklé a přísné přechody mohou být také označovány jako okamžité. Pro tento účel se do centrálního kruhu přidává trojúhelník. Okamžité přechody se používají v případech, kdy je doba přechodu tak krátká, že je v rámci zvažované oblasti (kratší než minimálně významný časový úsek) zcela zanedbatelná.
Například při jakémkoli drobném poškození automobilu je možné ho považovat za poškozený a jeho cena rychle klesá. Většina poškození však nastává okamžitě, na rozdíl od stárnutí a opotřebení:
V příkladu je zobrazen přísný přechod, ale může být také použit obvyklý přechod jako okamžitý.
Funkční diagramy
Tyto diagramy se používají k vyjádření struktury interakce mezi objekty. Například automechanik provádí údržbu automobilů a manažer autoservisu přijímá objednávky na opravy a předává je automechanikovi:
Funkční vztahy jsou zobrazeny přímkou bez hrotu, ale někdy s uvedením štítku, který označuje název vztahu.
Kombinované diagramy
Kombinované diagramy jsou kombinací dříve uvedených diagramů. Většina diagramů v metodologii IDEF5 je kombinovaných, protože ontologie, které by používaly pouze jeden typ diagramu, se vyskytují zřídka.
Ve všech diagramech se často používají logické operátory. Díky jejich použití lze realizovat vztahy mezi třemi, čtyřmi a více objekty. Logický operátor může vyjadřovat nějakou obecnou entitu, nad kterou se provádí proces nebo která se účastní jiného vztahu. Například je možné sloučit předchozí příklady do jednoho následujícím způsobem:
V konkrétním případě se v kombinované schémě používá schéma kompozice (zrcadlo + auto bez zrcadla = auto se zrcadlem) a schéma přechodu (auto se zrcadlem pod vlivem procesu lakování červenou barvou se stává červeným autem). Přičemž auto se zrcadlem není výslovně vyjádřeno — místo toho se používá logický operátor A.
Závěr
V tomto článku jsem se pokusil popsat hlavní objekty a vztahy v metodologii IDEF5. Jako příklad jsem použil oblast související s automobily, protože na jejich příkladu bylo mnohem snazší stavět schémata. Nicméně schémata IDEF5 mohou být použita i v jakékoli jiné oblasti znalostí.
Ontologie a analýza znalostí o tematické oblasti jsou poměrně rozsáhlými a časově náročnými tématy. Nicméně v rámci IDEF5 to není tak složité, alespoň základy této problematiky se osvojí poměrně snadno. Cílem mého článku je přilákat nové publikum k problému analýzy znalostí, i když za pomoci tak primitivního nástroje IDEF5, jako je grafický jazyk.
Problém grafického jazyka spočívá v tom, že pomocí něj nelze dostatečně jasně formulovat některé vztahy (axiomy) ontologie. K tomu je určen textový jazyk IDEF5. Nicméně v počáteční fázi může být grafický jazyk velmi užitečný pro formulaci základních požadavků na ontologii a určení směru vývoje podrobnější ontologie v textovém jazyce IDEF5 nebo v jiném nástroji.
Doufám, že tento článek bude užitečný pro začátečníky v této oblasti, možná i pro ty, kteří se dlouho zabývají otázkami ontologické analýzy. Veškerý hlavní materiál tohoto článku byl přeložen a interpretován z normy IDEF5, na kterou jsem se odkazoval dříve (). Také jsem se inspiroval skvělou knihou od autorů z NOU INTUIT ().
Zdroj: habr.com
