Построение онтологии предметной области «Направления музыки»

ГУМАНИТАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

«Запорожский институт государственного и муниципального управления»

 

факультет управления

 

 

 

 

КАФЕДРА ПРОГРАММИРОВАНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 

к курсовой работе по дисциплине:

“ ОРГАНИЗАЦИЯ  БАЗ ДАННЫХ И ЗНАНИЙ.

Ч.2. БАЗЫ ЗНАНИЙ И ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ ”

 

на тему “ Построение онтологии предметной области

«Направления  музыки» ”

 

 

Выполнил

студент группы ДИ-102                                          Воронин А.А.     _____________

                                                                                                                                         (подпись)

Руководитель

доцент, к.ф.-м.н.                                                      Ермолаев В.А.    _____________

                                                                                                                                        (подпись)

 

 

 

 

 

Запорожье

2004 

КАФЕДРА ПРОГРАММИРОВАНИЯ И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

ЗАДАНИЕ

на выполнение курсовой работы

по дисциплине “ ОРГАНИЗАЦИЯ БАЗ ДАННЫХ И ЗНАНИЙ ”

студенту группы ДИ-102 Воронину А.А.

 

Тема работы: “Построение онтологии предметной области «Направления музыки»”.

 

Задание: 1) Провести поиск источников, ознакомиться с терминологической базой и основными публикациями в области разработки онтологий, выполнить обзор современных методов онтологического  инжениринга;

2. Изучить методологию METHONTOLOGY для построения онтологий;
3. Пользуясь методологией METHONTOLOGY разработать онтологию предметной области.

 

 

 

 

Задание выдал к. ф.-м. н. Ермолаев В.А.                                ___________________

                                                                                                                                                            (подпись, дата)

                                                                     

Задание получил студент группы ДИ-102 Воронин А.А.     ___________________

                                                                                                                                                          (подпись, дата) 

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка состоит  из 26 листов печатного текста, а также  включает в себя титульный лист, задание, реферат, содержание, вступление, основную часть, вывод и список литературы.

В основную часть вошли три раздела: онтология, методология METHONTOLOGY, а также онтология «Направления музыки».

В первом разделе описаны основные понятия онтологии, языки её описания, средства семантического описания данных.

Во втором разделе описаны основные принципы методологии.

В третьем разделе представлено 4 таблицы, 1 схема, которые составили  модель онтологии.

В списке литературы обозначены используемые источники.

Ключевые слова:

ОНТОЛОГИЯ, МЕТОДОЛОГИЯ, ЯЗЫКИ ОПИСАНИЯ, ДАННЫЕ, МОДЕЛИ, КМ, ГЛОССАРИЙ ТЕРМИНОВ, ДИАГРАММА БИНАРНЫХ ОТНОШЕННИЙ И ДР.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВСТУПЛЕНИЕ

Одна из основных задач KM заключается  в необходимости получения из массива исходной информации сведений, которые нужны для решения  конкретной проблемы. Задача эта только в самом простейшем случае может быть сведена к прямому поиску нужных документов по ключевым словам или реквизитам. К сожалению, основным методом извлечения знаний сегодня по-прежнему является тот самый поиск, довольно редко с использованием учета морфологии и почти никогда — семантики. Происходит это в первую очередь из-за высокой сложности такой обработки, которая не может быть преодолена только за счет повышения вычислительной мощности компьютеров. Решение подобных задач возможно путем разработки новых математических и лингвистических подходов.

Современные модели представления  и интеграции информационных ресурсов активно развиваются и внедряются в практику. Важнейшим элементом  современных информационных технологий являются онтологии, которые позволяют  производить автоматизированную обработку семантики информации, предоставленной через Интернет, с целью её эффективного использования (представления, преобразования, поиска). Соответствующий принцип обработки данных Интернета базируется на представлении Интернета как глобальной базы знаний и ориентирован не на осмысление информации человеком, а на обеспечение семантической интероперабельности информационных ресурсов, т.е. автоматизированную интерпретацию и обработку информации.

 

1 ОНТОЛОГИЯ

 

Онтологии являются новыми интеллектуальными средствами для поиска ресурсов в сети Интернет, новыми методами представления и обработки знаний и запросов. Они способны точно и эффективно описывать семантику данных для некоторой предметной области и решать проблему несовместимости и противоречивости понятий. Онтологии обладают собственными средствами обработки (логического вывода), соответствующими задачам семантической обработки информации. Так, благодаря онтологиям, при обращении к поисковой системе пользователь будет иметь возможность получать в ответ ресурсы, семантически релевантные запросу (рис. 1).

Поэтому онтологии получили широкое  распространение в решении проблем  представления знаний и инженерии  знаний, семантической интеграции информационных ресурсов, информационного поиска и  т.д.

Известны несколько подходов к определению понятия онтологии, но общепринятого определения до сих пор нет, поскольку в зависимости от каждой конкретной задачи удобно интерпретировать этот термин по-разному: от неформальных определений до описаний онтологий в понятиях и конструкциях логики и математики. Мы будем понимать этот термин следующим образом:

Онтология - формальная спецификация разделяемой концептуализации, которая  имеет место в некотором контексте  предметной области. При этом под  концептуализацией будем иметь в виду, кроме сбора понятий, также всю информацию, касающуюся понятий - свойства, отношения, ограничения, аксиомы и утверждения о понятиях, необходимые для описания и решения задач в избранной предметной области.

Онтология предметной области определяет формальное приближение концептуализации. В онтологии зафиксирована та часть концептуализации, которая зависит от взгляда на мир применительно к конкретной области интересов.

