ONTOLOGIE a KONCEPTUÁLNÍ MODELOVÁNÍ (stručný úvod)

ONTOLOGIE a KONCEPTUÁLNÍ MODELOVÁNÍ

(stručný úvod)

Martin Molhanec

Proč se budeme zabývat ontologiemi?• Objektové modelování

– Jaký je správný význam pojmů: třída, vztah, dědičnost, skládání?

• Objektové modelování– Model programu

• Programátorské objekty

– Model světa• Databázové objekty

• Objektové modelování– Konceptuální úroveň– Logická úroveň– Programátorská úroveň

Proč se budeme zabývat ontologiemi?• Objektové modelování

– Jaký je správný význam pojmů: třída, vztah, dědičnost, skládání?

• Objektové modelování– Model programu

• Programátorské objekty

– Model světa• Databázové objekty

• Objektové modelování– Konceptuální úroveň– Logická úroveň– Programátorská úroveň

Od správné ontologie se odvíjí správný výklad!

Co je to ONTOLOGIE• FILOSOFIE

– Navazuje na metafyziku– Zabývá se podstatou světa

• Co je to bytí, co je to hmota, co je to pohyb, …

slovo odvozeno z řečtinyon, ontos - jsoucí, logos - výklad




• KONCEPTUÁLNÍ MODELOVÁNÍ– Využívá ontologii jako základ pro

správný a přesný výklad svých pojmů




• KONCEPTUÁLNÍ MODELOVÁNÍ– Využívá ontologii jako základ pro

správný a přesný výklad svých pojmů

• WEB– Sémantický web = web doplněný o

další informace, které usnadňují orientaci v něm

ONTOLOGIE• Upřesňuje jazyk a vyjadřování

• X je student.• X je zelený.• X je doma.• X je.

KONCEPTUÁLNÍ MODELOVÁNÍ• = pojmové modelování

– Modeluje reálný svět kolem nás– Není závislé na programovacím jazyku– Slouží jako první krok analýzy

• Analýza – konceptuální model• Návrh – logický model• Implementace – fyzický model

– Množina konstruktů• Třída, atribut a vztah• Jaké jsou vztahy:

– Dědičnost– Skládání– Souvislost

Problém!Správná množina a

výklad významu konstruktů!

X36OMO

UML – Unified Modeling Language• Jazyk a notace pro modelování• V současnosti se stal standardem• Nejasná sémantika – význam

konstruktů• Mnoho různých diagramů pro

různé účely– Analýza– Návrh– Implementace

Problém!Kdy použít jaký

diagram a jaký je jeho význam!

ONTOLOGIE - KONCEPTUÁLNÍ MODEL - UML• Ontologie dává přesný význam

konceptuálnímu modelu– Definuje přesně jeho jednotlivé pojmy

• Konceptuální model je možné vyjádřit v UML– Používá UML přesně definovaným

způsobem– Upřesňuje jeho sémantiku s ohledem

na použitou ontologii

ONTOLOGIE - KONCEPTUÁLNÍ MODEL - UML

KONCEPTUÁLNÍMODEL

UMLONTOLOGIE

TEORIE NÁSTROJ


KONCEPTUÁLNÍMODEL

UMLONTOLOGIE

TEORIE NÁSTROJ

Logický model


KONCEPTUÁLNÍMODEL

UMLONTOLOGIE

TEORIE NÁSTROJ

Logický model

Programování

ONTOLOGIE• Typy ontologií – dle užití

– Informační – základ pro konceptuální schémata

– Terminologické – pokročilé tezaury, slovníky

– Znalostní – umělá inteligence, znalostní inženýrství

– Filosofické - metafyzika

ONTOLOGIE• Typy ontologií – dle rozsahu

– Doménové – pro určitý obor, například lékařství

– Generické (top-level) – obecné na nejvyšší úrovni

– Úlohové – například diagnostika

– Aplikační – různé kombinace ostatních

ONTOLOGIE – základní pojmy• Třídy, koncepty, kategorie, rámce,

sorty– Jedná se o abstrakce skupin objektů

podobných vlastností– Nesouvisí s programováním!– Nezabývají se procesy (metody)

• Individua, Instance, Objekty– Odpovídají objektům reálném světě

• Relace, funkce, sloty, vlastnosti, role, atributy– Odpovídají vztahům mezi objekty a

třídami a atributům

Není jednotná terminologie a totožný význam!

GOL (General Ontological Language)• Top-level ontologie vytvořená jako

základ pro konceptuální modelování a upřesnění použití UML pro tento účel.

• Jedná se o top-level ontologii• Autoři: Guizzardi, Herre a Wagner• Univ. of Twente, Eindhoven univ.

of Techn.

