Einleitung
Dieser Artikel richtet sich an diejenigen, die mindestens Grundkenntnisse über das Konzept der Ontologie haben. Wenn Sie nicht mit Ontologien vertraut sind, werden Sie wahrscheinlich das Ziel der Ontologien und diesen speziellen Artikel nicht verstehen. Ich empfehle, sich mit diesem Phänomen vertraut zu machen, bevor Sie mit der Lektüre dieses Artikels beginnen (ein Artikel aus der Wikipedia könnte dafür ausreichend sein).
Also Ontologie ist eine detaillierte Beschreibung eines bestimmten betrachteten Themengebiets. Eine solche Beschreibung sollte in einer klar formulierten Sprache gegeben werden. Zur Beschreibung von Ontologien kann die Methodologie IDEF5 verwendet werden, die über 2 Sprachen verfügt:
- Schema-Sprache IDEF5. Diese Sprache ist visuell und verwendet grafische Elemente.
- Textsprache IDEF5. Diese Sprache wird in Form von strukturiertem Text dargestellt.
In diesem Artikel wird die erste Variante behandelt – die Schema-Sprache. Über die Textsprache werden wir in den nächsten Artikeln sprechen.
Objekte
In der Schema-Sprache werden, wie bereits erwähnt, grafische Elemente verwendet. Zunächst sollten die grundlegenden Elemente dieser Sprache betrachtet werden.
Häufig werden in Ontologien sowohl verallgemeinerte Entitäten als auch konkrete Objekte verwendet. Die verallgemeinerten Entitäten werden Artengenannt. Sie werden in Form eines Kreises mit einem Label (Objektnamen) darin dargestellt:
Arten stellen eine Gesamtheit von einzelnen Exemplaren dieser Art dar. Eine Art wie „Autos“ kann also eine Vielzahl von einzelnen Autos repräsentieren.
Als Exemplare dieser Art können konkrete Autos, einzelne Arten von Fahrzeugen oder spezielle Marken erscheinen. Alles hängt vom Kontext, dem Themengebiet und dessen Detaillierungsgrad ab. Zum Beispiel sind für eine Werkstatt konkrete Autos als physische Entitäten wichtig. Für die Erstellung von Statistiken über Verkäufe in einem Autohaus sind spezifische Modelle usw. wichtig.
Einzelne Exemplare von Arten werden ähnlich wie die Arten selbst dargestellt, nur dass sie durch einen Punkt am unteren Rand des Kreises gekennzeichnet sind:
Im Rahmen der Diskussion über Objekte sollte auch auf solche Objekte wie Prozesse.
Wenn Arten und Exemplare statische Objekte (die sich im Laufe der Zeit nicht ändern) sind, dann sind Prozesse dynamische Objekte. Das bedeutet, dass diese Objekte nur in einem bestimmten Zeitrahmen existieren.
Zum Beispiel kann man einen Prozess wie die Herstellung eines Autos hervorheben (da es um diese geht). Es ist intuitiv verständlich, dass dieses Objekt nur während der eigentlichen Herstellung dieses Autos existiert (ein genau definierter Zeitraum). Es ist zu beachten, dass diese Definition bedingt ist, da Objekte wie Autos auch ihre Lebensdauer, Haltbarkeit, Existenz usw. haben. Allerdings wollen wir nicht ins Philosophische abtauchen, und im Rahmen der meisten Fachgebiete kann man annehmen, dass Exemplare, insbesondere Arten, ewig bestehen.
Prozesse werden in Form eines Rechtecks mit der Bezeichnung (dem Namen) des Prozesses dargestellt:
Prozesse werden in den Diagrammen verwendet, die den Übergang von einem Objekt zu einem anderen beschreiben. Näheres dazu wird im Folgenden erläutert.
Neben Prozessen werden in diesen Diagrammen auch logische Operatorenverwendet. Hier ist alles recht einfach für diejenigen, die mit Prädikaten, Boolescher Algebra oder Programmierung vertraut sind. In IDEF5 werden drei grundlegende logische Operatoren verwendet:
- logisches UND (AND);
- logisches ODER (OR);
- exklusives ODER (XOR).
Im IDEF5-Standard (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf — die meisten Informationen stammen aus dieser Quelle) wird die Darstellung der logischen Operatoren in Form kleiner Kreise (im Vergleich zu Arten und Exemplaren) mit einer Bezeichnung in Symbolen definiert. In der entwickelten grafischen Umgebung IDEF5 sind wir jedoch aus vielen Gründen von dieser Regel abgekommen. Einer davon ist die komplizierte Identifizierung dieser Operatoren. Daher verwenden wir die textuelle Bezeichnung der Operatoren mit der Identifikationsnummer:
Ich denke, damit beenden wir das Thema Objekte.
