Ontologie Přednáška z předmětu Socioekonomická geografie pro geomatiku (KMA/SGG) Otakar Čerba Západočeská univerzita Datum...
Proč ontologie v rámci geografie? Ontologie... <ul><li>… zabraňují více-smyslnosti a více-významovosti
… podporují znovuvyužívání existujících struktur
… vytváří vazby a podporují komunikaci mezi geografii a jinými vědními disciplínami
… dokáží sjednotit a propojit odlišnou terminologii
… pomáhají vytvořit, propojit a sdílet různé datové modely
… existují a fungují bez ohledu na státní hranice, používané platformy poskytovatele dat i jejich uživatele
… podporují interoperabilitu prostorových dat a tvorbu SDI
… propojují svět prostorových dat a informací se světem Web 2.0 technologií a sémantickým webem </li></ul>
Definice <ul><li>Antická filosofie: Ontologie = nauka o bytí
T. Gruber: Ontologie = explicitní specifikace konceptualizace
W. Borst: Ontologie = formální specifikace sdílené konceptualizace
Wikipedia & INSPIRE: Ontology = representation of a set o concepts within the domain and the relationships between those c...
Vlastnosti ontologií <ul><li>Aplikačně nezávislé
Formální & formalizovaná
Dokáží pracovat nejen s daty, ale i s informacemi a se znalostmi </li></ul>Čitelnost Člověk Stroj Porozumění Člověk Stroj ...
Aplikační (nejspecifičtější) – obsahují úlohovou i doménovou část Klasifikace ontologií Podle historických paradigmat Podl...
Prvky ontologií Třídy Individua Axiomy Primitivní hodnoty a datové typy Metadata ontologie Informace o prvních Vazba na ji...
Třídy <ul><li>Koncepty, typy, kategorie, rámce
Základní stavební kámen – tvoří uspořádanou stromovou hierarchii (taxonomie)
Podobné třídám z oblasti objektově orientovaných jazyků, například dědičností, ale také se liší (např. nezahrnují procedur...
Dělení: </li><ul><li>Definované (určené podmínky nutnosti i postačitelnosti)
Primitivní (pouze nutné podmínky nebo zcela bez definovaných podmínek) </li></ul></ul>
Vlastnosti <ul><li>Relace, typ relace, funkce, sloty (většinou se vztahuje pouze na binární relace), role, „semantic link ...
Definují vztahy mezi jednotlivými třídami a individui (nejde o atributy ve smyslu prostorových dat)
Nejsou závislé na konkrétní třídě (jako například v objektově orientovaných jazycích)
Možnost tvorby hierarchie vlastností
Vlastnosti tranzitivní, vlastnosti inverzní </li></ul>
Sémantické vztahy vlastností Hyponymum Definice Vazba is-a Vztah subclass-superclass Písečná poušť je speciálním příkladem...
Individua <ul><li>Individuály, konstanty, objekty nebo instance
Reprezentují reálné objekty, které již v rámci ontologie nebudou dále členěny
Individua přibližuje ontologie jiným formám a úrovním popisu dat (například databázovým schématům nebo UML)
Volba, zda má být daný prvek třídou nebo individuem často závisí na subjektivním pohledu a charakteru ontologie </li></ul>
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Ontologie

1,729
-1

Published on

Přednáška na téma ontologie a prostorová data z předmětu KMA/SGG na Západočeské univerzitě v Plzni.

