Introducción
Este artículo está destinado a aquellos que están familiarizados con el concepto de ontología, al menos a un nivel básico. Si no conoces las ontologías, es probable que no comprendas el propósito de las ontologías y de este artículo en particular. Te aconsejo que te familiarices con este fenómeno antes de comenzar a leer este artículo (incluso podría bastar con un artículo de Wikipedia).
Entonces Ontología es una descripción detallada de un área temática en particular. Tal descripción debe presentarse en un lenguaje claramente formulado. Para describir ontologías, se puede utilizar la metodología IDEF5, que cuenta con 2 lenguajes en su arsenal:
- Lenguaje esquemático IDEF5. Este lenguaje es visual y utiliza elementos gráficos.
- Lenguaje textual IDEF5. Este lenguaje se presenta en forma de texto estructurado.
En este artículo, se examinará la primera opción: el lenguaje esquemático. Hablaremos sobre el texto en artículos posteriores.
Los objetos
En el lenguaje esquemático, como ya se ha dicho, se utilizan elementos gráficos. Para empezar, es necesario considerar los elementos básicos de este lenguaje.
A menudo, en la ontología se utilizan tanto entidades generalizadas como objetos concretos. Las entidades generalizadas se denominan tipos. Se representan como círculos con una etiqueta (nombre del objeto) dentro:
Los tipos representan un conjunto de instancias individuales de ese tipo. Es decir, un tipo como "Automóviles" puede representar un conjunto entero de automóviles individuales.
Como instancias de ese tipo pueden ser automóviles concretos, o tipos de técnicas específicos, o marcas individuales. Todo depende del contexto, el área temática y su nivel de detalle. Por ejemplo, para un taller de automóviles, los automóviles concretos serán entidades físicas importantes. Para llevar estadísticas sobre ventas en un concesionario, serán importantes modelos concretos, etc.
Las instancias individuales de los tipos se representan de manera similar a los propios tipos, solo que se indican con un punto en la parte inferior del círculo:
También, en el contexto de la discusión sobre objetos, vale la pena mencionar objetos como procesos.
Si las clases y los instantes son, así llamados, objetos estáticos (que no cambian con el tiempo), entonces los procesos son objetos dinámicos. Esto significa que estos objetos existen en un periodo de tiempo estrictamente definido.
Por ejemplo, se puede destacar el objeto del proceso de fabricación de un automóvil (ya que hemos mencionado de ellos). Es intuitivamente claro que este objeto solo existe durante la fabricación de dicho automóvil (un periodo de tiempo estrictamente definido). Vale la pena tener en cuenta que esta definición es condicional, ya que objetos como un automóvil también tienen su vida útil, fecha de caducidad, existencia, etc. Sin embargo, no nos adentraremos en la filosofía y dentro de la mayoría de los ámbitos temáticos se puede aceptar que las instancias, y mucho más las clases, existen eternamente.
Los procesos se representan como un rectángulo con una etiqueta (nombre) del proceso:
Los procesos se utilizan en los esquemas de transición de unos objetos a otros. Se hablará más sobre esto más adelante.
Además de los procesos, en tales esquemas se utilizan operadores lógicos. Esto es bastante sencillo para aquellos que están familiarizados con los predicados, álgebra booleana o programación. En IDEF5 se utilizan tres operadores lógicos principales:
- y lógico (AND);
- o lógico (OR);
- o exclusivo (XOR).
En el estándar IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf — la mayor parte de la información proviene de este documento) se define la representación de los operadores lógicos como pequeños círculos (en comparación con las clases e instancias) con una etiqueta en forma de símbolos. Sin embargo, en el entorno gráfico en desarrollo de IDEF5 nos hemos apartado de esta regla por muchas razones. Una de ellas es la complicada identificación de estos operadores. Por lo tanto, utilizamos la designación textual de los operadores con un número identificador:
Probablemente con esto terminaremos con los objetos.
Relaciones
Entre los objetos existen relaciones que en ontología significan las reglas que definen la interacción entre objetos y de las cuales se obtienen nuevas conclusiones.
Usualmente, las relaciones se determinan por el tipo de esquema utilizado en la ontología. Esquema — es un conjunto de objetos de la ontología y relaciones entre ellos. Se distinguen los siguientes tipos principales de esquemas:
- Esquemas de composición.
- Esquemas de clasificación.
- Esquemas de transición.
- Esquemas funcionales.
- Esquemas combinados.
También a veces se destaca un tipo de esquemas como existenciales. Un esquema existencial se refiere a un conjunto de objetos sin relaciones. Tales esquemas simplemente muestran que en un dominio temático existe un conjunto de objetos.
Ahora, hablemos ordenadamente de cada uno de los tipos de esquemas.
Esquemas de composición
Este tipo de esquemas se utiliza para representar la composición de algún objeto, sistema, estructura, etc. Un ejemplo típico son las piezas de un automóvil. En su composición más general, un automóvil consiste en un chasis y una transmisión. A su vez, el chasis se divide en un marco, puertas y otras piezas. Esta descomposición puede continuar más, dependiendo del nivel de detalle necesario en una tarea específica. Un ejemplo de tal esquema:
Las relaciones de composición se representan mediante una flecha con una punta al final (a diferencia, por ejemplo, de la relación de clasificación, donde la punta está al principio de la flecha, más detalles a continuación). Tales relaciones pueden estar etiquetadas como en la figura (parte).
