Ontológie

Seminár UI, Bratislava, 19. 11. 2012

Ontológie

Ivana BudinskáÚstav informatiky SAV


Osnova Motivácia História (filozofia) Ontológie a počítačové vedy Proces vytvárania ontológii (ontology

engineering) - Metodológie Jazyky a nástroje Ontológie a sémantický web Príklady


MotiváciaHomonymá (lexikálne, gramatické,

fonetické), napr.: sestrička, kohútik, kobylka, súd

Synonymá

Človek interpretujeStroj nie


Myslenie Ako sa volá Popoluškin kôň?Elementy myslenia: pojmy, predstavy, súdy a úsudkyPojmy (vrátane mien), udalosti, vône, vzťahy medzi nimiPamäť – je psychický proces odrazu minulého správania a

prežívania vo vedomí človekaMyslenie – schopnosť využívať koncepty a zovšeobecňovať

špecifiká – napr. vlastnosti, vzory, ktoré sú vlastné určitým konkrétnym prvkom alebo udalostiam. Vytváranie logických záverov na základe pozorovaní – robenie

hypotéz a ich overovanie, riešenie problémovDruhy myslenia: Konkrétne, abstratné, (synkretické)Konkrétne - chápanie vzťahov medzi predmetmi, ktoré sú

dané vo vnemovom poli mysliacehoAbstraktné – vzťahy, ktoré nie sú bezprostredne dané


Ontológie – usudzovanie Súd je pochopenie vzťahu medzi pojmami Úsudok vyjadruje vzťah medzi dvoma

alebo viacerými súdmi. Súdy, z ktorých vychádzame, sa nazývajú premisy, vyvodený súd je záver

Definovanie pojmov a vzťahov medzi nimi – ontológia

Myslenie umelých agentov – ontológia zabezpečuje konzitentnosť pre výmenu infromácií medzi agentami


Historické a filozofické pozadie Pytagorovci – skúmanie abstraktného súcna (z gréčtiny:

on=súcno) Platón – sémantiky, predikcia Aristoteles – definícia vedy being qua being Kant –odmietol možnosť vytvorenia všeobecnej ontológie Bolzano a Brentano (jeho žiak Twardovski) – nový zmysel

pojmu ontológia – filozofický základ pre budovanie umelých systémov, ktoré sú schopné porozumieť ľudskej reči

Webster: špeciálna teória o podstate bytia alebo druhoch existencie Odvetvie metafyziky – príroda a vzťahy medzi bytosťami

Čo je bytie, bytosť a aké sú vlastnosti spoločné pre všetky bytosti


Teória ontológie viaceré typy objektov (konkrétne a abstraktné, reálne

a nereálne, závislé a nezávislé) a viaceré typy vzťahov (relácie, závislosti, predikcie).

Tri základné typy ontológií: formálne ontológie – venujú sa štúdiu objektov z hľadiska

ich bytia. Na tejto úrovni kombinuje formálne a neformálne metódy klasickej ontológie s modernými matematickými metódami formálnej logiky. Formálna ontológia je veda, ktorá študuje formy, stavy a typy bytia.

deskriptívne (popisné) ontológie – zhromažďuje informácie o skupine objektov, ktoré môžu byť navzájom závislé, ale aj nezávislé.

formalizované ontológie – pokúšajú sa vytvoriť formálnu kodifikáciu výsledkov získaných na úrovni deskriptívnych ontológií.

Raul Corazzon: Theory and History of Ontology, www.ontology.co, (prístupné v januári 2011)


Ontológie, slovníky, taxonómie Slovník - zoznam výrazov, pričom každý výraz v slovníku

má jedinečnú a neredundantnú definíciu Taxonómia - skupina riadených slovníkových výrazov, ktoré

sú usporiadané hierarchicky. Každý výraz v taxonómii je aspoň v jednom vzťahu typu rodič-dieťa k inému výrazu/výrazom v taxonómii. Ak výrazy v taxonómii sú spojené aj inými asociatívnymi vzťahmi, vytvárame tesaurus.

