KAPITOLA 2.: ONTOLOGIE
Historický vývoj pojmu ontologie
Ontologie v kontextu informačních technologií
Kategorizace ontologií
Praktické aplikace ontologií
Historický vývoj pojmu ONTOLOGIE
V současné době se o ontologiích nejvíce hovoří ve spojení s informačními technologiemi, ale jejich původ pramení ze zcela jiné oblasti. Již v době starověkého Řecka, za života filosofa Aristotela, se již o ontologiích mluvilo. Větší váhy tento pojem nabyl zhruba v 18. století ve filosofii, resp. v metafyzice (oblast filosofie zabývající se podstatou bytí, ale i fyzickými projevy existence (vznikem, zánikem, časem a prostorem). Některými filosofy je metafyzika s filozofií ztotožňována, viz. blíže [1]. Na ontologie se nahlíželo jako na oblast bytí (Human Being) charakterizující mj. to, co v naší realitě existuje. Otázky, které si tehdejší ontologie kladla, se týkaly podstaty věcí naší reality, např. co je existence, čím je tvořen svět apod. Postupem času, zhruba v 80. letech, se ontologie začaly objevovat v oblasti získávání, reprezentace a sdílení znalostí, v oboru znalostního inženýrství - podoblasti umělé inteligence. Další výklad bude věnován tomuto novému chápání pojmu ontologie.
Znalostní inženýrství (Knowledge Engineering) se zabývá veškerými činnostmi, které jsou spojeny s vývojem znalostně orientovaných aplikací. Mezi tyto aktivity lze řadit získávání, reprezentaci, uchovávání a využívání znalostí. Následně vznikla zcela nová disciplína Ontologické inženýrství (Ontological Engineering), která byla následovníkem inženýrství znalostního. Obrázek Vývojové větve pojmu Ontologie zobrazuje dvě vývojové větve pojmu ontologie.
Ontologické inženýrství lze formálně charakterizovat jako množinu aktivit zaměřujících se na vývoj ontologií s využitím různých metodik, jazyků a nástrojů. Obrázek Aktivity ontologického inženýrství charakterizuje základní aktivity spojené s ontologickým inženýrstvím.
Výčet oblastí, se kterými je ontologické inženýrství spojené, je celkem široký. Uvedeme tedy názorný přehled oborů, které s ontologickým inženýrstvím souvisí, viz. obrázek Oblasti spojené s ontologickým inženýrstvím.
ONTOLOGIE v kontextu informačních technologií
Po krátkém historickém exkursu je namístě vysvětlit, jaká je podstata a význam ontologií. Experti na oblast umělé inteligence chápou ontologie v pojmech logických teorií. Informatici je přirovnávají k taxonomiím (zachycují hierarchie určitých pojmů, jsou nejjednodušším vyjádřením vztahů mezi koncepty naší reality ve smyslu zobrazení nadtříd a podtříd) a tezaurům (rozšíření taxonomie, umožňuje vytvářet daleko bohatší struktury než taxonomie). Pravdou také je, že existují i různé definice toho, co lze za ontologii považovat. Definice T. Grubera, který uvedl ontologie roku 1993 do souvislosti s informační vědou, je jedna z nejznámějších. W. Borst tuto definici upravil a v konečné verzi zní následovně: „Ontologie je formální, explicitní specifikace sdílené konceptualizace.“ Formálnost ontologie znamená možnost využít určitých jazyků s přesně definovanou syntaxí (event. i sémantikou) pro její tvorbu. Explicitnost ontologie se týká toho, že znalosti, které se v ontologii skrývají, by měly být zpřístupněny i jiným. Neměly by tedy být ukryty jen v hlavách lidí. Dále pak je zde důležitá sdílitelnost ontologie, protože ontologie by měla být vytvářena za účelem jejího využití dalšími lidmi a měla by být výsledkem odsouhlasení určitých zájmových skupin [2].
Jiná definice (Russel, Norving - 1995) uvádí [3]: „Ontologie je formálním popisem konceptů a vztahů, které existují v komunitě agentů.“ Zde je patrná souvislost ontologického inženýrství a agentových systémů, viz. kapitola 2 - část o agentech.
