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Dieser Artikel richtet sich an diejenigen, die zumindest auf der Anfangsebene mit einem Konzept wie der Ontologie vertraut sind. Wenn Sie mit Ontologien nicht vertraut sind, werden Sie höchstwahrscheinlich den Zweck von Ontologien und insbesondere diesen Artikel nicht verstehen. Ich empfehle Ihnen, sich mit diesem Phänomen vertraut zu machen, bevor Sie mit der Lektüre dieses Artikels beginnen (vielleicht reicht sogar ein Artikel aus Wikipedia).
So Ontologie ist eine detaillierte Beschreibung eines bestimmten Themenbereichs. Eine solche Charakterisierung sollte in einer klar artikulierten Sprache erfolgen. Um Ontologien zu beschreiben, können Sie die IDEF5-Methodik verwenden, die zwei Sprachen im Arsenal hat:
- Schematische Sprache IDEF5. Diese Sprache ist visuell und verwendet grafische Elemente.
- Textsprache IDEF5. Diese Sprache wird als strukturierter Text dargestellt.
In diesem Artikel wird die erste Option betrachtet – eine schematische Sprache. In den folgenden Artikeln werden wir über Text sprechen.
Objekte
In einer schematischen Sprache werden, wie bereits erwähnt, grafische Elemente verwendet. Zunächst sollten wir die Hauptelemente dieser Sprache betrachten.
In der Ontologie werden häufig sowohl verallgemeinerte Entitäten als auch spezifische Objekte verwendet. Generische Entitäten werden aufgerufen Arten. Sie werden als Kreis mit einer Beschriftung (Objektname) darin dargestellt:
Ansichten sind eine Sammlung einzelner Instanzen einer bestimmten Ansicht. Das heißt, eine Ansicht wie „Autos“ kann eine ganze Reihe einzelner Autos darstellen.
Da der Kopien Bei diesem Typ kann es sich um bestimmte Autos, bestimmte Ausrüstungstypen oder bestimmte Marken handeln. Es hängt alles vom Kontext, dem Themenbereich und seinem Detaillierungsgrad ab. Für eine Autowerkstatt sind beispielsweise bestimmte Autos als physische Einheiten wichtig. Es ist wichtig, einige Statistiken über Verkäufe in einem Autohaus, bestimmte Modelle usw. zu führen.
Einzelne Instanzen von Ansichten werden ähnlich wie die Ansichten selbst bezeichnet, nur sind sie durch einen Punkt im unteren Teil des Kreises gekennzeichnet:
Im Rahmen der Diskussion von Objekten ist es auch erwähnenswert, solche Objekte zu erwähnen Prozesse.
Wenn Ansichten und Instanzen sogenannte statische Objekte sind (die sich im Laufe der Zeit nicht ändern), dann sind Prozesse dynamische Objekte. Dies bedeutet, dass diese Objekte in einem bestimmten, streng definierten Zeitraum existieren.
Sie können beispielsweise ein solches Objekt als den Prozess der Herstellung eines Autos auswählen (da wir darüber sprechen). Es ist intuitiv klar, dass dieses Objekt nur während der tatsächlichen Produktion dieses Autos existiert (ein genau definierter Zeitraum). Dabei ist zu bedenken, dass diese Definition bedingt ist, denn auch Gegenstände wie ein Auto haben ihre eigene Lebensdauer, Haltbarkeit, Existenz etc. Wir werden jedoch nicht auf die Philosophie eingehen, und im Rahmen der meisten Fachgebiete kann davon ausgegangen werden, dass Instanzen und noch mehr Arten für immer existieren.
Prozesse werden als Rechteck mit einer Bezeichnung (Name) des Prozesses angezeigt:
Prozesse werden in Schemata für den Übergang von einem Objekt zu einem anderen verwendet. Mehr dazu wird später besprochen.
Zusätzlich zu Prozessen werden solche Schemata verwendet logische Operatoren. Für diejenigen, die sich mit Prädikaten, Boolescher Algebra oder Programmierung auskennen, ist alles einfach genug. IDEF5 verwendet drei grundlegende logische Operatoren:
- logisches UND (UND);
- logisches ODER (ODER);
- Exklusiv-ODER (XOR).
