department of computer science liverpool university · Онтологии и...
TRANSCRIPT
![Page 1: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/1.jpg)
Онтологии и Представление Знаний
Борис Конев
Department of Computer Science
Liverpool University
![Page 2: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/2.jpg)
Знание – сила
Умные машины должны обладать знанием
• Обработка естественных языков
• Компьютерное зрение
• Решение задач
Знания должны быть
• Адекватными
• Представленными в машинной форме
• Возможность рассуждать и порождать
новые знания
Онтологии и представление знаний, 2010 2
![Page 3: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/3.jpg)
Неявное и явное представление знаний
Что есть знание?
• “Встроенное знание”
– Стратегии
– Эвристики
• “Явное знание”
– Правила / инструкции
Если дымно и жарко надо тушить пожар
– Классификация
Дуб это дерево
– Знания о знаниях
Я знаю, что ты знаешь, что я знаю ...
– …
Онтологии и представление знаний, 2010 3
![Page 4: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/4.jpg)
Умные цитаты
‘… problem solving power exhibited … is primarily a consequence of the specialist
knowledge employed by the agent and only very secondarily related to … a power
of the inference method employed’
(Feigenbaum 1977)
‘The idea of explicit representations of knowledge, manipulated by general purpose
inference algorithms, dates back to the philosopher Leibniz, who envisioned a cal-
culus of propositions that exceed in its scope and power the differential calculus he
has developed’
(Brachman, Levesque and Reiter 1991)
Онтологии и представление знаний, 2010 4
![Page 5: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/5.jpg)
Нельзя объять необъятное
Разные цели требуют разные формализмы
• Системы продукций (правил)
• Семантические сети и фреймы
• Логика
• Экспертные системы
Aim low!(Лучше синица в руке...)
Онтологии и представление знаний, 2010 5
![Page 6: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/6.jpg)
Представление знаний для доступа и обмена информацией
Наша цель:
• Общий язык
• Общее понимание терминов
Онтологии и представление знаний, 2010 6
![Page 7: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/7.jpg)
Семантическая Всемирная Паутина (Semantic Web)
Мы пользуемся Синтаксической Всемирной Паутиной
@@
@@
@@R
��
��ресурс
��
��ресурс
��
��ресурс
��
��ресурс
��
��ресурс
AAAAU
HHHHHHHj
�����*
@@
@@
@R��������
6
��������9
href
href href
href
href
href
href
Онтологии и представление знаний, 2010 7
![Page 8: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/8.jpg)
Синтаксическая Всемирная Паутина...
Компьютеры предоставляют информацию (просто),
а люди собирают и интерпретируют (сложно).
• Электронные библиотеки
Страницы, объединенные ссылками
• Базы данных
Доступ к данным через веб-страницу
• Мультимедиа
Интернет-радио.
• Системы наименования
уникальный идентификатор
Онтологии и представление знаний, 2010 8
![Page 9: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/9.jpg)
Что нам нужно?
• Сложные запросы, требующие доступа к неявным знаниям
Найти информацию о “животных, которые пользуются эхолокацией но не
являются дельфинами или летучими мышами”
Онтологии и представление знаний, 2010 9
![Page 10: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/10.jpg)
Что нам нужно?
• Сложные запросы, требующие доступа к неявным знаниям
Найти информацию о “животных, которые пользуются эхолокацией но не
являются дельфинами или летучими мышами”
(Обыкновенная сипуха)
Онтологии и представление знаний, 2010 9
![Page 11: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/11.jpg)
Что нам нужно?
• Сложные запросы, требующие доступа к неявным знаниям
Найти информацию о “животных, которые пользуются эхолокацией но не
являются дельфинами или летучими мышами”
(Обыкновенная сипуха)
• Поиск информации в хранилищах данных
Как проехать?
Цены на товары и услуги
Результаты экспериментов
Онтологии и представление знаний, 2010 9
![Page 12: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/12.jpg)
Что нам нужно?
