Komponenty ontologie - Ontology components
Současné ontologie mají mnoho strukturálních podobností bez ohledu na jazyk, ve kterém jsou vyjádřeny. Většina ontologií popisuje jednotlivce (instance), třídy (koncepty), atributy a vztahy.
Přehled
Mezi běžné součásti ontologií patří:
- Jednotlivci
- instance nebo objekty (základní nebo „přízemní“ objekty).
- Třídy
- sady , kolekce, koncepty, typy objektů nebo druhy věcí.
- Atributy
- aspekty, vlastnosti, vlastnosti, charakteristiky nebo parametry, které objekty (a třídy) mohou mít.
- Vztahy
- způsoby, jakými mohou být třídy a jednotlivci navzájem příbuzní.
- Funkční termíny
- složité struktury vytvořené z určitých vztahů, které lze použít místo jednotlivého výrazu v příkazu.
- Omezení
- formálně uvedené popisy toho, co musí být pravdivé, aby bylo nějaké tvrzení přijato jako vstup.
- Pravidla
- výroky ve formě věty if-then (antecedent-dôsledná), které popisují logické závěry, které lze vyvodit z tvrzení v konkrétní formě.
- Axiomy
- tvrzení (včetně pravidel) v logické formě, která společně obsahují celkovou teorii, kterou ontologie popisuje ve své oblasti aplikace. Tato definice se liší od definice „axiomů“ v generativní gramatice a formální logice. V těchto disciplínách zahrnují axiomy pouze prohlášení uplatňovaná jako apriorní znalost. Jak je zde použito, „axiomy“ také zahrnují teorii odvozenou z axiomatických tvrzení.
- Události
- změna atributů nebo vztahů.
Ontologie jsou běžně kódovány pomocí ontologických jazyků .
Jednotlivci
Jednotlivci (instance) jsou základními „přízemními“ složkami ontologie. Jedinci v ontologii mohou zahrnovat konkrétní předměty, jako jsou lidé, zvířata, stoly, automobily, molekuly a planety, a také abstraktní jedince, jako jsou čísla a slova (ačkoli existují názorové rozdíly, zda čísla a slova jsou třídy nebo Jednotlivci). Přesně řečeno, ontologie nemusí zahrnovat žádné jednotlivce, ale jedním z obecných účelů ontologie je poskytnout způsob klasifikace jednotlivců, i když tito jedinci nejsou výslovně součástí ontologie.
Ve formálních extenzionálních ontologiích jsou za jednotlivce považovány pouze výroky slov a čísel - čísla a jména jsou třídy. V 4D ontologii je jedinec identifikován podle svého časoprostorového rozsahu. Příklady formálních extenzionálních ontologií jsou BORO , ISO 15926 a model ve vývoji IDEAS Group .
Třídy
Třídy - koncepty, kterým se také říká typ , řazení , kategorie a druh - lze definovat jako rozšíření nebo intenzitu. Podle extenzivní definice jsou to abstraktní skupiny, množiny nebo kolekce objektů. Podle intenzivní definice jsou to abstraktní objekty, které jsou definovány hodnotami aspektů, které jsou omezeními pro členství ve třídě. První definice třídy má za následek ontologie, ve kterých je třída podtřídou kolekce. Druhá definice třídy má za následek ontologie, ve kterých se kolekce a třídy zásadně liší. Třídy mohou klasifikovat jednotlivce, jiné třídy nebo kombinaci obou. Několik příkladů tříd:
- Osoba , třída všech lidí nebo abstraktní předmět, který lze popsat kritérii pro to, aby byla osobou.
- Vehicle , the class of all vehicles, or the abstract object that can be described by the criteria for being an vehicle.
- Auto , třída všech aut nebo abstraktní předmět, který lze popsat kritérii pro to, aby byl autem.
- Třída představující třídu všech tříd nebo abstraktní objekt, který lze popsat kritérii pro to, aby byla třídou.
- Věc , představující třídu všech věcí, nebo abstraktní objekt, který lze popsat kritérii pro to, aby byla věcí (a ne ničím).
Ontologie se liší v tom, zda třídy mohou obsahovat jiné třídy, zda může třída patřit sama sobě, zda existuje univerzální třída (tj. Třída obsahující vše) atd. Někdy jsou v tomto smyslu provedena omezení, aby se předešlo určitým problémům. známé paradoxy .