Der IDEF5-Standard (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf – die meisten Informationen aus dieser Quelle) definiert die Darstellung logischer Operatoren als kleine Kreise (im Vergleich zu Ansichten und Instanzen) mit einer Beschriftung in Form von Symbolen . Bei der Entwicklung der grafischen Umgebung IDEF5 sind wir jedoch aus vielen Gründen von dieser Regel abgewichen. Einer davon ist die schwierige Identifizierung dieser Betreiber. Daher verwenden wir die Textschreibweise von Operatoren mit Identifikationsnummer:
Vielleicht ist dies das Ende der Objekte.
Verhältnis
Es gibt Beziehungen zwischen Objekten, worunter in der Ontologie Regeln verstanden werden, die die Interaktion zwischen Objekten bestimmen und aus denen neue Schlussfolgerungen gezogen werden.
Normalerweise werden Beziehungen durch den in der Ontologie verwendeten Schematyp definiert. Fahren ist eine Menge von Ontologieobjekten und Beziehungen zwischen ihnen. Es gibt die folgenden Haupttypen von Systemen:
- Kompositionsschemata.
- Klassifizierungsschemata.
- Übergangspläne.
- Funktionsdiagramme.
- Kombinierte Systeme.
Manchmal gibt es auch solche Schemata wie existenziell. Ein existentielles Schema ist eine Sammlung von Objekten ohne Beziehungen. Solche Diagramme zeigen einfach, dass eine bestimmte Menge von Objekten in einem bestimmten Themenbereich existiert.
Nun zur Reihenfolge der einzelnen Schematypen.
Kompositionsschemata
Diese Art von Diagramm wird verwendet, um die Zusammensetzung eines Objekts, Systems, einer Struktur usw. darzustellen. Ein typisches Beispiel sind Autoteile. In der größten Zusammensetzung besteht das Auto aus einer Karosserie und einem Getriebe. Die Karosserie wiederum ist in einen Rahmen, Türen und andere Teile unterteilt. Diese Zerlegung kann weiter fortgesetzt werden – alles hängt vom erforderlichen Detaillierungsgrad für dieses spezielle Problem ab. Ein Beispiel für ein solches Schema:
Kompositionsbeziehungen werden als Pfeil mit einer Spitze am Ende angezeigt (anders als beispielsweise bei einer Klassifizierungsbeziehung, bei der sich die Spitze am Anfang des Pfeils befindet, weitere Details weiter unten). Solche Beziehungen können wie in der Abbildung (Teil) mit einem Etikett gekennzeichnet werden.
Klassifizierungsschemata
Klassifizierungsschemata sollen die Definition von Arten, ihren Unterarten und Arteninstanzen zum Ausdruck bringen. Autos können beispielsweise Pkw und Lkw sein. Das heißt, die Ansicht „Auto“ hat zwei Unterarten. VAZ-2110 ist ein spezifisches Exemplar der Unterart „Auto“ und GAZ-3307 ist ein Exemplar der Unterart „Lkw“:
Beziehungen in Klassifikationsschemata (Unterart oder konkrete Instanz) haben die Form eines Pfeils mit einer Spitze am Anfang und können wie bei Kompositionsschemata eine Beschriftung mit dem Namen der Verwandtschaft haben.
Übergangspläne
Schemata dieser Art sind notwendig, um die Prozesse des Übergangs von Objekten von einem Zustand in einen anderen unter dem Einfluss eines bestimmten Prozesses darzustellen. Beispielsweise wird ein schwarzes Auto nach dem Lackieren mit roter Farbe rot:
Das Übergangsverhältnis wird durch einen Pfeil mit einer Spitze am Ende und einem Kreis in der Mitte angezeigt. Wie Sie dem Diagramm entnehmen können, beziehen sich Prozesse auf Beziehungen, nicht auf Objekte.
Zusätzlich zu dem in der Abbildung gezeigten gewöhnlichen Übergang gibt es einen strikten Übergang. Es wird in Fällen verwendet, in denen der Übergang in einer bestimmten Situation nicht offensichtlich ist, es uns aber wichtig ist, ihn hervorzuheben. Beispielsweise ist die Montage eines Rückspiegels an einem Auto kein wesentlicher Vorgang, wenn wir den gesamten Montageprozess eines Autos betrachten. In manchen Fällen ist es jedoch notwendig, diesen Vorgang auszuwählen:
Ein strikter Übergang wird ähnlich wie ein normaler Übergang bezeichnet, mit Ausnahme der doppelten Spitze am Ende.
