Las ontologías contemporáneas comparten muchas similitudes estructurales, independientemente del lenguaje en el que se expresen. La mayoría de las ontologías describen individuos (instancias), clases (conceptos), atributos y relaciones.
Descripción general
Los componentes comunes de las ontologías incluyen:
- Individuos
- instancias u objetos (los objetos básicos o "a nivel del suelo")
- Clases
- conjuntos , colecciones, conceptos, tipos de objetos o tipos de cosas. [1]
- Atributos
- aspectos, propiedades, características, características o parámetros que los objetos (y clases) pueden tener [2]
- Relaciones
- formas en que las clases y los individuos pueden relacionarse entre sí [3]
- Términos de función
- Estructuras complejas formadas a partir de ciertas relaciones que pueden usarse en lugar de un término individual en un enunciado.
- Restricciones
- descripciones formalmente declaradas de lo que debe ser cierto para que alguna afirmación sea aceptada como entrada
- Reglas
- declaraciones en forma de una oración si-entonces (antecedente-consecuente) que describen las inferencias lógicas que se pueden extraer de una afirmación en una forma particular
- Axiomas
- afirmaciones (incluidas las reglas) en una forma lógica que juntas comprenden la teoría general que la ontología describe en su dominio de aplicación. [4] Esta definición difiere de la de "axiomas" en la gramática generativa y la lógica formal. En estas disciplinas, los axiomas incluyen solo declaraciones afirmadas como conocimiento a priori . Como se usa aquí, "axiomas" también incluye la teoría derivada de declaraciones axiomáticas. [ cita requerida ]
- Eventos
- el cambio de atributos o relaciones
Las ontologías se codifican comúnmente utilizando lenguajes de ontología .
Individuos
Los individuos (instancias) son los componentes básicos "a nivel del suelo" de una ontología. Los individuos en una ontología pueden incluir objetos concretos como personas, animales, tablas, automóviles, moléculas y planetas, así como individuos abstractos como números y palabras (aunque existen diferencias de opinión sobre si los números y las palabras son clases o individuos). Estrictamente hablando, una ontología no necesita incluir a ningún individuo, pero uno de los propósitos generales de una ontología es proporcionar un medio para clasificar a los individuos, incluso si esos individuos no son explícitamente parte de la ontología.
En las ontologías extensionales formales, solo las expresiones de palabras y números se consideran individuos; los números y los nombres en sí mismos son clases. En una ontología 4D , un individuo se identifica por su extensión espacio-temporal. Ejemplos de ontologías extensionales formales son BORO , ISO 15926 y el modelo en desarrollo por el Grupo IDEAS .
Clases
Las clases, conceptos que también se denominan tipo , ordenación , categoría y género , se pueden definir como una extensión o una intensión. Según una definición extensional, son grupos, conjuntos o colecciones de objetos abstractos. Según una definición intensional, son objetos abstractos que se definen por valores de aspectos que son restricciones para ser miembro de la clase. La primera definición de clase da como resultado ontologías en las que una clase es una subclase de colección. La segunda definición de clase da como resultado ontologías en las que las colecciones y las clases son fundamentalmente diferentes. Las clases pueden clasificar individuos, otras clases o una combinación de ambos. Algunos ejemplos de clases: [5]
- Persona , la clase de todas las personas o el objeto abstracto que puede describirse mediante los criterios para ser una persona.
- Vehículo , la clase de todos los vehículos o el objeto abstracto que puede describirse mediante los criterios para ser un vehículo.
- Coche , la clase de todos los coches o el objeto abstracto que puede describirse mediante los criterios para ser un coche.
- Clase , que representa la clase de todas las clases o el objeto abstracto que puede describirse mediante los criterios para ser una clase.
- Cosa , que representa la clase de todas las cosas, o el objeto abstracto que puede describirse mediante el criterio de ser una cosa (y no nada).
Las ontologías varían según si las clases pueden contener otras clases, si una clase puede pertenecer a sí misma, si existe una clase universal (es decir, una clase que lo contiene todo), etc. paradojas conocidas .
