Wejście
Artykuł ten przeznaczony jest dla osób, które pojęcie ontologii znają przynajmniej na poziomie elementarnym. Jeśli nie jesteś zaznajomiony z ontologiami, najprawdopodobniej cel ontologii, a w szczególności tego artykułu, nie będzie dla ciebie jasny. Radzę zapoznać się z tym zjawiskiem zanim zaczniesz czytać ten artykuł (może wystarczy nawet artykuł z Wikipedii).
Tak Ontologia - jest to szczegółowy opis rozważanego obszaru tematycznego. Opis taki musi być podany jakimś jasno sformułowanym językiem. Do opisu ontologii można posłużyć się metodologią IDEF5, która w swoim arsenale ma 2 języki:
- Język schematyczny IDEF5. Język ten ma charakter wizualny i wykorzystuje elementy graficzne.
- Język tekstu IDEF5. Język ten jest reprezentowany jako tekst strukturalny.
W tym artykule rozważymy pierwszą opcję - język schematyczny. O tekście porozmawiamy w kolejnych artykułach.
Obiekty
W języku schematycznym, jak już wspomniano, stosowane są elementy graficzne. Na początek powinniśmy rozważyć podstawowe elementy tego języka.
Często ontologia wykorzystuje zarówno uogólnione byty, jak i konkretne obiekty. Byty uogólnione nazywane są gatunki. Są one przedstawione jako okrąg z etykietą (nazwą obiektu) w środku:
Gatunki to zbiór pojedynczych osobników danego gatunku. Oznacza to, że widok taki jak „Samochody” może reprezentować całą kolekcję pojedynczych samochodów.
W kopie Ten typ może obejmować określone samochody, określone typy sprzętu lub określone marki. Wszystko zależy od kontekstu, tematyki i poziomu jej szczegółowości. Przykładowo dla warsztatu samochodowego istotne będą konkretne samochody jako jednostki fizyczne. Aby zachować pewne statystyki dotyczące sprzedaży w salonie samochodowym, ważne będą konkretne modele itp.
Poszczególne instancje gatunków są oznaczane podobnie jak same gatunki, zaznaczone jedynie kropką na dole okręgu:
Również w ramach omawiania obiektów warto wspomnieć o takich obiektach jak procesy.
Jeśli widoki i instancje są tzw. obiektami statycznymi (niezmiennymi w czasie), to procesy są obiektami dynamicznymi. Oznacza to, że obiekty te istnieją w pewnym, ściśle określonym przedziale czasu.
Na przykład możemy wyróżnić taki przedmiot, jak proces produkcji samochodu (skoro o nich mówimy). Intuicyjnie widać, że przedmiot ten istnieje jedynie w okresie faktycznej produkcji tego właśnie samochodu (ściśle określony okres czasu). Warto pamiętać, że ta definicja jest warunkowa, ponieważ przedmioty takie jak samochód również mają swój okres użytkowania, trwałość, istnienie itp. Nie wchodźmy jednak w filozofię i w ramach większości dziedzin tematycznych możemy przyjąć, że przypadki, a tym bardziej gatunki, istnieją wiecznie.
Procesy są przedstawiane jako prostokąt z etykietą (nazwą) procesu:
Procesy są stosowane w schematach przejścia jednego obiektu do drugiego. Zostanie to omówione bardziej szczegółowo poniżej.
Oprócz procesów takie schematy wykorzystują operatory logiczne. Wszystko tutaj jest dość proste dla tych, którzy znają predykaty, algebrę Boole'a lub programowanie. IDEF5 wykorzystuje trzy podstawowe operatory logiczne:
- logiczne AND (AND);
- logiczne LUB (LUB);
- wyłączne OR (XOR).