Ontológia v oblasti umelej inteligencie a modelovania znalostí predstavuje nástroj s bohatým jazykom založeným na formálnej logike, ktorý slúži na špecifikáciu významu daných výrazov.

http://infogrid.org/wiki/Reference/PidcockArticle


Príklady taxonómie


OntológiaTeória, ktorá nám umožňuje modelovať časť

reality tak, že definuje ktoré koncepty spolu s ich sémantickým kontextom sú nevyhnutné pre reprezentáciu znalostí v danom kontexte.

[Gruber, 1993] [Guarino & Giaretta, 1995] [Bachimont, 2000]


Ontológiu tvoria: Classes/Triedy (koncepty z príslušnej domény) Properties/Vlastnosti (relácie, vzťahy medzi

konceptami) Instances/Inštancie (konkrétne príklady

konceptov) Axiomy (obmedzenia jednotlivých prvkov v

ontológii)


Class

Axiom

Property

Instance


Príklad – ontológia pre vyhľadávanie pracovných ponúk

Ontológia užívateľa generická (OWL)

definuje všeobecné charakteristiky užívateľa Doménovo špecifická (OWL)

definuje vlastnosti vzťahujúce sa na doménu pracovných ponúk

Doménová ontológia

http://nazou.fiit.stuba.sk/home/?page=ontologies




Doménová ontológia Ontológia lokalít

definuje základné geografické entity ako krajiny, štáty, mestá, ulice, menu a jazyk

Clasifikačná ontológia definuje triedy a hierarchie pracovných pozícií, skúseností, schopností (skills), atď .

Ontológia ponúkDefinuje generickú ponuku a jej zdroj

Ontológia pracovných ponúk definuje doménovo špecifické koncepty – požiadavky, skúsenosti, vzdelanie, pracovný čas, plat, atď.

Ontológia konkrétnych pracovných ponúk – manuálne vytváraná anotovaním reálnych pracovných ponúk


Príklad Región - štát http://nazou.fiit.stuba.sk/home/?page=ont

ologies <rdf:Description rdf:about="#HU"> <rdf:type rdf:resource="#Country"/> <isPartOf rdf:resource="#European_Union"/> <rdfs:label xml:lang="en">Hungary</rdfs:label> <isPartOf rdf:resource="#Europe_Central"/> </rdf:Description>


Príklad – ontológia pracovnej ponuky http://nazou.fiit.stuba.sk/home/?page=ontologies

<owl:Class rdf:ID="jtJobShare"> <rdfs:subClassOf> <owl:Class rdf:ID="JobTerm"/> </rdfs:subClassOf> <rdfs:comment xml:lang="sk">2+ ľudia zdieľajú dobrovoľné jedno pracovné

miesto</rdfs:comment> <rdfs:comment xml:lang="en">2+ people voluntarily share a single full time job</rdfs:comment> <rdfs:label xml:lang="sk">zdieľaný pracovný úväzok</rdfs:label> <rdfs:label xml:lang="en">Job-share</rdfs:label> <owl:disjointWith> <owl:Class rdf:ID="jtFullTime"/> </owl:disjointWith> <owl:disjointWith> <owl:Class rdf:ID="jtPartTime"/> </owl:disjointWith> <owl:disjointWith> <owl:Class rdf:ID="jtOccasional"/> </owl:disjointWith> </owl:Class>


Príklad – konkrétna pracovná ponuka<rdf:Description rdf:about="#offer-src-01007"> <ofr:originalURIrdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#anyURI">http://

jobs.collegegrad.com/JS/General/Job.asp?id=5372130</ofr:originalURI> <ofr:isSourceOf rdf:resource="#S001_budinska_01007" /> <ofr:localURI

rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#anyURI">01007.html</ofr:localURI> <rdf:type rdf:resource="http://nazou.fiit.stuba.sk/nazou/ontologies/v0.6.17/

offer#OfferSource" /> <ofr:language rdf:resource="http://nazou.fiit.stuba.sk/nazou/ontologies/v0.6.17/region#English" />

</rdf:Description> <rdf:Description rdf:about="#S005_er5_years_Oracle_ERP_experience">

<rdf:type rdf:resource="http://nazou.fiit.stuba.sk/nazou/ontologies/v0.6.17/offer-job#Prerequisite" />

