МПЗиО_7_17_РазработкаОнтологии (Лекции)

ПРЕДСТАВЛЕНИЕЗНАНИЙ:РАЗРАБОТКАОНТОЛОГИИСОДЕРЖАНИЕ1.2.3.Разработка онтологии ифреймовая модельБазовые принципы и шаги разработкиОпределение классов и атрибутов4.Проблемы концептуализации: Подкласс или свойство?5.Анализ построенной иерархии6.Соглашения об именовании концептов7.Домашнее задание2РАЗРАБОТКА ОНТОЛОГИЙРассматриваем онтологии, основанные насистемах представления декларативных знанийФреймовая модель – самая гибкая их существующихмоделей ПЗ (декларативно-процедурная модель)Фреймовая модель применялась для онтологий: начальная версия CYC онтологии на базе Protégé-Frames (1999 -2000 гг.)PROTÉGÉ – свободно распространяемый редакторонтологий и фреймворк для построения БЗ,поддерживает два способа моделирования:Protégé-Frames и Protégé-OWLВ настоящий момент для разработки онтологий –в основном применяется версия Protégé-OWLМетодология разработки онтологиидля декларативных фреймовых систем3ОНТОЛОГИИ НА ОСНОВЕФРЕЙМОВОЙ МОДЕЛИСистема PROTÉGÉ 3.5Основные компоненты онтологии: Классы, или понятия/концепты (фреймы-прототипы)– сущности с набором одинаковых свойств) Экземпляры классов (фреймы-экземпляры) Слоты – атрибуты/свойства классов и экземпляров Отношения – связи классов и экземпляров:Класс-Подкласс, Класс-Экземпляр,Слот (значение)-Класс/Экземпляр Ограничения на значения слотов, в том числепроцедурные(процедуры,присоединенные к классам ~ роль аксиом)База знаний: Онтология + экземпляры классов4БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫРАЗРАБОТКИ ОНТОЛОГИИНе существует единственно правильного способамоделирования предметной области (модели ПО) –возможны альтернативные вариантыОнтология строится исходя из цели – предполагаемогоприложения, а также ожидаемых расширений, иногда:от требований по совместимости с другими моделямиРазработка онтологии – итеративный процесс, прикотором происходит оценка и уточнение компонентовПонятия в онтологии должны быть близки к объектам,понятиям и отношениям в ПО, т.е.

так или иначеотражать реальный мирВажно: Наглядность, расширяемость, простота онтологии5ШАГИ РАЗРАБОТКИ ОНТОЛОГИИ1. Определение области и масштаба онтологии2. Выявление важных терминов онтологии3. Определение классов, их связей, иерархии(концептуализация, детализация) Нисходящая разработка (от самых общих понятий) Восходящая разработка (от самых конкретных) Комбинированная разработка: сочетаниенисходящего и восходящего подходов4. Выявление свойств/атрибутов классов5. Уточнение аспектов значений атрибутов6. Создание экземпляров классовШаги 3 и 4 – самые важные, тесно переплетены6РАЗРАБОТКА: ШАГИ 1 и 21. Определение области и масштаба онтологии,т.е.

степени охвата ПО, уровня детализации,необходимого для приложения. Основные вопросы:Какую область будет охватывать онтология?Для каких целей будет она использоваться?На какие типы вопросов должна давать ответы БЗ?Онтология не должна содержать всевозможную инф-июо ПО: не нужно конкретизировать или обобщатьбольше, чем необходимо для приложения2. Выявление важных терминов онтологииСбор глоссария (словаря ПО): термины + определенияОчень часто эти термины – существительные (объекты)или глаголы (отношения объектов) в текстах ПО7ШАГ 3: ОПРЕДЕЛЕНИЕ КЛАССОВВыявление классов, их иерархических связей Критерий: Если класс А – надкласс класса В, токаждый экземпляр В также является экземпляром АТранзитивность иерархических отношений:Если В – это подкласс А, а С – подкласс В, то С – подкласс АСыр – Мягкий_Сыр – ТильзитерВозможная ошибка: включение в иерархию вариантаодного и того же понятия как в единственном, так и вомножественном числе, сделав первое подклассом второго:Сыры – Сыр (способ избежать: всегда делатьимена классов – или в единств., или во множеств.

числе)Важно различать класс и его имя: Классы представляютпонятия ПО, а не слова, которые обозначают эти понятияСинонимы – всего лишь разные имена понятия:Твердый_Сыр = Выдержанный_Сыр8ШАГ 4: ВЫЯВЛЕНИЕ АТРИБУТОВОписание внутренней структуры классов/понятий:Сыр: Название, Жирность, Состав, Производитель Слоты/атрибуты/свойства классов – вероятнее всеговозникают из терминов глоссария (из оставшихся) Представляют самые значимые свойства класса Все подклассы класса наследуют слоты класса Возможно множественное наследование Допускается значение слота по умолчанию(отлично от значения слота) Возможны обратные слоты (обратные отношения):значение слота – ссылка на другой класс, и в этом классеесть слот, ссылающийся на класс исходного слота:Производитель (Завод) – Производит (Сыр)по сути, дублирование информации9ТИПЫ СЛОТОВ-АТРИБУТОВНесколько типов свойств /атрибутов объектов:«внутренние» свойства, такие как Вкус Сыра«внешние» свойства, такие какНазвание Сыра, Производительчасти, если экземпляры классов имеют структурумогут быть физическими (части машины)абстрактными (блюда, входящие в обед)связи экземпляров (индивидных концептов):отношения между конкретными членами классов:Сыр – Производитель – Завод10ШАГ 5: УТОЧНЕНИЕ АТРИБУТОВОпределение различных аспектов значениякаждого слота-атрибута: Ограничение на значение: Тип значения: числовой, строковый, логический,нумерованный (=перечислимый, Symbol) Ссылка на экземпляр другого класса Мощность (кардинальность) значения: единичная,множественная (максимальная и минимальная) Значение по умолчанию (Default) Процедуры, присоединённые к слоту Диапазон (область) слота-атрибута:классы, к которым слот присоединен(свойство которых описывает)11ДИАПАЗОН СЛОТАОсновные правила определения области слота: Слот должен быть определен у самого общегокласса, у которого может быть данное свойство(т.е.

