Формальное представление метаинформации для некоторых подходов к согласованию онтологий

1. Формальное представление метаинформации для некоторых подходов к согласованию онтологий Николай А. Скворцов Институт проблем информатики РАН nskv@ipi.ac.ru http://synthesis.ipi.ac.ru/ RCDL 2009, Петрозаводск

2. План доклада • О задаче согласования онтологий • Контекст исследования • Используемая модель спецификации онтологий • Описание предлагаемых подходов • Подходы к спецификации онтологий и их согласованию • Способы спецификации онтологий, предлагаемые для данных подходов • Выводы

3. Согласование онтологий • Согласование неоднородных онтологий может иметь целью получение разных результатов • Слияние двух онтологий в одну • Интеграция одной онтологии в другую, обычно меньшей онтологию в большую в качестве её части • Отображение одной онтологии в другую • Все эти задачи включают построение отображений понятий • Соответствия определённых видов • Фунции отображения • Существует тенденция сведения разрабатываемых методов и средств согласования онтологий к подходам, используемым для отображения схем баз данных • Лингвистический (по именам и вербальным определениям) • Структурный (по атрибутам, их ограничениям, положению в иерархии понятия/подпонятия)

4. Контекст исследования • Имён и структурных спецификаций недостаточно для качественного семантического согласования понятий • Н. А. Скворцов. Вопросы согласования онтологических моделей и онтологических контекстов. Симпозиум «Онтологическое моделирование», М: ИПИ РАН, 2008 • Обоснованы дополнительные подходы к спецификации онтологических понятий и к согласованию онтологий с использованием этих спецификаций • Н. А. Скворцов. Специфика подходов к отображению онтологий. «Знания и Онтологии *ELSEWHERE* – 2009», ICCS’09, Москва, 2009 • Цель настоящего исследования – разработка формальных способов спецификации онтологий для исследуемых подходов • Метаонтологии • Фундаментальные виды метасвойств понятий • Экземпляры и примеры моделей реального мира

5. Используемая модель спецификаций понятий • Отображение понятий должно происходить в одной канонической модели, к которой приведены исходные онтологические модели • Объектная модель языка СИНТЕЗ • Основывается на фреймах (имя, слоты, значения, метафреймы, метаслоты, метазначения) • Объекты (фреймы, являющиеся экземплярами типа) • Абстрактные типы данных (интенсиональные спецификации) • Классы (множества однотипных объектов) • Иерархия типов на основании отношения тип/подтип • Метауровни спецификаций на основании отношения классификации (объект--> класс--> метакласс--> метаметакласс...) • Формальное отношение уточнения спецификаций типов • Онтологии специфицируются средствами объектной модели • Понятия – абстрактные типы данных • Формальное отображения понятий на основе уточения

6. Пример спецификации понятий { Star; in: type; luminosityClass: LuminosityClass; metaslot inverse: LuminosityClass.ofStar end }, { LuminosityClass; in: type; ofStar: Star }, { MainSequenceStar; in: type; supertype: Star; luminosityInv: {in: invariant; { predicative; { all m/MainSequenceStar (m.luminosityClass = MainSequence) }}}}; Класс экземпляров понятия: { luminosityClass; in: class; instance_type: LuminosityClass; } Экземпляр: { MainSequence; in: frame, luminosityClass}

7. Метаонтологии • Имеет смысл описывать понятия онтологий дополнительно в терминах некоторой общей метаонтологии, более абстрактной • Обобщённая метамодель онтологических моделей • Категории разновидностей понятий в данной предметной области • Модель нефункциональных требований (например, качество) • Произвольная модель для ассоциативного описания понятий • Понятия онтологий становятся экземплярами понятий метаонтологии (или экземпляром выражения в терминах понятий метаонтологии) • То есть, описывается смысл понятий с точки зрения метаонтологии • Понятия онтологий, соответствующие понятию метаонтологии, попадают в один класс • Можно одновременно использовать несколько метаонтологий, исследующих разные аспекты понятий онтологий • При формальном отображении онтологий отображаемое понятие должно быть в одном классе метаонтологии (или его подклассе) с соответствющим понятием целевой онтологии

8. Пример спецификации с использованием метаонтологии Понятие метаонтологии: { MeasurementParameter; in: type; } ... { measurementParameter; in: metatype; instance_type: MeasurementParameter; } Понятие онтологии: { LuminosityClass; in: type, measurementParameter; ofStar: Star; } … { luminosityClass; in: class; instance_type: LuminosityClass; }

9. Метасвойства понятий • Онтология Н. Гуарино определяет метасвойства, присущие любым онтологическим описаниям • Существенное, неотъемлемое, несущее идентификацию, зависимое, объединяющее части по признаку • Метасвойства имеют взаимные ограничения у связанных понятий • Например, если свойство неотъемлемое, то поглощаемое свойство также неотъемлемо • Комбинации значений метасвойств определяют категории понятий и виды отношений между ними • Сущность, род, вид, роль, атрибут, разновидности отношения часть/целое • Формально метасвойства определяются средствами логики второго порядка • Взаимные ограничения метасвойств полезно использовать для верификации отображения понятий разных онтологий

10. Пример спецификации с использованием метасвойств Тип для представления метасвойств: { Metaproperties; in: type; essence: boolean; rigidity: {enum; enumlist: {‘rigid’, ‘non-rigid’, ‘anti-rigid’}}; identity: {enum; enumlist: {‘own’, ‘identical’, ‘non-identical’}}; dependency: boolean; unity: boolean;} { metaproperties; in: class; instance_type: Metaproperties; } Понятие онтологии: { Star; metaframe in: metaproperties; essence: true; rigidity: ‘rigid’; identity: ‘own’; dependency: false; unity: true; end in: concept; luminosityClass: LuminosityClass; }

11. Экземпляры и примеры моделей • Анализ экстенсионалов понятий важен при согласовании онтологий • Экземпяры понятий • Сущности реального мира • Подпонятия (подмножества экземпляров) • Примеры моделей реального мира • Данные, хорошо классифицированные посредством данных онтологий • Верификация отображения понятий с использованием экземпляров может быть реализована формально • Существование хотя бы одного экземпляра, не принадлежащего одновременно отображаемому и целевому понятиям, заставляет усомниться в корректности связи понятий • Эквивалентные полные экстенсионалы означают, что одно понятие является эквивалентным другому { Sirius; in: frame, star; }

12. Заключение • Подходы реализуемы на формальном уровне • Требуют затрат на спецификацию, однако несут более точную семантику и при определении понятий и их согласовании • Трансляционный подход • Теоретико-модельный подход • Денотационный подход • Позволяют построить взаимодействие экспертов, представляющих конкретные онтологии • Принятие решений только в области своей компетенции • Именно эти подходы эксперты интуитивно используют при ведении очных дискуссии по согласованию онтологий • Рассмотрение понятий с точки зрения разных областей знания • Объяснение семантики понятий на аналогиях • Принадлежность к одним и тем же категориям понятий и связей • Применение примеров моделей и экземпляров из реального мира

13. Спасибо! Формальное представление метаинформации для некоторых подходов к согласованию онтологий Николай А. Скворцов Институт проблем информатики РАН nskv@ipi.ac.ru http://synthesis.ipi.ac.ru/ RCDL 2009, Петрозаводск