Tài liệu này dành cho sinh viên, giáo viên khối ngành công nghệ thông tin tham khảo và có những bài học bổ ích hơn, bổ trợ cho việc tìm kiếm tài liệu, giáo án, giáo trình, bài giảng các môn học khối ngành công nghệ thông tin
Trang 1(c) SE/FIT/HUT 2002
Bài 5
Ontology – Bản thể học
I Khái niệm
II Mô tả III Ứng dụng
(c) SE/FIT/HUT 2002
1 Mục đích
giữa con người và các Agent.
đổi khi tri thức về lĩnh vực thay đổi
(c) SE/FIT/HUT 2002
What is an ontology?
The word ontology comes from the Greek ontos for
being and logos for word
Ontology : A common vocabulary and agreed upon
meanings to describe a subject domain.
Ontology là định nghĩa hình thức một cách rõ ràng của
các khái niệm trong một lĩnh vực và mối liên quan giữa
các khái niệm này Nói cách khác Ontology là sự mã
hoá các tri thức trong một lĩnh vực nhất định.
(c) SE/FIT/HUT 2002
2.Các khái niệm cơ bản
Định nghĩa
Ontology là một mô tả hình thức rõ ràng của một khái niệm (Gruber 1993)
Ontology định nghĩa và mô tả các thuật ngữ trong một lĩnh vực tri thức (W3C)
Ontology là mô tả chi tiết của các khái niệm trong một lĩnh vực, đặc điểm của các khái niệm đó và các ràng buộc phải tuân theo (Natylia F.Noy and Deborah L.McGuiness)
Bản chất ontology
Định nghĩa trái ngược nhau
Các khái niệm trong một lĩnh vực nào đó (được định
nghĩa như một lớp đôi khi vẫn gọi là các khái niệm),
Các giá trị của từng khái niệm mô tả các đặc điểm và
các thuộc tính của khái niệm đó (vị trí đôi khi được
coi là vai trò hay giá trị),
Sự giới hạn cho các vị trí (các khía cạnh đôi khi
được gọi là giới hạn của vai trò).
Ontology là một tập các thể hiện đặc biệt của các lớp
tạo thành cơ sở tri thức.
3 Phân loại Ontology
Trang 2(c) SE/FIT/HUT 2002
Chia sẻ từ vựng
Shared vocabulary
Chia sẻ từ vựng
Ví dụ
shipper: date merchandise shipped
receiver: date merchandise received
(c) SE/FIT/HUT 2002
Định nghĩa về 1 lĩnh vực Domain theory
lĩnh vực, ý nghĩa thỏa thuận
list of terms with agreed meaning
shipper-ontology != receiver-ontology
(c) SE/FIT/HUT 2002
Conceptual Schema
Sơ đồ nguyên lý
Sơ đồ nguyên lý: sơ đồ
mô tả ý nghĩa mong
muốn của các nguyên lý
sử dụng trong CSDL
(c) SE/FIT/HUT 2002
Cấu trúc - Taxonomy
Ontology: các khái niệm được định nghĩa như lớp
và được mô tả dưới các đặc điểm và các thuộc tính của khái niệm đó
Ontology là một tập các thể hiện đặc biệt của các lớp tạo thành cơ sở tri thức
Một lớp có thể có các lớp con mô tả các khái niệm chi tiết hơn các lớp trên
Ví dụ, một lớp rượu mô tả toàn bộ các loại rượu chúng ta
có thể phân chia rượu ra thành rượu đỏ, trắng, hồng Một
sự lựa chọn khác chúng ta có thể phân chia rượu ra thành
có ga và không ga
(c) SE/FIT/HUT 2002
Toy taxonomy of Living beings
(c) SE/FIT/HUT 2002
Object Schema
Các vai trò mô tả các giá trị và các thể hiện của một lớp.
