Componenti dell'ontologia - Ontology components
Le ontologie contemporanee condividono molte somiglianze strutturali, indipendentemente dal linguaggio in cui sono espresse. La maggior parte delle ontologie descrive individui (istanze), classi (concetti), attributi e relazioni.
Panoramica
I componenti comuni delle ontologie includono:
- Individui
- istanze o oggetti (gli oggetti di base o "a livello del suolo").
- Classi
- insiemi , collezioni, concetti, tipi di oggetti o tipi di cose.
- attributi
- aspetti, proprietà, caratteristiche, caratteristiche o parametri che gli oggetti (e le classi) possono avere.
- Relazioni
- modi in cui classi e individui possono essere collegati tra loro.
- Termini di funzione
- strutture complesse formate da determinate relazioni che possono essere utilizzate al posto di un singolo termine in una dichiarazione.
- Restrizioni
- descrizioni formalmente dichiarate di ciò che deve essere vero affinché un'asserzione possa essere accettata come input.
- Regole
- affermazioni sotto forma di una frase if-then (antecedente-consequenziale) che descrivono le inferenze logiche che possono essere tratte da un'asserzione in una forma particolare.
- assiomi
- asserzioni (incluse le regole) in una forma logica che insieme compongono la teoria complessiva che l'ontologia descrive nel suo dominio di applicazione. Questa definizione differisce da quella di "assiomi" nella grammatica generativa e nella logica formale. In queste discipline, gli assiomi includono solo affermazioni affermate come conoscenza a priori . Come usato qui, gli "assiomi" includono anche la teoria derivata da affermazioni assiomatiche.
- Eventi
- il cambiamento di attributi o relazioni.
Le ontologie sono comunemente codificate usando linguaggi ontologici .
Individui
Gli individui (istanze) sono i componenti di base, "a livello di base" di un'ontologia. Gli individui in un'ontologia possono includere oggetti concreti come persone, animali, tavoli, automobili, molecole e pianeti, nonché individui astratti come numeri e parole (sebbene vi siano differenze di opinione sul fatto che numeri e parole siano classi o individui). A rigor di termini, un'ontologia non deve necessariamente includere alcun individuo, ma uno degli scopi generali di un'ontologia è fornire un mezzo per classificare gli individui, anche se quegli individui non sono esplicitamente parte dell'ontologia.
Nelle ontologie estensionali formali, solo gli enunciati di parole e numeri sono considerati individui: i numeri e i nomi stessi sono classi. In un'ontologia 4D, un individuo è identificato dalla sua estensione spazio-temporale. Esempi di ontologie estensionali formali sono BORO , ISO 15926 e il modello in sviluppo da parte del Gruppo IDEAS .
Classi
Le classi – concetti che sono anche chiamati type , sort , category e kind – possono essere definite come un'estensione o un'intensione. Secondo una definizione estensionale, sono gruppi astratti, insiemi o raccolte di oggetti. Secondo una definizione intensionale, sono oggetti astratti che sono definiti da valori di aspetti che sono vincoli per essere membri della classe. La prima definizione di classe si traduce in ontologie in cui una classe è una sottoclasse di una raccolta. La seconda definizione di classe si traduce in ontologie in cui le collezioni e le classi sono più fondamentalmente diverse. Le classi possono classificare individui, altre classi o una combinazione di entrambe. Alcuni esempi di classi:
- Persona , la classe di tutte le persone, o l'oggetto astratto che può essere descritto dai criteri per essere una persona.
- Veicolo , la classe di tutti i veicoli, o l'oggetto astratto che può essere descritto dai criteri per essere un veicolo.
- Car , la classe di tutte le auto, o l'oggetto astratto che può essere descritto dai criteri per essere un'auto.
- Class , che rappresenta la classe di tutte le classi, o l'oggetto astratto che può essere descritto dai criteri per essere una classe.
- Cosa , che rappresenta la classe di tutte le cose, ovvero l'oggetto astratto che può essere descritto dai criteri per essere una cosa (e non niente).
Le ontologie variano a seconda che le classi possano contenere altre classi, se una classe possa appartenere a se stessa, se esista una classe universale (cioè una classe che contiene tutto), ecc. paradossi conosciuti .