• Сложные запросы, требующие доступа к неявным знаниям
Найти информацию о “животных, которые пользуются эхолокацией но не
являются дельфинами или летучими мышами”
(Обыкновенная сипуха)
• Поиск информации в хранилищах данных
Как проехать?
Цены на товары и услуги
Результаты экспериментов
• Поиск и использование “интернет-сервисов”
Визуализация взаимодействия белков
Онтологии и представление знаний, 2010 9
![Page 13: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/13.jpg)
Что нам нужно?
• Сложные запросы, требующие доступа к неявным знаниям
Найти информацию о “животных, которые пользуются эхолокацией но не
являются дельфинами или летучими мышами”
(Обыкновенная сипуха)
• Поиск информации в хранилищах данных
Как проехать?
Цены на товары и услуги
Результаты экспериментов
• Поиск и использование “интернет-сервисов”
Визуализация взаимодействия белков
• Передача сложных задач “агентам”
Купить путевку в теплые края, не очень далеко, где говорят по-русски
Онтологии и представление знаний, 2010 9
![Page 14: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/14.jpg)
В чем проблема?
Типичная веб-страница
• Разметка:
– как отрисовывать (размер
и цвет шрифтов)
– Гиперссылки на
родственные страницы
• Семантическое содержание
доступно людям но не
компьютерам...
Онтологии и представление знаний, 2010 10
![Page 15: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/15.jpg)
Что видим мы...
WWW2007
The sixteenth International World Wide Web Conference
May 8–12, 2007
Banff, Alberta, Canada
Preliminary Call for Papers
The International World Wide Web Conference Committee (IW3C2) cordially invites you to participate in
the 16th International World Wide Web Conference (WWW2007) to be held on May 8-12, 2007 in Banff,
Canada.
The first WWW conference was held in 1994 at CERN, where the Web was born. Since then, the conference
series has become the premier venue for academics and industry to present, demonstrate, and discuss
the latest ideas about the Web.
WWW2007 will be held in Banff, Alberta, Canada at the world-famous Fairmont Banff Springs Hotel. The
technical program for the five-day conference will include refereed paper presentations, plenary sessions,
panels, and poster sessions, as well as tutorials, workshops, and special sessions for Web developers,
historians, and visionaries.
Онтологии и представление знаний, 2010 11
![Page 16: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/16.jpg)
Что видят машины...
WWW2007
The sixteenth International World Wide Web Conference
May 8--12, 2007
Banff, Alberta, Canada
Preliminary Call for Papers
The International World Wide Web Conference Committee (IW3C2)cordially invites you to participate in the 16th InternationalWorld Wide Web Conference (WWW2007) to be held on May 8-12, 2007 inBanff, Canada.
The first WWW conference was held in 1994 at CERN, where the Web was
born. Since then, the conference series has become the premier
venue for academics and industry to present, demonstrate, and dis-
cuss the latest ideas about the Web. WWW2007 will be held in Banff,
Alberta, Canada at the world-famous Fairmont Banff Springs Hotel.
The technical program for the five-day conference will include ref-
ereed paper presentations, plenary sessions, panels, and poster
sessions, as well as tutorials, workshops, and special sessions
for Web developers, historians, and visionaries.
Онтологии и представление знаний, 2010 12
![Page 17: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/17.jpg)
Решение: XML разметка?
<name>WWW2007
The sixteenth International World Wide Web Conference</name><date>May 8–12, 2007</date><location>Banff, Alberta, Canada</location><slogan>Preliminary Call for Papers</slogan>
<announcement>The International World Wide Web Conference Committee (IW3C2) cordially invites
you to participate in the 16th International World Wide Web Conference (WWW2007) to be held on May
8-12, 2007 in Banff, Canada.</announcement>
<statement>The first WWW conference was held in 1994 at CERN, where the Web was born. Since
then, the conference series has become the premier venue for academics and industry to present, demon-
strate, and discuss the latest ideas about the Web. WWW2007 will be held in Banff, Alberta, Canada at
the world-famous Fairmont Banff Springs Hotel. The technical program for the five-day conference will
include refereed paper presentations, plenary sessions, panels, and poster sessions, as well as tutorials,
workshops, and special sessions for Web developers, historians,
and visionaries.</statement>
Онтологии и представление знаний, 2010 13
![Page 18: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/18.jpg)
Есть ли разница с...
