Ontology 介绍 李 荣 2002 年 3 月

内容： 什么是 ontology GO:Gene Ontology Ontology 环境

什么是 ontology

GO:Gene Ontology

Ontology 环境

什么是 ontology 哲学：存在论，讨论对象的存在性，一个存在的系统说明 在知识共享方面，指概念化的详细说明， a specification of a conceptualization 一个 agent 或其群体的概念与关系的描述 目的：知识共享与重用 一个 ontology 就是一个正式词汇表的定义

哲学：存在论，讨论对象的存在性，一个存在的系统说明

在知识共享方面，指概念化的详细说明，

a specification of a conceptualization

一个 agent 或其群体的概念与关系的描述

目的：知识共享与重用

一个 ontology 就是一个正式词汇表的定义

基础：概念化 conceptualization 假设在某感兴趣领域存在的对象、概念、其他实体及其中关系 为实现某目标而期望表示的世界的抽象、简化的视图 知识库、基于知识的系统、知识层次的 agent 都可以对应于某概念化 一个 ontology 就是一个概念化的显式指定

假设在某感兴趣领域存在的对象、概念、其他实体及其中关系

为实现某目标而期望表示的世界的抽象、简化的视图

知识库、基于知识的系统、知识层次的 agent 都可以对应于某概念化

一个 ontology 就是一个概念化的显式指定

Ontology 的本质 一个逻辑理论的陈述 一套表达术语的定义 用人类可读的文本定义一个领域内（类型、关系、功能等）实体名字来描述其含义，定义正式公理以限制其解释及这些术语的形式良好的使用

一个逻辑理论的陈述

一套表达术语的定义

用人类可读的文本定义一个领域内（类型、关系、功能等）实体名字来描述其含义，定义正式公理以限制其解释及这些术语的形式良好的使用

ontology 历史 80 、 90 年代 在专家系统中应用 由知识表示与推理专家建立 多用于图书分类 互连网驱动 非分类学专家 未受训公众 研究、电子商务、计算机配置、通用信息站点、生物数据

80 、 90 年代

在专家系统中应用

由知识表示与推理专家建立

多用于图书分类

互连网驱动

非分类学专家

未受训公众

研究、电子商务、计算机配置、通用信息站点、生物数据

与分类学的区别 Ontology 是类的分类学层次，不是类定义、包含关系，但不限于此形式 不限于保守的传统逻辑意义上的定义 增加了知识 指定一个概念化要陈述限制名词可能的解释的公理

Ontology 是类的分类学层次，不是类定义、包含关系，但不限于此形式

不限于保守的传统逻辑意义上的定义

增加了知识

指定一个概念化要陈述限制名词可能的解释的公理

Ontology 使用 Ontology 承诺：同意按照一个 ontology 指定的理论一致、连贯地使用词汇表，如查询，发表声明 按照 ontology 建立 agent, 通过这些 agent 共享知识 Agent 共享词汇表而不必共享知识库 每个 Agent 知道的东西其他 agent 不知道 一个 Agent 不必回答所有可由共享词汇表表达的查询，即与 ontology 一致但不必完备

Ontology 承诺：同意按照一个 ontology 指定的理论一致、连贯地使用词汇表，如查询，发表声明

按照 ontology 建立 agent, 通过这些 agent 共享知识

Agent 共享词汇表而不必共享知识库

每个 Agent 知道的东西其他 agent 不知道

一个 Agent 不必回答所有可由共享词汇表表达的查询，即与 ontology 一致但不必完备

Formal Ontology&informal Ontology Formal ontology: 着重在子类型和上层类型的区分 用逻辑语言或计算机语言描述 公理化 ontology 由公理和定义陈述 用于数学、物理、工程 基于原型 ontology 由每个子类的典型成员或原型的比较区分子类型 用于植物、动物及普通家用物品 Informal ontology: 自然语言中定义或未定义的类型分类 由一个概念和关系的名字集描述 由部分子类型的关系排序、组织 大型 ontology 用混合方法

Formal ontology:

着重在子类型和上层类型的区分

用逻辑语言或计算机语言描述

公理化 ontology 由公理和定义陈述

用于数学、物理、工程

基于原型 ontology 由每个子类的典型成员或原型的比较区分子类型

用于植物、动物及普通家用物品

Informal ontology:

自然语言中定义或未定义的类型分类

由一个概念和关系的名字集描述

由部分子类型的关系排序、组织

大型 ontology 用混合方法

KR ontology 基于 Knowledge Representation (by John D. Sowa) 基本的类型和区分由逻辑、语言学、 AI 导出 系统化的，开放的系统 基于区别的框架，自动生成层次，而不是基于固定的分类层次

基于 Knowledge Representation (by John D. Sowa)

基本的类型和区分由逻辑、语言学、 AI 导出

系统化的，开放的系统

基于区别的框架，自动生成层次，而不是基于固定的分类层次

图例：由属性用正规概念分析方法（ FCA ）构成

FCA 技术 属于数据挖掘 生成子网格，可与更通用的分类网格自动合并

属于数据挖掘

生成子网格，可与更通用的分类网格自动合并

GO ： Gene Ontology Gene Ontology TM Consortium 制定 动态受控的词汇表 用于所有生物体，即使基因与蛋白质在细胞中的角色知识积累、变化仍然适用 现有的 GO ： 分子功能、生物学过程、细胞成分 相关文件： 术语定义： XML 格式：每月更新