Le classi di un'ontologia possono essere di natura estensionale o intensionale . Una classe è estensionale se e solo se è caratterizzata unicamente dalla sua appartenenza. Più precisamente, una classe C è estensionale se e solo se per qualsiasi classe C', se C' ha esattamente gli stessi membri di C, allora C e C' sono identici. Se una classe non soddisfa questa condizione, allora è intensionale. Sebbene le classi estensionali siano più ben educate e ben comprese dal punto di vista matematico, oltre che meno problematiche filosoficamente, non consentono le distinzioni a grana fine che spesso le ontologie devono fare. Ad esempio, un'ontologia potrebbe voler distinguere tra la classe di tutte le creature con un rene e la classe di tutte le creature con un cuore, anche se queste classi hanno esattamente gli stessi membri. Nella maggior parte delle ontologie superiori , le classi sono definite intensionalmente. Le classi definite intensionalmente di solito hanno condizioni necessarie associate all'appartenenza a ciascuna classe. Alcune classi possono anche avere condizioni sufficienti, e in quei casi la combinazione di condizioni necessarie e sufficienti rende quella classe una classe completamente definita .
È importante sottolineare che una classe può sussumere o essere sussunte da altre classi; una classe sussunte da un'altra è chiamata sottoclasse (o sottotipo ) della classe sussunte (o supertipo ). Ad esempio, Vehicle sussume Car , poiché (necessariamente) tutto ciò che è membro della seconda classe è membro della prima. La relazione di sussunzione viene utilizzata per creare una gerarchia di classi, in genere con una classe massimamente generale come Qualsiasi cosa in alto e classi molto specifiche come 2002 Ford Explorer in basso. La conseguenza di fondamentale importanza della relazione di sussunzione è l'ereditarietà delle proprietà dalla classe genitore (sussunto) alla classe figlio (sussunto). Quindi, tutto ciò che è necessariamente vero per una classe genitore è anche necessariamente vero per tutte le sue classi figlie sussunte. In alcune ontologie, una classe può avere solo un genitore ( ereditarietà singola ), ma nella maggior parte delle ontologie, le classi possono avere un numero qualsiasi di genitori ( ereditarietà multipla ), e in quest'ultimo caso vengono ereditate tutte le proprietà necessarie di ciascun genitore dalla classe del bambino sussunto. Quindi una particolare classe di animali ( HouseCat ) può essere un figlio della classe Cat e anche un figlio della classe Pet .
Una partizione è un insieme di classi correlate e regole associate che consentono di classificare gli oggetti dalla sottoclasse appropriata. Le regole corrispondono ai valori di aspetto che distinguono le sottoclassi dalle superclassi. Ad esempio, a destra c'è il diagramma parziale di un'ontologia che ha una partizione della classe Car nelle classi 2-Wheel Drive Car e 4-Wheel Drive Car . La regola di partizione (o regola di sussunzione) determina se un'auto particolare è classificata dalla classe Auto a 2 ruote motrici o Auto a 4 ruote motrici .
Se le regole di partizione garantiscono che una singola Auto non può essere in entrambe le classi, allora la partizione viene chiamata partizione disgiunta. Se le regole di partizione assicurano che ogni oggetto concreto nella superclasse sia un'istanza di almeno una delle classi di partizione, allora la partizione viene chiamata partizione esaustiva.
attributi
Gli oggetti in un'ontologia possono essere descritti mettendoli in relazione con altre cose, tipicamente aspetti o parti . Queste cose correlate sono spesso chiamate attributi , sebbene possano essere cose indipendenti. Ogni attributo può essere una classe o un individuo. Il tipo di oggetto e il tipo di attributo determinano il tipo di relazione tra loro. Una relazione tra un oggetto e un attributo esprime un fatto specifico dell'oggetto a cui è correlato. Ad esempio, l' oggetto Ford Explorer ha attributi come:
- ha come nome⟩ Ford Explorer
- come per definizione come parte⟩ trasmissione a 6 marce
- come per definizione come parte⟩ porta (con cardinalità minima e massima: 4)
- come per definizione come parte uno di⟩ {motore 4.0L, motore 4.6L}
Il valore di un attributo può essere un tipo di dati complesso ; in questo esempio, il motore correlato può essere solo uno di un elenco di sottotipi di motori, non solo una singola cosa.
Le ontologie sono vere ontologie solo se i concetti sono correlati ad altri concetti (i concetti hanno attributi). In caso contrario, avresti una tassonomia (se esistono relazioni iponimiche tra i concetti) o un vocabolario controllato . Questi sono utili, ma non sono considerati vere ontologie.
