Разработка онтологий 101: руководство по созданию Вашей первой онтологии (стр. 5 из 8)

Нам следует избегать циклов в иерархии классов. Мы говорим, что в иерархии есть цикл, когда у некоторого класса А есть подкласс В и в то же время В – это надкласс А. Создание такого цикла в иерархии равнозначен объявлению того, что классы А и В эквивалентны: все экземпляры А – это экземпляры В, а все экземпляры В также являются экземплярами А. Действительно, поскольку В – подкласс А, то все экземпляры В должны быть экземплярами класса А. Поскольку А – подкласс В, то все экземпляры А также должны быть экземплярами класса В.

4.2. Анализ узлов-братьев в иерархии классов

Узлы-братья в иерархии классов

Узлы-братья в иерархии - это классы, которые являются прямыми подклассами одного и того же класса (см. Раздел 4.1).

Все узлы-братья в иерархии (кроме тех, что находятся в корне) должны располагаться на одном уровне обобщения.

Например, Белое вино и Chardonnay не должны быть подклассами одного и того же класса (скажем, класса Вино). Белое вино – более общее понятие, чем Chardonnay. Узлы-братья должны представлять понятия, которые находятся «на одной линии», так же как разделы одного уровня в книге должны находиться на одном уровне обобщения. В этом смысле требования к иерархии классов похожи на требования к структуре книги.

Однако понятия, которые находятся в корне иерархии (и которые всегда представлены как прямые подклассы некоторого самого общего класса, такого как Thing), представляют основные деления в предметной области и не должны быть схожими понятиями.

Что называть «слишком много», а что - «слишком мало»?

Не существует жестких правил относительно того, сколько прямых подклассов должен иметь класс. Тем не менее, во многих онтологиях с четкой структурой имеется от двух до дюжины прямых подклассов. Отсюда два руководящих принципа:

Если класс имеет только один прямой подкласс, то, возможно, при моделировании допущена ошибка или онтология неполная.

Если у данного класса есть более дюжины подклассов, то, возможно, необходимы дополнительные промежуточные категории.

Первое правило похоже на правило набора текста, которое гласит, что у маркированного текста никогда не должна быть лишь одна маркированная точка. Например, большинство красных бургундских вин – это вина Cфtesd’Or. Предположим, что мы хотели представить только этот основной тип бургундских вин. Мы могли создать класс RedBurgundy и затем единственный подкласс Cotesd’Or (рис. 6а). Тем не менее, если в нашем представлении красные бургундские вина и винаCфtesd’Or, по существу, эквивалентны (все красные бургундские вина являются винами Cфtesd’Or и все вина Cфtesd’Or – это красные бургундские вина), то нет необходимости создавать класс Cotesd’Or, и он не добавит в представление новую информацию. Если бы нам нужно было включить вина CфtesChalonnaise (более дешевые бургундские вина из области к югу от Cфtesd’Or), то мы бы создали два подкласса класса Burgundy: Cotesd’Or и CotesChalonnaise (рис. 6б).

Рис. 6. Подклассы класса RedBurgundy.

Наличие у класса только одного подкласса указывает на ошибку при моделировании.

Теперь предположим, что мы перечислили все вина как прямые подклассы класса Вино. Тогда этот список будет включать такие более общие сорта, как Beaujolais и Bordeaux, так же как и более конкретные вина, как Paulliac и Margaux (рис. 7а). У класса Вино слишком много прямых подклассов и, действительно, для того чтобы онтология отражала различные сорта вин более четко, Medoc должно быть подклассом Bordeaux, а Cotesd’Or должно быть подклассом Burgundy. Кроме того, наличие таких промежуточных категорий как Красное вино и Белое Вино также будет отражать ту понятийную модель предметной области вин, которая есть у многих людей (рис. 7б).

Тем не менее, если не существует естественных классов для группировки понятий в длинный список узлов-братьев, то не нужно создавать искусственные классы – оставьте все, как есть. В конце концов, онтология – это отражение реального мира, и если в действительности категоризации нет, то онтология должна это отражать.

Рис. 7. Категоризация вин. Простое перечисление всех вин против нескольких уровней категоризации.

4.3. Множественное наследование.

Большинство систем представления знаний позволяют осуществлять множественное наследование в иерархии классов: класс может быть подклассом нескольких классов. Предположим, что мы хотим создать отдельный класс десертных вин - класс Десертное вино. Вино Portявляется и красным, и десертным вином [4]. Следовательно, мы определяем, что у класса Port есть 2 надкласса: Красное вино и Десертное вино. Все экземпляры класса Port будут экземплярами как класса Красное вино, так и класса Десертное вино. Класс Port унаследует слоты и фацеты от обоих родителей. Таким образом, он унаследует значение СЛАДКОЕ из слота Сахар класса Десертное вино, а также слот уровень танина и значение слота цвета класса Красное вино.