<name>WWW2007
The sixteenth International World Wide Web Conference</name>
<date>May 8--12, 2007</date>
<location>Banff, Alberta, Canada</location>
<slogan>Preliminary Call for Papers</slogan>
<announcement>The International World Wide Web Conference Committee
(IW3C2) cordially invites you to participate in the 16th Interna-
tional World Wide Web Conference (WWW2007) to be held on May 8-12,
2007 in Banff, Canada.</announcement>
<statement>The first WWW conference was held in 1994 at CERN, where
the Web was born. Since then, the conference series has become the
premier venue for academics and industry to present, demonstrate,
and discuss the latest ideas about the Web. WWW2007 will be held in
Banff, Alberta, Canada at the world-famous Fairmont Banff Springs
Hotel... </statement>
Онтологии и представление знаний, 2010 14
![Page 19: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/19.jpg)
Машины понимают только...
<name>WWW2007
The sixteenth International World Wide Web Conference</name>
<date>May 8--12, 2007</date>
<location>Banff, Alberta, Canada</location>
<slogan>Preliminary Call for Papers</slogan>
<announcement>The International World Wide Web Conference Com-
mittee (IW3C2) cordially invites you to participate in the 16th
International World Wide Web Conference (WWW2007) to be held on May
8-12, 2007 in Banff, Canada.</announcement>
<statement>The first WWW conference was held in 1994 at CERN, where
the Web was born. Since then, the conference series has become the
premier venue for academics and industry to present, demonstrate,
and discuss the latest ideas about the Web. WWW2007 will be held in
Banff, Alberta, Canada at the world-famous Fairmont Banff Springs
Hotel... </statement>
Онтологии и представление знаний, 2010 15
![Page 20: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/20.jpg)
Требуется явно задать семантику
Соглашение о значении тегов
Использовать Онтологии чтобы описать теги
• Онтологии определяют словарь терминов
• Новые термины могут быть определены как комбинации старых
Онтологии и представление знаний, 2010 16
![Page 21: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/21.jpg)
Опасайтесь преждевременных выводов
• Суета вокруг Семантической Паутины предполагает
Семантика + Web = ИИ
Онтологии и представление знаний, 2010 17
![Page 22: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/22.jpg)
Опасайтесь преждевременных выводов
• Суета вокруг Семантической Паутины предполагает
Семантика + Web = ИИ
• Более реалистичный сценарий
Семантика + Web + ИИ = лучшая Web
Онтологии и представление знаний, 2010 17
![Page 23: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/23.jpg)
Онтологии: происхождение и история
Онтология в Философии
oντoλoγiα раздел философии, изучающий бытие
• Наука бытия (Аристотель, Метафизика, IV, 1)
• Попытка ответить на вопросы
– Что характеризует бытие?
– Что есть?
• Классификация бытия
– Как классифицировать то, что есть?
Онтологии и представление знаний, 2010 18
![Page 24: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/24.jpg)
Онтология в философии
• Что существует?
• Что значит, что “что-то существует”?
• Существуют ли абстрактные вещи?
• Что такое объект?
Ontology in Philosophy
In philosophy, ontology is the study of being or existence.
It aims to find out what entities and types of entities exist:
• What exists?
• Is existence a property?
• What is an object?
• Do non-physical(abstract) objects exist?
• How thingsshould be classified?