Ví dụ, rượu Hà Nội có đầy đủ thành phần, nó được sản xuất tại nhà máy rượu Hà Nội
Ở mức lớp chúng ta có thể nói các thể hiện của lớp rượu có các thể hiện mô tả thành phần, nơi sản xuất, mùi vị của chúng
Tất cả các thể hiện của lớp rượu, và lớp con của nó
Rượu Hà nội, có một giá trị về nơi sản xuất, nó là một
thể hiện của lớp Nhà máy rượu Tất cả các thể hiện của lớp nhà máy rượu có một giá trị các sản phẩm rượu mà nhà máy đó sản xuất
Trang 3(c) SE/FIT/HUT 2002
Example
Person Company
Vehicle
Berizon
Rover George
Ford 243
Toyota 853
type
isOwned
owns Dog
(c) SE/FIT/HUT 2002
II Phát triển một ontology ?
Định nghĩa các lớp trong một ontology.
Sắp xếp các lớp theo một trật tự.
Định nghĩa các vị trí và mô tả các giá trị cho phép đối với các vị trị đó.
Điền giá trị cho các vị trí cho các thể hiện.
Chúng ta có thể tạo một cơ sở tri thức bằng cách định nghĩa các thể hiện đặc biệt của các lớp thông qua điền các giá trị thông tin và các giới hạn cho các
vị trí
(c) SE/FIT/HUT 2002
Lớp trong ontology
lớp là trọng tâm của hầu hết các ontology
Lớp miêu tả các khái niệm trong lĩnh vực quan tâm.
Ví dụ, một lớp rượu mô tả toàn bộ các loại rượu
Các loại rượu đặc biệt là các thể hiện của lớp này.
Một lớp có thể có các lớp con mô tả các khái niệm
chi tiết hơn các lớp trên.
Ví dụ, chúng ta có thể phân chia rượu ra thành rượu
đỏ, trắng, hồng Một sự lựa chọn khác chúng ta có
thể phân chia rượu ra thành có ga và không ga.
(c) SE/FIT/HUT 2002
thiết kế ontology được bắt nguồn
từ thiết kế hướng đối tượng?
phát triển ontology là rất khác biệt so với thiết kế lớp
và các quan hệ trong lập trình hướng đối tượng.
Lập trình hướng đối tượng tập trung vào các phương thức của một lớp, một người lập trình có thể lựa chọn thiết kế dựa trên thuộc tính hoạt động của một lớp,
thiết kế ontology dựa trên thuộc tính cấu trúc của một lớp Kết quả là, cấu trúc và quan hệ của các lớp trong ontology khác biệt với cấu trúc của lĩnh vực tương ứng trong lập trình hướng đối tượng.
Phân loại trong thiết kế
Implicit vs Explicit Ontologies
buộc phải chia sẻ Ontology của mình
trong các thủ thục
nghĩa nên tri thức thường dưới dạng các ngôn
ngữ mô tả tri thức
Conceptualizations, Vocabularies and Axiom itization
3 dạng đặc thù của explicit ontologies
Conceptualization involves the underlying model of the
domain in terms of objects, attributes and relations
Vocabulary involves assigning symbols or terms to refer to
those objects, attributes and relations
Axiomitization: Bao gồm các luật được mã hóa và các ràng
buộc có thể mô tả đặc thù của mô hình domain
2 ontology có thể
Dựa trên các nguyên lý khác nhau
Dựa trên cùng nguyên lý nhưng sử dụng từ vựng khác nhau
Phân biệt dự trên mức độ tiên đề hóa của chúng
Trang 4(c) SE/FIT/HUT 2002
Tính chất
Ontology có tính hình thức:
ngữ nghĩa được định nghĩa rõ ràng hoặc có cơ sở toán học cho ý nghĩa của
chúng
Ontology cung cấp khả năng đọc hiểu cho con người
chúng có thể được phát triển, chia sẻ, hiểu bởi không chỉ các chương trình máy
tính mà còn bởi các người dùng, các chuyên gia và người thiết kế ontology về
lĩnh vực đó.