Неформально онтология состоит  из терминов и правил использования  этих терминов, ограничивающих их значения в рамках конкретной области. На формальном же уровне, онтология это система, состоящая из набора понятий и набора утверждений об этих понятиях, на основе которых можно строить классы, объекты, отношения, функции и теории.

Поскольку в каждой области могут существовать различные понимания одних и тех же терминов, онтология определяет соглашение о значении терминов и является посредником между человеко- и машинно-ориентированным уровнем представления информации. Онтология существует в рамках договоренностей между членами сообщества, например, между пользователями некоторой информационной системы.

Концептуальное (или онтологическое) моделирование имеет дело с вопросом о том, как декларативным образом, допускающим повторное использование, описать предметную область, соответствующие словари типов, как ограничить использование этих данных, в предположении понимания того, что может быть выведено из этого описания.

Из данного определения также  следует, что частными случаями онтологий  являются простой словарь (например, Dublin Core), тезаурус (в котором ограничено число отношений между терминами) и т.д.

Онтологию можно применять в  качестве компоненты баз знаний, схемы  объектов в объектно-ориентированных  системах, концептуальной схемы базы данных, структурированного глоссария взаимодействующих сообществ, словаря для связи между агентами, определения классов для программных систем.

Онтологии в том числе позволяют  соответствующим программным средствам (интеллектуальным агентам) автоматически (без участия человека) определять смысл терминов использованных при описании ресурсов и сопоставлять его со смыслом поставленной задачи.

 

1. ТИПЫ ОНТОЛОГИЙ

 

Для онтологий характерны две особенности: они могут быть множественными (составными), в которых различаются представления контекста одного и того же домена, а могут идентифицировать абстрактные уровни онтологий (быть уровнем выше других онтологий). Что касается второго случая, то возможно идентифицировать несколько уровней абстракции, на каждом из которых могут быть определены онтологии. Например, в области каждой научной дисциплины можно определить онтологии, еще уровнем выше можно описать онтологии научных областей, находящихся на стыке отдельных научных дисциплин. Еще выше поставим онтологию научной дисциплины вообще. Следующим уровнем абстракции мы поставим общие категории структур знаний. Такого рода обобщение приводит нас к необходимости различать виды онтологий, чтобы организовывать их в библиотеки онтологий. Ниже приведена типология онтологий с примерами из области медицины.

 

1. Предметно-ориентированные (Domain-oriented)

• Специфичные для данного домена (Domain-specific)
• Медицина => кардиология => сердечная аритмия
• система управления светофорами
• Обобщение предметной области (Domain generalizations)
• компоненты, органы, документы

 

2. Ориентированные на прикладную  задачу (Task-oriented)

• Специфичные для данной задачи (Task-specific)
• дизайн конфигурации, инструкция, планирование
• Обобщающие задачи (Task generalizations)
• решение проблем, например, UPML

 

3. Базовая техническая онтология. (Basic technical ontology)

• тепло, энергия, сила

4. Общие онтологии (Generic ontologies)

• Категории верхнего уровня ("Top-level categories")
• Элементы и измерения (Units and dimensions)

 

1.2 ЯЗЫКИ ОПИСАНИЯ ОНТОЛОГИЙ

 

Ключевым моментом в проектировании онтологий является выбор соответствующего языка спецификации онтологий (Ontology specification language). Цель таких языков - предоставить возможность указывать дополнительную машинно-интерпретируемую семантику ресурсов, сделать машинное представление данных более похожим на положение вещей в реальном мире, существенно повысить выразительные возможности концептуального моделирования слабоструктурованных Web-данных.

Существуют традиционные языки  спецификации онтологий (Ontolingua, CycL, языки, основанные на дескриптивных логиках, такие как LOOM, и языки, основанные на фреймах - OKBC, OCML, Flogic). Более поздние языки основанные на Web-стандартах, такие как XOL, SHOE или UPML, RDF(S), DAML, OIL, OWL созданы специально для обмена онтологиями через Web.

В целом, различие между традиционными  и Web- языками спецификации онтологий  заключается в выразительных  возможностях описания предметной области  и некоторых возможностях механизма  логического вывода для этих языков. Типичные примитивы языков дополнительно включают:

• Конструкции для агрегирования, множественных иерархий классов, правил вывода и аксиом;
• Различные формы модуляризации для записи онтологий и взаимоотношений между ними;
• Возможность мета-описания онтологий. Это полезно при установлении отношений между различными видами онтологий.

Первыми предложениями по описанию онтологий на базе RDFS были DARPA DAML-ONT (DARPA Agent Markup Language) и European Commission OIL (Ontology Inference Layer). Эти стандарты спецификации и обмена онтологиями были разработаны для достижения наилучших результатов в поддержке процесса обмена знаниями и интеграции знаний. DAML обеспечивает примитивы для объявления пересечений, объединений, дополнений классов и т.д. OIL основан на description logics. Другое расширение RDFS - DRDFS. Также как OIL, он дает возможность для выражения классов и определения свойств, однако выразительная мощность языков DRDFS и OIL такова, что ни один из них не может быть рассмотрен как фрагмент другого.

На базе этих предложений DAML и OIL возникло совместное решение - DAML+OIL, которое послужило толчком для создания в рамках инициативы Semantic Web отдельной группы по пересмотру этого решения и стандартизации языка описания Web-онтологий (OWL - Web Ontology Language). Адаптация к Web систем логики и искусственного интеллекта составляет вершину "пирамиды Semantic Web", обеспечивая адекватный семантически поиск информации и машинную интерпретацию семантики.