Swartout – 1996 [3]: „Ontologie je hierarchicky strukturovaná množina pojmů pro popis domény, která může být použita za základ znalostní báze.“
Fensel – 2000 [3]: „Ontologie je běžný, sdílitelný a formální popis důležitých konceptů ve specifické doméně.“
Z uvedených definic je patrné, že ontologie, které v současné době chápeme spíše ve spojení s informační vědou, nejsou až tak příliš vzdáleny od svého původního – filosofického významu. Jak filosofie, tak informatika ve vztahu k ontologiím mají společné to, že se snaží zachytit koncepty našeho světa a charakterizovat je. Cílem je zajistit dorozumění se mezi lidmi navzájem, ale i mezi lidmi a stroji. Ontologie je způsob, jak přiblížit např. softwarovým agentům náš svět, aby pak mohly plnit specifické úlohy. Informační technologie nám navíc nabízí možnost vytvořit ontologii v digitální podobě a dál ji využívat pro různé účely. Pro jaké účely, bude vysvětleno v jednom z následujících odstavců.
Z pohledu znalostního inženýrství lze tedy ontologii chápat jako znalostní strukturu, která je vybudována za účelem:
- sdílení informací a znalostí mezi lidmi navzájem;
- sdílení informací a znalostí mezi stroji navzájem;
- sdílení informací a znalostí mezi lidmi a stroji;
- znovupoužití doménových znalostí;
- využití explicitních znalostí, které se zpřístupní jiným;
- oddělení doménových znalostí od operačních (procedurálních);
- analýzy určité domény.
KATEGORIZACE ONTOLOGIÍ
Ontologie lze dělit podle několika hledisek. Obecněji řečeno počítačová věda (Computer Science) chápe ontologie ve smyslu prostředku pro sdílení informací a popis určité domény. Přitom hovoří o znalostní bázi (... např. součást expertního systému), která je tvořená složkou pojmenovanou jako:
- TBOX (Terminological Components): samotná ontologie - třídy a vlastnosti;
- ABOX (Assertional Components): instance tříd.
Zdroj [4] uvádí možné dělení ontologií na dvě skupiny – podle historického vývoje a míry formalizace (předmětu konceptualizace).
Ontologie dle historického vývoje
Terminologické (lexikální) ontologie:
jsou charakteristické tím, že kladou důraz hlavně na zachycení taxonomie termínů a vztahů mezi nimi
(obecnější a speciálnější pojmy). Příkladem takové ontologie je jistě WordNet.
Informační ontologie: zastávají roli konceptuální vrstvy pro databázová schémata pro pojmové dotazování.
Znalostní ontologie: navazují na výzkum v oblasti umělé inteligence a jsou v tomto smyslu chápány jako logické teorie a jejich jednotlivé prvky jsou definovány pomocí formálního jazyka. Jsou využívány ve větší míře ve znalostních aplikacích.
Ontologie dle míry formalizace a předmětu konceptualizace
Doménové ontologie: jejich zájmem je specifikace určité předmětné oblasti (domény). Příkladem je ontologie KACTUS (komponenty technických systémů), UMLS (lékařská terminologie) nebo Enterprise Ontology (struktura a činnost podniku).Generické ontologie: velmi se podobají doménovým s tím rozdílem, že mají širší záběr a zachycují obecnější koncepty reality (tedy nejdou příliš do hloubky). Příkladem je možnost reprezentace času, vzájemných pozic objektů nebo meronymických vztahů (vztahy mezi částmi a celkem). Z této kategorie se často ještě vyčleňují ontologie vyšší úrovně (upper-level nebo top-level) usilující o zachycení nejobecnějších pojmů a vztahů, jako základu taxonomie např. doménových ontologií. Příkladem této ontologie je CYC (enCYClopedia). Do této kategorie mohou spadat i takové ontologie, které se snaží zachytit všeobecné znalosti (znalosti typu commonsense) – znalosti běžného rozumu, které používáme v běžné praxi.
Úlohové ontologie: tento typ ontologií se zaměřuje na procesy odvozování, nikoliv na zachycování znalostí o světě. Zaujímají roli modelů řešení problémů, např. pro diagnostiku, konfiguraci nebo plánování.
Aplikační ontologie: tyto ontologie jsou součástí konkrétní aplikace a obsahují zpravidla doménovou i úlohovou složku. Příkladem je lékařská ontologie GAMES-II.
ZDROJE
[1] Co je metafyzika?[2] Gómez, A. Fernández-López, M. Corcho, O. Ontological Engineering. Springer, 2004. ISBN 1-85233-551-3
[3] Auxilio, M. Nieto, M. An Overview of Ontologies. Technical Report. March 2003. Přístup z Internetu: URL: Ontologies overview
[4] Svátek, V. Ontologie a WWW. VŠE DATAKON 2002, Brno. 2002. Přístup z Internetu: URL: Ontologie a WWW