Вступ
Ця стаття призначена для тих, хто знайомий з таким поняттям як онтологія хоча б на початковому рівні. Якщо Ви не знайомі з онтологіями, то, швидше за все, Вам не зрозуміла мета онтологій і цієї статті зокрема. Раджу ознайомитися з цим явищем, перш ніж почати читання цієї статті (можливо вистачить статті з Вікіпедії).
Отже Онтологія — це детальна характеристика предметної області, що розглядається. Така характеристика повинна бути дана якоюсь чітко сформульованою мовою. Для опису онтологій можна використовувати методологію IDEF5, яка має у своєму арсеналі 2 мови:
- Схематична мова IDEF5. Ця мова є візуальною та використовує графічні елементи.
- Текстова мова IDEF5. Ця мова представляється як структурованого тексту.
У цій статті буде розглянуто перший варіант – схематичну мову. Про текстове поговоримо у наступних статтях.
Об'єкти
У схематичній мові, як було зазначено, використовуються графічні елементи. Спочатку слід розглянути основні елементи даної мови.
Найчастіше в онтології використовуються як узагальнені сутності, так і конкретні об'єкти. Узагальнені сутності називаються видами. Зображуються вони у вигляді кола з міткою (назвою об'єкта) усередині:
Види є сукупність окремих екземплярів цього виду. Тобто такий вид, як «Автомобілі», може представляти цілу сукупність окремо взятих автомобілів.
В якості примірників такого виду можуть виступати конкретні автомобілі, чи окремі види техніки, чи окремі марки. Все залежить від контексту, предметної галузі та її рівня деталізації. Наприклад, для автомайстерні важливими будуть конкретні автомобілі як фізичні сутності. Для ведення статистики з продажу в автосалоні будуть важливі конкретні моделі і т.д.
Окремі екземпляри видів позначаються аналогічно самим видам, тільки позначаються точкою в нижній частині кола:
Також у рамках обговорення об'єктів варто згадати такі об'єкти, як процеси.
Якщо види та екземпляри — це, звані, статичні об'єкти (не змінюються у часі), то процеси є динамічними об'єктами. Це означає, що дані об'єкти існують у певний проміжок часу.
Наприклад, можна виділити такий об'єкт як процес виготовлення автомобіля (якщо мова пішла про них). Інтуїтивно зрозуміло, що даний об'єкт існує тільки під час безпосереднього виготовлення цього самого автомобіля (суворо певний проміжок часу). Варто мати на увазі, що це визначення умовне, бо такі об'єкти як автомобіль також мають свій термін служби, термін придатності, існування тощо. Однак не вдаватимемося у філософію і в рамках більшості предметних областей можна прийняти, що екземпляри, а тим більше види існують вічно.
Процеси зображуються у вигляді прямокутника з міткою (найменуванням) процесу:
Процеси використовуються у схемах переходу одних об'єктів до інших. Докладніше про це буде розказано далі.
Крім процесів, у таких схемах використовуються логічні оператори. Тут все досить просто для тих, хто знайомий з предикатами, булевою алгеброю чи програмуванням. У IDEF5 використовуються три основні логічні оператори:
- логічне І (AND);
- логічне АБО (OR);
- що виключає АБО (XOR).
У стандарті IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf — більшість інформації з цього джерела) визначено зображення логічних операторів у вигляді малих кіл (у порівнянні з видами та екземплярами) з міткою у вигляді символів. Однак у графічному середовищі IDEF5, що розробляється, ми відійшли від цього правила з багатьох причин. Одна з них – складна ідентифікація цих операторів. Тому ми використовуємо текстове позначення операторів із ідентифікаційним номером:
Мабуть, на цьому з об'єктами закінчимо.
Відносини
Між об'єктами існують відносини, які в онтології означають правила, які визначають взаємодію між об'єктами та з яких виходять нові висновки.
Зазвичай, відносини визначаються типом схеми, що у онтології. Схема - Це сукупність об'єктів онтології та відносин між ними. Розрізняють такі основні види схем:
- Схема композиції.
- Схеми класифікації.
- Схеми переходів.
- Функціональні схеми.
- Комбіновані схеми.
Також іноді виділяють такий вид схем як екзистенційні. Екзистенційною схемою називають сукупність об'єктів без стосунків. Такі схеми легко показують, що у певної предметної області існує певний набір об'єктів.
Ну а тепер по порядку про кожну з видів схем.
Схеми композиції
Цей тип схем використовується уявлення складу будь-якого об'єкта, системи, структури тощо. Типовий приклад – деталі автомобіля. У самому укрупненому складі автомобіль складається з кузова і трансмісії. У свою чергу, кузов ділиться на раму, двері та інші деталі. Таку декомпозицію можна продовжувати далі — все залежить від необхідного рівня деталізації у цій конкретній задачі. Приклад такої схеми:
Відносини композиції відображаються у вигляді стрілки з наконечником на кінці (на відміну, наприклад, від відношення класифікації, де наконечник на початку стрілки, докладніше). Такі відносини можуть бути підписані міткою як на малюнку (частина).