Regelmäßige und strikte Übergänge können ebenfalls als sofort markiert werden. Dazu wird dem Mittelkreis ein Dreieck hinzugefügt. Sofortige Übergänge werden in Fällen verwendet, in denen die Übergangszeit so kurz ist, dass sie innerhalb des betrachteten Themenbereichs völlig unbedeutend ist (weniger als das minimale signifikante Zeitintervall).
Beispielsweise kann bereits der geringste Schaden an einem Auto als beschädigt gelten und sein Preis sinkt stark. Im Gegensatz zu Alterung und Abnutzung treten die meisten Schäden jedoch sofort auf:
Das Beispiel zeigt einen strikten Übergang, Sie können aber auch einen normalen Übergang als sofortigen Übergang verwenden.
Funktionsdiagramme
Solche Schemata werden verwendet, um die Struktur der Interaktion zwischen Objekten anzuzeigen. Beispielsweise führt ein Automechaniker die Wartung eines Autos durch, und ein Autoservice-Manager nimmt Reparaturanfragen entgegen und leitet sie an einen Automechaniker weiter:
Funktionale Beziehungen werden als gerade Linie ohne Spitze dargestellt, manchmal jedoch mit einer Bezeichnung, dem Namen der Beziehung.
Kombinierte Systeme
Kombinierte Systeme sind eine Kombination zuvor betrachteter Systeme. Die meisten Schemata in der IDEF5-Methodik werden kombiniert, da Ontologien, die nur eine Art von Schema verwenden, selten sind.
Alle Schaltkreise verwenden häufig logische Operatoren. Durch ihre Verwendung können Sie Beziehungen zwischen drei, vier oder mehr Objekten implementieren. Ein logischer Operator kann eine allgemeine Entität ausdrücken, auf der ein Prozess ausgeführt wird oder die an einer anderen Beziehung teilnimmt. Beispielsweise können Sie die vorherigen Beispiele wie folgt zu einem kombinieren:
In einem konkreten Fall verwendet das kombinierte Schema ein Kompositionsschema (Spiegel + Auto ohne Spiegel = Auto mit Spiegel) und ein Übergangsschema (ein Auto mit Spiegel wird unter dem Einfluss des roten Lackierprozesses zu einem roten Auto). Außerdem wird ein Auto mit Spiegel nicht explizit ausgedrückt, sondern der logische Operator AND angegeben.
Abschluss
In diesem Artikel habe ich versucht, die Hauptobjekte und Beziehungen in der IDEF5-Methodik zu beschreiben. Als Beispiel habe ich den Themenbereich Autos verwendet, da es sich als viel einfacher herausstellte, Diagramme anhand ihres Beispiels zu erstellen. IDEF5-Schemata können jedoch auch in jedem anderen Fachgebiet verwendet werden.
Ontologien und Domänenwissensanalyse sind ein ziemlich umfangreiches und zeitaufwändiges Thema. Allerdings gestaltet sich im Rahmen von IDEF5 alles gar nicht so schwer, zumindest werden die Grundlagen dieses Themas ganz einfach erlernt. Der Zweck meines Artikels besteht darin, ein neues Publikum für das Problem der Wissensanalyse zu gewinnen, allerdings auf Kosten eines so primitiven IDEF5-Tools wie einer grafischen Sprache.
Das Problem einer grafischen Sprache besteht darin, dass mit ihr bestimmte Relationen (Axiome) der Ontologie nicht klar genug formuliert werden können. Hierzu gibt es die Textsprache IDEF5. In der Anfangsphase kann eine grafische Sprache jedoch sehr nützlich sein, um die anfänglichen Ontologieanforderungen zu formulieren und den Vektor für die Entwicklung einer detaillierteren Ontologie in der Textsprache IDEF5 oder einem anderen Tool zu bestimmen.
Ich hoffe, dass dieser Artikel für Anfänger auf diesem Gebiet nützlich sein wird, vielleicht sogar für diejenigen, die sich schon lange mit der Frage der ontologischen Analyse beschäftigen. Das gesamte Hauptmaterial dieses Artikels wurde aus dem IDEF5-Standard übersetzt und verstanden, auf den ich zuvor Bezug genommen habe (). Inspiriert wurde ich auch von einem wunderbaren Buch von Autoren von KNOW INTUIT ().
Source: habr.com