Introdução
Este artigo destina-se àqueles que estão familiarizados com o conceito de ontologia, mesmo que em um nível básico. Se você não está familiarizado com ontologias, é provável que não compreenda o objetivo das ontologias e deste artigo em particular. Recomendo que se familiarize com este fenômeno antes de começar a leitura deste artigo (talvez um artigo da Wikipédia seja suficiente).
Então Ontologia é uma descrição detalhada de uma determinada área temática em análise. Tal descrição deve ser dada em alguma linguagem claramente formulada. Para descrever ontologias, pode-se usar a metodologia IDEF5, que possui em seu arsenal 2 linguagens:
- Linguagem gráfica IDEF5. Esta linguagem é visual e utiliza elementos gráficos.
- Linguagem textual IDEF5. Esta linguagem é apresentada na forma de texto estruturado.
Neste artigo, será abordada a primeira opção — a linguagem gráfica. A textual será discutida em artigos futuros.
Objetos
Na linguagem gráfica, como já mencionado, são utilizados elementos gráficos. Para começar, é importante considerar os elementos principais desta linguagem.
Frequentemente, em ontologias, são usadas tanto entidades gerais quanto objetos concretos. As entidades gerais são chamadas de tipos. Elas são representadas na forma de um círculo com um rótulo (nome do objeto) dentro:
Os tipos representam um conjunto de instâncias individuais desse tipo. Ou seja, um tipo como "Automóveis" pode representar toda uma coleção de carros distintos.
Como instâncias desse tipo podem incluir carros específicos, ou tipos distintos de máquinas, ou marcas separadas. Tudo depende do contexto, da área temática e do nível de detalhamento. Por exemplo, para uma oficina mecânica, carros concretos como entidades físicas serão importantes. Para a realização de estatísticas sobre vendas em uma concessionária, modelos específicos serão relevantes, etc.
Instâncias individuais dos tipos são designadas de maneira semelhante aos próprios tipos, mas são marcadas por um ponto na parte inferior do círculo:
Além disso, ao discutir objetos, vale mencionar objetos como processos.
Se os tipos e instâncias são objetos estáticos (que não mudam ao longo do tempo), os processos são objetos dinâmicos. Isso significa que esses objetos existem em um intervalo de tempo estritamente definido.
Por exemplo, podemos destacar um objeto como o processo de fabricação de um carro (já que estamos falando sobre eles). É intuitivamente claro que esse objeto existe apenas durante a própria fabricação do carro (um intervalo de tempo estritamente definido). Vale lembrar que essa definição é condicional, uma vez que objetos como um carro também têm sua vida útil, prazo de validade, existência, etc. No entanto, não vamos nos aprofundar na filosofia, e dentro da maioria das áreas de conhecimento, podemos aceitar que as instâncias, e ainda mais os tipos, existem eternamente.
Os processos são representados na forma de um retângulo com uma etiqueta (nome) do processo:
Os processos são utilizados em diagramas de transição de um objeto para outro. Mais detalhes sobre isso serão discutidos a seguir.
Além dos processos, esses diagramas utilizam operadores lógicos. Aqui tudo é bastante simples para aqueles que estão familiarizados com predicados, álgebra booleana ou programação. No IDEF5, são utilizados três operadores lógicos principais:
- E (AND);
- ou (OR);
- exclusivo ou (XOR).
No padrão IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf — a maior parte das informações desta fonte), a representação dos operadores lógicos é feita na forma de pequenos círculos (em comparação com tipos e instâncias) com uma etiqueta em forma de símbolos. No entanto, no ambiente gráfico em desenvolvimento do IDEF5, nos afastamos dessa regra por várias razões. Uma delas é a difícil identificação desses operadores. Por isso, usamos a notação textual dos operadores com um número identificador:
Provavelmente, vamos encerrar aqui com os objetos.
Relacionamentos
Entre os objetos existem relações, que na ontologia significam regras que definem a interação entre os objetos e das quais resultam novas conclusões.
Geralmente, as relações são definidas pelo tipo de diagrama utilizado na ontologia. Esquema — é o conjunto de objetos da ontologia e as relações entre eles. Existem os seguintes tipos principais de diagramas:
- Diagramas de composição.
- Diagramas de classificação.
- Diagramas de transição.
- Diagramas funcionais.
- Esquemas combinados.
Além disso, às vezes é destacado um tipo de esquema como existenciais. Um esquema existencial é a totalidade de objetos sem relações. Esses esquemas simplesmente mostram que, em uma determinada área temática, existe um conjunto de objetos.
Agora, vamos falar sobre cada um dos tipos de esquemas.
Esquemas de composição
Esse tipo de esquema é usado para representar a composição de um objeto, sistema, estrutura, etc. Um exemplo típico é as partes de um carro. Em sua forma mais simplificada, um carro consiste em um chassi e uma transmissão. Por sua vez, o chassi é dividido em quadro, portas e outras partes. Essa decomposição pode continuar conforme o nível de detalhamento necessário para aquela tarefa específica. Exemplo desse esquema:
As relações de composição são representadas por uma seta com a ponta na extremidade (diferentemente, por exemplo, da relação de classificação, onde a ponta está no início da seta, que será detalhada a seguir). Essas relações podem ser rotuladas com uma legenda, como na figura (parte).
