Introduzione
Questo articolo è destinato a chi ha una conoscenza preliminare del concetto di ontologia. Se non sei familiare con le ontologie, probabilmente non comprenderai l'obiettivo delle ontologie e di questo articolo in particolare. Ti consiglio di familiarizzare con questo fenomeno prima di iniziare la lettura di questo articolo (una lettura della voce su Wikipedia potrebbe essere sufficiente).
Quindi Ontologia è una descrizione dettagliata di un determinato dominio in esame. Tale descrizione deve essere fornita in un linguaggio chiaramente definito. Per descrivere le ontologie è possibile utilizzare la metodologia IDEF5, che offre 2 linguaggi:
- Lingua grafica IDEF5. Questo linguaggio è visivo e utilizza elementi grafici.
- Lingua testuale IDEF5. Questo linguaggio si presenta sotto forma di testo strutturato.
In questo articolo verrà esaminata la prima opzione — la lingua grafica. Ne parleremo della lingua testuale in articoli futuri.
Oggetti
Nella lingua grafica, come già accennato, si utilizzano elementi grafici. Iniziamo a esaminare i principali elementi di questo linguaggio.
Spesso, nell'ontologia si usano sia entità generali che oggetti specifici. Le entità generali sono chiamate tipi. Vengono rappresentate da cerchi con un'etichetta (il nome dell'oggetto) all'interno:
I tipi rappresentano un insieme di singoli esemplari di quel tipo. Quindi, un tipo come "Automobili" può rappresentare un'intera gamma di automobili specifiche.
Come esemplari di quel tipo possono essere automobili specifiche, o tipi di veicoli, o marche. Dipende tutto dal contesto, dal dominio in questione e dal suo livello di dettaglio. Ad esempio, per un'officina di riparazione auto, saranno importanti le automobili specifiche come entità fisiche. Per mantenere delle statistiche sulle vendite in un concessionario auto, saranno importanti modelli specifici, ecc.
Gli esemplari dei tipi sono rappresentati analogamente ai tipi stessi, con un punto nella parte inferiore del cerchio:
In aggiunta alla discussione sugli oggetti, vale la pena menzionare oggetti come processi.
Se i tipi e gli esemplari sono considerati oggetti statici (immutabili nel tempo), i processi sono oggetti dinamici. Ciò significa che questi oggetti esistono in un certo intervallo di tempo ben definito.
Ad esempio, un oggetto potrebbe essere il processo di produzione di un'automobile (dato che stiamo parlando di esse). È intuitivo comprendere che questo oggetto esiste solo durante il periodo di effettiva produzione dell'automobile (un intervallo di tempo ben definito). È importante notare che questa definizione è condizionata, poiché oggetti come le automobili hanno anche una loro durata di vita, scadenza, esistenza, ecc. Tuttavia, non entriamo in questioni filosofiche e nella maggior parte dei domini possiamo considerare che gli esemplari, e in particolare i tipi, esistono per sempre.
I processi sono rappresentati da un rettangolo con un'etichetta (il nome) del processo:
I processi vengono utilizzati negli schemi di transizione da un oggetto all'altro. Maggiori dettagli a riguardo verranno forniti più avanti.
Oltre ai processi, in tali schemi si utilizzano operatori logici. Qui tutto è piuttosto semplice per chi è familiare con i predicati, l'algebra booleana o la programmazione. In IDEF5 si utilizzano tre principali operatori logici:
- AND (E);
- OR (O);
- XOR (O esclusivo).
Nello standard IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf — la maggior parte delle informazioni proviene da questa fonte) è definita la rappresentazione degli operatori logici come piccoli cerchi (rispetto a tipi ed esemplari) con un'etichetta di simboli. Tuttavia, nell'ambiente grafico IDEF5 in fase di sviluppo, ci siamo discostati da questa regola per vari motivi. Uno di questi è l'identificazione complessa di tali operatori. Pertanto utilizziamo una notazione testuale per gli operatori con un numero identificativo:
Probabilmente abbiamo concluso qui riguardo agli oggetti.
Relazioni
Tra gli oggetti esistono relazioni, che nell'ontologia significano regole che determinano le interazioni tra gli oggetti e da cui derivano nuove conclusioni.
Di solito, le relazioni sono definite dal tipo di schema utilizzato in ontologia. Schema è un insieme di oggetti dell'ontologia e delle relazioni tra di essi. Si distinguono i seguenti principali tipi di schemi:
- Schemi di composizione.
- Schemi di classificazione.
- Schemi di transizione.
- Schemi funzionali.
- Schemi combinati.
A volte si distingue anche un tipo di schema chiamato schemi esistenziali.. La schema esistenziale si riferisce a un insieme di oggetti privi di relazioni. Tali schemi mostrano semplicemente che in un certo dominio esiste un insieme di oggetti.
E ora, passo dopo passo, parleremo di ciascun tipo di schema.