Схеми класифікації
Схеми класифікації покликані висловлювати визначення видів, їх підвидів та екземпляри видів. Наприклад, автомобілі можуть бути легковими та вантажними. Тобто вид «Автомобіль» має два підвиди. ВАЗ-2110 – конкретний екземпляр підвиду «Легковий автомобіль», а ГАЗ-3307 – екземпляр підвиду «Вантажний автомобіль»:
Відносини у схемах класифікації (підвид або конкретний екземпляр) мають вигляд стрілки з наконечником на початку і, як і у випадку зі схемами композиції, можуть мати мітку з найменуванням відношення.
Схеми переходів
Схеми такого типу необхідні відображення процесів переходу об'єктів з одного стану в інший під впливом деякого процесу. Наприклад, після процесу фарбування червоною фарбою чорний автомобіль стає червоним:
Відношення переходу позначається стрілкою з наконечником у кінці та з кружком у центрі. Як очевидно зі схеми, процеси ставляться до відносин, а чи не до об'єктів.
Крім звичайного переходу, представленого малюнку, існує строгий перехід. Він використовується в тих випадках, якщо перехід у цій ситуації не є очевидним, проте нам важливо його підкреслити. Наприклад, монтаж дзеркала заднього виду на автомобіль не є значною операцією, якщо розглядати процес складання автомобіля глобально. Однак у деяких випадках необхідно виділити цю операцію:
Суворий перехід позначається аналогічно звичайному переходу, крім подвійного наконечника на кінці.
Звичайний і строгий переходи можуть бути позначені як миттєві. Для цього до центрального гуртка додається трикутник. Миттєві переходи використовуються в тих випадках, коли час переходу настільки мало, що зовсім незначно в рамках предметної області, що розглядається (менше мінімально значущого відрізка часу).
Наприклад, при хоч найменшому пошкодженні автомобіля можна вважати його пошкодженим і його ціна різко падає. Однак більшість пошкоджень відбувається миттєво, на відміну від старіння та зносу:
У прикладі подано строгий перехід, проте можна використовувати і звичайний перехід як миттєвий.
Функціональні схеми
Такі схеми застосовуються для вказівки структури взаємодії між об'єктами. Наприклад, автомеханік проводить техобслуговування автомобілів, а менеджер автосервісу приймає заявки на ремонт і передає їх автослюсарю:
Функціональні відносини зображуються прямою лінією без наконечника, але іноді із зазначенням мітки, що є найменуванням відношення.
Комбіновані схеми
Комбіновані схеми є поєднанням розглянутих схем. Більшість схем у методології IDEF5 комбіновані, оскільки рідко зустрічаються онтології, що використовують тільки один вид схем.
У всіх схемах найчастіше використовуються логічні оператори. За рахунок їх використання можна реалізувати відносини між трьома, чотирма та більше об'єктами. Логічний оператор може виражати якусь загальну сутність, над якою здійснюється процес або яка бере участь в іншому відношенні. Наприклад, можна об'єднати попередні приклади одним таким чином:
У конкретному випадку в комбінованій схемі використовуються схема композиції (дзеркало + автомобіль без дзеркала = автомобіль із дзеркалом) та схема переходу (автомобіль із дзеркалом під впливом процесу фарбування червоною фарбою стає червоним автомобілем). Причому автомобіль із дзеркалом не виражається явно – натомість вказується логічний оператор І.
Висновок
У цій статті я постарався описати основні об'єкти та відносини у методології IDEF5. Як приклад я використовував предметну область, пов'язану з автомобілями, оскільки на їхньому прикладі виявилося набагато простіше будувати схеми. Однак схеми IDEF5 можуть бути використані в будь-якій іншій галузі знань.
Онтології та аналіз знань про предметну область є досить великою і трудомісткою темою. Однак у рамках IDEF5 все виявляється не так вже й складно, принаймні ази цієї тематики засвоюються досить просто. Мета ж моєї статті – залучити нову аудиторію до проблеми аналізу знань, хай і за рахунок такого примітивного інструменту IDEF5 як графічна мова.
Проблема графічної мови у цьому, що з її допомогою не можна чітко сформулювати деякі відносини (аксіоми) онтології. Для цього є текстова мова IDEF5. Однак на початковому етапі графічна мова може бути дуже корисною для формулювання початкових вимог до онтології та визначення вектора розробки більш детальної онтології текстовою мовою IDEF5 або в будь-якому іншому засобі.
Сподіваюся, дана стаття стане корисною для початківців у цій галузі, можливо навіть для тих, хто вже давно займається питанням онтологічного аналізу. Весь основний матеріал цієї статті перекладений і осмислений був запозичений із стандарту IDEF5, на який я посилався раніше (). Також надихався чудовою книжкою від авторів з НОУ ІНТУІТ ().
Джерело: habr.com