Современные онтологии имеют много структурных сходств, независимо от языка, на котором они выражены. Большинство онтологий описывают индивидов (экземпляры), классы (концепции), атрибуты и отношения.
Обзор
Общие компоненты онтологий включают:
- Физическим лицам
- экземпляры или объекты (базовые или «наземные» объекты)
- Классы
- наборы , коллекции, концепции, типы объектов или виды вещей. [1]
- Атрибуты
- аспекты, свойства, особенности, характеристики или параметры, которые могут иметь объекты (и классы) [2]
- связи
- способы, которыми классы и отдельные лица могут быть связаны друг с другом [3]
- Функциональные термины
- сложные структуры, образованные из определенных отношений, которые могут использоваться вместо отдельного термина в утверждении
- Ограничения
- формально сформулированные описания того, что должно быть правдой, чтобы какое-либо утверждение было принято в качестве входных данных
- Правила
- утверждения в форме предложения если-то (антецедент-консеквент), которые описывают логические выводы, которые могут быть сделаны из утверждения в определенной форме
- Аксиомы
- утверждения (включая правила) в логической форме, которые вместе составляют общую теорию, которую онтология описывает в своей области применения. [4] Это определение отличается от «аксиом» в порождающей грамматике и формальной логике. В этих дисциплинах аксиомы включают только утверждения, утвержденные как априорное знание. Используемые здесь «аксиомы» также включают теорию, выведенную из аксиоматических утверждений. [ необходима цитата ]
- События
- изменение атрибутов или отношений
Онтологии обычно кодируются с использованием языков онтологий .
Физическим лицам
Индивиды (экземпляры) - это базовые компоненты онтологии «на уровне земли». Индивидуумы в онтологии могут включать в себя конкретные объекты, такие как люди, животные, столы, автомобили, молекулы и планеты, а также абстрактные индивидуумы, такие как числа и слова (хотя существуют различия во мнениях относительно того, являются ли числа и слова классами или лиц). Строго говоря, онтология не обязательно должна включать в себя каких-либо индивидов, но одна из общих целей онтологии - предоставить средства классификации индивидов, даже если эти индивиды явно не являются частью онтологии.
В формальных экстенсиональных онтологиях индивидами считаются только произнесение слов и чисел - числа и имена сами по себе являются классами. В онтологии 4D человек идентифицируется по его пространственно-временной протяженности. Примерами формальных экстенсиональных онтологий являются BORO , ISO 15926 и модель, разрабатываемая IDEAS Group .
Классы
Классы - понятия, которые также называются типом , сортом , категорией и видом - могут быть определены как расширение или интенсификация. Согласно экстенсиональному определению, это абстрактные группы, множества или коллекции объектов. Согласно интенсиональному определению, они являются абстрактными объектами, которые определяются значениями аспектов, которые являются ограничениями для принадлежности к классу. Первое определение класса приводит к онтологиям, в которых класс является подклассом коллекции. Второе определение класса приводит к онтологиям, в которых коллекции и классы отличаются более фундаментально. Классы могут классифицировать отдельных лиц, другие классы или их комбинацию. Некоторые примеры классов: [5]
- Человек , класс всех людей или абстрактный объект, который можно описать критериями личности.
- Автомобиль , класс всех транспортных средств или абстрактный объект, который можно описать критериями нахождения транспортного средства.
- Автомобиль , класс всех автомобилей или абстрактный объект, который можно описать критериями нахождения автомобиля.
- Класс , представляющий класс всех классов, или абстрактный объект, который можно описать критериями нахождения класса.
- Вещь , представляющая класс всех вещей, или абстрактный объект, который можно описать критериями того, чтобы быть вещью (а не ничем).
Онтологии различаются в зависимости от того, могут ли классы содержать другие классы, может ли класс принадлежать самому себе, существует ли универсальный класс (то есть класс, содержащий все) и т.д. известные парадоксы .