<jo:text xml:lang="en">5+ years Oracle ERP experience</jo:text> <jo:requires rdf:resource="#Experience_331" /> </rdf:Description>


Formálna reprezentácia znalostí Sémantické siete Formálne rámce Konceptuálne grafy KIF Logika Deskripčná (popisná logika)

Syntax a sémantika Preklad do FOPL usudzovanie


Jazyky – všeobecné požiadavky

Rozširuje existujúce web štandardy XML, RDF, RDFS, ... Ľahko zrozumiteľné a ľahko používateľné Založené na známych jazykoch Formálne špecifikované Dostatočné výrazové prostriedky Automatická podpora usudzovania


Jazyky - prehľad


Jazyky - prehľad Ontolingua

http://www.ksl.stanford.edu/software/ontolingua RDF

http://www.w3.org

OWL (DAML+OIL) http://www.w3.org/TR/owl-features/

.


Editory OntoEdit

Mizoguchi R.: Part 2: Ontology development, tools and languages. Available at www.ei.sanken.osaka-u.ac.jp/pub/miz/Part2V3.pdf

Protégé protege.stanford.edu/


Ako vytvoriť ontológiu Konceptuálny návrh Definícia tried Definícia vlastností Definovanie prípadov (individuals) Definovanie obmedzení


Metodológie CommonKADS

Schreiber G., Akkermans H., Anjewierden A., de Hoog R., Sgadbolt N., Van de Velde W., Wielinga B., Knowledge Engineering and Management, The CommonKADS Methodology, The MIT Press, 2002

METHONTOLOGY Fernandez-Lopez, M.: Meta-modelling for ontology development and knowledge

exchange. In: 15th ECAI Conference Workshop 1 “Ontologies and semantic interoperability” Lyon 2002, p. 6-1

TOVE Methodology Fox M. S, Gruninger M.: Enterprise modeling,

www.eil.utoronto.ca/enterprise-modelling/papers/fox-aimag98.pdf On-To Knowledge methodology

Staab, S. H., Schunurr, R. S., Sure Y.: Knowledge processes and ontologies, IEEE Inteligent Systems, Special Issues on Knowledge Management 16(1), 2001, pp. 26-34

Methodology by Ushold and King Ushold M., King. M., Moralee S., Zorgios Y., The Enterprise Ontology,1995,

available at http://www.aiai.ed.ac.uk/project/enterprise/enterprise/ontology.html


Ontológie vs databázyOntology Database

Zameranie na sémantiku, pochopenie súvislostí

Zameranie na údaje

Definuje štruktúru znalostí Definuje štruktúpru databázy

Taxonómia je kľúčová Žiadna taxonómia

SPARQL, inferencie, usudzovanie, vyvodzovanie

Dopytovacie Jazyky (SQL)


Sémantický webV roku 201270% verejných web stránok bude

obsahovať určitý stupeň sémantických značiek ale len 20% bude extenzívne využívať niektoré z technológií sémantického webu.

[Finding and Exploiting Value in Semantic Technologies on the Web Gartner Research Report, May 2007]


Architektúra sémantického webu


Záver ?Umelá inteligencia má 50 ročnú históriu,

ktorá sa odvíja v cykloch:1. Extravagantné predpovede vedcov2. Štedrá finančná podpora 3. Priemerné (skromné) výsledky4. Podpora je nekompromisne zastavená5. Čas plynie. Predchádzajúce kroky sú

zabudnuté. Choď na krok 1.


Záver - optimistickýCYCFakty: 1984 – Dougles Lenat (MCC – Austin, Texas) Ontológia a znalostná báza pre uvažovanie

podobné ľudskému 6 miliónov faktov

Naproti tomu Sémantický web umožňuje každému vytvoriť vlastnú ontológiu a prepojiť ju s inou


Záver - optimistickýWatson (IBM) zvíťazil nad

najlepšími hráčmi Jeopardy

Fakty: PC - 4 bilióny bytov (4 GB)

pamäte (DRAM). Watson - 15 triliónov bytov (15 TB) 2880 cores.

1 TB DRAM - 1 milión 200 stranových kníh (encyclopédie, thesauri, slovniíky, filmy, rôzne databázy)

Watson vs CYC – odlišné prístupy

Documents

Ontológie