Aristotle’s ontology:
Semantic Web 2009 (1) http://www.dcs.bbk.ac.uk/~michael/sw/sw.html 28
Онтологии и представление знаний, 2010 19
![Page 25: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/25.jpg)
Онтологии в информатике
“An explicit specification of a conceptualization”
“Явная спецификация концептуализации”[Tom Gruber 1993]
абстрактная модель
какой-то области
6
– классы/концепции/понятия
– свойства и атрибуты классов
– свойства свойств
– экземпляры
6
Онтология задает
– Общий язык
– Общее понимание
Онтологии и представление знаний, 2010 20
![Page 26: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/26.jpg)
Таксономия
Таксономия учение о принципе и практике классификаций.Происходит от греческого ταξις (‘порядок’) и νoµoς (‘закон’ или ‘наука’)
• Классификация Линнея(Карл Линней, 1707–1778)
Службы каталогов
• Yahoo! Web Directory (http://dir.yahoo.com/)
• Open Directory Project 590,000 категорий (http://dmoz.org/)
• Каталог интернет-магазина
Онтологии и представление знаний, 2010 21
![Page 27: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/27.jpg)
Почти философия
• CYC, онтология верхнего уровня (проект начат в 1994)
http://www.opencyc.org/
самая большая и полная база знаний в мире
Онтологии и представление знаний, 2010 22
![Page 28: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/28.jpg)
e-Science
• GO: http://www.geneontology.org/,
• MGED: http://mged.sourceforge.net/ontologies/MGEDontology.php, …
Онтологии и представление знаний, 2010 23
![Page 29: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/29.jpg)
Медицина
• Snomed, NCI, Galen и FMA
(полу-) автоматическое ведение медицинских записей
Разные термины могут обозначать одно и то же: ‘стенокардия’ и ‘грудная жаба’
Онтологии и представление знаний, 2010 24
![Page 30: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/30.jpg)
Каталогизация информации
• UN-FAO, NASA, Ordnance Survey, General Motors, Lockheed Martin, …
Онтологии и представление знаний, 2010 25
![Page 31: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/31.jpg)
Структура онтологий
Обычно онтологии имеют две части:
• Названия важных понятий (теги)
– Слон
– Травоядное
– Взрослый_Слон
• Информацию/знание о домене
– Взрослый_Слон весит по крайней мере 2 тонны
– Слон бывает либо Африканский_Слон либо Индийский_Слон
Онтологии и представление знаний, 2010 26
![Page 32: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/32.jpg)
Что будет дальше?
• Формализмы построения онтологий и терминологий
• Логический анализ
• Баланс между выразительной силой и вычислительной сложностью
• Применения к био- и медицинской информатике
Онтологии и представление знаний, 2010 27
![Page 33: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/33.jpg)
Онтологии и Представление Знаний
Борис Конев
Department of Computer Science
Liverpool University
![Page 34: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/34.jpg)
Язык представления онтологий
Должен иметь
• четкий синтаксис
машина будет читать
• формальную семантику
точное понимание, возможность автоматического анализа
• эффективный автоматический анализ
• достаточную выразительную силу
Онтологии и представление знаний, 2010 29
![Page 35: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/35.jpg)
Структурные объекты
• Куиллиан (1966, ’68) — семантические сети
• Минский (1974) — фреймы
• Чень (1976) — ER-диаграммы
Онтологии и представление знаний, 2010 30
![Page 36: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/36.jpg)
Пример: анализ ER-диаграмм
..Студенты
.ISA
.disjoint
.Ф-т информатики .Биолого-почвенный ф-т
.ISA
.disjoint
.Практики .Теоретики
.ISA
.Биологи .Почвенники
Онтологии и представление знаний, 2010 31
![Page 37: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/37.jpg)
Пример: анализ ER-диаграмм
..Студенты
.ISA
.disjoint
.Ф-т информатики .Биолого-почвенный ф-т
.ISA
.disjoint
.Практики .Теоретики
.ISA
.Биологи .Почвенники
Онтологии и представление знаний, 2010 32
![Page 38: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/38.jpg)
Пример: анализ ER-диаграмм
..Студенты
.ISA
.disjoint
.Ф-т информатики .Биолого-почвенный ф-т
.ISA
.disjoint
.Практики .Теоретики
.ISA
.Биологи .Почвенники
Информатики ≡ практики
Онтологии и представление знаний, 2010 33
![Page 39: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/39.jpg)
Не все так просто
• Собаки кусают почтальонов
..кусает.Собака.*
.Почтальона.*
• Все собаки кусают одного почтальона
..кусает.Собака.*
.Почтальона.1
• Одна собака кусает всех почтальонов
..кусает.Собака.1
.Почтальона.*
Анализ становится все сложнее...
