Introdução
Este artigo é direcionado para aqueles que estão familiarizados com esse conceito de ontologia, pelo menos em um nível inicial. Se você não está familiarizado com ontologias, então, provavelmente, o propósito das ontologias e este artigo em particular não serão claros para você. Aconselho você a se familiarizar com esse fenômeno antes de começar a ler este artigo (talvez até um artigo da Wikipedia seja suficiente).
Portanto, ontologia é uma característica detalhada de uma determinada área de assunto em consideração. Esta descrição deve ser dada em alguma linguagem claramente formulada. Para descrever ontologias, você pode usar a metodologia IDEF5, que possui 2 linguagens em seu arsenal:
- Linguagem esquemática IDEF5. Essa linguagem é visual e usa elementos gráficos.
- Linguagem de texto IDEF5. Esta linguagem é apresentada na forma de texto estruturado.
Este artigo considerará a primeira opção - uma linguagem esquemática. Falaremos sobre texto nos próximos artigos.
Objetos
Na linguagem esquemática, como já mencionado, são utilizados elementos gráficos. Primeiro, você deve considerar os principais elementos dessa linguagem.
Freqüentemente, em ontologia, tanto entidades generalizadas quanto objetos específicos são usados. Entidades genéricas são chamadas de visualizações . Eles são representados como um círculo com um rótulo (nome do objeto) dentro:
Espécies são uma coleção de espécimes individuais de uma determinada espécie. Ou seja, uma visualização como "Carros" pode representar uma coleção inteira de carros individuais.
Como instânciasesse tipo pode ser carros específicos, certos tipos de equipamentos ou marcas individuais. Tudo depende do contexto, da área temática e do seu nível de detalhe. Por exemplo, carros específicos como entidades físicas serão importantes para uma oficina automotiva. Para manter algumas estatísticas sobre as vendas em uma concessionária de automóveis, modelos específicos serão importantes, etc.
Instâncias individuais de visualizações são designadas de forma semelhante às próprias visualizações, apenas indicadas por um ponto na parte inferior do círculo:
Além disso, na discussão de objetos, vale a pena mencionar esses objetos como processos .
Se as visualizações e instâncias são os chamados objetos estáticos (não mudam com o tempo), os processos são objetos dinâmicos. Isso significa que esses objetos existem em um determinado período de tempo estritamente definido.
Por exemplo, você pode destacar um objeto como o processo de fabricação de um carro (já que estamos falando sobre eles). É intuitivamente claro que esse objeto existe apenas durante a produção do próprio carro (período de tempo estritamente definido). Deve-se ter em mente que esta definição é condicional, porque objetos como um carro também têm sua própria vida útil, vida útil, existência, etc. No entanto, não entraremos em filosofia e, dentro da estrutura da maioria das áreas, pode-se presumir que as instâncias, e ainda mais as espécies, existem para sempre.
Os processos são representados como um retângulo com um rótulo (nome) do processo:
Os processos são usados nos esquemas de transição de um objeto para outro. Mais sobre isso mais tarde.
Além de processos, tais esquemas usamoperadores lógicos . Tudo é simples o suficiente para aqueles familiarizados com predicados, álgebra booleana ou programação. Existem três operadores lógicos principais usados no IDEF5:
- AND lógico (AND);
- OR lógico (OR);
- OU exclusivo (XOR).
O padrão IDEF5 (http://idef.ru/documents/Idef5.pdf - a maioria das informações desta fonte) define a imagem dos operadores lógicos na forma de pequenos círculos (comparados a visualizações e instâncias) com um rótulo na forma de símbolos. Porém, no ambiente gráfico desenvolvido IDEF5, desviamos desta regra por vários motivos. Um deles é a difícil identificação desses operadores. Portanto, usamos uma designação textual de operadores com um número de identificação:
Vamos terminar com os objetos neste ponto.
Relações
Existem relações entre objetos, que em ontologia significam as regras que determinam a interação entre objetos e das quais novas conclusões são tiradas.
Normalmente, os relacionamentos são determinados pelo tipo de esquema usado na ontologia. Um esquema é uma coleção de objetos de ontologia e relacionamentos entre eles. Existem os seguintes tipos principais de esquemas:
- Esquemas de composição.
- Esquemas de classificação.
- Esquemas de transição.
- Diagramas funcionais.
- Esquemas combinados.
Além disso, às vezes esse tipo de esquema é distinguido como existencial . Um esquema existencial é uma coleção de objetos sem relacionamentos. Tais esquemas simplesmente mostram que um determinado conjunto de objetos existe em uma determinada área de assunto.
Bem, agora, em ordem sobre cada um dos tipos de esquemas.
Esquemas de composição
Este tipo de esquema é usado para representar a composição de um objeto, sistema, estrutura, etc. Um exemplo típico são as peças de automóveis. Na composição mais ampliada, o carro consiste em uma carroceria e uma transmissão. Por sua vez, o corpo é dividido em uma moldura, portas e outras partes. Essa decomposição pode ser continuada ainda mais - tudo depende do nível de detalhe necessário nesta tarefa específica. Um exemplo de tal esquema:
As relações de composição são exibidas como uma seta com uma ponta no final (em oposição a, por exemplo, uma relação de classificação, onde a ponta está no início da seta, mais detalhes abaixo). Essas relações podem ser assinadas com uma etiqueta como na imagem (parte).