Standard IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf - większość informacji z tego źródła) definiuje obraz operatorów logicznych w postaci małych okręgów (w porównaniu z widokami i instancjami) z etykietą w formę symboli. Jednakże w rozwijanym przez nas środowisku graficznym IDEF5 odeszliśmy od tej zasady z wielu powodów. Jednym z nich jest trudna identyfikacja tych operatorów. Dlatego stosujemy zapis tekstowy operatorów z numerem identyfikacyjnym:
Być może na tym zakończymy już z obiektami.
Kontakty
Istnieją relacje między obiektami, co w ontologii oznacza reguły określające interakcję między obiektami i z których wyprowadzane są nowe wnioski.
Zazwyczaj relacje są określane na podstawie rodzaju schematu użytego w ontologii. Schemat jest zbiorem obiektów ontologicznych i relacji między nimi. Istnieją następujące główne typy schematów:
- Schematy kompozycji.
- Schematy klasyfikacyjne.
- Diagramy przejść.
- Schematy funkcjonalne.
- Połączone schematy.
Czasami istnieje taki rodzaj schematu jak egzystencjalny. Schemat egzystencjalny to zbiór obiektów pozbawionych relacji. Takie diagramy pokazują po prostu, że w pewnym obszarze tematycznym znajduje się pewien zbiór obiektów.
Cóż, teraz w kolejności o każdym typie schematu.
Schematy kompozycji
Ten typ diagramu służy do przedstawienia składu obiektu, systemu, struktury itp. Typowym przykładem są części samochodowe. W najbardziej powiększonej formie samochód składa się z nadwozia i skrzyni biegów. Z kolei korpus jest podzielony na ramę, drzwi i inne części. Rozkład ten można kontynuować dalej – wszystko zależy od wymaganego poziomu szczegółowości w tym konkretnym zadaniu. Przykład takiego schematu:
Relacje kompozycji są wyświetlane w postaci strzałki zakończonej grotem (w przeciwieństwie do np. relacji klasyfikacyjnej, gdzie grot strzałki znajduje się na początku strzałki, więcej szczegółów poniżej). Takie relacje można oznaczyć etykietą jak na rysunku (część).
Schematy klasyfikacyjne
Schematy klasyfikacyjne mają na celu wyrażenie definicji gatunków, ich podgatunków i przypadków gatunków. Na przykład samochody mogą być samochodami osobowymi i ciężarówkami. Oznacza to, że widok „Samochód” zawiera dwa widoki podrzędne. VAZ-2110 to specyficzny egzemplarz podtypu „Samochód osobowy”, a GAZ-3307 to egzemplarz podtypu „Ciężarówka”:
Powiązania w schematach klasyfikacyjnych (podgatunek lub konkretny egzemplarz) mają postać strzałki z końcówką na początku i podobnie jak w przypadku schematów kompozycji mogą posiadać etykietę z nazwą pokrewieństwa.
Schematy przejściowe
Schematy tego typu są niezbędne do pokazania procesów przejścia obiektów z jednego stanu do drugiego pod wpływem określonego procesu. Przykładowo po pomalowaniu czerwoną farbą czarny samochód staje się czerwony:
Relacja przejścia jest oznaczona strzałką z główką na końcu i okręgiem pośrodku. Jak widać na diagramie, procesy odnoszą się do relacji, a nie obiektów.
Oprócz zwykłego przejścia pokazanego na rysunku istnieje przejście ścisłe. Stosuje się go w przypadkach, gdy przejście w danej sytuacji nie jest oczywiste, ale ważne jest dla nas, aby to podkreślić. Przykładowo montaż lusterka wstecznego w samochodzie nie jest operacją znaczącą, jeśli spojrzymy na proces montażu samochodu globalnie. Jednak w niektórych przypadkach konieczne jest oddzielenie tej operacji:
Przejście ścisłe oznacza się podobnie jak przejście zwykłe, z wyjątkiem podwójnej tulejki na końcu.