Schemi di composizione
Questo tipo di schema è utilizzato per rappresentare la composizione di un certo oggetto, sistema, struttura, ecc. Un esempio tipico è il pezzi di un'auto. Nella sua forma più semplificata, un'auto è composta da carrozzeria e trasmissione. A sua volta, la carrozzeria è suddivisa in telaio, porte e altri componenti. Tale decomposizione può continuare ulteriormente — tutto dipende dal livello di dettaglio necessario per il singolo compito. Ecco un esempio di tale schema:
Le relazioni di composizione sono rappresentate da una freccia con una punta all'estremità (a differenza, ad esempio, della relazione di classificazione, dove la punta è all'inizio della freccia, approfondiremo più avanti). Tali relazioni possono essere etichettate come nell'immagine (parte).
Schemi di classificazione
Gli schemi di classificazione servono a esprimere la definizione di specie, sottospecie ed esemplari di specie. Ad esempio, le automobili possono essere di tipo passeggero o commerciale. Quindi, la specie "Automobile" ha due sottospecie. La VAZ-2110 è un esempio concreto della sottospecie "Auto passeggeri", mentre la GAZ-3307 è un esempio della sottospecie "Auto commerciale":
Le relazioni negli schemi di classificazione (sottospecie o esemplare concreto) sono rappresentate da una freccia con una punta all'inizio e, come nel caso degli schemi di composizione, possono avere un'etichetta con il nome della relazione.
Schemi di transizione
Schemi di questo tipo sono necessari per rappresentare 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'auto nera diventa rossa:
La relazione di transizione è indicata da una freccia con una punta all'estremità e un cerchio al centro. Come si può vedere nello schema, i processi si riferiscono alle relazioni e non agli oggetti.
Oltre alla transizione ordinaria, rappresentata nell'immagine, esiste una transizione rigorosa. Viene utilizzata nei casi in cui la transizione in questa situazione non è ovvia, ma è importante sottolinearla. Ad esempio, l'installazione di uno specchietto retrovisore su un'auto non è un'operazione significativa se si considera il processo di assemblaggio dell'auto a livello globale. Tuttavia, in alcuni casi è necessario evidenziare tale operazione:
La transizione rigorosa è indicata in modo simile alla transizione ordinaria, ad eccezione della doppia punta all'estremità.
Le transizioni normali e rigorose possono anche essere etichettate come istantanee. A tal fine, un triangolo viene aggiunto al cerchio centrale. Le transizioni istantanee sono utilizzate nei casi in cui il tempo di transizione è così breve che risulta del tutto trascurabile nel contesto specifico (inferiore a un intervallo di tempo minimo significativo).
Ad esempio, anche un minimo danno all'auto può farla considerare danneggiata e il suo valore scende drasticamente. Tuttavia, la maggior parte dei danni avviene istantaneamente, a differenza dell'invecchiamento e dell'usura:
Nell'esempio è rappresentata una transizione rigorosa, ma si può utilizzare anche una transizione normale come istantanea.
Schemi funzionali
Questi schemi sono utilizzati per indicare la struttura dell'interazione tra oggetti. Ad esempio, un meccanico auto esegue la manutenzione delle automobili, mentre un responsabile del servizio auto accetta le richieste di riparazione e le trasmette all'autoferista:
Le relazioni funzionali sono rappresentate da una linea retta senza punta, ma a volte con un'etichetta che è il nome 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 sono rare le ontologie che utilizzano solo un tipo di schema.
In tutti gli schemi si utilizzano spesso operatori logici. Grazie al loro uso, è possibile realizzare relazioni tra tre, quattro o più oggetti. Un operatore logico può esprimere una certa entità comune, su cui si svolge un processo o che partecipa a un'altra relazione. Ad esempio, si possono unire i precedenti esempi in uno nel seguente modo:
Nel caso specifico, nello schema combinato si utilizzano lo schema di composizione (specchietto + auto senza specchietto = auto con specchietto) e lo schema di transizione (l'auto con specchietto, a causa del processo di verniciatura con vernice rossa, diventa un'auto rossa). Tuttavia, l'auto con specchietto non viene espressa esplicitamente — al suo posto si indica l'operatore logico E.
Conclusione
In questo articolo ho cercato di descrivere i principali oggetti e le relazioni nella metodologia IDEF5. Come esempio, ho utilizzato il dominio tematico legato alle automobili, poiché risulta molto più semplice costruire schemi su questo tema. Tuttavia, gli schemi IDEF5 possono essere utilizzati in qualsiasi altro campo del sapere.
Le ontologie e l'analisi della conoscenza del dominio tematico sono argomenti piuttosto ampi e laboriosi. Tuttavia, nell'ambito di IDEF5, tutto sembra non essere così complicato; almeno le basi di questo tema vengono apprese piuttosto facilmente. L'obiettivo del mio articolo è attirare un nuovo pubblico sul problema dell'analisi della conoscenza, anche grazie a un strumento così primitivo come IDEF5, ovvero un linguaggio grafico.
Il problema del linguaggio grafico è che non consente di 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 per definire la direzione dello sviluppo di un'ontologia più dettagliata nel linguaggio testuale IDEF5 o in qualsiasi altro strumento.
Spero che questo articolo sia utile per i principianti in questo campo, e magari anche per coloro che si occupano da tempo di analisi ontologica. Tutto il materiale principale di questo articolo è stato tradotto e rielaborato, ed è stato preso dallo standard IDEF5, a cui ho fatto riferimento in precedenza (). Mi sono anche lasciato ispirare da un libro straordinario degli autori di NOU INTUIT ().
Fonte: habr.com