Beziehungen
Zwischen Objekten existieren Beziehungen, die in der Ontologie Regeln bedeuten, die die Interaktion zwischen Objekten definieren und aus denen neue Schlussfolgerungen gezogen werden.
Normalerweise werden Beziehungen durch den Typ des in der Ontologie verwendeten Diagramms definiert. Diagramm ist eine Gesamtheit von Objekten der Ontologie und deren Beziehungen zueinander. Man unterscheidet folgende Hauptarten von Diagrammen:
- Kompositionsdiagramme.
- Klassifikationsdiagramme.
- Übergangsdiagramme.
- Funktionale Diagramme.
- Kombinierte Diagramme.
Es gibt auch einen solchen Typ von Diagrammen, wie existentiale. Ein existenzielles Diagramm ist eine Ansammlung von Objekten ohne Beziehungen. Solche Diagramme zeigen einfach, dass in einem bestimmten Themenbereich eine bestimmte Anzahl von Objekten existiert.
Nun aber der Reihe nach zu jedem der Diagrammtypen.
Kompositionsdiagramme
Dieser Diagrammtyp wird verwendet, um die Zusammensetzung eines bestimmten Objekts, Systems, Struktur usw. darzustellen. Ein typisches Beispiel sind die Teile eines Autos. In der grobsten Zusammensetzung besteht ein Auto aus Karosserie und Getriebe. Die Karosserie wird wiederum in Rahmen, Türen und andere Teile unterteilt. Diese Dekomposition kann weitergeführt werden – es hängt alles von dem erforderlichen Detaillierungsgrad in dieser speziellen Aufgabe ab. Ein Beispiel für ein solches Diagramm:
Die Kompositionsbeziehungen werden als Pfeil mit einer Spitze am Ende dargestellt (im Gegensatz zum Beispiel zu Klassifizierungsbeziehungen, bei denen die Spitze am Anfang des Pfeils ist, dazu später mehr). Solche Beziehungen können mit einem Schild beschriftet sein, wie im Bild (Teil).
Klassifizierungsdiagramme
Klassifizierungsdiagramme dienen dazu, die Definitionen von Arten, deren Unterarten und Exemplaren von Arten auszudrücken. Zum Beispiel können Autos in PKWs und Lkw unterteilt werden. Das heißt, die Art „Auto“ hat zwei Unterarten. Der VAZ-2110 ist ein konkretes Exemplar der Unterart „Pkw“, während der GAZ-3307 ein Exemplar der Unterart „Lkw“ ist:
Die Beziehungen in Klassifizierungsdiagrammen (Unterart oder konkretes Exemplar) haben die Form eines Pfeils mit einer Spitze am Anfang und können, wie im Fall von Kompositionsdiagrammen, ebenfalls mit einem Schild mit dem Namen der Beziehung beschriftet sein.
Übergangsdiagramme
Diagramme dieses Typs sind erforderlich, um Prozesse darzustellen, bei denen Objekte von einem Zustand in einen anderen übergeführt werden, beeinflusst durch einen bestimmten Prozess. Zum Beispiel wird ein schwarzes Auto nach dem Prozess des Anstrichs mit roter Farbe rot:
Die Übergangsbeziehung wird durch einen Pfeil mit einer Spitze am Ende und einem Kreis in der Mitte dargestellt. Wie aus dem Diagramm ersichtlich, beziehen sich die Prozesse auf die Beziehungen und nicht auf die Objekte.
Neben dem gewöhnlichen Übergang, der in der Abbildung dargestellt ist, gibt es einen strengen Übergang. Dieser wird in Fällen verwendet, wenn der Übergang in dieser Situation nicht offensichtlich ist, uns jedoch wichtig ist, ihn hervorzuheben. Zum Beispiel ist die Montage des Rückspiegels an einem Auto keine signifikante Operation, wenn man den Montageprozess des Autos global betrachtet. In einigen Fällen ist es jedoch notwendig, diese Operation hervorzuheben:
Der strenge Übergang wird ähnlich wie der gewöhnliche Übergang bezeichnet, mit der Ausnahme einer doppelten Spitze am Ende.
