Einleitung
Dieser Artikel richtet sich an Personen, die zumindest grundlegende Kenntnisse über Ontologien haben. Wenn Sie mit Ontologien nicht vertraut sind, wird das Ziel der Ontologien und dieses speziellen Artikels wahrscheinlich unklar bleiben. Ich empfehle Ihnen, sich mit diesem Thema vertraut zu machen, bevor Sie mit dem Lesen dieses Artikels beginnen (ein Artikel von Wikipedia könnte hierfür ausreichen).
Also Ontologie ist eine detaillierte Beschreibung eines bestimmten Themenbereichs. Diese Beschreibung muss in einer klar formulierten Sprache erfolgen. Zur Beschreibung von Ontologien kann die IDEF5-Methodologie verwendet werden, die über zwei Sprachen verfügt:
- IDEF5-Schematische Sprache. Diese Sprache ist visuell und verwendet grafische Elemente.
- IDEF5-Textsprache. Diese Sprache wird in Form von strukturiertem Text dargestellt.
In diesem Artikel wird die erste Variante — die schematische Sprache — betrachtet. Über die Textsprache werden wir in zukünftigen Artikeln sprechen.
Objekte
In der schematischen Sprache, wie bereits erwähnt, werden grafische Elemente verwendet. Zunächst sollten die grundlegenden Elemente dieser Sprache betrachtet werden.
In der Ontologie werden häufig sowohl generalisierte Entitäten als auch spezifische Objekte verwendet. Generalisierte Entitäten werden als Artenbezeichnet und erscheinen als Kreis mit einem Etikett (Objektbezeichnung) darin:
Arten stellen eine Ansammlung einzelner Exemplare dieser Art dar. Eine Art wie „Autos“ kann also eine ganze Gruppe einzelner Autos repräsentieren.
Als einzelne Exemplare dieser Art können bestimmte Autos, verschiedene Fahrzeugtypen oder bestimmte Marken sein. Das hängt alles vom Kontext, dem Themenbereich und dessen Detaillierungsgrad ab. Zum Beispiel sind für eine Autowerkstatt konkrete Autos als physische Entitäten wichtig. Für die Durchführung von Verkaufsstatistiken in einem Autohaus sind konkrete Modelle und Ähnliches von Bedeutung.
Einzelne Exemplare von Arten werden ähnlich wie die Arten selbst bezeichnet, jedoch mit einem Punkt am unteren Rand des Kreises:
Im Rahmen der Diskussion über Objekte sollten auch solche Objekte wie Prozesse.
Wenn Typen und Instanzen als statische Objekte (die sich im Laufe der Zeit nicht ändern) bezeichnet werden, sind Prozesse dynamische Objekte. Das bedeutet, dass diese Objekte nur in einem strikt definierten Zeitrahmen existieren.
Ein Beispiel für ein solches Objekt ist der Fertigungsprozess eines Autos (da wir gerade darüber sprechen). Es ist intuitiv nachvollziehbar, dass dieses Objekt nur während der Herstellung des Autos existiert (in einem strikt definierten Zeitraum). Es ist wichtig zu beachten, dass diese Definition bedingt ist, da Objekte wie Autos ebenfalls eine Lebensdauer, Haltbarkeit und Existenzzeit haben. Aber lassen wir die Philosophie beiseite; in den meisten Fachgebieten kann man annehmen, dass Instanzen, noch mehr Typen, ewig existieren.
Prozesse werden durch ein Rechteck mit einer Bezeichnung (dem Namen) des Prozesses dargestellt:
Prozesse werden in Übergangsdiagrammen verwendet, um den Wechsel von einem Objekt zu einem anderen darzustellen. Weitere Informationen dazu folgen später.
Neben Prozessen werden in solchen Diagrammen auch logische Operatoren verwendet.. Hier ist alles recht einfach für diejenigen, die mit Prädikaten, Boolescher Algebra oder Programmierung vertraut sind. IDEF5 verwendet drei grundlegende logische Operatoren:
- 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) werden logische Operatoren als kleine Kreise dargestellt (im Vergleich zu Arten und Instanzen) mit einer Bezeichnung in Form von Symbolen. Wir haben jedoch in der entwickelten grafischen Umgebung von IDEF5 aus verschiedenen Gründen von dieser Regel abgewichen. Einer davon ist die komplexe Identifizierung dieser Operatoren. Daher verwenden wir die textuelle Bezeichnung der Operatoren mit einer Identifikationsnummer:
Damit beenden wir das Thema zu Objekten.