Las clases de una ontología pueden ser de naturaleza extensional o intensional . Una clase es extensional si y solo si se caracteriza únicamente por su membresía. Más precisamente, una clase C es extensional si y solo si para cualquier clase C ', si C' tiene exactamente los mismos miembros que C, entonces C y C 'son idénticos. Si una clase no satisface esta condición, entonces es intensional. Si bien las clases extensionales se comportan mejor y se comprenden mejor matemáticamente, además de ser menos problemáticas filosóficamente, no permiten las distinciones detalladas que las ontologías a menudo necesitan hacer. Por ejemplo, una ontología puede querer distinguir entre la clase de todas las criaturas con riñón y la clase de todas las criaturas con corazón, incluso si estas clases tienen exactamente los mismos miembros. En la mayoría de las ontologías superiores, las clases se definen intensionalmente. Las clases definidas intencionalmente suelen tener condiciones necesarias asociadas con la pertenencia a cada clase. Algunas clases también pueden tener condiciones suficientes y, en esos casos, la combinación de condiciones necesarias y suficientes hace que esa clase sea una clase completamente definida .
Es importante destacar que una clase puede subsumir o ser subsumida por otras clases; una clase subsumida por otra se denomina subclase (o subtipo ) de la clase subsumidora (o supertipo ). Por ejemplo, Vehículo incluye a Coche , ya que (necesariamente) todo lo que sea miembro de la última clase es miembro de la primera. La relación de subsunción se usa para crear una jerarquía de clases, típicamente con una clase máximamente general como Anything en la parte superior y clases muy específicas como Ford Explorer 2002 en la parte inferior. La consecuencia críticamente importante de la relación de subsunción es la herencia de propiedades de la clase principal (subsumida) a la clase secundaria (subsumida). Por lo tanto, todo lo que sea necesariamente cierto para una clase padre también lo es para todas sus clases secundarias subsumidas. En algunas ontologías, una clase solo puede tener un padre ( herencia única ), pero en la mayoría de las ontologías, las clases pueden tener cualquier número de padres ( herencia múltiple ) y, en el último caso, todas las propiedades necesarias de cada padre se heredan. por la clase secundaria subsumida. Por tanto, una clase particular de animal ( HouseCat ) puede ser un hijo de la clase Gato y también un hijo de la clase Mascota .
Una partición es un conjunto de clases relacionadas y reglas asociadas que permiten clasificar los objetos por la subclase apropiada. Las reglas se corresponden con los valores de aspecto que distinguen las subclases de las superclases. Por ejemplo, a la derecha está el diagrama parcial de una ontología que tiene una partición de la clase Coche en las clases Coche con tracción en 2 ruedas y Coche con tracción en las 4 ruedas . La regla de partición (o regla de subsunción) determina si un automóvil en particular está clasificado por la clase de automóvil con tracción en 2 ruedas o automóvil con tracción en las 4 ruedas .
Si las reglas de partición garantizan que un solo automóvil no puede estar en ambas clases, entonces la partición se denomina partición disjunta. Si las reglas de partición garantizan que cada objeto concreto de la superclase sea una instancia de al menos una de las clases de partición, entonces la partición se denomina partición exhaustiva.
Atributos
Los objetos en una ontología se pueden describir relacionándolos con otras cosas, típicamente aspectos o partes . Estas cosas relacionadas a menudo se denominan atributos , aunque pueden ser cosas independientes. Cada atributo puede ser una clase o un individuo. El tipo de objeto y el tipo de atributo determinan el tipo de relación entre ellos. Una relación entre un objeto y un atributo expresa un hecho que es específico del objeto con el que está relacionado. Por ejemplo, el objeto Ford Explorer tiene atributos como:
- ⟨Tiene como nombre⟩ Ford Explorer
- ⟨Por definición como parte⟩ Transmisión de 6 velocidades
- ⟨Como por definición como parte ( puerta (con cardinalidad mínima y máxima: 4)
- ⟨Como por definición como parte uno de⟩ {motor de 4.0L, motor de 4.6L}
El valor de un atributo puede ser un tipo de datos complejo ; en este ejemplo, el motor relacionado solo puede ser uno de una lista de subtipos de motores, no solo uno.
Las ontologías solo son ontologías verdaderas si los conceptos están relacionados con otros conceptos (los conceptos tienen atributos). Si ese no es el caso, entonces tendría una taxonomía (si existen relaciones de hipónimo entre conceptos) o un vocabulario controlado . Estos son útiles, pero no se consideran ontologías verdaderas.
Relaciones
Las relaciones (también conocidas como relaciones) entre objetos en una ontología especifican cómo se relacionan los objetos con otros objetos. Normalmente, una relación es de un tipo (o clase) particular que especifica en qué sentido el objeto está relacionado con el otro objeto en la ontología. Por ejemplo, en la ontología que contiene el concepto Ford Explorer y el concepto Ford Bronco podrían estar relacionados por una relación de tipo ⟨se define como sucesor de⟩. La expresión completa de ese hecho se convierte entonces en:
- Ford Explorer se define como sucesor de : Ford Bronco
Esto nos dice que el Explorer es el modelo que reemplazó al Bronco. Este ejemplo también ilustra que la relación tiene una dirección de expresión. La expresión inversa expresa el mismo hecho, pero con una frase inversa en lenguaje natural.