делается как можно более общим);тогда диапазон слота – этот класс и все его подклассы Необходимо гарантировать, что каждый класс, к которомуслот присоединяется, на самом деле имеет это свойство:экземпляры всех классов в диапазоне значений слотадолжны быть потенциальными заполнителями слота Если список классов из диапазона слота включает класси его подкласс, следует удалить подкласс Если список классов, определяющих диапазон значенийслота, включает все подклассы класса А, но не включаетсам класс А, то в диапазон значений должен входитьтолько класс А, а не его подклассы12КАТЕГОРИЗАЦИЯ:ВВЕДЕНИЕ ПОДКЛАССАПринципы введения новых классовОбычно подклассы: имеют дополнительные свойства, которых нету надкласса (чаще: внутренние свойства), или же имеют ограничения, отличные от тех, которыеесть у надкласса, или же состоят в других отношениях, нежели надклассы На практике к вводимому подклассу нужно– добавить новые слоты– и/или определить новые значения слотов– и/или переопределить некоторые аспектызначений унаследованных слотов Однако не следует создавать подклассы классадля каждого дополнительного свойства/ограничения13КОНЦЕПТУАЛИЗАЦИЯ: НОВЫЙКЛАСС Vs ЗНАЧЕНИЕ СВОЙСТВА?Одно из самых сложных решений: определить,когда ввести новый класс, а когда сформулироватьразличие с помощью разных значений слотов/свойств:Студент : бакалавриат, магистратура, специалитетОтвет зависит от цели/масштаба онтологии: Введение многих классов ведет к иерархии с очень большойстепенью вложенности, с ненужными классами Введение многих свойств ведет к «плоской иерархии»,где очень мало классов, но с большим количеством слотовНовый класс создается, если Понятия с разными значениями атрибута-слота становятсяограничениями для различных слотов в других классах В данной ПО разграничение важно и различаемые объектысчитаются разными типами объектовВ ином случае различие представляется в значении слота14ШАГ 6: СОЗДАНИЕ ЭКЗЕМПЛЯРОВЭкземпляры классов – индивидные концепты,для их определения требуется:1.

Выбрать класс2. Создать отдельный экземпляр этого класса3. Ввести значения слотовВажный вопрос: Экземпляр или Класс? Сыр_Тильзитер Это зависит от потенциальных приложений онтологиии нужной глубины детализации Глубина детализации также определяется приложением Отдельные экземпляры – самые конкретные понятия в БЗ Если понятия формируют естественную иерархию, тоследует представить их как классы Возможность абстрактных классов:У абстрактного класса не может быть прямых экземпляровКорневой абстрактный класс Thing15АНАЛИЗ ДЕРЕВА ИЕРАРХИИ«Эстетический» анализ иерархического дерева:глубина ветвей, соотношение с шириной,симметричностьЛогический и концептуальный анализ – основаДочерние вершины в дереве иерархии – классы,являющиеся непосредственными подклассамиодного и того же класса Все дочерние вершины должны сответствоватьодному принципу категоризации,неверно: Твердый_Сыр и Козий_Сыр Все дочерние вершины должны располагаться наодном уровне обобщения, т.е.

быть однопорядковымипонятиями,неверно: Твердый_Сыр и Тильзитер16АНАЛИЗ УЗЛОВ ОДНОГО УРОВНЯИЕРАРХИЧЕСКОГО ДЕРЕВАКоличество дочерних вершин? Если класс имеет только один прямой подкласс,то, возможно, онтология неполная Если у класса более 7-9 подклассов, то,возможно, необходимы дополнительныепромежуточные категорииОднако если нет способа естественной группировкиклассов, то не надо создавать искусственные классы(т.к. онтология – отражение реального мира)Нередко дочерние вершины – дизъюнктивные(непересекающиеся) подклассы17ПРАВИЛА ПРИСВАИВАНИЯ ИМЕНОпределение единых правил именованияпонятий в онтологии, их строгое соблюдение:– делает онтологию более простой для понимания– помогает избежать некоторых ошибок приразработке онтологииПравила зависят от ряда факторов: Имеет ли система ПЗ одно и то же пространствоимен классов, слотов и экземпляров? Различает ли система регистр букв? Какие разделители разрешаются в именах?PROTÉGÉ 3.5: единое пространство имен для всехфреймов, различается регистр букв,т.е.