Ontology là sự toàn diện
Chúng được thiết kế với mục đích có được ý nghĩa đầy đủ của các khái niệm giao
dịch được yêu cầu
tất cả ý nghĩa của các khái niệm được thu tóm trong ontology thì nó có thể được
hiểu, thay đổi, kiểm soát bởi bất kì ai có liên quan đến lĩnh vực đó
Nó trở thành một mô tả sống và là một tài nguyên có giá trị khi các hệ thông ứng
dụng sử dụng và phát triển nó.
Ontology có thể chia sẻ.
kết hợp các ontology được phát triển riêng rẽ, sử dụng chúng để cho phép giao
tiếp giữa các hệ thống thông tin cần chia sẽ thông tin dựa trên các khái niệm
chung.
(c) SE/FIT/HUT 2002
Mô tả hình thức
the systematic, formal, axiomatic development of the logic of all forms and modes of being [Guarino and Giaretta, 1995]
Một ontology là một bộ 5: O:=(C,R,Hc,rel,Ao) trong đó
Hai tập C(concept),R(relation) phần tử ứng với một khái niệm hoặc một mối quan hệ
Một cây phân cấp các khái niệm Hc(hierirchy) : Hc ⊆ CxC biểu diễn một mối quan hệ trực tiếp và bắc cầu
Hc(C1,C2) biểi diễn C1 là khái niệm con của C2.
Một hàm rel : R→CxC biểu diễn các mối quan hệ không hình thành cây phân cấp
Ao tập các tiên đề được biểu diễn bằng một ngôn ngữ logic thích hợp
(c) SE/FIT/HUT 2002
Ví dụ
(c) SE/FIT/HUT 2002
Ứng dụng của Ontology
Web Portal
Tìm kiếm multimedia
Quản lý nội dung các Website lớn
Thiết kế các tài liệu
Các Agents
(c) SE/FIT/HUT 2002
III Ứng dụng Ontology trong hệ
Agent
việc xử lý thông tin
ngữ để trao đổi thông tin
Ontology độc lập để giải quyết bài toán
(c) SE/FIT/HUT 2002
Web Portal
chủ đề nào đó: ví dụ như về một thành phố cụ thể hoặc về một sở thích cá nhân
mô tả các thuật ngữ trong lĩnh vực nên cho phép khả năng tìm kiếm thông tin mạnh hơn
Trang 5(c) SE/FIT/HUT 2002
Tìm kiếm Multimedia
text cho các dữ liệu âm thanh, hình ảnh v.v
để thuận lợi cho việc tìm kiếm
Loại mô tả các dữ liệu media
Loại mô tả nội dung các dữ liệu
(c) SE/FIT/HUT 2002
Quản lý nội dung Website
nhiều loại thông tin Ontology có thể giúp phân loại thông tin giúp cho việc tìm kiếm thông tin.
một phần của dữ liệu và có một ontology riêng Các ontology này có thể có phần trùng nhau giúp cho việc dịch các thuật ngữ
(c) SE/FIT/HUT 2002
Thiết kế các tài liệu
xây dựng một lượng lớn các tài liệu.
trong lĩnh vực Từ các thuật ngữ đó sẽ có
tham chiếu đến các tài liệu có liên quan
(c) SE/FIT/HUT 2002
Kết luận Ontology ( Bachimont )
Một ontology là kết quả của mô hình hoá
Việc mô hình hoá liên quan đến việc đặc trưng hoá các từ gốc biểu diễn tri thức
Một ontology được đặc trưng theo
3 mức
Mức ngữ nghĩa
ontology là 1 cây khái niệm Nó được đặc trưng bởi các từ mà sự
thông dịch chúng bị ràng buộc bởi nhiều nguyên tắc khác nhau
Những nguyên tắc này tương ứng với các chuyển giao ngữ nghĩa vì
thế các từ này không nhập nhằng và không phụ thuộc ngữ cảnh
Mức mô tả đặc điểm
ontology là 1 lưới các khái niệm mẫu Các khái niệm này được đặc
trưng bởi các từ mà ý nghĩa của chúng được trình bày rõ ở phần mở
rộng của đối tượng.