Gran parte del poder de las ontologías proviene de la capacidad de describir relaciones. Juntos, el conjunto de relaciones describe la semántica del dominio. El conjunto de tipos de relación utilizados (clases de relaciones) y su jerarquía de subsunción describen el poder de expresión del lenguaje en el que se expresa la ontología.
Un tipo importante de relación es la relación de subsunción ( es-una- superclase -de , el inverso de es-a , es-un-subtipo-de o es-una- subclase -de ). Esto define qué objetos se clasifican según qué clase. Por ejemplo, ya hemos visto que la clase Ford Explorer es una subclase del automóvil con tracción en las 4 ruedas, que a su vez es una subclase del automóvil.
La adición de las relaciones es-una-subclase-de crea una taxonomía ; una estructura en forma de árbol (o, más generalmente, un conjunto parcialmente ordenado ) que describe claramente cómo los objetos se relacionan entre sí. En tal estructura, cada objeto es el 'hijo' de una 'clase padre' (algunos lenguajes restringen la relación es-una-subclase-de a un padre para todos los nodos, pero muchos no lo hacen).
Otro tipo común de relaciones es la relación de mereología , escrita como parte de , que representa cómo los objetos se combinan para formar objetos compuestos. Por ejemplo, si ampliamos nuestra ontología de ejemplo para incluir conceptos como Steering Wheel, diríamos que "Steering Wheel es, por definición, parte de un Ford Explorer", ya que un volante es siempre uno de los componentes. de un Ford Explorer. Si introducimos relaciones de meronimia en nuestra ontología, la jerarquía que emerge ya no puede mantenerse en una estructura simple en forma de árbol, ya que ahora los miembros pueden aparecer bajo más de un padre o rama. En cambio, esta nueva estructura que emerge se conoce como grafo acíclico dirigido .
Además de las relaciones estándar es-una-subclase-de y es-por-definición-parte-de-a, las ontologías a menudo incluyen tipos adicionales de relaciones que refinan aún más la semántica que modelan. Las ontologías pueden distinguir entre diferentes categorías de tipos de relaciones. Por ejemplo:
- tipos de relación para relaciones entre clases
- tipos de relación para las relaciones entre individuos
- tipos de relación para las relaciones entre un individuo y una clase
- tipos de relación para las relaciones entre un solo objeto y una colección
- tipos de relación para relaciones entre colecciones
Los tipos de relación a veces son específicos de un dominio y luego se utilizan para almacenar tipos específicos de hechos o para responder tipos particulares de preguntas. Si las definiciones de los tipos de relación se incluyen en una ontología, entonces la ontología define su propio lenguaje de definición de ontología. Un ejemplo de una ontología que define sus propios tipos de relación y distingue entre varias categorías de tipos de relación es la ontología Gellish .
Por ejemplo, en el ámbito de los automóviles, es posible que necesitemos una relación de tipo de fabricación que nos indique dónde se fabrica cada automóvil. Así que el Ford Explorer se fabrica en Louisville . La ontología también puede saber que Louisville está ubicado en Kentucky y Kentucky está clasificado como un estado y es parte de los EE. UU. El software que usa esta ontología ahora podría responder una pregunta como "¿qué automóviles se fabrican en el ¿NOSOTROS?"
Notas
- ^ Consulte Clase (teoría de conjuntos) , Clase (informática) y Clase (filosofía) , cada una de las cuales es relevante pero no idéntica a la noción de "clase" aquí.
- ^ Taniar, David (28 de febrero de 2006). Semántica web y ontología . Idea Group Inc (IGI). ISBN 978-1-59140-907-6.
- ^ Asunción Gómez-Pérez; Mariano Fernandez-Lopez; Oscar Corcho (18 de abril de 2006). Ingeniería Ontológica: con ejemplos de las áreas de Gestión del Conocimiento, Comercio Electrónico y Web Semántica. Primera edición . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-85233-840-4.
- ^ Maureen Donnelly; Giancarlo Guizzardi (2012). Ontología formal en sistemas de información: Actas de la Séptima Conferencia Internacional (FOIS 2012) . IOS Press. ISBN 978-1-61499-083-3.
- ^ Tenga en cuenta que los nombres dados a las clases mencionadas aquí son completamente una cuestión de convención.