Gewöhnliche und strenge Übergänge können auch als unmittelbare bezeichnet werden. Dazu wird ein Dreieck in den zentralen Kreis hinzugefügt. Unmittelbare Übergänge werden in Fällen verwendet, in denen die Übergangszeit so kurz ist, dass sie im Rahmen des betrachteten Themenbereichs völlig unbedeutend ist (unter dem minimal signifikanten Zeitintervall).
Zum Beispiel kann man bei auch nur geringstem Schaden am Auto davon ausgehen, dass es beschädigt ist, und sein Preis fällt stark. Die meisten Schäden treten jedoch sofort auf, im Gegensatz zu Alterung und Abnutzung:
Im Beispiel wird ein strenger Übergang dargestellt, es kann jedoch auch ein gewöhnlicher Übergang als unmittelbar verwendet werden.
Funktionale Diagramme
Solche Diagramme werden verwendet, um die Struktur der Interaktion zwischen Objekten anzugeben. Zum Beispiel führt ein Mechaniker die Wartung von Autos durch, während der Manager des Autoservices Reparaturaufträge entgegennimmt und sie an den Mechaniker weiterleitet:
Funktionale Beziehungen werden durch eine gerade Linie ohne Spitze dargestellt, manchmal jedoch mit der Angabe eines Etiketts, das die Bezeichnung der Beziehung ist.
Kombinierte Diagramme
Kombinierte Diagramme sind eine Kombination der zuvor besprochenen Diagramme. Die meisten Diagramme in der IDEF5-Methodik sind kombiniert, da es selten Ontologien gibt, die nur einen Diagrammtyp verwenden.
In allen Diagrammen werden häufig logische Operatoren verwendet. Dank ihrer Verwendung können Beziehungen zwischen drei, vier und mehr Objekten realisiert werden. Der logische Operator kann eine gewisse gemeinsame Entität ausdrücken, über die ein Prozess durchgeführt wird oder die an einer anderen Beziehung beteiligt ist. Zum Beispiel können die vorherigen Beispiele folgendermaßen zu einem einzigen zusammengefasst werden:
In diesem konkreten Fall werden im kombinierten Schema das Kompositionsschema (Spiegel + Auto ohne Spiegel = Auto mit Spiegel) und das Übergangsschema (Auto mit Spiegel wird durch den Lackierungsprozess mit roter Farbe zu einem roten Auto) verwendet. Dabei wird das Auto mit Spiegel nicht explizit ausgedrückt – stattdessen wird der logische Operator UND angegeben.
Fazit
In diesem Artikel habe ich versucht, die grundlegenden Objekte und Beziehungen in der IDEF5-Methodologie zu beschreiben. Als Beispiel habe ich den Anwendungsbereich verwendet, der mit Autos verbunden ist, da es einfacher war, auf deren Basis Schemas zu erstellen. IDEF5-Schemas können jedoch in jedem anderen Wissensbereich angewendet werden.
Ontologien und die Analyse von Wissensgebieten sind ein recht umfassendes und arbeitsintensives Thema. Im Rahmen von IDEF5 erweist sich jedoch alles als nicht so kompliziert, zumindest die Grundlagen dieser Thematik sind relativ einfach zu erlernen. Ziel meines Artikels ist es, ein neues Publikum für die Problematik der Wissensanalyse zu gewinnen, auch wenn dies auf so einem primitiven Werkzeug wie IDEF5 als grafische Sprache basiert.
Das Problem der grafischen Sprache liegt darin, dass mit ihr einige Beziehungen (Axiome) der Ontologie nicht ausreichend klar formuliert werden können. Dafür gibt es die textuelle Sprache IDEF5. Aber in der Anfangsphase kann die grafische Sprache sehr nützlich sein, um die anfänglichen Anforderungen an die Ontologie zu formulieren und den Entwicklungsvektor für eine detailliertere Ontologie in der textuellen Sprache IDEF5 oder in jedem anderen Mittel zu bestimmen.
Ich hoffe, dieser Artikel wird für Anfänger in diesem Bereich nützlich sein, vielleicht sogar für diejenigen, die sich schon lange mit der Frage der ontologischen Analyse beschäftigen. Das gesamte Hauptmaterial dieses Artikels wurde übersetzt und verstanden, und stammt aus dem IDEF5-Standard, auf den ich vorher verwiesen habe (). Ich habe mich auch von einem großartigen Buch der Autoren von der NOU INTUIT inspirieren lassen ().
Quelle: habr.com