Онтологии и представление знаний, 2010 34
![Page 40: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/40.jpg)
Логика предикатов спешит на помощь
• Собаки (все) кусают почтальонов (всех)
∀x, y(dog(x) ∧ postman(y) ⇒ bites(x, y))
• Все собаки кусают одного почтальона
∃y(postman(y) ∧ ∀x(dog(x) ⇒ bites(x, y))))
• Одна собака кусает всех почтальонов
∃x(dog(x) ∧ ∀x(postman(x) ⇒ bites(x, y))))
• …
Онтологии и представление знаний, 2010 35
![Page 41: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/41.jpg)
Тут бы нам и разойтись, но...
• Логика предикатов слишком сложная, не визуализируется...
(пользователи!)
• Структура может запутаться
∃y(postman(y) ∧ ∀x(dog(x) ⇒ bites(x, y))))
∃x(dog(x) ∧ ∀x(postman(x) ⇒ bites(x, y))))
• Логика предикатов неразрешима
• Не все (даже разрешимые) свойства можно выразить в логике первого порядка
(транзитивное замыкание)
Онтологии и представление знаний, 2010 36
![Page 42: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/42.jpg)
Языки представления онтологий
Слабые языке:
• ER-модели, UML-диаграммы.
• RDFS the Resource Description Framework, with schema vocabulary.
– Рекомендован W3C 1999, 2004.
Более выразительные языки
• Дескрипционные логики, OWL (Web Ontology Language)
– Рекомендован W3C 2004, 2009.
• Правила (RuleML, LP, Prolog);
• Графы концепций;
• Предикатная логика.
Онтологии и представление знаний, 2010 37
![Page 43: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/43.jpg)
RDF — модель представления данных
RDF означает Resource Description Framework
(Схема Описания Ресурсов) http://www.w3.org/RDF/
• Ресурсы идентифицируются при помощи ссылок (URI)
• Утверждения описывают свойства ресурсов при помощи троек вида
.
.
субъект.
.
объект-свойство
Онтологии и представление знаний, 2010 38
![Page 44: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/44.jpg)
RDF — модель представления данных
RDF означает Resource Description Framework
(Схема Описания Ресурсов) http://www.w3.org/RDF/
• Ресурсы идентифицируются при помощи ссылок (URI)
• Утверждения описывают свойства ресурсов при помощи троек вида
.
.
субъект.
.
объект-свойство
6ресурс(URI)
книга
издатель
место
человек
…
Онтологии и представление знаний, 2010 38
![Page 45: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/45.jpg)
RDF — модель представления данных
RDF означает Resource Description Framework
(Схема Описания Ресурсов) http://www.w3.org/RDF/
• Ресурсы идентифицируются при помощи ссылок (URI)
• Утверждения описывают свойства ресурсов при помощи троек вида
.
.
субъект.
.
объект-свойство
6ресурс(URI)
книга
издатель
место
человек
…
6
свойство(URI)
написана
название
…
Онтологии и представление знаний, 2010 38
![Page 46: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/46.jpg)
RDF — модель представления данных
RDF означает Resource Description Framework
(Схема Описания Ресурсов) http://www.w3.org/RDF/
• Ресурсы идентифицируются при помощи ссылок (URI)
• Утверждения описывают свойства ресурсов при помощи троек вида
.
.
субъект.
.
объект-свойство
6ресурс(URI)
книга
издатель
место
человек
…
6
свойство(URI)
написана
название
…
6значение(константа или URI)
Онтологии и представление знаний, 2010 38
![Page 47: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/47.jpg)
RDF — модель представления данных
RDF означает Resource Description Framework
(Схема Описания Ресурсов) http://www.w3.org/RDF/
• Ресурсы идентифицируются при помощи ссылок (URI)
• Утверждения описывают свойства ресурсов при помощи троек вида
.
.
субъект.
.
