Metodik IDEF5. Grafiskt språk

Inledning

Denna artikel är avsedd för dem som har en grundläggande förståelse för begreppet ontologi. Om du inte är bekant med ontologier, kommer syftet med ontologier och denna artikel i synnerhet troligen att vara oklart för dig. Jag rekommenderar att du bekantar dig med detta fenomen innan du börjar läsa denna artikel (en artikel från Wikipedia kan räcka).

Så Ontologi är en detaljerad beskrivning av ett visst ämnesområde. En sådan beskrivning ska ges på ett tydligt formulerat språk. För att beskriva ontologier kan metodologin IDEF5 användas, som har två språk i sitt arsenal:

• IDEF5 schemat språket. Detta språk är visuellt och använder grafiska element.
• IDEF5 textspråket. Detta språk presenteras i form av strukturerad text.

I denna artikel kommer vi att granska det första alternativet — det schematiska språket. Textspråket kommer vi att diskutera i kommande artiklar.

Objekt

I det schematiska språket, som redan nämnts, används grafiska element. Först bör vi titta på de grundläggande elementen i detta språk.

Ofta används både generella entiteter och specifika objekt i ontologier. Generella entiteter kallas arter. De representeras i form av en cirkel med en etikett (namnet på objektet) inuti:

Arter representerar en uppsättning av individuella exemplar av den arten. Således kan en art som "Bilar" representera en hel uppsättning av specifika bilar.
Som exemplar av en sådan art kan konkreta bilar, specifika typer av fordon eller särskilda märken förekomma. Allt beror på kontexten, ämnesområdet och dess detaljeringsnivå. Till exempel är det viktigt för en bilverkstad att hantera specifika bilar som fysiska entiteter. För att föra viss statistik över försäljningen i en bilsalong är konkreta modeller viktiga osv.

Individuella exemplar av arter markeras på liknande sätt som själva arterna, men de markeras med en punkt i den nedre delen av cirkeln:

Inom ramen för diskussionen om objekt bör sådana objekt som processer.

Om typer och instanser är så kallade statiska objekt (som inte förändras över tid), så är processer dynamiska objekt. Det betyder att dessa objekt existerar under en strikt definierad tidsperiod.

Till exempel kan man lyfta fram ett objekt som processen att tillverka en bil (eftersom vi nu pratar om dem). Det är intuitivt förståeligt att detta objekt endast existerar under själva tillverkningen av bilen (en strikt definierad tidsperiod). Det är värt att notera att denna definition är villkorlig, eftersom sådana objekt som bilar också har en livslängd, hållbarhet, existens och liknande. Men låt oss inte fördjupa oss i filosofin; inom de flesta ämnesområden kan man anta att instanser, och inte minst typer, existerar för alltid.

Processer visas i form av en rektangel med en etikett (namn) på processen:

Processer används i scheman för att övergå från en objekt till en annan. Mer om detta kommer att diskuteras senare.

Förutom processer används i sådana scheman logiska operatorer. Här är allt ganska enkelt för dem som är bekanta med predikat, boolesk algebra eller programmering. I IDEF5 används tre grundläggande logiska operatorer:

• logiskt OCH (AND);
• logiskt ELLER (OR);
• exklusivt ELLER (XOR).

I standarden IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf - merparten av informationen kommer från denna källa) definieras logiska operatorer som små cirklar (jämfört med typer och instanser) med etikett i form av symboler. Men i den utvecklade grafiska miljön för IDEF5 har vi avvikit från denna regel av många skäl. Ett av dem är den komplicerade identifieringen av dessa operatorer. Därför använder vi textbaserade beteckningar för operatorerna med ett identifieringsnummer:

Vi avslutar nog på detta med objekten.

Relationer

Det finns relationer mellan objekt som i ontologin betyder regler som definierar interaktionen mellan objekt och av vilka nya slutsatser kan dras.

Vanligtvis definieras relationer av typen av schema som används i ontologin. Diagram — det är en uppsättning av ontologins objekt och relationer mellan dem. Man skiljer mellan följande grundläggande typer av scheman:

1. Kompositionsscheman.
2. Klassificeringsscheman.
3. Övergångsscheman.
4. Funktionella scheman.
5. Kombinerade scheman.

Ibland särskiljer man också en typ av scheman som existentiella. En existentiell schema kännetecknas av en samling av objekt utan relationer. Dessa scheman visar helt enkelt att det finns en uppsättning objekt inom ett visst ämnesområde.

Och nu, i tur och ordning, om varje typ av schema.

Kompositionsscheman

Denna typ av schema används för att representera sammansättningen av ett objekt, system, struktur etc. Ett typiskt exempel är delarna av en bil. I sin mest övergripande sammansättning består en bil av kaross och transmission. Å sin sida delas karossen upp i ram, dörrar och andra delar. En sådan dekomposition kan fortsätta, beroende på den nödvändiga detaljnivån för den specifika uppgiften. Ett exempel på ett sådant schema:

Kompositionsrelationer visas i form av en pil med spetsen i slutet (till skillnad från till exempel klassificeringsrelationer, där spetsen är i början av pilen, mer om det senare). Dessa relationer kan också märkas med en etikett, precis som på bilden (del).