Классы онтологии могут быть экстенсиональными или интенсиональными по своей природе. Класс экстенсионален тогда и только тогда, когда он характеризуется исключительно своим членством. Точнее, класс C является экстенсиональным тогда и только тогда, когда для любого класса C ', если C' имеет точно такие же члены, как C, то C и C 'идентичны. Если класс не удовлетворяет этому условию, то он интенсионален. Хотя экстенсиональные классы более корректны и хорошо понимаются математически, а также менее проблематичны с философской точки зрения, они не допускают тонких различий, которые часто необходимы онтологиям. Например, онтология может захотеть провести различие между классом всех существ с почкой и классом всех существ с сердцем, даже если эти классы имеют точно такие же члены. В большинстве онтологий верхнего уровня классы определены интенсионально. У определенных классов обычно есть необходимые условия, связанные с членством в каждом классе. Некоторые классы также могут иметь достаточные условия, и в этих случаях сочетание необходимых и достаточных условий делает этот класс полностью определенным .
Важно отметить, что класс может относиться к другим классам или относиться к ним; класс, подчиненный другому, называется подклассом (или подтипом ) подчиненного класса (или супертипа ). Например, Vehicle включает в себя Car , поскольку (обязательно) все, что является членом последнего класса, является членом первого. Отношение подчинения используется для создания иерархии классов, обычно с максимально общим классом, например Anything наверху, и очень специфическими классами, такими как 2002 Ford Explorer, внизу. Критически важным следствием отношения подчинения является наследование свойств от родительского (подчиненного) класса дочернему (подчиненному) классу. Таким образом, все, что обязательно верно для родительского класса, также обязательно верно для всех его подчиненных дочерних классов. В некоторых онтологиях классу разрешено иметь только одного родителя ( одиночное наследование ), но в большинстве онтологий классам разрешено иметь любое количество родителей ( множественное наследование ), и в последнем случае наследуются все необходимые свойства каждого родителя. подчиненным дочерним классом. Таким образом, определенный класс животных ( HouseCat ) может быть потомком класса Cat, а также потомком класса Pet .
Раздел - это набор связанных классов и связанных правил, которые позволяют классифицировать объекты по соответствующему подклассу. Правила соответствуют значениям аспектов, которые отличают подклассы от суперклассов. Например, справа находится частичная диаграмма онтологии, в которой класс Car разделен на классы 2-Wheel Drive Car и 4-Wheel Drive Car . Правило разделения (или правило подчинения) определяет, относится ли конкретный автомобиль к классу автомобилей с приводом на 2 колеса или класса автомобилей с полным приводом .
Если правило (а) разделения гарантирует, что один Car не может быть в обоих классах, то раздел называется непересекающимся разделом. Если правила разделения гарантируют, что каждый конкретный объект в суперклассе является экземпляром хотя бы одного из классов разделения, то раздел называется исчерпывающим разделом.
Атрибуты
Объекты в онтологии можно описать, связав их с другими вещами, обычно аспектами или частями . Эти связанные вещи часто называют атрибутами , хотя они могут быть независимыми. Каждый атрибут может быть классом или отдельным лицом. Тип объекта и вид атрибута определяют вид отношений между ними. Отношение между объектом и атрибутом выражает факт, характерный для объекта, с которым он связан. Например, объект Ford Explorer имеет такие атрибуты, как:
- Имеет название Ford Explorer
- Как по определению как часть⟩ 6-ступенчатая коробка передач
- «Как по определению как часть» двери (с минимальной и максимальной мощностью: 4)
- По определению как часть первой {двигатель 4,0 л, двигатель 4,6 л}
Значение атрибута может быть сложным типом данных ; в этом примере связанный движок может быть только одним из списка подтипов движков, а не одним элементом.
Онтологии являются истинными онтологиями только в том случае, если концепции связаны с другими концепциями (у концептов есть атрибуты). Если это не так, тогда у вас будет либо таксономия (если между концепциями существуют гипонимные отношения), либо контролируемый словарь . Они полезны, но не считаются истинными онтологиями.