объект-свойство
6ресурс(URI)
книга
издатель
место
человек
…
6
свойство(URI)
написана
название
…
6значение(константа или URI)
• Сами свойства идентифицируются ссылками и, поэтому, являются ресурсами
Онтологии и представление знаний, 2010 38
![Page 48: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/48.jpg)
RDF и представление графами
(1) Тройки ‘⟨ subject, predicate, object ⟩’
⟨kr, name, “Онтологии и представление знаний”⟩⟨kr, isTaughtBy, BK⟩⟨kr, homepage, http://logic.pdmi.ras.ru/csclub/courses/ontology⟩⟨BK, name, “Борис Конев”⟩
Онтологии и представление знаний, 2010 39
![Page 49: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/49.jpg)
RDF и представление графами
(1) Тройки ‘⟨ subject, predicate, object ⟩’
⟨kr, name, “Онтологии и представление знаний”⟩⟨kr, isTaughtBy, BK⟩⟨kr, homepage, http://logic.pdmi.ras.ru/csclub/courses/ontology⟩⟨BK, name, “Борис Конев”⟩
(2) Граф
.
.
kr.
.
BK
“Онтологии и представление знаний”“Борис Конев”
.
.
http://logic.pdmi.ras.ru/csclub/courses/ontology
@@
@Rhomepage
-isTaughtBy�
���name
6name
Онтологии и представление знаний, 2010 39
![Page 50: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/50.jpg)
Проблема троек
• В RDF используются только бинарные отношения:
Что делать с
referee(X, Y, Z): ‘X — судья в игре между Y и Z’?
Онтологии и представление знаний, 2010 40
![Page 51: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/51.jpg)
Проблема троек
• В RDF используются только бинарные отношения:
Что делать с
referee(X, Y, Z): ‘X — судья в игре между Y и Z’?
Возможное решение: ввести анонимный ресурс
.
.
X.
.
.
.
Y
.
.
Z
-referee �������:player1
XXXXXXXzplayer2
<rdf:Description rdf:ID=′′X′′><referee>
<rdf:Description><player1 rdf:resource=′′#Y′′/><player2 rdf:resource=′′#Z′′/>
</rdf:Description></referee>
</rdf:Description>
Онтологии и представление знаний, 2010 40
![Page 52: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/52.jpg)
Синтаксис RDF
На основе XML:
• Каждый тэг description описывает ресурс
• Каждый вложенный элемент или атрибут является свойством ресурса
<rdf:Description rdf:about=′′#kr′′>
<csclub:isTaughtBy rdf:resource=′′#BK′′/>
<csclub:name>Онтологии и представление знаний</csclub:name>
<csclub:homepage rdf:resource=′′http://logic.pdmi.ras.ru/csclub/courses/ontology′′/>
</rdf:Description>
<rdf:Description rdf:about=′′#BK′′>
<csclub:name>Борис Конев</csclub:name>
</rdf:Description>
Онтологии и представление знаний, 2010 41
![Page 53: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/53.jpg)
RDFS — схема RDF
• RDF предоставляет возможность описать свойства ресурсов, но не позволяет выразить
отношения между свойствами и классами ресурсов, такие, например, как subClassOf
или rdf:type
– интерпретируются как произвольное бинарное отношение
Онтологии и представление знаний, 2010 42
![Page 54: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/54.jpg)
RDFS — схема RDF
• RDF предоставляет возможность описать свойства ресурсов, но не позволяет выразить
отношения между свойствами и классами ресурсов, такие, например, как subClassOf
или rdf:type
– интерпретируются как произвольное бинарное отношение
• RDFS (RDF Scheme) придает семантику таким отношениям
– ⟨Person, subClassOf, Animal⟩ (все) люди — животные
– ⟨Person, type, Class⟩ Person это класс (множество) объектов
– ⟨isTaughtBy, type, Property⟩ isTaughtBy это свойство
– ⟨isTaughtBy, range, Person⟩ тот, кто учит — человек
– ...
