Проблемы установления отношений класс-подкласс в онтологиях.

Установление отношений между понятиями онтологии в широких гетерогенных предметных областях является непростым видом деятельности.

В последующих главах мы опишем рекомендуемые принципы и проблемы установления отношений в онтологиях. Будут рассмотрены отношения, которые могут быть применимы в подавляющем большинстве предметных областей, а именно: отношение класс-подкласс (родовидовые отношения), отношение роли, отношение часть-целое, а также чаще применяемое в онтологиях верхнего уровня отношение онтологической зависимости.

Начнем рассмотрение онтологических отношений с основного отношения онтологических и многих других компьютерных ресурсов - отношения класс-подкласс.

Отношение между классами и подклассами понятий может носить разное название в зависимости от терминологических традиций в области использования ресурса: таксономическое отношение, родовидовое отношение, IS-a отношение, отношение гипонимии и гиперонимии (в лексических ресурсах). Далее в данной главе мы будем ссылаться на это отношение как отношение класс-подкласс.

Отношения класс-подкласс обладают такими важными свойствами, как транзитивность и наследование, на которых основывается логический вывод во многих компьютерных системах (Осипов, 1997).

Пусть T(X,Y) - отношение класс-подкласс между понятиями X и Y, X является видом (подклассом) Y, R (X, Z) - это произвольное отношение между понятиями X и Z. Тогда свойства отношения класс-подкласс могут быть записаны следующим образом:

Т(Х, Y) л T(Y, Z)—>Т(Х, Z) - транзитивность отношения класс-подкласс,

Т(Х, Y) л R(Y, Z)—>R(X,Z) - свойство наследования по отношению класс-подкласс.

Исторически наиболее ранними принципами установления отношений класс-подкласс (родовидовых отношений), используемых и в работах по искусственному интеллекту, и в компьютерной лингвистике, было использование ставших классическими диагностических высказываний (Cruse, 1986). Например, если понятие X является видом понятия Y, то можно сказать, что «X - это Y», «X, Z и другие Y», «к числу Y относятся X».

Однако позже выяснилось, что одни и те же выражения естественного языка (и в частности, применяемые диагностические тесты) могут с онтологической точки зрения соответствовать значительно различающимся отношениям между сущностями внешнего мира, в том числе обладающими совсем другими свойствами (Guarino, 1998). Поэтому многие методические руководства по разработке понятийных ресурсов рекомендуют осуществлять дополнительные проверки для устанавливаемого отношения класс-подкласс.

Наиболее распространенной рекомендацией для проверки правильности установления отношений класс-подкласс является ответ на вопрос: если объект является экземпляром одного класса, то будет ли он обязательно (т. е. по определению) экземпляром некоторого другого класса (см. также Роговидное отношение выше-ниже):

Если класс А - надкласс класса В, то каждый экземпляр класса В таксисе является экземпляром A (Noy, McGuinness, 2001; Z39.19; Gomez-Perez и др., 2004).

Однако ситуации, в которых происходит смешение отношений класс-подкласс с отношениями других типов, значительно более разнообразны, и при разработке онтологии, других понятийных ресурсов необходимо учитывать такого рода проблемы.

Особенно серьезно эти проблемы стоят перед разработчиками понятийных ресурсов для автоматической обработки текстов, информационно-поисковых приложений в широких предметных областях. В таких приложениях ресурсы, с одной стороны, должны в значительной мере учитывать существующую понятийную систему языка (группы языков). С другой стороны, для сохранения необходимых свойств моделируемых отношений эти отношения должны устанавливаться на основе понятийного, онтологического анализа, а не только с использованием языковых диагностических высказываний.

В то же время нужно подчеркнуть, что онтологии, создаваемые и для другого рода компьютерных приложений, не связанных с обработкой текстов, достаточно трудно отделить полностью от естественного языка. Единицы онтологии часто носят языковые или мнемонические названия, тем самым дополнительно «провоцируя» применение неоднозначных языковых тестов (см. Принцип независимости онтологии от естественного языка. Лингвистические онтологии).

В любом случае, на наш взгляд, в «языковую ловушку» может попасть разработчик понятийных ресурсов в самых различных областях и для различных компьютерных приложений. Поэтому важно описать наиболее частые случаи проблемного установления отношений класс-подкласс, а также возможные способы выявления таких неточностей в момент описания. Кроме того, при использовании транзитивности отношений класс-подкласс локальная неточность может перерасти в серьезное искажение в процессе многошагового логического вывода.

Далее мы рассмотрим типы проблемного установления отношений класс-подкласс, а также возможные критерии для проверки правильности установления этих отношений.