Отношения
Отношения (также известные как отношения) между объектами в онтологии определяют, как объекты связаны с другими объектами. Обычно отношение имеет определенный тип (или класс), который определяет, в каком смысле объект связан с другим объектом в онтологии. Например, в онтологии, содержащей концепт Ford Explorer, и концепт Ford Bronco могут быть связаны отношением типа «определяется как преемник». Полное выражение этого факта становится таким:
- Ford Explorer определен как преемник : Ford Bronco
Это говорит нам о том, что Explorer - это модель, пришедшая на смену Bronco. Этот пример также показывает, что отношение имеет направление выражения. Обратное выражение выражает тот же факт, но с обратной фразой на естественном языке.
Большая часть силы онтологий заключается в способности описывать отношения. Вместе набор отношений описывает семантику домена. Набор используемых типов отношений (классов отношений) и их иерархия подчинения описывают выразительную силу языка, на котором выражена онтология.
Важным типом связи является категоризация соотношение ( это-а- суперкласс -of , обратное это-а , это-подтип-в или вне-а- подкласс -of ). Это определяет, какие объекты классифицируются по какому классу. Например, мы уже видели, что класс Ford Explorer является подклассом автомобилей с полным приводом, который, в свою очередь, является подклассом автомобилей.
Добавление отношений is-a-subclass-of создает таксономию ; древовидная структура (или, в более общем смысле, частично упорядоченный набор ), которая ясно показывает, как объекты связаны друг с другом. В такой структуре каждый объект является «дочерним» по отношению к «родительскому классу» (некоторые языки ограничивают связь «является подклассом» одним родителем для всех узлов, но многие этого не делают).
Другим распространенным типом отношений является отношение мереологии , написанное как часть , которое представляет, как объекты объединяются, чтобы сформировать составные объекты. Например, если мы расширим нашу примерную онтологию, включив в нее такие концепции, как «Рулевое колесо», мы бы сказали, что «Рулевое колесо по определению является частью Ford Explorer», поскольку рулевое колесо всегда является одним из компонентов. Ford Explorer. Если мы введем меронимические отношения в нашу онтологию, возникающая иерархия больше не сможет удерживаться в простой древовидной структуре, так как теперь члены могут находиться под более чем одним родителем или ветвью. Вместо этого возникает новая структура, известная как ориентированный ациклический граф .
Помимо стандартных отношений «является подклассом» и «является по определению частью отношения», онтологии часто включают дополнительные типы отношений, которые дополнительно уточняют семантику, которую они моделируют. Онтологии могут различать разные категории типов отношений. Например:
- типы отношений для отношений между классами
- типы отношений для отношений между людьми
- типы отношений для отношений между индивидом и классом
- типы отношений для отношений между отдельным объектом и коллекцией
- типы отношений для отношений между коллекциями
Типы отношений иногда зависят от предметной области и затем используются для хранения определенных видов фактов или для ответа на определенные типы вопросов. Если определения типов отношений включены в онтологию, то онтология определяет свой собственный язык определения онтологии. Примером онтологии, которая определяет свои собственные типы отношений и различает различные категории типов отношений, является онтология Gellish .
Например, в области автомобилей нам может потребоваться отношение типа made-in, которое сообщает нам, где построен каждый автомобиль. Итак, Ford Explorer сделан в Луисвилле . Онтология также может знать, что Луисвилл расположен в Кентукки, а Кентукки классифицируется как штат и является частью США. Программное обеспечение, использующее эту онтологию, теперь может ответить на вопрос типа «какие автомобили производятся в НАС?"
Заметки
- ^ См. Класс (теория множеств) , Класс (информатика) и Класс (философия) , каждый из которых уместен, но не идентичен понятию «класс» здесь.
- ^ Taniar, Дэвид (28 февраля 2006). Веб-семантика и онтология . Idea Group Inc (IGI). ISBN 978-1-59140-907-6.
- ^ Асунсьон Гомес-Перес; Мариано Фернандес-Лопес; Оскар Корчо (18 апреля 2006 г.). Онтологическая инженерия: с примерами из областей управления знаниями, электронной коммерции и семантической сети. Первое издание . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-85233-840-4.
- ^ Морин Доннелли; Джанкарло Гуиззарди (2012). Формальная онтология в информационных системах: материалы седьмой международной конференции (FOIS 2012) . IOS Press. ISBN 978-1-61499-083-3.
- ^ Обратите внимание, что имена, данные классам, упомянутым здесь, полностью условны.