Wprowadzenie
Ten artykuł jest przeznaczony dla osób, które są przynajmniej wstępnie zaznajomione z pojęciem ontologii. Jeśli nie znasz ontologii, prawdopodobnie nie zrozumiesz celu ontologii oraz tego artykułu w szczególności. Zalecam zapoznanie się z tym zjawiskiem przed rozpoczęciem lektury tego artykułu (może wystarczy przeczytać artykuł w Wikipedii).
A więc Ontologia — to szczegółowy opis pewnej rozważanej dziedziny. Taki opis powinien być przedstawiony w jakimś jasno określonym języku. Do opisu ontologii można wykorzystać metodologię IDEF5, która dysponuje dwoma językami:
- Język schematyczny IDEF5. Ten język jest wizualny i wykorzystuje elementy graficzne.
- Język tekstowy IDEF5. Ten język przedstawia się w formie tekstu strukturalnego.
W tym artykule omówimy pierwszy wariant — język schematyczny. O języku tekstowym porozmawiamy w kolejnych artykułach.
Obiekty
W języku schematycznym, jak już wspomniano, używane są elementy graficzne. Na początek warto przyjrzeć się podstawowym elementom tego języka.
Często w ontologii wykorzystuje się zarówno uogólnione byty, jak i konkretne obiekty. Uogólnione byty nazywane są gatunkami. Są one przedstawiane w postaci okręgu z etykietą (nazwą obiektu) wewnątrz:
Gatunki stanowią zbiór oddzielnych egzemplarzy danego gatunku. Oznacza to, że gatunek taki jak „Samochody” może reprezentować całą zbiorowość poszczególnych samochodów.
Jako egzemplarzy takiego gatunku mogą występować konkretne samochody, czy konkretne typy pojazdów, albo konkretne marki. Wszystko zależy od kontekstu, dziedziny tematycznej i jej poziomu szczegółowości. Na przykład dla warsztatu samochodowego będą istotne konkretne samochody jako byty fizyczne. Dla prowadzenia pewnej statystyki sprzedaży w salonie samochodowym ważne będą konkretne modele itd.
Poszczególne egzemplarze gatunków oznaczane są analogicznie do samych gatunków, tylko oznaczone są punktem w dolnej części okręgu:
Warto także w ramach dyskusji o obiektach wspomnieć o takich obiektach jak procesy.
Jeśli rodzaje i instancje to tzw. statyczne obiekty (niezmieniające się w czasie), to procesy są dynamicznymi obiektami. Oznacza to, że te obiekty istnieją w ściśle określonym przedziale czasu.
Na przykład, można wyróżnić obiekt, jakim jest proces wytwarzania samochodu (skoro o nim mowa). Intuicyjnie wiadomo, że ten obiekt istnieje tylko w czasie bezpośredniego wytwarzania danego samochodu (ściśle określony przedział czasu). Należy pamiętać, że ta definicja jest umowna, ponieważ takie obiekty, jak samochód, mają również swój czas użytkowania, datę ważności, okres istnienia itp. Jednak nie będziemy się wdawać w filozofię i w ramach większości dziedzin można przyjąć, że instancje, a tym bardziej rodzaje istnieją wiecznie.
Procesy są przedstawiane w postaci prostokąta z etykietą (nazwą) procesu:
Procesy są wykorzystywane w schematach przejścia jednych obiektów w inne. Szczegółowo omówimy to dalej.
Oprócz procesów, w takich schematach używane są operatory logiczne. Wszystko tu jest wystarczająco proste dla tych, którzy są zaznajomieni z predykatami, algebrą Boole'a lub programowaniem. W IDEF5 używane są trzy podstawowe operatory logiczne:
- operator logiczny AND;
- operator logiczny OR;
- exlusive OR (XOR).
