Гаврилова Т. 2012

Татьяна Альбертовна Гаврилова

Онтологическое моделирование

Гаврилова Т. 2012

Краткое введение

Навыки системно-

аналитического мышления и

«компрессии» больших

объемов информации

2

Гаврилова Т. 2012 3

ДАННЫЕ - факты,

характеризующие

отдельные свойства

объектов, процессов,

явлений.

ЗНАНИЯ - закономерности,

полученные в результате

практики и связывающие

данные.

ДОКУМЕНТЫ

(КОНТЕНТ) -

неструктурированная

информация (письма,

отчеты, схемы, фото)

Информация

Виды информации

Гаврилова Т. 2012

Основы инженерии знаний

Инженерия знаний - наука о методах и

технологиях получения,

структурирования

и формализации данных и знаний

для эффективного управления

и разработки автоматизированных

систем.

4

Гаврилова Т. 2012

Основные фазы обработки знаний

5

ХАОС

ПОЛУЧЕННЫХ

ЗНАНИЙ

МЕНТАЛЬНЫЕ

МОДЕЛИ

МОДЕЛИ

ПРЕДСТАВЛЕНИЯ

ЗНАНИЙ

ПОЛЕ ЗНАНИЙ БАЗА ЗНАНИЙ

Протоколы интервью,

стенограммы,

документы, фото и

пр.

Интеллект-карты,

концептуальные

графы, таблицы

решений

Фреймы,

семантические сети,

продукции

ЗНАНИЯ

Гаврилова Т. 2012

Извлечение знаний

Гаврилова Т. 2012

Онтологический

инжиниринг– это методология и технология

проектирования, разработки и

использования онтологий для

структурирования и тиражирования знаний в

различных предметных областях и приложениях.

Гаврилова Т. 2012

Онтологический инжиниринг

Хаос

A

CS

D

HG

L

B

M

NR

U

E

W

F

A

CS

D

H

G

L B

M

N

R U

E

W

F

Онтология

Гаврилова Т. 2012

Определение онтологии

Под онтологией понимается явное

описание множества объектов и связей

между ними (структурированный

словарь).

Формально онтология состоит из понятий

терминов, организованных в таксономию,

их описаний и правил вывода.

По определению Тома Грубера [1993 ],

применившего это понятие в области

информационных технологий,

онтология — это спецификация

концептуализации .

Гаврилова Т. 2012

• гия (от греч. όντος — сущее, то, что существует и λόγος — учение, наука) — раздел философии, изучающий проблемы бытия; наука о бытии.

гия (от греч. γνώσις — «знание» иλόγος — «учение, наука») - раздел философии,изучающий проблемы знания.

Эпистемология - (от греч. επιστήμη - знание)раздел философии, изучающий теориюпознания или часть гносеологии, котораяизучает происхождение и развитие научногознания.

Термин «гносеология» активно применялся в немецкой философииXIX в.; термин «эпистемология» используется в в англо-американской философии XX в.

В русской философии в XIX преобладал первый термин, а со 2-й пол.XX в. более употребляемым является второй

Онтология докомпьютерной эры

Гаврилова Т. 2012

Микеланжело

Перуджино

Рафаэль

Донателло

Фра Анжелико

Синьорелли

Вероккио Гирландайо

Мазаччо

ТинтореттоМантенья

Ботичелли

Тициан

Я. Беллини

Венециано

Джорджоне

Карпаччо

Джотто

Веронезе

Дж. Беллини

Чимабуэ

Леонардо

Пинтуриккио

Лоренцо

Гаврилова Т. 2012

Микеланджело

Перуджино

Рафаэль

ДонателлоФра Анжелико

Синьорелли

Гирландайо

Мазаччо

Тинторетто

Мантенья

Ботичелли

Тициан

Я. Беллини

Венециано

Джорджоне

Карпаччо

Джотто

Веронезе

Дж. Беллини

Чимабуэ

Леонардо

Пинтуриккио

Лоренцо

XIV

XIII

XV

XVI

ПЕРУДЖА ВЕНЕЦИЯФЛОРЕНЦИЯ

Вероккио

Гаврилова Т. 2012

История: пионеры ОИ

Никола Гуарино,

Институт когнитивных наук

и технологий Тренто -

Рим, Италия

(Institute for Cognitive

Sciences and

Technology Trento-Roma, Italy )

