IDEF5-methodologie. Grafische taal

Inleiding

Dit artikel is bedoeld voor degenen die bekend zijn met het concept van een ontologie, al is het maar op een basisniveau. Als je niet bekend bent met ontologieën, zul je waarschijnlijk de doelstellingen van ontologieën en dit artikel in het bijzonder niet begrijpen. Ik raad aan om je eerst in dit fenomeen te verdiepen, misschien is een artikel op Wikipedia al voldoende.

Dus Ontologie is een gedetailleerde beschrijving van een bepaald onderwerp. Deze beschrijving moet worden gegeven in een duidelijk gedefinieerde taal. Voor het beschrijven van ontologieën kan de IDEF5-methodologie worden gebruikt, die over 2 talen beschikt:

• Schema-taal IDEF5. Deze taal is visueel en maakt gebruik van grafische elementen.
• Tekstuele taal IDEF5. Deze taal wordt weergegeven in gestructureerde tekst.

In dit artikel wordt de eerste optie besproken — de schema-taal. De tekstuele zullen we in andere artikelen behandelen.

Objecten

In de schema-taal worden, zoals al eerder vermeld, grafische elementen gebruikt. Laten we beginnen met de basiscomponenten van deze taal.

Vaak worden in ontologieën zowel gegeneraliseerde entiteiten als specifieke objecten gebruikt. De gegeneraliseerde entiteiten worden soortengenoemd. Ze worden weergegeven als een cirkel met een label (de naam van het object) erin:

Soorten zijn een verzameling van afzonderlijke exemplaren van die soort. Een soort zoals 'Auto's' kan bijvoorbeeld een hele verzameling van afzonderlijk genomen auto's vertegenwoordigen.
Als exemplaren van die soort kunnen specifieke auto's optreden, of individuele soorten techniek, of afzonderlijke merken. Dit hangt allemaal af van de context, het onderwerp en het detailniveau. Voor een autoreparatiewerkplaats zijn specifieke auto's als fysieke entiteiten van belang. Voor het bijhouden van statistieken over verkopen in een autodealer zijn specifieke modellen belangrijk, enzovoort.

Individuele exemplaren van soorten worden op dezelfde manier aangeduid als de soorten zelf, alleen worden ze gemarkeerd met een punt onderaan de cirkel:

Ook binnen de discussie over objecten is het relevant om zulke objecten te noemen als processen.

Als soorten en instanties zogenaamde statische objecten zijn (niet in de tijd veranderend), dan zijn processen dynamische objecten. Dit betekent dat deze objecten bestaan gedurende een strikt bepaalde tijdsperiode.

Bijvoorbeeld, een object zoals het proces van de fabricage van een auto kan worden onderscheiden (aangezien we het over hen hebben). Het is intuïtief duidelijk dat dit object alleen bestaat tijdens de directe fabricage van die auto (een strikt bepaalde tijdsperiode). Het is belangrijk om te bedenken dat deze definitie voorwaardelijk is, aangezien objecten zoals een auto ook een levensduur, houdbaarheidsdatum, bestaan, etc. hebben. Laten we echter niet in de filosofie duiken en binnen de meeste vakgebieden kunnen we accepteren dat instanties, laat staan soorten, eeuwig bestaan.

Processen worden afgebeeld als een rechthoek met een label (benaming) van het proces:

Processen worden gebruikt in de diagrammen die de overgang van de ene objecten naar de andere weergeven. Hierover zal verderop meer worden verteld.

Naast processen worden in dergelijke diagrammen logische operatorengebruikt. Dit is vrij eenvoudig voor degene die bekend is met predikaten, Booleaanse algebra of programmeren. In IDEF5 worden drie hoofdlogische operatoren gebruikt:

• logisch EN (AND);
• logisch OF (OR);
• exclusief OF (XOR).