W standardzie IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf — większość informacji pochodzi z tego źródła) określono obrazowanie operatorów logicznych w postaci małych okręgów (w porównaniu z rodzajami i instancjami) z etykietą w postaci symboli. Jednak w rozwijanym graficznym środowisku IDEF5 odeszliśmy od tej zasady z wielu powodów. Jednym z nich jest trudna identyfikacja tych operatorów. Dlatego używamy tekstowego oznaczenia operatorów z numerem identyfikacyjnym:
Sądząc po tym zakończymy temat obiektów.
Relacje
Między obiektami istnieją relacje, które w ontologii oznaczają zasady definiujące interakcje między obiektami i na podstawie których powstają nowe wnioski.
Zazwyczaj relacje definiowane są przez typ schemy używanej w ontologii. Schemat — to zbiór obiektów ontologii oraz relacji między nimi. Wyróżnia się następujące podstawowe rodzaje schem:
- Schematy kompozycyjne.
- Schematy klasyfikacji.
- Schematy przejść.
- Schematy funkcjonalne.
- Schematy kombinowane.
Czasami wyróżnia się również taki rodzaj schematów jak egzystencjalne. Schemat egzystencjalny to zbiór obiektów bez relacji. Takie schematy po prostu pokazują, że w danej dziedzinie przedmiotowej istnieje pewien zestaw obiektów.
A teraz po kolei o każdym z rodzajów schematów.
Schematy kompozycyjne
Ten typ schematów jest używany do przedstawiania składu jakiegoś obiektu, systemu, struktury itp. Typowym przykładem są części samochodu. W najbardziej ogólnym składzie samochód składa się z nadwozia i napędu. Z kolei nadwozie dzieli się na ramę, drzwi i inne szczegóły. Taką dekompozycję można kontynuować dalej — wszystko zależy od wymaganego poziomu szczegółowości w danym przypadku. Przykład takiego schematu:
Relacje kompozycyjne są przedstawiane w formie strzałki z końcówką na końcu (w przeciwieństwie do relacji klasyfikacyjnej, gdzie końcówka znajduje się na początku strzałki, o czym więcej później). Takie relacje mogą być podpisane etykietą, jak na rysunku (część).
Schematy klasyfikacji
Schematy klasyfikacji mają na celu wyrażenie definicji rodzajów, ich podrodzajów i egzemplarzy rodzajów. Na przykład, samochody mogą być osobowe i ciężarowe. Innymi słowy, rodzaj „Samochód” ma dwa podrodzaje. WAZ-2110 to konkretny egzemplarz podrodzaju „Samochód osobowy”, a GAZ-3307 to egzemplarz podrodzaju „Samochód ciężarowy”:
Relacje w schematach klasyfikacji (podrodzaj lub konkretny egzemplarz) mają postać strzałki z końcówką na początku i, podobnie jak w przypadku schematów kompozycyjnych, mogą mieć etykietę z nazwą relacji.
Schematy przejść
Schematy tego typu są potrzebne do przedstawiania procesów przejścia obiektów z jednego stanu do drugiego pod wpływem pewnego procesu. Na przykład, po procesie malowania na czerwono czarny samochód staje się czerwony:
Relacja przejścia jest oznaczana strzałką z końcówką na końcu i z kółkiem w centrum. Jak widać na schemacie, procesy odnoszą się do relacji, a nie do obiektów.
Oprócz zwykłego przejścia przedstawionego na rysunku, istnieje surowe przejście. Stosuje się je w przypadkach, gdy przejście w danej sytuacji nie jest oczywiste, jednak istotne jest jego podkreślenie. Na przykład montaż lusterka wstecznego w samochodzie nie jest znaczącą operacją, jeśli spojrzeć na proces montażu pojazdu w szerszym kontekście. Jednak w niektórych przypadkach konieczne jest wyróżnienie tej operacji:
Surowe przejście oznaczone jest podobnie jak zwykłe przejście, z wyjątkiem podwójnej końcówki na końcu.