Relazioni
Le relazioni (note anche come relazioni) tra gli oggetti in un'ontologia specificano come gli oggetti sono correlati ad altri oggetti. Tipicamente una relazione è di un particolare tipo (o classe) che specifica in che senso l'oggetto è correlato all'altro oggetto nell'ontologia. Ad esempio, nell'ontologia che contiene il concetto Ford Explorer e il concetto Ford Bronco potrebbe essere correlato da una relazione di tipo è definito come successore di⟩. La piena espressione di quel fatto diventa allora:
- Ford Explorer è definito come un successore di : Ford Bronco
Questo ci dice che l'Explorer è il modello che ha sostituito il Bronco. Questo esempio illustra anche che la relazione ha una direzione di espressione. L'espressione inversa esprime lo stesso fatto, ma con una frase inversa in linguaggio naturale.
Gran parte del potere delle ontologie deriva dalla capacità di descrivere le relazioni. Insieme, l'insieme delle relazioni descrive la semantica del dominio. L'insieme dei tipi di relazione utilizzati (classi di relazioni) e la loro gerarchia di sussunzione descrivono il potere espressivo del linguaggio in cui si esprime l'ontologia.
Un tipo importante di relazione è la relazione di sussunzione ( is-a- superclass -of , il contrario di is-a , is-a-subtype-of o is-a- subclass- of ). Questo definisce quali oggetti sono classificati da quale classe. Ad esempio, abbiamo già visto che la classe Ford Explorer è-una-sottoclasse-di 4-Wheel Drive Car, che a sua volta è-una-sottoclasse-di Car.
L'aggiunta delle relazioni is-a-subclass-of crea una tassonomia ; una struttura ad albero (o, più in generale, un insieme parzialmente ordinato ) che descrive chiaramente come gli oggetti si relazionano tra loro. In tale struttura, ogni oggetto è il "figlio" di una "classe genitore" (alcuni linguaggi limitano la relazione is-a-subclass-of a un genitore per tutti i nodi, ma molti non lo fanno).
Un altro tipo comune di relazioni è la relazione mereology , scritta come parte di , che rappresenta il modo in cui gli oggetti si combinano per formare oggetti compositi. Ad esempio, se estendessimo la nostra ontologia di esempio per includere concetti come Volante, diremmo che un "Volante è-per-definizione-una-parte-di-un Ford Explorer" poiché un volante è sempre uno dei componenti di un Ford Explorer. Se introduciamo relazioni meronimiche nella nostra ontologia, la gerarchia che emerge non può più essere contenuta in una semplice struttura ad albero poiché ora i membri possono apparire sotto più di un genitore o ramo. Invece questa nuova struttura che emerge è nota come grafo aciclico diretto .
Oltre alle relazioni standard è-una-sottoclasse-di e è-per-definizione-una-parte-di-a, le ontologie spesso includono tipi aggiuntivi di relazioni che perfezionano ulteriormente la semantica che modellano. Le ontologie possono distinguere tra diverse categorie di tipi di relazione. Per esempio:
- tipi di relazione per le relazioni tra classi
- tipi di relazione per le relazioni tra individui
- tipi di relazione per le relazioni tra un individuo e una classe
- tipi di relazione per le relazioni tra un singolo oggetto e una collezione
- tipi di relazione per le relazioni tra raccolte
I tipi di relazione a volte sono specifici del dominio e vengono quindi utilizzati per memorizzare tipi specifici di fatti o per rispondere a particolari tipi di domande. Se le definizioni dei tipi di relazione sono incluse in un'ontologia, allora l'ontologia definisce il proprio linguaggio di definizione dell'ontologia. Un esempio di un'ontologia che definisce i propri tipi di relazione e distingue tra varie categorie di tipi di relazione è l' ontologia Gellish .
Ad esempio, nel campo delle automobili, potremmo aver bisogno di una relazione di tipo " made-in" che ci dica dove è costruita ogni automobile. Quindi la Ford Explorer è prodotta a Louisville . L'ontologia potrebbe anche sapere che Louisville si trova nel Kentucky e il Kentucky è classificato come stato ed è parte del software statunitense che utilizza questa ontologia potrebbe ora rispondere a una domanda come "quali automobili sono prodotte nel NOI?"