Třídy ontologie mohou mít extenzionální nebo intenzivní povahu. Třída je extenzivní právě tehdy, je -li charakterizována pouze jejím členstvím. Přesněji řečeno, třída C je extenzivní právě tehdy, pokud pro jakoukoli třídu C ', pokud C' má přesně stejné členy jako C, pak jsou C a C 'identické. Pokud třída tuto podmínku nesplňuje, je intenzivní. Přestože jsou extenzionální třídy více vychované a dobře pochopené matematicky i méně problémově filozoficky, nedovolují jemnozrnné rozlišení, které ontologie často potřebují. Ontologie může například chtít rozlišovat mezi třídou všech tvorů s ledvinou a třídou všech tvorů se srdcem, i když tyto třídy mají shodně stejné členy. Ve většině horních ontologií jsou třídy definovány záměrně. Záměrně definované třídy obvykle mají nezbytné podmínky spojené s členstvím v každé třídě. Některé třídy mohou mít také dostatečné podmínky a v těchto případech kombinace nezbytných a dostatečných podmínek činí z této třídy plně definovanou třídu.
Důležité je, že třída může být subsumována nebo zahrnuta do jiných tříd; třída subsumovaná jiným se nazývá podtřída (nebo podtyp ) třídy subsuming (nebo supertyp ). Například Vehicle subsumes Car , protože (nutně) cokoli, co je členem druhé třídy, je členem první. Relace subsumption se používá k vytvoření hierarchie tříd, obvykle s maximálně obecnou třídou jako Anything nahoře a velmi specifickými třídami, jako je 2002 Ford Explorer ve spodní části. Kriticky důležitým důsledkem subsumačního vztahu je dědičnost vlastností z rodičovské (subsumující) třídy na podřízenou (subsumovanou) třídu. Cokoli, co nutně platí o rodičovské třídě, také nutně platí o všech jejích zahrnutých podřízených třídách. V některých ontologiích smí třída mít pouze jednoho rodiče ( jedna dědičnost ), ale ve většině ontologií mohou třídy mít libovolný počet rodičů ( vícenásobná dědičnost ) a v druhém případě se dědí všechny potřebné vlastnosti každého rodiče zařazenou třídou dětí. Konkrétní třída zvířat ( HouseCat ) tedy může být dítětem třídy Cat a také dítětem třídy Pet .
Oddíl je sada souvisejících tříd a souvisejících pravidel, která umožňují klasifikaci objektů podle příslušné podtřídy. Pravidla odpovídají hodnotám aspektů, které odlišují podtřídy od nadtříd. Napravo je například částečný diagram ontologie, která má rozdělení třídy Car do tříd Car 2-Wheel Drive Car a 4-Wheel Drive Car . Pravidlo oddíl (nebo pravidlo subsumpční), určuje, zda je konkrétní auto klasifikovány jízdy autem 2 kol , nebo 4-auto pohonu kola třídy.
Pokud pravidla rozdělení pravidla zaručují, že jedno auto nemůže být v obou třídách, pak se tento oddíl nazývá disjunktní oddíl. Pokud pravidla oddílu zajišťují, že každý konkrétní objekt v nadtřídě je instancí alespoň jedné z tříd oddílů, pak se oddíl nazývá vyčerpávající oddíl.
Atributy
Objekty v ontologii lze popsat jejich vztahem k jiným věcem, obvykle aspektům nebo částem . Těmto souvisejícím věcem se často říká atributy , i když to mohou být nezávislé věci. Každý atribut může být třída nebo jednotlivec. Druh předmětu a druh atributu určují druh vztahu mezi nimi. Vztah mezi objektem a atributem vyjadřuje skutečnost, která je specifická pro objekt, ke kterému se vztahuje. Například Ford Explorer objekt má vlastnosti, jako jsou:
- Asjmenuje se⟩ Ford Explorer
- „Jako součást definice“ 6stupňová převodovka
- ⟨Jako definice jako součást⟩ dveří (s minimální a maximální mohutností: 4)
- „Podle definice jako první část“ {4,0L motor, 4,6L motor}
Hodnota atributu může být komplexní datový typ ; v tomto případě může být související motor pouze jedním ze seznamu podtypů motorů, nikoli pouze jednou věcí.