Онтологии и представление знаний, 2010 42
![Page 55: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/55.jpg)
Трудности с семантикой RDFS
• Нет различий между классами и индивидуумами
⟨Species, type, Class⟩⟨Lyon, type, Species⟩⟨Leo, type, Lion⟩
• У свойств могут быть свойства
⟨hasDaughter, type, familyProperty⟩
• “Зарезервированные слова” можно переопределять
⟨type, range, Class⟩⟨Property, type, Class⟩⟨Class, type, Class⟩
Привет, Бертранд Рассел...
“Нестандартная” семантика
Онтологии и представление знаний, 2010 43
![Page 56: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/56.jpg)
Семантика RDF
Семантика RDF задается при помощи RDF Model Theory;
см. http://www.w3.org/TR/rdf-mt/
• V — множество имен (ссылки и константы), входящих в RDF-тройки
• RDF-интерпретация V задается:
– IR, непустое множество ресурсов (домен)
Онтологии и представление знаний, 2010 44
![Page 57: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/57.jpg)
Семантика RDF
Семантика RDF задается при помощи RDF Model Theory;
см. http://www.w3.org/TR/rdf-mt/
• V — множество имен (ссылки и константы), входящих в RDF-тройки
• RDF-интерпретация V задается:
– IR, непустое множество ресурсов (домен)
– IP ⊆ IR, множество свойств (каждое свойство — ресурс)
(символ v ∈ V является ресурсом т. и т.т. IS(v) ∈ IP )
Онтологии и представление знаний, 2010 44
![Page 58: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/58.jpg)
Семантика RDF
Семантика RDF задается при помощи RDF Model Theory;
см. http://www.w3.org/TR/rdf-mt/
• V — множество имен (ссылки и константы), входящих в RDF-тройки
• RDF-интерпретация V задается:
– IR, непустое множество ресурсов (домен)
– IP ⊆ IR, множество свойств (каждое свойство — ресурс)
(символ v ∈ V является ресурсом т. и т.т. IS(v) ∈ IP )
– IS: V → IR, интерпретация ресурсов(с каждым элементом V ассоциирован ресурс)
Онтологии и представление знаний, 2010 44
![Page 59: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/59.jpg)
Семантика RDF
Семантика RDF задается при помощи RDF Model Theory;
см. http://www.w3.org/TR/rdf-mt/
• V — множество имен (ссылки и константы), входящих в RDF-тройки
• RDF-интерпретация V задается:
– IR, непустое множество ресурсов (домен)
– IP ⊆ IR, множество свойств (каждое свойство — ресурс)
(символ v ∈ V является ресурсом т. и т.т. IS(v) ∈ IP )
– IS: V → IR, интерпретация ресурсов(с каждым элементом V ассоциирован ресурс)
– IEXT : IP → 2IR×IR, интерпретация свойств(свойства — бинарные отношения, т.е., подмножества IR × IR)
Онтологии и представление знаний, 2010 44
![Page 60: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/60.jpg)
Семантика RDF
Семантика RDF задается при помощи RDF Model Theory;
см. http://www.w3.org/TR/rdf-mt/
• V — множество имен (ссылки и константы), входящих в RDF-тройки
• RDF-интерпретация V задается:
– IR, непустое множество ресурсов (домен)
– IP ⊆ IR, множество свойств (каждое свойство — ресурс)
(символ v ∈ V является ресурсом т. и т.т. IS(v) ∈ IP )
– IS: V → IR, интерпретация ресурсов(с каждым элементом V ассоциирован ресурс)
– IEXT : IP → 2IR×IR, интерпретация свойств(свойства — бинарные отношения, т.е., подмножества IR × IR)
Тройка ⟨s, p, o⟩ истинна в I т. и т.т.
s, p, o ∈ V , IS(p) ∈ IP и (IS(s), IS(o)) ∈ IEXT (IS(p))
Онтологии и представление знаний, 2010 44
![Page 61: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/61.jpg)
Пример
Построим интерпретацию, в которой следующий RDF-граф истинен
.
.
kr.
.
BK
“Онтологии и представление знаний”“Борис Конев”
.