Schéma GOL

Schéma GOL

Entity, Urelement a Set

• Svět je složen z Entit.• Entity jsou buď Set nebo Urelement.• Urelement je vše co není set!• Entita může být prvkem set.

Universa a Individua

• Urelementy jsou buď Individua nebo Universa.

• Individuum je konkrétní objekt.• Universum je abstrakce podobnosti mezi

objekty! ~ třída

Universa a Individua

• Urelementy jsou buď Individua nebo Universa.

• Individuum je konkrétní objekt.• Universum je abstrakce podobnosti mezi

objekty! ~ třída

Substance

• Substance je objekt, který existuje sám o sobě, např. auto, člověk. Je materiální povahy.

Moment

• Moment je vlastnost, která existuje pouze na substanci, ta je jejich nositelem.

• Jde o zobecnělou vlastnost – autoři vycházejí z Aristotela.

Moment

• Vztah mezi substancí a momentem je M:N!!!• Jedná se o vztah inherence! • Značíme: i(x,y)• Nazývá se též: ontická predikce!

Moment

• Vztah mezi substancí a momentem je M:N!!!• Jedná se o vztah inherence! • Značíme: i(x,y)• Nazývá se též: ontická predikce!

Qualita a Relational Moment.

• Qualita je moment ve vztahu k jedné substanci = atribut, property, vlastnost.

• Relational moment je vlastně vztah (asociace, relationship) momentu k více substancím.




Například barva auta je qualita.Je to moment ve vztahu k jedné

substanci.




Objednávka je relational moment.Vztahuje se k objednávajícímu, ke zboží

a k prodejci.




Vztahy jsou vlastnosti!

Vlastnosti jsou vztahy!

Relational Moment

• Abstrakcí relational momentů jsou relational universa.

• Jedná se o abstrakce vztahů!

Extension

• Universum je založeno na podobnosti entit.• Všechny instance universa tvoří jeho extensi.• Extense je set.• Píšeme: Ext(U)• E je instance U píšeme: e::U• Existují také universa vyššího řádu, jejími

instancemi jsou universa nižšího řádu! Meta třídy!

Chronoid

• Chronoid je abstrakce umístění v čase.

Topoid

• Topoid je abstrakce umístění v prostoru.

Part-Whole Relationship

• Vztah celek-část.– Jde o speciální vztah mezi dvěma

instancemi universa.– Jiný název: skládání.– Vztah celek-část může být kontextový

• To reflektuje skutečnost, že pojem celku a části závisí na úhlu našeho pohledu (zkoumané doméně).

• V oblasti fyzické domény je však pouze jeden kontext – fyzický svět!

Part-Whole Relationship• Židle se skládá z částí• Lidské tělo má části

• Osoby jsou v místnosti• Auto má kola

• Heterogenita částí!• Povinnost částí!• Nezávislost částí

Rozdíl mezi ontologiemi a OMO!!!

Toto v ontologii neplatí!

Existují pouze objekty.Třída je abstrakce toho, že nějaké objekty jsou si podobné.Jejich podobnost je založena na stejné množině vlastností.

Rozdíl mezi ontologiemi a OMO!!!

Pokud jsou dva objekty stejné kategorie, mají stejné vlastnosti.

Neexistují dva objekty, které mají stejné vlastnosti a nebyly by stejné kategorie.

„Stejnost“ můžeme určit pouze pomocí

vlastností!

Pozor!Jména jsou

pouze nálepky pro označení pojmů, ale

nejsou to pojmy samotné!

SYNONYMA

Význam ontologie pro konceptuální modelování!

• Poskytuje vědecký (filosofický) základ pro výklad konstruktů konceptuálního modelu!

• Společně s logikou poskytuje základ pro formální popis konceptuálního modelu.

Význam ontologie pro objektové logické modelování

• Ontologie poskytuje teoretický základ pro konceptuální model– Ten je objektový z principu!

• Objektový logický model je odvozen z modelu konceptuálního!– Teoretický základ logického OO

modelu!Ontologie nám tedy umožňuje lépe chápat jemnosti v

objektově-orientovaného paradigmatu!

Význam ontologie obecně!

• V současnosti jde o rychle se rozvíjející se obor.

• Poskytuje prostředky pro pochopení čím dál složitějších systémů.

• Vyžaduje dobré znalosti filosofie, jazyka a matematické logiky!

Ontologie• Shrnutí

– Stručný úvod o tom, co je to ontologie.– Stručný úvod do top-level ontologie GOL.– Naznačení souvislosti mezi ontologií –

konceptuálním a logickým modelem.– Pokus o vysvětlení proč je pro nás ontologie

tak důležitá!

Ing. Martin Molhanec, CSc.ČVUT-FEL PrahaK13113Technická 2166 27 Praha 6

Documents

ONTOLOGIE a KONCEPTUÁLNÍ MODELOVÁNÍ (stručný úvod)