Ontologie jsou skutečnými ontologiemi, pouze pokud koncepty souvisejí s jinými koncepty (koncepty mají atributy). Pokud tomu tak není, pak byste měli buď taxonomii (pokud mezi pojmy existují vztahy s hyponymem ), nebo kontrolovanou slovní zásobu . Jsou užitečné, ale nejsou považovány za skutečné ontologie.
Vztahy
Vztahy (také známé jako vztahy) mezi objekty v ontologii určují, jak jsou objekty související s jinými objekty. Vztah je obvykle určitého typu (nebo třídy), který určuje, v jakém smyslu je objekt příbuzný s druhým objektem v ontologii. Například v ontologii, která obsahuje koncept Ford Explorer a koncept Ford Bronco, může být příbuzný vztahem typu ⟨je definován jako nástupce⟩. Úplné vyjádření této skutečnosti se pak stává:
- Ford Explorer je definován jako nástupce : Ford Bronco
To nám říká, že Explorer je model, který nahradil Bronco. Tento příklad také ukazuje, že vztah má směr výrazu. Inverzní výraz vyjadřuje stejnou skutečnost, ale s obrácenou frází v přirozeném jazyce.
Velká část síly ontologií pochází ze schopnosti popsat vztahy. Sada vztahů společně popisuje sémantiku domény. Soubor použitých typů vztahů (třídy vztahů) a jejich subsumpční hierarchie popisuje výrazovou sílu jazyka, ve kterém je ontologie vyjádřena.
Důležitým typem vztahu je vztah subsumpce ( is-a- superclass -of , the converse of is-a , is-a-subtype-of or is-a- subclass -of ). To definuje, které objekty jsou klasifikovány podle které třídy. Například jsme již viděli, že třída Ford Explorer je podtřídou vozu s pohonem všech kol, což je zase podtřída automobilu.
Přidání vztahů podtřídy vytváří taxonomii ; stromová struktura (nebo obecněji částečně uspořádaná množina ), která jasně ukazuje, jak k sobě objekty souvisejí. V takové struktuře je každý objekt „podřízeným“ „nadřazené třídy“ (některé jazyky omezují vztah is-a-subclass-of na jednoho rodiče pro všechny uzly, ale mnohé nikoli).
Dalším běžným typem vztahů je vztah pouhé teologie , zapsaný jako součást , který představuje, jak se objekty spojují a vytvářejí složené objekty. Pokud bychom například naši ukázkovou ontologii rozšířili o koncepty jako volant, řekli bychom, že „volant je podle definice součástí průzkumníka Ford“, protože volant je vždy jednou ze součástí průzkumníka Ford. Pokud do naší ontologie zavedeme vztahy meronymie, hierarchie, která se objeví, již nebude moci být udržována v jednoduché stromové struktuře, protože nyní se členové mohou objevovat pod více než jedním rodičem nebo větví. Místo toho je tato nová struktura, která se objevuje, známá jako směrovaný acyklický graf .
Kromě standardu jsou vztahy podtřídy a podle definice součástí části a ontologie často obsahují další typy vztahů, které dále upřesňují sémantiku, kterou modelují. Ontologie mohou rozlišovat mezi různými kategoriemi typů vztahů. Například:
- typy relací pro vztahy mezi třídami
- typy vztahů pro vztahy mezi jednotlivci
- typy vztahů pro vztahy mezi jednotlivcem a třídou
- typy relací pro vztahy mezi jediným objektem a kolekcí
- typy relací pro vztahy mezi kolekcemi
Typy relací jsou někdy specifické pro doménu a poté se používají k ukládání konkrétních druhů faktů nebo k zodpovězení konkrétních typů otázek. Pokud jsou definice typů vztahů zahrnuty v ontologii, pak ontologie definuje svůj vlastní definiční jazyk ontologie. Příkladem ontologie, která definuje vlastní typy relací a rozlišuje různé kategorie typů relací, je Gellishova ontologie.
Například v oblasti automobilů, bychom mohli potřebovat vyrobený-in typ vztahu, který nám říká, kde je každý vůz stavěný. Ford Explorer je tedy vyroben v Louisville . Ontologie může také vědět, že Louisville se nachází v Kentucky a Kentucky je klasifikováno jako stát a je součástí amerického softwaru používajícího tuto ontologii by nyní mohlo odpovědět na otázku typu „která auta jsou vyráběna v NÁS?"