Przejścia normalne i ścisłe można również oznaczyć jako natychmiastowe. Aby to zrobić, do środkowego koła dodaje się trójkąt. Przejścia natychmiastowe stosuje się w przypadkach, gdy czas przejścia jest na tyle krótki, że jest całkowicie nieistotny w rozpatrywanym obszarze tematycznym (mniej niż minimalny znaczący okres czasu).
Przykładowo, jeśli samochód ulegnie choćby najmniejszemu uszkodzeniu, można go uznać za uszkodzony i jego cena drastycznie spada. Jednak większość uszkodzeń następuje natychmiast, w przeciwieństwie do starzenia i zużycia:
Przykład pokazuje przejście ścisłe, ale możesz także użyć zwykłego przejścia jako przejścia natychmiastowego.
Schematy funkcjonalne
Diagramy takie służą do wskazania struktury interakcji pomiędzy obiektami. Na przykład mechanik samochodowy wykonuje konserwację pojazdu, a kierownik serwisu samochodowego przyjmuje zlecenia naprawy i przekazuje je mechanikowi samochodowemu:
Relacje funkcjonalne są przedstawiane jako linia prosta bez końcówki, ale czasami z etykietą, która jest nazwą relacji.
Połączone schematy
Schematy łączone są kombinacją wcześniej omówionych schematów. Większość schematów w metodologii IDEF5 jest połączona, ponieważ ontologie wykorzystujące tylko jeden typ schematu są rzadkie.
Wszystkie projekty często używają operatorów logicznych. Za ich pomocą możliwa jest realizacja relacji pomiędzy trzema, czterema lub większą liczbą obiektów. Operator logiczny może wyrazić jakiś ogólny byt, nad którym realizowany jest proces lub który uczestniczy w jakiejś innej relacji. Na przykład możesz połączyć poprzednie przykłady w jeden w następujący sposób:
W konkretnym przypadku schemat łączony wykorzystuje schemat kompozycji (lustro + samochód bez lusterka = samochód z lusterkiem) i schemat przejściowy (samochód z lusterkiem staje się samochodem czerwonym pod wpływem procesu czerwonego malowania). Co więcej, samochód z lusterkiem nie jest wyrażony wprost - zamiast tego wskazany jest operator logiczny AND.
wniosek
W artykule tym starałem się opisać główne obiekty i zależności występujące w metodologii IDEF5. Jako przykład posłużyłem się dziedziną motoryzacyjną, ponieważ na ich przykładzie znacznie łatwiej było zbudować diagramy. Jednakże schematy IDEF5 mogą być stosowane w dowolnej innej dziedzinie wiedzy.
Ontologie i analiza wiedzy dziedzinowej to temat dość obszerny i czasochłonny. Jednak w ramach IDEF5 wszystko okazuje się nie takie trudne, przynajmniej podstaw tego tematu można się nauczyć po prostu. Celem mojego artykułu jest przyciągnięcie nowej publiczności do problematyki analizy wiedzy, aczkolwiek za pośrednictwem tak prymitywnego narzędzia IDEF5, jakim jest język graficzny.
Problem języka graficznego polega na tym, że za jego pomocą nie można jednoznacznie sformułować niektórych relacji (aksjomatów) ontologii. Istnieje do tego język tekstowy IDEF5. Jednakże na początkowym etapie język graficzny może być bardzo przydatny do formułowania wstępnych wymagań ontologii i definiowania wektora do opracowania bardziej szczegółowej ontologii w języku tekstowym IDEF5 lub w dowolnym innym narzędziu.
Mam nadzieję, że artykuł ten będzie przydatny dla początkujących w tej dziedzinie, a może nawet dla tych, którzy od dawna zajmują się problematyką analizy ontologicznej. Cały główny materiał zawarty w tym artykule został przetłumaczony i zinterpretowany na podstawie standardu IDEF5, o którym wspomniałem wcześniej (). Zainspirowała mnie także cudowna książka autorów z NOU INTUIT ().
Źródło: www.habr.com