Published in: Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
1,729
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
20
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide
  • Ontologie – popis struktur, popis propojení struktur (na doméně i mezi doménami) Ontologie – logická vrstva sémantického webu V souvislosti s ontologiemi se používá také termín znalostní kartografie
  • Filosofie – Aristoteles -&gt; Sowa (současná americký filosof) Explicitní – výslovný, přímý, jasný, zřetelný; otevřeně, přímo vyjádřený. Formální – vyhovující požadavkům, předpisům; zdůrazňující formu – ontologie by měla být formální i formalizovaná -&gt; strojové zpracování dat Specifikace – přesný výčet, podrobnější rozepsání položek, zpřesnění, upřesnění. Sdílený – určený pro veřejné užívání. Konceptualizace – systém pojmů – způsob jak člověk chápe svět a jak ho reprezentuje Jinými slovy můžeme ontologii definovat jako jasný, zřetelný a přímo vyjádřený přesný výčet pojmů daného systému.
  • Top-level se označují jako core ontology Paradigma – souhrn všech pojetí vědní disciplíny, soubor předpokladů vytvářejících rámec pro existenci určitého jevu Formalizace je přirozená a hlavní vlastnost ontologií – semiformální a neformální ontologie by neměly být ontologiemi Generické se dělí na upper-level (obecné pojmy, základ taxonomie doménové ontologie) a common-sense (specifické, ale doménově nezávislé znalosti) Aplikační ontologie také nejsou z pohledu definice a vlastností v pořádku
  • Některé ontologie tento prvek nevyužívají, resp. jej nahrazují třídou – neboť ontologie by měly představovat koncepty a nikoli reálné jevy nebo objekty.
  • Vysvětlit tranzitivnost a inverznost
  • Je to obecné -&gt; špatná interoperabilita
  • Primitivní koncept musí být konečný Otázka třída nebo instance? Pojmenování – jednotná konvence, terminologická synonyma musí popisovat faktická synonyma V hierarchii (taxonomii) možnost polyhierarchie Počet podtříd – 2-12, nikdy ne jedna Pozor na dědičnost – vlastnosti dávat k co nejobecnější třídě
  • Mnoho lidí o nich pouze, ale zato často mluví... UML – grafická úroveň (spíče pro člověka), ontologie (strojové zpracování)
  • Ontologie

    1. 1. Ontologie Přednáška z předmětu Socioekonomická geografie pro geomatiku (KMA/SGG) Otakar Čerba Západočeská univerzita Datum vytvoření: 24.3. 2010 Poslední aktualizace: 27.3. 2010
    2. 2. Proč ontologie v rámci geografie? Ontologie... <ul><li>… zabraňují více-smyslnosti a více-významovosti
    3. 3. … podporují znovuvyužívání existujících struktur
    4. 4. … vytváří vazby a podporují komunikaci mezi geografii a jinými vědními disciplínami
    5. 5. … dokáží sjednotit a propojit odlišnou terminologii
    6. 6. … pomáhají vytvořit, propojit a sdílet různé datové modely
    7. 7. … existují a fungují bez ohledu na státní hranice, používané platformy poskytovatele dat i jejich uživatele
    8. 8. … podporují interoperabilitu prostorových dat a tvorbu SDI
    9. 9. … propojují svět prostorových dat a informací se světem Web 2.0 technologií a sémantickým webem </li></ul>
    10. 10. Definice <ul><li>Antická filosofie: Ontologie = nauka o bytí
    11. 11. T. Gruber: Ontologie = explicitní specifikace konceptualizace
    12. 12. W. Borst: Ontologie = formální specifikace sdílené konceptualizace
    13. 13. Wikipedia & INSPIRE: Ontology = representation of a set o concepts within the domain and the relationships between those concepts </li></ul>
    14. 14. Vlastnosti ontologií <ul><li>Aplikačně nezávislé
    15. 15. Formální & formalizovaná
    16. 16. Dokáží pracovat nejen s daty, ale i s informacemi a se znalostmi </li></ul>Čitelnost Člověk Stroj Porozumění Člověk Stroj Sémantický web ONTOLOGIE
