«Қоғамды ақпараттандыру» III Халықаралық ғылыми-практикалық конференция
327
УДК 519.6
КИНТОНОВА А.Ж., ОМАРБЕКОВА А.С.
Евразийский национальный университет им. Л.Н. Гумилева, Астана, Казахстан ОНТОЛОГИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ОБУЧАЮЩИХ СИСТЕМАХ
Онтология (в информатике) — это попытка всеобъемлющей и детальной формализации некоторой области знаний с помощью концептуальной схемы. Обычно такая схема состоит из иерархической структуры данных, содержащей все релевантные классы объектов, их связи и правила (теоремы, ограничения), принятые в этой области. Этот термин в информатике является производным от древнего философского понятия «онтология».
Развитие любой отрасли науки сопровождается точной детализацией определённой проблемной области. Применяемое в информатике понятие онтология включает в себя словарь терминов этой области и множество логических связей (типа «элемент-класс»,
«часть-целое»), которые описывают, как эти термины соотносятся друг с другом. Онтологии позволяют представить понятия в виде пригодном для машинной обработки и используются в качестве посредника между пользователем и информационной системой, позволяя формализовать договоренности о терминологии между членами корпоративного сообщества.
В простейшем случае построение онтологии сводится к выделению концептов – базовых понятий данной предметной области, и построению связей между концептами – определению соотношений и взаимодействий базовых понятий. Концептом может быть описание задачи, функции, действия, стратегии, процесса соображения и т. п. Базой для построения онтологии могут стать принципы:
- формализации (описания объективных элементов в единых, строго определенных терминах);
- использования ограниченного количества базовых терминов (сущностей), на основе которых конструируются все остальные понятия;
- внутренней полноты и логической непротиворечивости.
С одной стороны, онтология может рассматриваться как термин, символизирующий дальнейшее углубление в проблематику формального представления знаний и разработки методов и средств управления знаниями; с другой стороны – как термин, символизирующий вычленение из всего этого более узкой проблематики вычислительного моделирования терминологических и концептуальных систем.
По степени зависимости от конкретной задачи онтологии бывают:
Верхнего уровня. Они описывают наиболее общие концепты (объект, событие, действие), которые независимы от конкретной проблемы или области.
Ориентированные на предметную область. Во многих дисциплинах сейчас разрабатываются стандартные онтологии, которые могут использоваться экспертами по предметным областям (доменам) для совместного использования и аннотирования информации в своей области. Появляются обширные общецелевые онтологии.
Ориентированные на задачу. Это онтология, используемая конкретной прикладной программой и содержащая термины, которые используются при разработке ПО, выполняющего конкретную задачу. Она отражает специфику приложения, но может также содержать некоторые общие термины (например, в графическом редакторе будут и специфические термины — палитра, тип заливки, наложение слоев и т. д., и общие — сохранить и загрузить файл).
Прикладные онтологии описывают концепты, которые зависят как от онтологии задач, так и от онтологии домена. Примером может служить онтология для вычислительной
«Қоғамды ақпараттандыру» III Халықаралық ғылыми-практикалық конференция
328
техники. Онтология проблемной области обобщает понятия, абстрагируясь от самих задач (так, онтология ПК независима от особенностей конкретных компьютеров) [1].
Формально онтология состоит из понятий (концепций), организованных в таксономию, их описаний и правил вывода.
В основе метода построения онтологии лежит простой постулат – эксперт в какой-либо предметной области пишет книги, статьи, обзоры по своей теме. Все эти произведения концентрируются в библиотеках и описываются в библиографических базах данных. При издании каждая книга получает также в обязательном порядке классификационный код, по какой-либо принятой в данной стране классификационной системе. Естественно, что автор книги с максимальной степенью приближения способен определить, к какой теме в рубрикаторе относится его книга.
Основу любой онтологии составляет таксономия концепций. Таксономия – теория классификации и систематизации сложноорганизованных областей действительности, имеющих обычно иерархическое строение. Термин предложен в 1813 году швейцарским ботаником О. Декандолем, длительное время употреблялся как синоним систематики[2].
Представление знаний в форме онтологий все шире используется на практике в самых разнообразных областях человеческой деятельности. Являясь процессом целенаправленной передачи знаний, обучение служит весьма естественной областью для применения онтологий. В частности, от успехов в структурировании знаний и представлении их в машинном виде во многом зависит построение эффективных автоматизированных обучающих систем(АОС).
Для описания онтологий существуют различные языки и системы, однако, наиболее перспективным представляется визуальный подход, позволяющий специалистам непосредственно "рисовать" онтологии, что помогает наглядно сформулировать и объяснить природу и структуру явлений. Визуальные модели, например, графы обладают особенной когнитивной силой, фактически представляя средства когнитивной графики для структурирования информации. Любой программный графический пакет от PaintBrush до Visio можно использовать как первичный инструмент описания онтологий.Онтология строится как сеть, состоящая из концептов и связей между ними. Связи могут быть различного типа, например, "является", "имеет свойство" и т. п. Концепты и связи имеют универсальный характер для некоторого класса понятий предметной области. Можно выбрать некоторое понятие из этого класса и для него "заполнить" онтологию, задавая конкретные значения атрибутам.
Программы визуализации онтологий являются инструментом, позволяющим сделать видимыми структуры корпоративного знания.
В простейшем случае построение онтологии сводится к:
1. выделению концептов - базовых понятий данной предметной области;
2. построению связей между концептами - определению соотношений и взаимодействий базовых понятий;
3. сравнению построенной онтологии с имеющимися - проведение параллелей с другими областями знаний[3].
Современной тенденцией в создании АОС (в особенности, интеллектуальных АОС) является реализация в них парадигмы обработки знаний. В информационной компоненте такой АОС знания представляют в виде базы знаний. Основные модели знаний в базах знаний можно классифицировать следующим образом:
- продукционные модели;
- фреймы;
- формально-логические модели;
- модели на основе онтологии, включая семантические сети;
- другие модели.
Модели на основе онтологий. Согласно классическому определению Т. Грубера (Thomas R. Gruber), онтология является точной спецификацией концептуализации.
«Қоғамды ақпараттандыру» III Халықаралық ғылыми-практикалық конференция
329
Компоненты, из которых состоит онтология, зависят от используемой модели онтологии. Известным средством описания онтологий является язык OWL (OntologyWebLanguage), базовыми понятиями которого являются класс, свойство, экземпляр класса, ограничение на свойство, мощность свойства, инверсное свойство и др.
Для разработки онтологии предметной области, т.е. для создания иерархии классов, свойств, отношений между классами и их характеристик, могут быть использованы различные программные системы построения онтологий, например, широко известная система Protégé[4].
Литература
1. Агеносов А.В. Онтология и информатика.
2. Коднер Г.Я. Использование онтологии для создания электронных библиотек
3. Татьяна Гаврилова. Использование онтологий в системах управления знаниями.
http://kmtec.ru/publications/library/authors/use_ontology_in_suz.shtml
4. Карпенко А. П., Добряков А. А. Модельное обеспечение автоматизированных обучающих систем. Обзор. 07июля, 2011.
