Introduzione
Questo articolo è destinato a coloro che hanno almeno una conoscenza di base del concetto di ontologia. Se non sei familiare con le ontologie, probabilmente non sarà chiaro l'obiettivo delle ontologie e, in particolare, di questo articolo. Ti consiglio di informarti su questo fenomeno prima di iniziare la lettura di questo articolo (potrebbe bastare anche un articolo di Wikipedia).
Quindi Ontologia è una descrizione dettagliata di un certo campo soggetto di studio. Tale descrizione deve essere fornita in un linguaggio chiaramente definito. Per descrivere le ontologie si può utilizzare la metodologia IDEF5, che ha a disposizione 2 linguaggi:
- Linguaggio schematico IDEF5. Questo linguaggio è visivo e utilizza elementi grafici.
- Linguaggio testuale IDEF5. Questo linguaggio si presenta sotto forma di testo strutturato.
In questo articolo verrà trattata la prima variante — il linguaggio schematico. Del linguaggio testuale parleremo nei prossimi articoli.
Oggetti
Nel linguaggio schematico, come già detto, si utilizzano elementi grafici. Per cominciare, è opportuno esaminare gli elementi principali di questo linguaggio.
Spesso, nelle ontologie, si utilizzano sia entità generali che oggetti specifici. Le entità generali sono chiamate categorie. Esse vengono rappresentate sotto forma di circonferenza con un'etichetta (nome dell'oggetto) all'interno:
Le categorie rappresentano un insieme di singoli esemplari di quella categoria. Quindi, una categoria come 'Automobili' può rappresentare un'intera gamma di singoli automobili.
Come esemplari di tale categoria possono figurare automobili specifiche, oppure tipi di veicoli distinti, oppure marchi specifici. Tutto dipende dal contesto, dal campo di studio e dal suo livello di dettaglio. Ad esempio, per un'officina meccanica saranno importanti le automobili specifiche come entità fisiche. Per la gestione di qualche statistica sulle vendite in una concessionaria saranno importanti i modelli specifici e così via.
Gli esemplari singoli delle categorie sono contrassegnati in modo analogo alle categorie stesse, ma sono contrassegnati con un punto nella parte inferiore della circonferenza:
Inoltre, nell'ambito della discussione sugli oggetti, vale la pena menzionare oggetti come processi.
Se le specie e gli esemplari sono oggetti statici (che non cambiano nel tempo), i processi sono oggetti dinamici. Ciò significa che questi oggetti esistono in un intervallo di tempo rigorosamente definito.
Ad esempio, si può identificare un oggetto come il processo di fabbricazione di un'auto (dato che se ne sta parlando). È intuitivo che questo oggetto esista solo durante la fabbricazione di quell'auto specifica (un intervallo di tempo rigorosamente definito). È importante notare che questa definizione è convenzionale, poiché oggetti come l'auto hanno anche una loro durata di vita, scadenza, esistenza, ecc. Tuttavia, non approfondiamo la filosofia: nel contesto della maggior parte dei domini tematici, si può considerare che gli esemplari, soprattutto le specie, esistano eternamente.
I processi sono rappresentati come un rettangolo con l'etichetta (nome) del processo:
I processi sono utilizzati negli schemi per il passaggio di un oggetto a un altro. Se ne parlerà in dettaglio più avanti.
Oltre ai processi, in tali schemi vengono utilizzati operatori logici. Qui tutto è abbastanza semplice per chi ha familiarità con i predicati, l'algebra booleana o la programmazione. In IDEF5 vengono utilizzati tre operatori logici principali:
- operatore logico AND;
- operatore logico OR;
- operatore esclusivo XOR.
Nel standard IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf — la maggior parte delle informazioni proviene da questa fonte) è definita l'immagine degli operatori logici come piccole cerchie (rispetto a specie ed esemplari) con etichette sotto forma di simboli. Tuttavia, nella nostra interfaccia grafica in fase di sviluppo per IDEF5, ci siamo discostati da questa regola per molte ragioni. Una di esse è la complessa identificazione di questi operatori. Pertanto, utilizziamo la designazione testuale degli operatori con numero identificativo:
Forse con questo abbiamo concluso sugli oggetti.
Relazioni
Tra gli oggetti esistono relazioni, che nell'ontologia significano regole che definiscono l'interazione tra gli oggetti e dalle quali derivano nuove conclusioni.
Di solito, le relazioni sono definite dal tipo di schema utilizzato nell'ontologia. Schema è un insieme di oggetti dell'ontologia e delle relazioni tra di essi. Si distinguono i seguenti tipi principali di schemi:
- Schemi di composizione.
- Schemi di classificazione.
- Schemi di transizione.
- Schemi funzionali.
- Schemi combinati.
A volte, viene anche evidenziato un tipo di schema come esistenziali. Uno schema esistenziale è un insieme di oggetti senza relazioni. Questi schemi mostrano semplicemente che in un certo campo tematico esiste un insieme di oggetti.
Ora, procediamo in ordine a descrivere ciascun tipo di schema.
Schemi di composizione
Questo tipo di schema viene utilizzato per rappresentare la composizione di un oggetto, di un sistema, di una struttura, ecc. Un esempio tipico sono le parti di un'automobile. Nella sua composizione più semplificata, un'automobile è composta da carrozzeria e trasmissione. A sua volta, la carrozzeria si divide in telaio, porte e altre parti. Questa decomposizione può continuare ulteriormente: tutto dipende dal livello di dettaglio richiesto in un compito specifico. Ecco un esempio di tale schema:
Le relazioni di composizione vengono visualizzate come una freccia con una punta all'estremità (a differenza, ad esempio, della relazione di classificazione, dove la punta è all'inizio della freccia, ne parleremo più avanti). Queste relazioni possono essere etichettate con un nome, come nella figura (parte).