    17. 17. Aplikační (nejspecifičtější) – obsahují úlohovou i doménovou část Klasifikace ontologií Podle historických paradigmat Podle míry formalizace Podle předmětu formalizace Terminologické (lexikální, taxonomické) -> pokročilé tesaury Informační -> rozvinutí databázových schémat Znalostní -> logické teorie a jejich vazba na realitu, umělá inteligence Neformální Semi-formální -> přirozený jazyk Formální -> další členění podle charakteru jazyka Doménové (konkrétní oblast) Generické (napříč doménami) Úlohové, task (nejde o modelování reality, ale o využívání znalostních modelů -> diagnostika, odvozování, plánování, hodnocení...) Top-level (nejobecnější) Datové (zdroj dat nebo službu)
    18. 18. Prvky ontologií Třídy Individua Axiomy Primitivní hodnoty a datové typy Metadata ontologie Informace o prvních Vazba na jiné ontologie Vlastnosti Facety
    19. 19. Třídy <ul><li>Koncepty, typy, kategorie, rámce
    20. 20. Základní stavební kámen – tvoří uspořádanou stromovou hierarchii (taxonomie)
    21. 21. Podobné třídám z oblasti objektově orientovaných jazyků, například dědičností, ale také se liší (např. nezahrnují procedurální metody, možnosti vícenásobné dědičnosti)
    22. 22. Dělení: </li><ul><li>Definované (určené podmínky nutnosti i postačitelnosti)
    23. 23. Primitivní (pouze nutné podmínky nebo zcela bez definovaných podmínek) </li></ul></ul>
    24. 24. Vlastnosti <ul><li>Relace, typ relace, funkce, sloty (většinou se vztahuje pouze na binární relace), role, „semantic link type“, atributy
    25. 25. Definují vztahy mezi jednotlivými třídami a individui (nejde o atributy ve smyslu prostorových dat)
    26. 26. Nejsou závislé na konkrétní třídě (jako například v objektově orientovaných jazycích)
    27. 27. Možnost tvorby hierarchie vlastností
    28. 28. Vlastnosti tranzitivní, vlastnosti inverzní </li></ul>
    29. 29. Sémantické vztahy vlastností Hyponymum Definice Vazba is-a Vztah subclass-superclass Písečná poušť je speciálním příkladem (druhem) pouště. Veškeré instance a podtřídy písečných pouští jsou zároveň také obecnými pouštěmi. Synonymum Meronymum / Holonymum Podobný význam Vazba part-whole Erg má stejný význam jako písečná poušť. Zrnko písku je částí písečné pouště.
    30. 30. Individua <ul><li>Individuály, konstanty, objekty nebo instance
    31. 31. Reprezentují reálné objekty, které již v rámci ontologie nebudou dále členěny
    32. 32. Individua přibližuje ontologie jiným formám a úrovním popisu dat (například databázovým schématům nebo UML)
    33. 33. Volba, zda má být daný prvek třídou nebo individuem často závisí na subjektivním pohledu a charakteru ontologie </li></ul>
    34. 34. Axiomy (pravidla) <ul><li>Logické formulace – umožňují vyjádřit například ekvivalenci tříd nebo vlastností, subsumpci (podřazení konkrétnějšího pojmu obecnějšímu termínu) tříd nebo vlastností, disjunknost tříd, rozklad třídy na podtřídy apod. </li></ul>
    35. 35. Facety <ul><li>Meta-sloty, omezení na sloty
    36. 36. Vlastnosti relací (vlastností) – například definování symetrie, inverzní vlastnosti, tranzitivity nebo funkčnosti
    37. 37. Stanovení definičního oboru (domain) a oboru hodnot (range) – vymezují se pomocí tříd nebo individuí </li></ul>
    38. 38. Jazyky pro zápis ontologií (1) <ul><li>CyC – jeden z nejstarších, založený na jazyku LISP, skládá se z tzv. mikroteorií, které představují vzájemně provázaná tvrzení
    39. 39. eXtensible Ontology Language (XOL) – odlehčená verze jazyka OKBC, propojení ontologií a značkovacích jazyků
    40. 40. Open Knowledge Base Connectivity (OKBC) – ekvivalent k Open Database Connectivity (ODBC) – univerzální rozhraní pro přístup ke znalostním systémům, které by umožňovalo komunikaci mezi takovými systémy </li></ul>Důležitá je možnost sdílení, kombinace a znovupoužívání ontologií !