Zwykłe i surowe przejścia mogą być również oznaczone jako natychmiastowe. W tym celu do centralnego okręgu dodawany jest trójkąt. Natychmiastowe przejścia stosuje się w przypadkach, gdy czas przejścia jest na tyle krótki, że jest całkowicie nieznaczący w ramach rozważanego obszaru (mniej niż minimalny znaczący odcinek czasu).
Na przykład w przypadku jakiegokolwiek, nawet najmniejszego uszkodzenia pojazdu można uznać go za uszkodzony, a jego cena gwałtownie spada. Jednak większość uszkodzeń występuje natychmiast, w przeciwieństwie do starzenia się i zużycia:
W przykładzie przedstawione jest surowe przejście, jednak można również użyć zwykłego przejścia jako natychmiastowego.
Schematy funkcjonalne
Takie schematy są używane do wskazywania struktury interakcji między obiektami. Na przykład mechanik samochodowy przeprowadza konserwację pojazdów, a menedżer serwisu samochodowego przyjmuje zgłoszenia napraw i przekazuje je warsztatowi:
Relacje funkcjonalne przedstawiane są linią prostą bez końcówki, ale czasami z oznaczeniem etykiety, która jest nazwą relacji.
Schematy kombinowane
Schematy kombinowane są połączeniem wcześniej rozważanych schematów. Większość schematów w metodologii IDEF5 to schematy kombinowane, ponieważ rzadko występują ontologie, które wykorzystują tylko jeden rodzaj schematu.
We wszystkich schematach często używane są operatory logiczne. Dzięki ich zastosowaniu można zrealizować relacje między trzema, czterema i więcej obiektami. Operator logiczny może wyrażać pewną wspólną istotę, nad którą realizowany jest proces lub która uczestniczy w innej relacji. Na przykład, można połączyć wcześniejsze przykłady w jeden w następujący sposób:
W tym konkretnym przypadku w schemacie kombinowanym stosuje się schemat kompozycji (lustro + samochód bez lustra = samochód z lustrem) oraz schemat przejścia (samochód z lustrem pod wpływem procesu malowania czerwoną farbą staje się czerwonym samochodem). Przy czym samochód z lustrem nie jest wyrażony w sposób bezpośredni — zamiast tego używa się logicznego operatora I.
Podsumowanie
W tym artykule starałem się opisać podstawowe obiekty i relacje w metodologii IDEF5. Jako przykład wykorzystałem obszar tematyczny związany z samochodami, ponieważ na ich przykładzie znacznie łatwiej buduje się schematy. Jednak schematy IDEF5 mogą być stosowane w każdej innej dziedzinie wiedzy.
Ontologie i analiza wiedzy o danym obszarze to dość rozległy i pracochłonny temat. Jednak w ramach IDEF5 wszystko okazuje się nie być takie trudne, przynajmniej podstawy tej tematyki są przyswajane dość łatwo. Celem mojego artykułu jest przyciągnięcie nowej publiczności do problemu analizy wiedzy, nawet jeśli za pomocą tak prymitywnego narzędzia jak IDEF5 w postaci języka graficznego.
Problem języka graficznego polega na tym, że za jego pomocą nie można dość jasno sformułować niektórych relacji (aksjomatów) ontologii. Do tego służy język tekstowy IDEF5. Jednak na etapie początkowym język graficzny może być bardzo pomocny w formułowaniu wstępnych wymagań dotyczących ontologii i określaniu kierunku rozwoju bardziej szczegółowej ontologii w języku tekstowym IDEF5 lub w jakimkolwiek innym narzędziu.
Mam nadzieję, że ten artykuł będzie pomocny dla początkujących w tej dziedzinie, a może nawet dla tych, którzy już od dłuższego czasu zajmują się problematyką analizy ontologicznej. Cały główny materiał tego artykułu został przetłumaczony i zrozumiany, został zapożyczony ze standardu IDEF5, na który wcześniej się powoływałem (). Również inspirowałem się znakomitą książką autorów z NOU INTUIT ().
Źródło: habr.com