Mức thao tác
ontology là 1 lưới các khái niệm tính toán Các khái niệm này được
đặc trưng bởi các hành động thực hiện trên chúng
Ontology Enginerring
Trang 6(c) SE/FIT/HUT 2002
1 Vòng đời Phát triển O
là một tiến trình phát triển lặp
Nghĩa là ontology sẽ phát triển đầy
đủ, hoàn thiện bởi sự phát triển thông qua các trạng thái trung gian
để đạt được điều kiện mong muốn hoặc cuối cùng
Ngay khi ontology trờ nên quan trọng, tiến trình công nghệ ontology phải được cân nhắc như một dự án,
và các phương pháp quản lí dự án phải được áp dụng
(c) SE/FIT/HUT 2002
Vòng đời
vòng đời của ontology trải qua các trạng thái sau:
đặc tả
khái niệm hoá,
hình thức hoá,
thực thi
bảo trì
(c) SE/FIT/HUT 2002
Đặc điểm
Khi một ontology tham gia một mô hình tri thức như một bộ nhớ
tập thể, nó trở trành một thành phần chính của mô hình
tuỳ thuộc vào vòng đời của nó khi sự phát triển của các yếu tố
cần thiết có thể ẩn đi sự phát triển của các yếu tố cơ bản được
cung cấp bởi ontology
Mô hình phát triển này cho phép người thiết kế thêm, xoá ,sửa
các định nghĩa tại mọi thời điểm
Khi ứng dụng chuyển lĩnh vực, ontology sẽ phải được phát triển
Bất kì lúc nào, ở đâu ai đó có thể yêu cầu thêm hoặc sửa các định
nghĩa trong ontology
Bảo trì ontology là một hoạt động quan trọng bao hồm việc cập
nhật và sửa chữa khi có các biến đổi
(c) SE/FIT/HUT 2002
2 Các bước xây dựng Ontology
Xác định giới hạn của ontology
Thu thập các khái niệm, định nghĩa
Định nghĩa các lớp
Xác định các thuộc tính của mỗi lớp
Xác định các ràng buộc thuộc tính
Xây dựng các cá thể.
(c) SE/FIT/HUT 2002
a)Xác định giới hạn
trả lời?
(c) SE/FIT/HUT 2002
b)Thu thập các khái niệm
là hoạt động đặc trưng của nhóm thu nhận tri thức
niệm gì, các thuộc tính, mối quan hệ
Chưa quan tâm đến mối quan hệ giữa các khái niệm,
sự trùng lặp v.v
Trang 7(c) SE/FIT/HUT 2002
Tiến trình thu thập dữ liệu và sự
phân tích
lặp lại cho đến khi hoàn thiện, bằng cách sử
dụng kịch bản và câu hỏi tăng cường )
trình phải lặp lại nếu bước 5 thất bại)
(c) SE/FIT/HUT 2002
Xây dựng một ontology từ các tài liệu thô
Không có một con đường chính xác để mô hình hoá một lĩnh vực Cách giải quyết tốt nhất thường xuyên phụ thuộc vào ứng dụng mà bạn đang phát triển và các mở rộng mà bạn đang dự đoán.
Phát triển Ontology cần thiết một tiến trình lặp.
Các khái niệm trong Ontology nên được gắn với các đối tượng (vật lí hay logic) và các quan hệ trong lĩnh vực mà bạn quan tâm.
(c) SE/FIT/HUT 2002
Bước 2 Xem xét sử dụng các
ontology đã có sẵn.