    41. 41. Jazyky pro zápis ontologií (2) <ul><li>Ontology Inference Layer (OIL) – kombinace deskripční logiky, XML, RDF a jazyka OKBC-Lite
    42. 42. DARPA Agent Mark-up Language (DAML-ONT) – vytvoření sémantického jazyka na bázi RDF, který by nabízel větší možnosti než jazyka RDFS
    43. 43. DAML+OIL – propojení formátů DAML-ONT a OIL, typické konstruktory (intersectionOf , unionOf, complementOf , oneOf, toClass, hasClass, hasValue, minCardinalityQ , maxCardinalityQ , CardinalityQ ) pro tvorbu logických výrazů a 11 typů axiomů (subClassOf , sameClassAs , disjointWith , subPropertyOf , samePropertyAs , inverseOf , transitiveProperty , uniqueProperty, unambiguousProperty , sameIndividualAs , differentIndividualFrom) </li></ul>
    44. 44. Ukázka jazyka OIL <slot-def> <slot-name = “has-component”/> <inverse> <slot-name = “is-component-of”/> </inverse> <properties> <transitive/> </properties> </slot-def> <class-def> <class-name= “nucleic-acid”/> </class-def> <class-def> <class-name= “rna”/> <subclass-of> <class name = “nucleic-acid”/> </subclass-of> <slot-constraint> <slot-name = “has-backbone”/> <value-type> <class name= “ribophosphate” </value-type> </slot-constraint> </class-def>
    45. 45. Resource Description Framework <ul><li>W3C standard pro reprezentaci struktury metadat a popisu sémantiky -> sémantický web
    46. 46. Nahrazení stromové struktury grafovou strukturou
    47. 47. Tři základní prvky (triple) – subjekt, predikát (vlastnost subjektu), objekt (hodnota vlastnosti)
    48. 48. Subjekt a objekt – zdroj (resource) – specifikace pomocí URI (Uniform Resource Identifier) i primitivní datová hodnota </li></ul>Řeka Úhlava protéká městem Plzeň. Subjekt – město Plzeň Predikát – protéká Objekt – řeka Úhlava <Description about=“nejake.uri/mesto/Plzen“> <proteka resource=“nejake.uri/reka/Uhlava“/> </Description>
    49. 49. RDF Schema (RDFS) <ul><li>Obohacení RDF o prvky z objektových systémů (třídy, relace, omezení apod.) – RDF -> ontologie
    50. 50. RDF vs. RDFS = XML vs. Schémové jazyky -> konkrétní specifikace obecného jazyka
    51. 51. Vlastnosti </li><ul><li>Definuje specifický význam (způsob interpretace) určitým predikátům (subClassOf, type, range, domain) a zdrojům (Class)
    52. 52. nerozlišování mezi třídami a individuály
    53. 53. možnost používání predikátů jako subjektů a objektů – <pravyPritok, subPropertyOf, Pritok> </li></ul></ul>
    54. 54. Proč nestačí RDFS? <ul><li>RDFS (na rozdíl od ontologií) nepodporuje </li><ul><li>lokalizaci (kontext) subjektů a objektů – příklad: Pokud se predikát jeSoucasti týká sídel i pohoří, RDFS nedokáže zajistit, aby součástí sídel byla pouze jiná sídla
    55. 55. kardinalitu
    56. 56. transitivitu nebo symetričnost vlastností </li></ul></ul>
    57. 57. Web Ontology Language (OWL) <ul><li>Standard W3C, který navazuje na formát DAML+OIL
    58. 58. V současnosti existují tři verze OWL 1.0 </li><ul><li>OWL Full – sjednocení syntaxe OWL a RDF
    59. 59. OWL DL – omezení pouze na First Order Logic, tato verze je víceméně ekvivalentní DAML+OIL
    60. 60. OWL Lite – implementačně jednoduchá podmnožina OWL DL </li></ul><li>OWL 2.0 </li></ul>OWL Full OWL DL OWL Lite RDF DAML + OIL
    61. 61. OWL – syntaxe <ul><li>RDF/XML – základní způsob zápisu, slouží jako univerzální výměnný formát
    62. 62. OWL/XML – forma vhodná pro zpracování ontologií pomocí nástrojů pro XML.