Том Грубер,Университет

Массачусеттса

(University of

Massachusetts)

Джеймс Хендлер,

Университет Мэриленда

(University of Maryland)

Дитер Фенсель,

Университет Инсбрука,

Австрия

(University of Innsbruck,

Austria)

Ричиро Мизогучи,Университет Осаки

(Osaka University)

Марк Эйзенштадт,Открытый Университет Великобритании

(Open University, UK)

Semantic Web

Онтологический

инжиниринг

Знания Искусственный

интеллект

Человеко-машинное

взаимодействие

Гаврилова Т. 2012

Онтологический инжиниринг

Гаврилова Т. 2012

Гаврилова Т. 2012

Типы онтологий

Генеалогия

Партономия

Атрибутивная

структура

Таксономия

Функциональности

Гаврилова Т. 2012

Партономия (или мереология )

(отношение «Имеет-часть»)

Компьютер

Внешние

устройстваПамять Процессор

Устройства

ввода

Клавиатура

Долго-

временнаяВидео Контроллер

Блок 1

Блок 2

Экран

Мышь

Гаврилова Т. 2012

Другой формат партономии

Компьютер

Внешние

устройстваПамять

Процессор

Устройства

ввода

Клавиатура

Долго-

временнаяВидео

Контроллер

Блок 1

Блок 2

Экран

Мышь

Гаврилова Т. 2012

Генеалогия (отношение «отец-сын»)

Гаврилова Т. 2012

Атрибутивная структура понятия «Малое

предприятие»

Гаврилова Т. 2012

Таксономия “ПО для автоматизации

предприятия”

(отношение «род-вид» или АКО (А-kind-of)

Гаврилова Т. 2012

Пример таксономии

Методы извлечения знаний

Коммуникативные

Групповые Индивидуальные

Активные Пассивные

• круглый стол• мозговой штурм

• игры

Текстологические

• анализ документов• анализ справочников

• наблюдение• вербальныеотчеты

• лекции

• интервью• анкетирование• ролевыеигры

Гаврилова Т. 2012

Формирование категорий

Концепт A

Свойство 2Свойство 1

Свойство 3

3 Концепт B

Свойство 4

Категория (по общему свойству 2)

Свойство 2

Основные атрибуты выступают

классо-образующими признаками (в

соответствии с приоритетом) для

таксономии.

Посуда (назначение (1), тип еды (2),

материал, изготовитель(3), цена….)

Гаврилова Т. 2012

Связь атрибутивной

структуры и таксономии

Употребление пищи

Посуда

приоритет

Приготовление

пищи

Гаврилова Т. 2012

Рецепт• Формирование глоссария предметной

области.

• Установление связей между понятиями глоссария и их визуализация.

• Категоризация понятий и формирование мета-понятий (снизу-вверх).

• Детализация (сверху-вниз).

• Ре-инжиниринг (уточнение, разрешение противоречий, синонимии, избыточности, перестройка, дополнение).

Гаврилова Т. 2012

Когнитивно-перцептивные

принципы онтологического

дизайна (из гештальт

психологии)

1. Принцип хорошего гештальта (хорошей формы) или Закон прегнантности (Mакс Вертгеймер) - организация любой структуры в природе или в сознании должна быть настолько хороша (регулярна, полна, сбалансирована или симметрична), насколько позволяют существующие условия.

1.Принцип хорошего гештальта (хорошей формы) или Закон прегнантности: организация любой структуры в природе или в сознании должна быть настолько хороша (регулярна, полна, сбалансирована или симметрична), насколько позволяют существующие условия.