Beziehungen
Zwischen Objekten bestehen Beziehungen, die in der Ontologie Regeln bedeuten, die die Interaktion zwischen Objekten definieren und aus denen neue Schlussfolgerungen abgeleitet werden.
In der Regel werden die Beziehungen durch den Typ des Schemas bestimmt, das in der Ontologie verwendet wird. Schema — dies ist die Gesamtheit der Objekte der Ontologie und der Beziehungen zwischen ihnen. Man unterscheidet folgende Haupttypen von Schemata:
- Kompositionsschemata.
- Klassifizierungsschemata.
- Übergangsschemata.
- Funktionale Schemata.
- Kombinierte Schemata.
Manchmal wird auch eine Art von Schemata hervorgehoben, die existentialgenannt werden. Ein existentiales Schema beschreibt eine Gesamtheit von Objekten ohne Beziehungen. Solche Schemata zeigen einfach, dass es in einem bestimmten Themenbereich eine bestimmte Menge von Objekten gibt.
Jetzt jedoch der Reihe nach zu jeder Art von Schemata.
Kompositionsschemata
Dieser Typ von Schemata wird verwendet, um die Zusammensetzung eines Objekts, Systems, Struktur usw. darzustellen. Ein typisches Beispiel sind die Teile eines Autos. In der allgemeinsten Zusammensetzung besteht ein Auto aus Karosserie und Antrieb. Die Karosserie wird wiederum in Rahmen, Türen und andere Teile unterteilt. Diese Dekomposition kann weitergeführt werden – alles hängt vom notwendigen Detaillierungsgrad in der jeweiligen Aufgabe ab. Ein Beispiel für ein solches Schema ist:
Die Beziehungen der Komposition werden in Form eines Pfeils mit einer Spitze am Ende dargestellt (im Gegensatz zu beispielsweise der Klassifikationsbeziehung, bei der die Spitze am Anfang des Pfeils ist, dazu später mehr). Solche Beziehungen können mit einem Label versehen werden, wie im Bild (Teil).
Klassifikationsschemata
Klassifikationsschemata dienen dazu, die Definition von Arten, ihren Unterarten und Exemplaren der Arten darzustellen. Zum Beispiel können Fahrzeuge in Personen- und Lastkraftwagen eingeteilt werden. Das heißt, die Art „Fahrzeug“ hat zwei Unterarten. Der WAZ-2110 ist ein konkretes Exemplar der Unterart „Personenwagen“, während der GAZ-3307 ein Exemplar der Unterart „Lastkraftwagen“ ist.
Die Beziehungen in den Klassifikationsschemata (Unterart oder konkretes Exemplar) werden durch einen Pfeil mit einer Spitze an einem Ende dargestellt und können, ähnlich wie bei Kompositionsschemata, mit einer Bezeichnung der Beziehung beschriftet werden.
Übergangsschemata
Solche Schemata sind erforderlich, um die Prozesse darzustellen, bei denen Objekte durch einen bestimmten Prozess von einem Zustand in einen anderen übergehen. Zum Beispiel wird ein schwarzes Auto nach dem Lackieren mit roter Farbe rot:
Die Übergangsbeziehung wird durch einen Pfeil mit einer Spitze am Ende und einem Kreis in der Mitte gekennzeichnet. Wie aus dem Schema hervorgeht, beziehen sich Prozesse auf Beziehungen und nicht auf Objekte.
Neben dem gewöhnlichen Übergang, der in der Abbildung dargestellt ist, gibt es einen strengen Übergang. Dieser wird verwendet, wenn der Übergang in der gegebenen Situation nicht offensichtlich ist, es aber wichtig ist, ihn hervorzuheben. Zum Beispiel stellt die Montage eines Rückspiegels an einem Auto keinen wesentlichen Vorgang dar, wenn man den Prozess der Automobilmontage insgesamt betrachtet. In bestimmten Fällen ist es jedoch notwendig, diesen Vorgang hervorzuheben:
Der strenge Übergang wird ähnlich wie der gewöhnliche Übergang gekennzeichnet, mit der Ausnahme, dass er am Ende mit einem doppelten Spitzen versehen ist.