Esquemas de classificação
Os esquemas de classificação têm a finalidade de expressar a definição de tipos, seus subtipos e instâncias de tipos. Por exemplo, os automóveis podem ser de passageiros e comerciais. Ou seja, o tipo "Automóvel" possui dois subtipos. O VAZ-2110 é uma instância concreta do subtipo "Automóvel de Passageiros", enquanto o GAZ-3307 é uma instância do subtipo "Automóvel Comercial":
As relações em esquemas de classificação (subtipo ou instância concreta) têm a forma de uma seta com a ponta no início e, assim como no caso dos esquemas de composição, podem ter uma etiqueta com o nome da relação.
Esquemas de transição
Esquemas desse tipo são necessários para representar os processos de transição de objetos de um estado para outro sob a influência de um determinado processo. Por exemplo, após o processo de pintura com tinta vermelha, um carro preto se torna vermelho:
A relação de transição é representada por uma seta com a ponta na extremidade e um círculo no centro. Como pode ser visto no esquema, os processos estão relacionados a relações, e não a objetos.
Além da transição comum apresentada na figura, existe a transição estrita. Ela é utilizada em casos em que a transição não é óbvia, mas é importante destacá-la. Por exemplo, a instalação do retrovisor em um carro não é uma operação significativa se considerarmos o processo de montagem do carro de forma global. No entanto, em alguns casos, é necessário destacar essa operação:
A transição estrita é marcada da mesma forma que a transição comum, exceto pelo duplo indicador na extremidade.
As transições comum e estrita também podem ser marcadas como instantâneas. Para isso, um triângulo é adicionado ao círculo central. Transições instantâneas são utilizadas nos casos em que o tempo de transição é tão curto que é completamente insignificante no contexto considerado (menos do que um intervalo de tempo minimamente significativo).
Por exemplo, ao menor dano a um carro, pode-se considerar que ele está danificado e seu preço cai drasticamente. No entanto, a maioria dos danos ocorre instantaneamente, ao contrário do envelhecimento e desgaste:
No exemplo é apresentada uma transição estrita, mas pode-se também usar a transição comum como instantânea.
Esquemas funcionais
Esses esquemas são usados para indicar a estrutura de interação entre os objetos. Por exemplo, o mecânico realiza a manutenção dos carros, enquanto o gerente da oficina recebe as solicitações de reparo e as repassa ao mecânico:
As relações funcionais são representadas por uma linha reta sem indicador, mas às vezes com uma marcação que é o nome da relação.
Esquemas combinados
Esquemas combinados são uma combinação dos esquemas vistos anteriormente. A maioria dos esquemas na metodologia IDEF5 são combinados, pois raramente existem ontologias que utilizem apenas um tipo de esquema.
Em todos os esquemas, geralmente são utilizados operadores lógicos. Com o uso deles, é possível implementar relações entre três, quatro ou mais objetos. Um operador lógico pode expressar uma entidade comum sobre a qual um processo é realizado ou que participa de outra relação. Por exemplo, os exemplos anteriores podem ser combinados em um único esquema da seguinte forma:
No caso específico, em um esquema combinado, são utilizados o esquema de composição (espelho + carro sem espelho = carro com espelho) e o esquema de transição (carro com espelho sob a influência do processo de pintura vermelha se torna um carro vermelho). Além disso, o carro com espelho não é expresso de forma explícita — em vez disso, é indicado um operador lógico E.
Conclusão
Neste artigo, tentei descrever os principais objetos e relações da metodologia IDEF5. Como exemplo, utilizei a área de conhecimento relacionada a automóveis, pois ficou muito mais fácil construir esquemas com base neles. No entanto, os esquemas IDEF5 podem ser utilizados em qualquer outra área do conhecimento.
Ontologias e análise de conhecimento em uma área temática são assuntos bastante abrangentes e trabalhosos. Contudo, no âmbito do IDEF5, tudo se mostra não tão complicado assim; pelo menos os fundamentos desse tema são compreendidos com relativa facilidade. O objetivo deste artigo é atrair uma nova audiência para a questão da análise de conhecimento, mesmo que seja por meio de uma ferramenta tão primitiva do IDEF5 como a linguagem gráfica.
O problema da linguagem gráfica é que, por meio dela, não é possível formular suficientemente claramente algumas relações (axiomas) da ontologia. Para isso, existe a linguagem textual IDEF5. Porém, em uma fase inicial, a linguagem gráfica pode ser muito útil para formular requisitos iniciais para a ontologia e determinar a direção do desenvolvimento de uma ontologia mais detalhada em linguagem textual IDEF5 ou em qualquer outro meio.
Espero que este artigo seja útil para iniciantes nesta área, talvez até mesmo para aqueles que já lidam há muito tempo com a questão da análise ontológica. Todo o material principal deste artigo foi traduzido e interpretado a partir do padrão IDEF5, ao qual me referi anteriormente (). Também me inspirei no maravilhoso livro dos autores da NOU INTUIT ().
Fonte: habr.com