Klassificeringsscheman

Klassificeringsscheman syftar till att uttrycka definitionerna av arter, deras underarter och exemplar av arterna. Till exempel kan bilar vara personbilar och lastbilar. Det vill säga att arten "Bil" har två underarter. VAZ-2110 är ett specifikt exempel på underarten "Personbil", medan GAZ-3307 är ett exempel på underarten "Lastbil":

Relationerna i klassificeringsscheman (underart eller specifikt exempel) representeras av en pil med spetsen i början och, precis som i fallet med kompositionsscheman, kan de ha en etikett med namnet på relationen.

Övergångsscheman

Denna typ av schema är nödvändig för att visa processerna för övergång av objekt från ett tillstånd till ett annat under påverkan av en viss process. Till exempel, efter färgningen med röd färg blir den svarta bilen röd:

Övergångsrelationen markeras med en pil med spetsen i slutet och en cirkel i mitten. Som kan ses från schemat, hänför sig processerna till relationerna, inte till objekten.

Förutom den vanliga övergången som visas på bilden finns det en strikt övergång. Den används i de fall där övergången i den aktuella situationen inte är uppenbar, men vi behöver betona den. Till exempel är installationen av backspeglar på en bil inte en betydande operation när man betraktar bilens monteringsprocess i stort. Men i vissa fall är det nödvändigt att lyfta fram denna operation:

Den strikta övergången anges på samma sätt som den vanliga övergången, med undantag för en dubbel spets i slutet.

Vanliga och strikta övergångar kan också märkas som omedelbara. För detta läggs en triangel till i den centrala cirkeln. Omedelbara övergångar används i de fall där övergångstiden är så kort att den är obetydlig inom det aktuella området (mindre än den minimalt signifikanta tidsperioden).
Till exempel, vid även den minsta skadan på en bil kan den anses vara skadad och dess värde sjunker kraftigt. Men de flesta skador sker omedelbart, till skillnad från åldrande och slitage:

I exemplet presenteras en strikt övergång, men man kan också använda en vanlig övergång som omedelbar.

Funktionsscheman

Sådana scheman används för att ange strukturen för interaktionen mellan objekt. Till exempel utför en bilmekaniker underhåll på bilar, medan en bilverkstadschef tar emot reparationserbjudanden och vidarebefordrar dem till bilmekanikern:

Funktionsrelationer avbildas med en rak linje utan spets, men ibland med en etikett som indikerar relationens namn.

Kombinationsscheman

Kombinationsscheman är en kombination av de scheman som tidigare diskuterats. De flesta scheman i IDEF5-metodologin är kombinationsscheman, eftersom det sällan finns ontologier som använder bara en typ av schema.

I alla scheman används ofta logiska operatorer. Genom att använda dem kan man realisera relationer mellan tre, fyra eller fler objekt. Den logiska operatorn kan uttrycka en gemensam enhet, över vilkenprocessen genomförs eller som deltar i en annan relation. Till exempel kan de tidigare exemplen sammanföras på följande sätt:

I det specifika fallet används en kombinerad modell där kompositionsschemat (spegel + bil utan spegel = bil med spegel) och transitionschemat (bil med spegel som påverkas av målning med röd färg blir en röd bil) tillämpas. Observera att bilen med spegel inte uttrycks explicit — istället anges den logiska operatorn OCH.

Slutsats

I den här artikeln har jag försökt beskriva de grundläggande objekten och relationerna inom IDEF5-metodologin. Som exempel har jag använt ett ämnesområde relaterat till bilar, eftersom det var betydligt enklare att bygga scheman med dem. Men IDEF5-scheman kan användas inom vilket annat kunskapsområde som helst.

Ontologier och analys av kunskap inom ämnesområdet är ett ganska omfattande och tidskrävande ämne. Men inom ramen för IDEF5 visar sig allt faktiskt inte vara så komplicerat, åtminstone kan grunderna av detta ämne förstås relativt enkelt. Syftet med min artikel är att locka en ny publik till problematiken med kunskapsanalys, även om det sker med hjälp av det primitiva verktyget IDEF5 i form av ett grafiskt språk.

Problemet med det grafiska språket är att vissa relationer (axiom) i ontologin inte kan formuleras tillräckligt tydligt med det. För detta finns det ett textbaserat språk inom IDEF5. Dock kan det grafiska språket vara mycket användbart i det inledande skedet för att formulera grundläggande krav på ontologin och definiera riktningen för att utveckla en mer detaljerad ontologi på det textbaserade språket IDEF5 eller i något annat verktyg.

Jag hoppas att denna artikel blir användbar för nybörjare inom detta område, kanske även för dem som redan har arbetat med ontologisk analys under en längre tid. Huvudmaterialet i denna artikel har översatts och tolkats från IDEF5-standarden, som jag refererade till tidigare (jag upprepar). Jag blev också inspirerad av den fantastiska boken från författarna på NOU INTUIT (länk till deras bok).

Källa: habr.com