In de IDEF5-standaard (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf — de meeste informatie is uit deze bron) is de afbeelding van logische operatoren gedefinieerd als kleine cirkels (in vergelijking met soorten en instanties) met een label in de vorm van symbolen. In de grafische omgeving die we ontwikkelen voor IDEF5 zijn we echter afgeweken van deze regel om verschillende redenen. Een daarvan is de complexe identificatie van deze operatoren. Daarom gebruiken we tekstuele aanduidingen van operatoren met een identificatienummer:

Laten we voor nu eindigen met de objecten.

Relaties

Er bestaan relaties tussen objecten, die in de ontologie de regels betekenen die de interactie tussen objecten bepalen en waaruit nieuwe conclusies voortkomen.

Gewoonlijk worden relaties gedefinieerd door het type diagram dat in de ontologie wordt gebruikt. Schema dat is een verzameling van objecten in de ontologie en de relaties tussen hen. Er zijn de volgende hoofdcategorieën van schema's:

1. Compositie-schema's.
2. Classificatieschema's.
3. Overgangschema's.
4. Functionele schema's.
5. Gecombineerde schema's.

Soms wordt ook een soort schema's onderscheiden, zoals existentiële. Een existentiëel schema is de verzameling van objecten zonder relaties. Dergelijke schema's tonen eenvoudigweg aan dat er in een bepaald domein een set objecten bestaat.

Laten we nu in volgorde naar elk van de soorten schema's kijken.

Compositie schema's

Dit type schema wordt gebruikt om de samenstelling van een object, systeem, structuur, enz. weer te geven. Een typisch voorbeeld zijn de onderdelen van een auto. In de meest gecondenseerde samenstelling bestaat een auto uit een carrosserie en een transmissie. De carrosserie kan op zijn beurt worden verdeeld in een chassis, deuren en andere onderdelen. Deze decompositie kan verder worden voortgezet, afhankelijk van het benodigde detailniveau in deze specifieke taak. Een voorbeeld van zo'n schema:

De relatie van compositie wordt weergegeven in de vorm van een pijl met een punt aan het einde (in tegenstelling tot bijvoorbeeld de relatie van classificatie, waar de punt aan het begin van de pijl zit, hierover later meer). Dergelijke relaties kunnen worden gemarkeerd met een label zoals in de afbeelding (deel).

Classificatie schema's

Classificatie schema's zijn bedoeld om de definitie van soorten, hun onderverdelingen en voorbeelden van soorten weer te geven. Bijvoorbeeld, auto's kunnen personenauto's en vrachtwagens zijn. Dat wil zeggen, het type 'Auto' heeft twee onderverdelingen. De VAZ-2110 is een specifiek exemplaar van de onderverdeling 'Personenauto', terwijl de GAZ-3307 een exemplaar is van de onderverdeling 'Vrachtwagen':

Relaties in classificatie schema's (onderverdeling of specifiek exemplaar) zijn weergegeven als een pijl met een punt aan het begin en, net als in het geval van compositie schema's, kunnen ze een label bevatten met de naam van de relatie.

Overgang schema's

Schema's van dit type zijn noodzakelijk om processen weer te geven waarbij objecten van de ene toestand naar de andere overgaan onder invloed van een bepaald proces. Bijvoorbeeld, na het schilderproces met rode verf wordt de zwarte auto rood:

De relatie van overgang wordt aangeduid met een pijl met een punt aan het einde en een cirkel in het midden. Zoals zichtbaar in het schema, zijn processen aan de relaties gerelateerd, en niet aan de objecten.

Naast de gebruikelijke overgang, weergegeven in de afbeelding, is er ook een strikte overgang. Deze wordt gebruikt in gevallen waar de overgang in de gegeven situatie niet duidelijk is, maar we deze wel willen benadrukken. Bijvoorbeeld, het monteren van een achteruitkijkspiegel op een auto is geen significante operatie als we het proces van het assembleren van een auto globaal bekijken. Echter, in sommige gevallen is het nodig om deze operatie te benadrukken:

Een strikte overgang wordt op dezelfde manier aangeduid als een gewone overgang, met uitzondering van de dubbele punt aan het einde.