Gene Ontology TM Consortium 制定

动态受控的词汇表

用于所有生物体，即使基因与蛋白质在细胞中的角色知识积累、变化仍然适用

现有的 GO ：

分子功能、生物学过程、细胞成分

相关文件：

术语定义：

XML 格式：每月更新

GO 名词： 注释： 参与合作的数据库用 GO 术语注释它们的基因或基因产物 物种特性： 当某文本串（功能、过程、成分）在不同物种含义不同时， GO 加以区别 数据库缩略名： 调用其他数据库中的标识符时，加其缩略名做前缀 DB:identifier 数据表示： 直接非循环图 directed acyclic graphs (DAGs) 或网络表示， 父子术语是多对多的关系， 对每一父术语，子术语有不同的关系类

注释：

参与合作的数据库用 GO 术语注释它们的基因或基因产物

物种特性：

当某文本串（功能、过程、成分）在不同物种含义不同时， GO 加以区别

数据库缩略名：

调用其他数据库中的标识符时，加其缩略名做前缀 DB:identifier

数据表示：

直接非循环图 directed acyclic graphs (DAGs) 或网络表示，

父子术语是多对多的关系，

对每一父术语，子术语有不同的关系类

同义词 一个术语有一个或多个同义词 唯一标识符： 每个术语有一，用做数据库交叉参考 格式 GO:nnnnnnn （ 7 位数字， 0 补齐） 数据库交叉参考 即唯一标识符 Terma 与 termb 合并 ， termb 标识做第二标识 terma; GO:idterma, GO:idtermb, GO:idtermc, ... 术语分裂 作为每个新术语的第二标识 文件： ontology Biological Process ( process.ontology ) Molecular Function ( function.ontology ) Cellular Component ( component.ontology )

同义词

一个术语有一个或多个同义词

唯一标识符：

每个术语有一，用做数据库交叉参考

格式 GO:nnnnnnn （ 7 位数字， 0 补齐）

数据库交叉参考

即唯一标识符

Terma 与 termb 合并 ， termb 标识做第二标识

terma; GO:idterma, GO:idtermb, GO:idtermc, ...

术语分裂

作为每个新术语的第二标识

文件： ontology

Biological Process ( process.ontology )

Molecular Function ( function.ontology )

Cellular Component ( component.ontology )

版本信息 : !version: $Revision: 1.48 $ !date: $Date: 2002/01/15 18:25:40 $ !source: $Source: /share/go/cvs/go/doc/GO.doc.html,v $ ! !Gene Ontology ![domain of file] !editors: Michael Ashburner (FlyBase), Midori Harris (GO), Judith Blake (MGD) !Leonore Reiser (TAIR), Karen Christie (SGD) and colleagues !with software by Suzanna Lewis (FlyBase Berkeley).

!version: $Revision: 1.48 $ !date: $Date: 2002/01/15 18:25:40 $ !source: $Source: /share/go/cvs/go/doc/GO.doc.html,v $ ! !Gene Ontology ![domain of file] !editors: Michael Ashburner (FlyBase),

Midori Harris (GO), Judith Blake (MGD) !Leonore Reiser (TAIR), Karen Christie

(SGD) and colleagues !with software by Suzanna Lewis (FlyBase

Berkeley).

语法 : 父子关系： parent_term child_term 实体关系 : term1 既是 term0 的实体，也是 term2 的实体 %term0 %term1 % term2 部分关系 : term1 是 term0 的实体，也是 term2 和 term3 的一部分 %term0 %term1 < term2 < term3

父子关系：

parent_term

child_term

实体关系 : term1 既是 term0 的实体，也是 term2 的实体

%term0

%term1 % term2

部分关系 : term1 是 term0 的实体，也是 term2 和 term3 的一部分

%term0

%term1 < term2 < term3

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定义： GO. defs 文本文件定义 GO terms tag: text or value Tag 是以下之一： 术语 GO_id 定义 注释 Bibliography ： GO.bib 格式 tag: text or value 其他分类系统的索引 database:<identifier> > GO:<term> ; GO:<GO_id> e.g.: TIGR_role:11030 73 Amino acid biosynthesis Glutamate family > GO:glutamine family amino-acid biosynthesis ; GO:0009084

定义： GO. defs 文本文件定义 GO terms

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术语 GO_id 定义 注释

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其他分类系统的索引

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Ontology 环境 合并多个 Ontology 诊断、升级 Ontology

合并多个 Ontology

诊断、升级 Ontology

Chimaera Ontology 环境 Knowledge Systems Laboratory ， Stanford University Web-based browser environment 接受 15 种指定格式的输入 提供潜在的合并候选项 支持分类法决议模式，及发现语义包含关系功能 提供分析功能套件，包括不完全的测试、分类学分析、语义检查 提供规则语言，以允许用户添加测试工具

Knowledge Systems Laboratory ， Stanford University

Web-based browser environment

接受 15 种指定格式的输入

提供潜在的合并候选项

支持分类法决议模式，及发现语义包含关系功能

提供分析功能套件，包括不完全的测试、分类学分析、语义检查

提供规则语言，以允许用户添加测试工具

系统发现 mammal 和 mammalia 名字相似，建议合并