Gewöhnliche und strenge Übergänge können auch als sofortige bezeichnet werden. Dazu wird ein Dreieck in den zentralen Kreis hinzugefügt. Sofortige Übergänge werden in Fällen verwendet, in denen die Übergangszeit so kurz ist, dass sie im Rahmen des betrachteten Themenbereichs als unerheblich angesehen wird (weniger als ein minimal signifikantes Zeitintervall).
Wenn beispielsweise auch nur ein kleiner Schaden am Fahrzeug vorliegt, kann es als beschädigt angesehen werden, was zu einem drastischen Wertverlust führt. Die meisten Schäden treten jedoch sofort auf, im Gegensatz zum Alterungs- und Abnutzungsprozess:
Im Beispiel wird ein strenger Übergang dargestellt, jedoch kann auch ein normaler Übergang als sofortiger Übergang verwendet werden.
Funktionale Diagramme
Solche Diagramme werden verwendet, um die Struktur der Interaktion zwischen Objekten darzustellen. Zum Beispiel führt ein Kfz-Mechaniker Wartungsarbeiten an Autos durch, während der Service-Manager Reparaturanfragen entgegennimmt und diese an den Mechaniker weitergibt:
Funktionale Beziehungen werden durch eine durchgehende Linie ohne Pfeil dargestellt, manchmal mit einer Kennzeichnung, die den Beziehungsnamen angibt.
Kombinierte Diagramme
Kombinierte Diagramme sind eine Mischung der zuvor betrachteten 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. Durch ihren Einsatz können Beziehungen zwischen drei, vier oder mehr Objekten realisiert werden. Ein logischer Operator kann eine gemeinsame Entität darstellen, über die ein Prozess durchgeführt wird oder die an einer anderen Beziehung beteiligt ist. Zum Beispiel können die vorherigen Beispiele folgendermaßen in einem zusammengefasst werden:
In diesem speziellen Fall verwenden die Kombinationsschemata eine Kompositionsschema (Spiegel + Auto ohne Spiegel = Auto mit Spiegel) und ein Übergangsschema (ein Auto mit Spiegel wird durch den Lackierprozess mit roter Farbe zu einem roten Auto). 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 das Themengebiet der Automobile gewählt, da es deutlich einfacher war, mit deren Hilfe die Schemata zu erstellen. Dennoch können IDEF5-Schemata in jedem anderen Wissensbereich eingesetzt werden.
Die Ontologie und die Analyse des Wissens über das Themengebiet sind ein ziemlich umfangreiches und arbeitsintensives Thema. Im Rahmen von IDEF5 ist es jedoch nicht so kompliziert, zumindest werden die Grundlagen dieses Themas relativ einfach vermittelt. Ziel meines Artikels ist es, eine neue Zielgruppe für das Problem der Wissensanalyse zu gewinnen, selbst wenn dies durch ein so primitives Werkzeug wie IDEF5 in Form einer grafischen Sprache geschieht.
Das Problem der grafischen Sprache besteht darin, dass sie nicht in der Lage ist, bestimmte Beziehungen (Axiome) der Ontologie ausreichend präzise zu formulieren. Dafür gibt es die textuelle Sprache IDEF5. Dennoch kann die grafische Sprache zu Beginn sehr nützlich sein, um die anfänglichen Anforderungen an die Ontologie zu definieren und die Richtung für die Entwicklung einer detaillierteren Ontologie in der textuellen Sprache IDEF5 oder in einem anderen Medium festzulegen.
Ich hoffe, dieser Artikel wird für Anfänger auf diesem Gebiet nützlich sein, vielleicht sogar für diejenigen, die sich schon lange mit ontologischem Analyse beschäftigen. Das gesamte Hauptmaterial dieses Artikels wurde aus dem IDEF5-Standard übersetzt und interpretiert, auf den ich zuvor verwiesen habe (). Ich wurde auch von dem großartigen Buch der Autoren von NPO INTUIT inspiriert ().
Quelle: habr.com