Schemi di classificazione
Gli schemi di classificazione hanno lo scopo di esprimere la definizione di specie, le loro sottospecie e campioni di specie. Ad esempio, le automobili possono essere sia per passeggeri che per merci. Quindi, il tipo "Automobile" ha due sottospecie. La VAZ-2110 è un campione specifico della sottospecie "Automobile per passeggeri", mentre la GAZ-3307 è un campione della sottospecie "Automobile per merci":
Le relazioni negli schemi di classificazione (sottospecie o campione specifico) sono rappresentate come una freccia con la punta all'inizio e, similarmente agli schemi di composizione, possono avere un'etichetta con il nome della relazione.
Schemi di transizione
Schemi di questo tipo sono necessari per visualizzare i processi di transizione degli oggetti da uno stato a un altro sotto l'influenza di un certo processo. Ad esempio, dopo il processo di verniciatura con vernice rossa, un'automobile nera diventa rossa:
La relazione di transizione è indicata da una freccia con la punta all'estremità e un cerchio al centro. Come si può vedere dallo schema, i processi si riferiscono a relazioni, non a oggetti.
Oltre al passaggio ordinario, rappresentato nell'illustrazione, esiste un passaggio rigoroso. Viene utilizzato nei casi in cui il passaggio in questa situazione non è ovvio, ma è importante sottolinearlo. Ad esempio, il montaggio di uno specchio retrovisore su un'automobile non è un'operazione significativa se si considera il processo di assemblaggio dell'automobile in senso globale. Tuttavia, in alcuni casi è necessario evidenziare tale operazione:
Il passaggio rigoroso è contrassegnato in modo analogo al passaggio normale, ad eccezione della doppia punta alla fine.
I passaggi normali e rigorosi possono essere contrassegnati anche come immediati. Per fare questo, viene aggiunto un triangolo al cerchio centrale. I passaggi immediati vengono utilizzati nei casi in cui il tempo di passaggio è così breve che è completamente insignificante nel contesto dell'area tematica considerata (meno di un intervallo di tempo minimamente significativo).
Ad esempio, anche un piccolo danno a un'auto può essere considerato un danno e il suo prezzo cala drasticamente. Tuttavia, la maggior parte dei danni avviene immediatamente, a differenza dell'invecchiamento e dell'usura:
Nell'esempio è rappresentato un passaggio rigoroso, ma si può utilizzare anche un passaggio normale come immediato.
Schema funzionali
Tali schemi vengono utilizzati per indicare la struttura dell'interazione tra gli oggetti. Ad esempio, il meccanico auto svolge la manutenzione delle automobili, mentre il responsabile del servizio auto accetta le richieste di riparazione e le trasmette al meccanico:
Le relazioni funzionali sono rappresentate da una linea retta senza punta, ma a volte con l'indicazione di un'etichetta, che è la denominazione della relazione.
Schemi combinati
Gli schemi combinati sono una combinazione degli schemi precedentemente esaminati. La maggior parte degli schemi nella metodologia IDEF5 sono combinati, poiché è raro trovare ontologie che utilizzano solo un tipo di schema.
Negli schemi si utilizzano spesso operatori logici. Grazie al loro utilizzo è possibile realizzare relazioni tra tre, quattro o più oggetti. L'operatore logico può esprimere un'entità comune, sulla quale si realizza un processo o che partecipa a un'altra relazione. Ad esempio, è possibile unire i precedenti esempi in uno unico nel seguente modo:
Nel caso specifico, nello schema combinato si utilizzano schema di composizione (specchio + automobile senza specchio = automobile con specchio) e schema di transizione (l'automobile con specchio, sotto l'influenza del processo di verniciatura con vernice rossa, diventa un'automobile rossa). Inoltre, l'automobile con specchio non è espressa esplicitamente: al suo posto viene indicato l'operatore logico E.
Conclusione
In questo articolo ho cercato di descrivere gli oggetti principali e le relazioni nella metodologia IDEF5. Come esempio, ho utilizzato un'area tematica legata alle automobili, poiché con esse è risultato molto più semplice costruire schemi. Tuttavia, gli schemi IDEF5 possono essere utilizzati in qualsiasi altro campo del sapere.
Le ontologie e l'analisi delle conoscenze relative all'area tematica sono un argomento piuttosto vasto e laborioso. Tuttavia, nel contesto di IDEF5, tutto risulta non così complicato; perlomeno, i fondamenti di questo tema vengono assimilati piuttosto facilmente. L'obiettivo del mio articolo è attrarre un nuovo pubblico al problema dell'analisi delle conoscenze, anche grazie a uno strumento così primitivo come IDEF5, il linguaggio grafico.
Il problema del linguaggio grafico è che, con esso, non è possibile formulare in modo sufficientemente chiaro alcune relazioni (assiomi) dell'ontologia. Per questo esiste il linguaggio testuale IDEF5. Tuttavia, nella fase iniziale, il linguaggio grafico può essere molto utile per formulare i requisiti iniziali dell'ontologia e definire il vettore di sviluppo di un'ontologia più dettagliata nel linguaggio testuale IDEF5 o in qualsiasi altro strumento.
Spero che questo articolo risulti utile a chi è alle prime armi in quest'area, magari anche a coloro che si occupano da tempo della questione dell'analisi ontologica. Tutto il materiale principale di questo articolo è stato tradotto e compreso ed è stato preso dallo standard IDEF5, al quale ho fatto riferimento in precedenza (). Mi sono anche ispirato a un fantastico libro degli autori della NOU INTUIT ().
Fonte: habr.com