    63. 63. Functional Syntax – ideální způsob pro ilustraci formální struktury ontologií
    64. 64. Manchester Syntax – vhodný formát pro práci DL ontologiemi
    65. 65. Turtle – forma zápisu používaná pro vyjádření RDF trojic </li></ul>
    66. 66. Protégé <ul><li>Software pro zápis a zpracování ontologií
    67. 67. Klasifikátory – FaCT++, Pellet
    68. 68. Velké množství zásuvných modulů (například pro vizualizaci ontologií </li></ul>
    69. 69. Návrh ontologií – základní pravidla <ul><li>Neexistuje univerzální všeobjímající ontologie, protože taková by byla prakticky nekonečná.
    70. 70. Žádnou doménu není možné komplexně formálně popsat (nemůže obsahovat všechny vlastnosti a omezení).
    71. 71. Neexistuje jediný správný popis domény – záleží na </li><ul><li>konkrétním účelu ontologie
    72. 72. úrovni detailu (podrobnosti) ontologie
    73. 73. požadavcích na kompatibilitu s dalšími ontologiemi a jinými systémy
    74. 74. subjektivních pohledech a osobních preferencích tvůrců ontologie i jejích správců a uživatelů </li></ul></ul>
    75. 75. Návrh ontologií – postup Stanovení základních tříd Popis základních tříd Atributy základních tříd Primitivní koncept Sestavení hierarchie (přímé podtřídy, disjoint třídy, ekvivalentní třídy, sourozenecké třídy...) Deklarace vlastností ontologie
    76. 82. Datové modely vs. ontologie Každé město musí být umístěno právě v jednom státě Ontologie Datové modely Město s nepřiřazeným státem Dvě města se stejným názvem Pokud je město přiřazeno k nějakému prvku, pak je to stát Jedno město přiřazeno ke dvěma prvkům: a) Jeden stát se dvěma různými názvy b) Druhý prvek obsahuje jiné město než první prvek Chyba OK Chyba OK Chyba ?
    77. 83. Ontologie nejsou všeomocné <ul><li>Představují pouze jeden pohled na doménu
    78. 84. Existují případy, kdy jejich nasazení je nevhodné nebo nedostatečně efektivní z pohledu </li><ul><li>prostorových dat,
    79. 85. modelovaných procesů,
    80. 86. nasazených systémů,
    81. 87. časové náročnosti,
    82. 88. komplexity... </li></ul><li>V současnosti ontologie = buzzword
    83. 89. Na podobné konceptuální úrovni, ale s nižší možností abstrakce, jsou i další nástroje pro popis dat – UML a Topic Maps </li></ul>
    84. 90. Ontologie & GI Konstrukce konceptů a vztahů mezi koncepty Datové modely & popis prostorových dat Slovníky & tezaury Harmonizace & trasformace !
    85. 91. Dotazy... Otázky... Připomínky... Náměty... Poznámky... http://geomatika.zcu.blogspot.com/ http://gis.zcu.cz/ ? ? ? ? ? ? ? ? Během přednášek Osobní konzultace Email Webová stránka oddělení Blogující geomatici (RSS) Geomatika na Facebooku http://www.facebook.com/pages/Geomatika/244029904522

    ×