2. Закон близости

3.Закон сходства

Гаврилова Т. 2012

4. Закон включения

5. Закон парсимонии

(принцип Оккама)

ab d

c

a

Принципы Гештальт-психологии

Гаврилова Т. 2012

Закон прегнантности

Гаврилова Т. 2012

Когнитивная

эргономичность

Гармония =

« концептуальный баланс

+ ясность»

Гаврилова Т. 2012

Концептуальный баланс

подразумевает, что

Понятия одного уровня иерархии связываются с родительским концептом одним и тем же типом отношения (например, «класс-подкласс» или «часть-целое»).

Глубина ветвей онтологического дерева должна быть примерно одинаковая (±2 ).

Общая картинка должна быть довольно симметричной.

Перекрестные ссылки должны быть по возможности исключены.

Гаврилова Т. 2012

Концептуальный баланс

включает

Минимизацию. Так максимальное число

концептов одного уровня или глубина ветви не

должна превышать знаменитое число Ингве-

Миллера (7±2) [Miller,1956] .

Прозрачность для чтения. Тип отношений

должен быть по возможности очевиден, так

чтобы не перегружать схему онтологии

лишней информацией и опускать названия

отношений.

Гаврилова Т. 2012

Ошибки категоризации

H

ds f g h

m n

kj

q

y

w

o

iml

ut

p

e r

A

B

Учебные онтологии

Структура курса

Гаврилова Т. 2012

Гаврилова Т. 2012

Объектно-структурный анализ (Гаврилова, 1996)

34

s_1 - ЗАЧЕМ-знания (стратегический анализ: назначение и функции системы);

s_2 - КТО-знания (организационный анализ: коллектив разработчиков системы);

s_3 - ЧТО-знания (концептуальный анализ: концепты и отношения );

s_4 - КАК-знания (функциональный анализ: гипотезы и модели принятия решения);

s_5 - ГДЕ-знания (пространственный анализ: окружение, оборудование, коммуникации);

s_6 - КОГДА-знания (временной анализ: временные параметры и ограничения);

s_7 - ПОЧЕМУ-знания (каузальный анализ: формирование подсистемы объяснений);

s_8 - СКОЛЬКО - знания (экономический анализ: ресурсы, затраты, прибыль, окупаемость).

Гаврилова Т. 2012 35

Матрица объектно-структурного анализа (Гаврилова, 1996)

Уровень страты Уровень области U1

Уровень проблемы U2

Уровень задачи U3

Уровень подзадачи..

... Un

Стратегический анализ s1 E11 E21 E31 Ei1 En1

Организационный анализ s2 E21

Концептуальный анализ s3 E31

Функциональный анализ s4 E41

Пространственный анализ s5 E51

Временной анализ s6 E61

Каузальный анализ s7 E71

Экономический анализ s8 E81

..... Eij

sm Em1 Emn

Гаврилова Т. 2012

Онтология магистерской программы«Магистр международного менеджмента» (Волков Д.Л., Гаврилова Т.А.)

Пример онтологии курса (Страхович Э.В.)

Гаврилова Т. 2012

Пример онтологии курса (Лещева И.А.)

Гаврилова Т. 2012

Гаврилова Т. 2012

Литература

• МОДЕЛИ И МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ОНТОЛОГИЙ

Гаврилова Т.А., Кудрявцев Д.В., Горовой В.А.

Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного

политехнического университета. 2006. № 46. С. 21-28

• ОБ ОДНОМ ПОДХОДЕ К ОНТОЛОГИЧЕСКОМУ ИНЖИНИРИНГУ

Гаврилова Т.А.

Новости искусственного интеллекта. 2005. № 3. С. 25-31.

• ВИЗУАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ РАБОТЫ СО ЗНАНИЯМИ: ПОПЫТКА

ОБЗОРА

Гаврилова Т.А., Гулякина Н.А.

Искусственный интеллект и принятие решений. 2008. № 1. С. 15-21.

Гаврилова Т. 2012

ЗаключениеВизуальные онтологии -

это:

• Наглядно

• Просто

• Системно

• Интересно

• Образно

Гаврилова Т. 2012

c2cinternet.org

1-human-fact.livejournal.com

42

gavrilova@gsom.pu.ru