Esquemas de clasificación
Los esquemas de clasificación están destinados a expresar la definición de tipos, sus subtipos y ejemplos de tipos. Por ejemplo, los automóviles pueden ser de pasajeros y de carga. Es decir, el tipo "Automóvil" tiene dos subtipos. El VAZ-2110 es un ejemplo concreto del subtipo "Automóvil de pasajeros", mientras que el GAZ-3307 es un ejemplo del subtipo "Automóvil de carga":
Las relaciones en los esquemas de clasificación (subtipo o ejemplar concreto) se representan mediante una flecha con la punta al principio y, al igual que en el caso de los esquemas de composición, pueden tener una etiqueta con el nombre de la relación.
Esquemas de transiciones
Los esquemas de este tipo son necesarios para representar los procesos de transición de objetos de un estado a otro bajo la influencia de algún proceso. Por ejemplo, después del proceso de pintado con pintura roja, un automóvil negro se convierte en rojo:
La relación de transición se representa con una flecha con una punta al final y un círculo en el centro. Como se puede ver en el esquema, los procesos se refieren a relaciones, no a objetos.
Además de la transición habitual, representada en la ilustración, existe una transición estricta. Se utiliza en aquellos casos en los que la transición no es obvia, sin embargo, es importante destacarla. Por ejemplo, la instalación del espejo retrovisor en un automóvil no es una operación significativa si se considera el proceso de ensamblaje del automóvil de manera global. Sin embargo, en ciertos casos es necesario resaltar esta operación:
La transición estricta se indica de manera similar a la transición normal, con la excepción de que tiene una doble punta al final.
Las transiciones normales y estrictas también pueden ser marcadas como instantáneas. Para esto, se añade un triángulo al círculo central. Las transiciones instantáneas se utilizan en los casos en los que el tiempo de transición es tan breve que es completamente insignificante dentro del ámbito considerado (menos que un intervalo de tiempo mínimamente significativo).
Por ejemplo, con el más mínimo daño en un automóvil, se puede considerar que está dañado y su precio disminuye drásticamente. Sin embargo, la mayoría de los daños ocurren instantáneamente, a diferencia de la antigüedad y el desgaste:
En el ejemplo se presenta una transición estricta, pero también se puede usar una transición normal como instantánea.
Esquemas funcionales
Estos esquemas se utilizan para indicar la estructura de interacción entre objetos. Por ejemplo, un mecánico realiza el mantenimiento de automóviles, mientras que un gerente de la autolavado acepta solicitudes de reparación y las transfiere al técnico:
Las relaciones funcionales se representan mediante una línea recta sin punta, pero a veces con la indicación de una etiqueta, que es el nombre de la relación.
Esquemas combinados
Los esquemas combinados son una mezcla de los esquemas discutidos anteriormente. La mayoría de los esquemas en la metodología IDEF5 son combinados, ya que rara vez se encuentran ontologías que usen solo un tipo de esquema.
En todos los esquemas, a menudo se utilizan operadores lógicos. Gracias a su uso, se pueden implementar relaciones entre tres, cuatro o más objetos. Un operador lógico puede expresar alguna entidad común, sobre la cual se lleva a cabo un proceso o que participa en otra relación. Por ejemplo, se puede combinar los ejemplos anteriores en uno de la siguiente manera:
En este caso concreto, en el esquema combinado se utilizan tanto el esquema de composición (espejo + automóvil sin espejo = automóvil con espejo) como el esquema de transición (un automóvil con espejo, tras la influencia del proceso de pintado, se convierte en un automóvil rojo). Además, el automóvil con espejo no se expresa de manera explícita, sino que se indica el operador lógico Y.
Conclusión
En este artículo he tratado de describir los principales objetos y relaciones en la metodología IDEF5. Como ejemplo, utilicé el ámbito de los automóviles, ya que resultó mucho más fácil construir diagramas con su referencia. Sin embargo, los diagramas IDEF5 pueden ser utilizados en cualquier otro campo del conocimiento.
Las ontologías y el análisis del conocimiento en el campo de estudio es un tema bastante extenso y laborioso. Sin embargo, dentro del marco de IDEF5, no resulta tan complicado, al menos los fundamentos de esta temática se asimilan con relativa facilidad. El objetivo de mi artículo es atraer a una nueva audiencia hacia el problema del análisis del conocimiento, aunque sea mediante una herramienta tan primitiva como el IDEF5 en su forma de lenguaje gráfico.
El problema del lenguaje gráfico es que no permite formular con suficiente claridad algunas relaciones (axiomas) de la ontología. Para ello, existe el lenguaje textual IDEF5. Sin embargo, en la etapa inicial, el lenguaje gráfico puede ser muy útil para formular los requisitos iniciales de la ontología y determinar la dirección del desarrollo de una ontología más detallada utilizando el lenguaje textual IDEF5 o cualquier otro medio.
Espero que este artículo sea útil para los principiantes en este campo, e incluso para aquellos que ya llevan tiempo trabajando en el tema del análisis ontológico. Todo el material principal de este artículo ha sido traducido y reflexionado a partir del estándar IDEF5, al que hice referencia anteriormente (). También me inspiré en un excelente libro de los autores de NOU INTUIT ().
Fuente: habr.com