4.4. Когда вводить (или не вводить) новый класс

Одно из самых сложных решений, которое нужно принять во время моделирования, - это определить, когда ввести новый класс или когда сформулировать различие с помощью разных значений свойств. Сложно ориентироваться как в иерархии с очень большой степенью вложенности и множеством посторонних классов, так и в очень плоской иерархии, где очень мало классов, но в их слотах закодировано слишком много информации. Найти подходящий баланс нелегко.

Существует несколько практических способов определения того, когда в иерархию следует ввести новые классы:

Обычно подклассы класса (1) имеют дополнительные свойства, которых нет у надкласса, или (2) ограничения, отличные от тех, которые есть у надкласса, или (3) состоят в других отношениях, нежели надклассы.

У красных вин разные уровни танина, тогда как это свойство не используется для описания вин в общем. Слот сахар класса Десертное вино имеет значение СЛАДКОЕ, тогда как для надкласса класса Десертное вино это не так. Вина PinotNoir могут хорошо сочетаться с морскими продуктами, тогда как другие красные вина – нет. Другими словами, мы обычно вводим в иерархию новый класс только тогда, когда мы можем сказать про этот класс что-то такое, чего мы не можем сказать о надклассе.

На практике к каждому подклассу нужно добавить новые слоты или определить у него новые значения слотов и переопределить некоторые фацеты наследованных слотов.

Однако иногда может быть полезно создать новые классы, даже если они не вводят никаких новых свойств.

Классы в иерархиях терминов не обязаны новые свойства.

Например, некоторые онтологии включают большие иерархии ссылок обычных терминов, используемых в предметной области. К примеру, онтология, которая лежит в основе электронной системы записи медицинской информации, может включать классификацию различных болезней. Эта классификация может быть как раз такой - иерархией терминов, без свойств (или с одним и тем же набором свойств). В этом случае по-прежнему полезно организовать термины в иерархию, а не в линейный список, потому что она (1) облегчит изучение и навигацию и (2) позволит врачу легко выбрать подходящий уровень общности термина.

Другая причина введения новых классов без новых свойств – это моделирование понятий, среди которых эксперты в предметной области обычно проводят разграничение, даже несмотря на то, что мы могли принять решение не моделировать само разграничение. Так как мы используем онтологии для содействия коммуникации между экспертами в предметной области, а также между экспертами и системами, основанными на знаниях, то в онтологии мы бы хотели отразить точку зрения эксперта на предметную область.

В конце концов, нам не следует создавать подклассы класса для каждого дополнительного ограничения. К примеру, мы ввели классы Красное вино, Белое вино и Розовое вино, так как это разделение является естественным в мире вин. Мы не ввели классы для изысканного вина, для вин с умеренным вкусом и т.д. Когда мы определяем иерархию классов, наша цель – добиться равновесия между созданием классов, которые полезны для организации классов, и созданием слишком большого числа классов.

4.5. Новый класс или значение свойства?

При моделировании предметной области нам часто нужно решать, моделировать ли определенное разграничение (такое как белое, красное или розовое вино) как значение свойства или как набор классов, что опять же зависит от масштаба предметной области и от решаемой задачи.

Создать ли нам класс Белое вино или просто создать класс Вино и ввести различные значения слота цвет? Ответ всегда зависит от того масштаба, который мы определили для онтологии. Насколько важно понятие Белое вино в нашей предметной области? Если важность вин в предметной области незначительна и то, белое это вино или нет, не особо влияет на его отношения с другими объектами, то нам не нужно вводить отдельный класс белых вин. Для модели предметной области, используемой на предприятии, где производятся винные этикетки, правила для этикеток вин различных цветов одни и те же и разделение не столь важно. И наоборот, для представления вина, еды и их подходящих сочетаний, красное вино сильно отличается от белого: оно сочетается с другой едой, у него другие свойства и т.д. Также, цвет вина важен для базы знаний по винам, которую мы можем использовать для определения последовательности дегустации вин. Поэтому мы создаем отдельный класс Белое вино.

Если понятия с разными значениями слота становятся ограничениями для различных слотов в других классах, то для разделения нам следует создать новый класс.В противном случае разделение представляется в значении слота.

Подобным образом, в нашей онтологии вин есть такие классы как Красное Merlot и Белое Merlot, а не единый класс для всех вин Merlot: красные Merlot и белые Merlot – это действительно разные вина (сделанные из одного винограда), и если мы разрабатываем подробную онтологию, то это разделение представляет важность.