.
http://logic.pdmi.ras.ru/csclub/courses/ontology
@@
@Rhomepage
-isTaughtBy�
���name
6name
Онтологии и представление знаний, 2010 45
![Page 62: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/62.jpg)
Пример
Построим интерпретацию, в которой следующий RDF-граф истинен
.
.
kr.
.
BK
“Онтологии и представление знаний”“Борис Конев”
.
.
http://logic.pdmi.ras.ru/csclub/courses/ontology
@@
@Rhomepage
-isTaughtBy�
���name
6name
5 6
9
4
3
1 1
78
IR = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10} and IP = {1, 2, 3, 4}
IS(name) = 1, IS(isTaughtBy) = 3, IS(homepage) = 4, IS(kr) = 5,
IS(BK) = 6, IS(http://logic.pdmi.ras.ru/csclub/courses/ontology) = 9,
IS(“Онтологии и представление знаний”) = 7, IS(“Борис Конев”) = 8
IEXT (1) = {(5, 7), (6, 8)}, IEXT (3) = {(5, 6)}, IEXT (4) = {(5, 9)}
Онтологии и представление знаний, 2010 45
![Page 63: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/63.jpg)
Проблемы с RDFS
• RDFS не достаточно выразителен
– Нет локализованных ограничений на домен и множество значений
(множество значений свойства hasChild является людьми, когда применяется к человеку и
слонами когда применяется к слонам)
Онтологии и представление знаний, 2010 46
![Page 64: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/64.jpg)
Проблемы с RDFS
• RDFS не достаточно выразителен
– Нет локализованных ограничений на домен и множество значений
(множество значений свойства hasChild является людьми, когда применяется к человеку и
слонами когда применяется к слонам)
– Нет ограничений на существование и мощность
(у всех людей есть мать, которая тоже человек,
у матери-героини больше двух детей)
Онтологии и представление знаний, 2010 46
![Page 65: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/65.jpg)
Проблемы с RDFS
• RDFS не достаточно выразителен
– Нет локализованных ограничений на домен и множество значений
(множество значений свойства hasChild является людьми, когда применяется к человеку и
слонами когда применяется к слонам)
– Нет ограничений на существование и мощность
(у всех людей есть мать, которая тоже человек,
у матери-героини больше двух детей)
– Не определяются транзитивные, обратные или симметричные свойства
(свойство isPartOf транзитивное,
свойство hasPart обратно isPartOf
свойство touches симметрично)
Онтологии и представление знаний, 2010 46
![Page 66: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/66.jpg)
Проблемы с RDFS
• RDFS не достаточно выразителен
– Нет локализованных ограничений на домен и множество значений
(множество значений свойства hasChild является людьми, когда применяется к человеку и
слонами когда применяется к слонам)
– Нет ограничений на существование и мощность
(у всех людей есть мать, которая тоже человек,
у матери-героини больше двух детей)
– Не определяются транзитивные, обратные или симметричные свойства
(свойство isPartOf транзитивное,
свойство hasPart обратно isPartOf
свойство touches симметрично)
– ...
Онтологии и представление знаний, 2010 46
![Page 67: Department of Computer Science Liverpool University · Онтологии и Представление Знаний Борис Конев Department of Computer Science Liverpool](https://reader033.vdocument.in/reader033/viewer/2022050209/5f5c476687d27b2cab3cd712/html5/thumbnails/67.jpg)
Проблемы с RDFS
• RDFS не достаточно выразителен
– Нет локализованных ограничений на домен и множество значений
(множество значений свойства hasChild является людьми, когда применяется к человеку и
слонами когда применяется к слонам)
– Нет ограничений на существование и мощность
(у всех людей есть мать, которая тоже человек,
у матери-героини больше двух детей)
– Не определяются транзитивные, обратные или симметричные свойства
(свойство isPartOf транзитивное,
свойство hasPart обратно isPartOf
свойство touches симметрично)
– ...
• Трудности с логическим анализом
– Нет средств, поддерживающих нестандартную семантику
– Структурные алгоритмы
Онтологии и представление знаний, 2010 46