Gewone en strikte overgangen kunnen ook worden gemarkeerd als instantanen. Hiervoor wordt een driehoek aan de centrale cirkel toegevoegd. Instantane overgangen worden gebruikt in gevallen waar de tijd van de overgang zo kort is dat deze volledig onbeduidend is binnen het behandelde domein (minder dan het minimaal significante tijdsinterval).
Bijvoorbeeld, bij zelfs de kleinste schade aan een auto kan deze als beschadigd worden beschouwd en zal de prijs drastisch dalen. Echter, de meeste schade gebeurt instantaan, in tegenstelling tot veroudering en slijtage:

In het voorbeeld is een strikte overgang gepresenteerd, maar ook een gewone overgang kan als instantaan worden gebruikt.

Functionele schema's

Deze schema's worden gebruikt om de structuur van interactie tussen objecten aan te geven. Bijvoorbeeld, de automonteur onderhoudt auto's, terwijl de manager van de autoservice aanvragen voor reparatie accepteert en deze doorgeeft aan de monteurs:

Functionele relaties worden afgebeeld met een rechte lijn zonder pijl, maar soms met een label dat de naam van de relatie aangeeft.

Gecombineerde schema's

Gecombineerde schema's zijn een combinatie van eerder besproken schema's. De meeste schema's in de IDEF5-methodologie zijn gecombineerd, omdat ontologieën die alleen één soort schema gebruiken zelden voorkomen.

In alle schema's worden vaak logische operatoren gebruikt. Door hun gebruik kunnen relaties tussen drie, vier of meer objecten worden gerealiseerd. Een logische operator kan een bepaalde algemene entiteit uitdrukken waarop het proces plaatsvindt of die deelneemt aan een andere relatie. Bijvoorbeeld, de eerdere voorbeelden kunnen als volgt in één worden samengevoegd:

In het specifieke geval wordt in het gecombineerde schema gebruikgemaakt van de combinatie schema (spiegel + auto zonder spiegel = auto met spiegel) en het overgangschema (auto met spiegel onder invloed van het schilderproces wordt een rode auto). Daarbij wordt de auto met spiegel niet expliciet weergegeven — in plaats daarvan wordt de logische operator EN opgegeven.

Conclusie

In dit artikel heb ik geprobeerd de belangrijkste objecten en relaties in de IDEF5-methodologie te beschrijven. Als voorbeeld heb ik het toepassingsgebied met auto's gebruikt, omdat het veel eenvoudiger bleek om schema's op basis van hen te bouwen. Schemas IDEF5 kunnen echter in elk ander kennisgebied worden gebruikt.

De ontologieën en de analyse van kennis in het toepassingsgebied is een vrij uitgebreid en tijdrovend onderwerp. Binnen het kader van IDEF5 blijkt het echter niet zo ingewikkeld te zijn, althans de basisprincipes van dit onderwerp kunnen vrij eenvoudig worden begrepen. Het doel van mijn artikel is om een nieuw publiek te trekken naar het probleem van kennisanalyse, zelfs al is het met behulp van zo'n primitief instrument als IDEF5 in de vorm van de grafische taal.

Het probleem van de grafische taal is dat met deze taal sommige relaties (axioma's) van ontologieën niet voldoende duidelijk kunnen worden geformuleerd. Hiervoor is er een tekstuele taal IDEF5. Maar in de beginfase kan de grafische taal heel nuttig zijn voor het formuleren van de eerste eisen aan de ontologie en het bepalen van de ontwikkelingsrichting van een meer gedetailleerde ontologie in de tekstuele taal IDEF5 of in elk ander middel.

Ik hoop dat dit artikel nuttig zal zijn voor beginners op dit gebied, misschien zelfs voor degenen die al lange tijd zich bezighouden met de kwestie van ontologische analyse. Al het belangrijkste materiaal van dit artikel is vertaald en begrepen van de standaard IDEF5, waar ik eerder naar verwees (ik herhaal). Ook werd ik geïnspireerd door het prachtige boek van de auteurs van NOU INTUIT (link naar hun boek).

Bron: habr.com