Esquemas de classificação
Os esquemas de classificação são projetados para expressar a definição de espécies, suas subespécies e espécimes de espécies. Por exemplo, carros podem ser carros e caminhões. Ou seja, a visualização "Carro" possui duas subespécies. VAZ-2110 é uma instância específica da subespécie "Automóvel de passageiros" e GAZ-3307 é uma instância da subespécie "Caminhão": as
relações em esquemas de classificação (subespécie ou uma instância específica) têm a forma de uma seta com uma ponta no início e, como no caso dos esquemas as composições podem ter um rótulo com o nome do relacionamento.
Esquemas de transição
Diagramas desse tipo são necessários para mostrar os processos de transição de objetos de um estado para outro sob a influência de um determinado processo. Por exemplo, após o processo de pintura com tinta vermelha, um carro preto fica vermelho:
a proporção de transição é indicada por uma seta com uma ponta no final e um círculo no centro. Como você pode ver no diagrama, os processos estão relacionados a relacionamentos, não a objetos.
Além da transição normal mostrada na figura, há uma transição estrita. É usado nos casos em que a transição em uma determinada situação não é óbvia, mas é importante enfatizá-la. Por exemplo, instalar um espelho retrovisor em um carro não é uma operação significativa se considerarmos o processo de montagem de um carro globalmente. Porém, em alguns casos é necessário destacar esta operação:
Uma transição estrita é indicada da mesma forma que uma transição normal, exceto por uma ponta dupla no final.
Transições regulares e estritas também podem ser marcadas como instantâneas. Para isso, um triângulo é adicionado ao círculo central. As transições instantâneas são usadas nos casos em que o tempo de transição é tão curto que é completamente insignificante dentro da área de assunto considerada (menos do que o intervalo de tempo mínimo significativo).
Por exemplo, mesmo com o menor dano ao carro, ele pode ser considerado danificado e seu preço cai drasticamente. No entanto, a maioria dos danos ocorre instantaneamente, em oposição ao envelhecimento e desgaste:
o exemplo mostra uma transição estrita, mas você pode usar uma transição normal como instantânea.
Diagramas funcionais
Esses esquemas são usados para indicar a estrutura de interação entre os objetos. Por exemplo, um mecânico de automóveis realiza manutenção em carros e um gerente de serviço de automóveis aceita solicitações de reparos e as entrega a um mecânico de automóveis: os
relacionamentos funcionais são descritos como uma linha reta sem uma ponta, mas às vezes com uma etiqueta, que é o nome do relacionamento.
Esquemas combinados
Os esquemas combinados são uma combinação dos esquemas discutidos anteriormente. A maioria dos esquemas da metodologia IDEF5 é combinada, pois raramente existem ontologias que usam apenas um tipo de esquema.
Operadores booleanos são freqüentemente usados em todos os esquemas. Ao usá-los, você pode implementar relacionamentos entre três, quatro ou mais objetos. O operador lógico pode expressar alguma entidade geral sobre a qual o processo é realizado ou que participa de outra relação. Por exemplo, você pode combinar os exemplos anteriores em um como este:
Em um caso específico, o esquema combinado usa um esquema de composição (espelho + carro sem espelho = carro com espelho) e um esquema de transição (um carro com espelho se torna um carro vermelho sob a influência do processo de pintura vermelha). Além disso, um carro com um espelho não é expresso explicitamente - em vez disso, o operador lógico E é indicado.
Conclusão
Neste artigo, tentei descrever os principais objetos e relacionamentos na metodologia IDEF5. Usei o domínio automotivo como exemplo, pois ficou muito mais fácil construir diagramas. No entanto, os esquemas IDEF5 podem ser usados em qualquer outra área de especialização.
A análise de ontologias e conhecimento de domínio é um tópico bastante extenso e trabalhoso. Porém, dentro do framework do IDEF5, tudo acaba não sendo tão difícil, pelo menos os fundamentos deste tópico são aprendidos com bastante facilidade. O objetivo do meu artigo é atrair um novo público para o problema da análise do conhecimento, embora às custas de uma ferramenta IDEF5 tão primitiva como a linguagem gráfica.
O problema da linguagem gráfica é que ela não pode ser usada para formular claramente certas relações (axiomas) da ontologia. Há uma linguagem de texto IDEF5 para isso. Porém, em um estágio inicial, uma linguagem gráfica pode ser muito útil para formular requisitos iniciais para uma ontologia e definir um vetor para o desenvolvimento de uma ontologia mais detalhada na linguagem de texto IDEF5 ou em qualquer outro meio.
Espero que este artigo seja útil para iniciantes neste campo, talvez até mesmo para aqueles que há muito lidam com a questão da análise ontológica. Todo o material principal deste artigo foi traduzido e significativo foi emprestado do padrão IDEF5, ao qual me referi anteriormente ( duplicado ). Também inspirado em um livro maravilhoso dos autores da KNOW INTUIT ( link para o livro deles ).