khi xem xét một ai đó đã làm và kiểm tra liệu chúng ta có thể mở
rộng các tài nguyên đã tồn tại cho các nhiệu vụ và lĩnh vực đang
quan tâm
Tái sử dụng các ontology có thể là một yêu cầu bắt buộc nếu hệ
thống của bạn cần giao tiếp với các ứng dụng khác, những ứng
dụng này đã sử dụng một ontology hay các tự vựng kiểm soát
Rất nhiều ontology đã có sẵn dưới dạng điện tử và có thể thêm
vào môi trường phát triển ontology mà bạn đang sử dụng
khi một hệ thống tri thức không thể làm việc trực tiếp với một cơ
chế đặc biệt, chúng ta có thể chuyển đổi ontology từ một cơ chế
này sang một cơ chế khác một cách không mấy khó khăn
Các thư viện ontology trên trang Web
http://www.ksl.stanford.edu/software/ontolingua/,
http://www.daml.org/ontologies/
(c) SE/FIT/HUT 2002
Bước 3 Liệt kê các từ quan trọng trong ontology.
sử dụng các câu hỏi Các từ nào mà chúng ta quan tâm?
Các giá trị mà các từ đó có? Bạn muốn nói gì về các từ đó?
Ví dụ, các từ quan trọng có liên quan đến rượu là rượu, nho, nhà máy sản xuất, địa điểm, màu sắc, mùi vị, thành phần v.v
các kiểu phân cấp nhỏ hơn ví dụ như rượu trắng và tiếp tục
tập hợp một danh sách các từ và đừng lo lằng về sự trùng lặp của các khái niệm, quan hệ giữa các từ, hoặc bất kì giá trị nào
mà khái niệm có thể có, hoặc liệu các khái niệm có là các lớp hay không
Hai bước tiếp theo pháp triển phân cấp các lớp và định nghĩa các giá trị của các khái niệm, chúng gần như quyện vào nhau
Bước 4 Định nghĩa và hệ thống
các lớp.
Hướng phân loại top-down, xuất phát từ định nghĩa
khái niệm tổng quát và đặc tả dần các khái niệm con
Ví dụ chúng ta có thể tạo các lớp chung của khái niệm rượu
và thức ăn Sau đó chúng ta đặc tả khái niệm rượu bằng cách
tạo ra các lớp con của nó: rượu đỏ, rượu trắng, rượu hồng
v.v chúng ta có thể tiếp tục phân loại tiếp rượu đỏ
Hướng phân loại bottom-up,
xuất phát với các khái niệm đặc tả các lớp, các lá của cây hệ
thống, sau đó lần lượt nhóm các lớp thành khái niệm ở mức
cao hơn Ví dụ, chúng ta bắt đầu định nghĩa với các lớp rượu
Chanh và Lúa mới Sau đó chúng ta có thể tạo một lớp chung
cho cả hai lớp là Rượu Hà Nội
Định nghĩa các lớp
Có 3 phương pháp
Top - down
Bottom - up
Kết hợp cả hai phương pháp trên
Hướng phân loại kết hợp
là một sự kết hợp của cả hai hướng trên: chúng ta định nghĩa trước một vài khái niệm quan trọng và sau đó tổng hợp và phân tích chúng
có thể bắt đầu với một vài khái niệm cấp cao như rượu, và một vài khái niệm đặc tả như rượu Chanh Sau đó chúng ta
có thể liên kết chúng thông qua một mức khái niệm chung gian như rượu Hà Nội Sau đó có thể chúng ta muốn tạo ra một lớp rượu địa phương là rượu Việt Nam
Trang 8(c) SE/FIT/HUT 2002
Một số quy tắc
loại trong khái niệm của lớp cha
rộng và cũng không quá hẹp
(c) SE/FIT/HUT 2002
Bước 5 Định nghĩa các giá trị của các lớp.
Các lớp một mình nó không thể cung cấp đủ thông tin để trả lời cho câu hỏi khả năng từ bước 1 Một khi chúng ta đã định nghĩa một vài lớp, chúng ta phải mô tả cấu trúc nội tại của các khái niệm
Chúng ta lựa chọn các lớp từ danh sách các từ được tạo từ bước 3 Hầu hết các từ còn lại và các giá trị của các lớp này, các từ đó bao gồm color, body, flavor and sugar và location
Với từng giá trị trong danh sách, chúng ta phải xác định lớp lớp nào nó miêu tả Các giá trị này trở thành các vai trò gắn liền với các lớp Do vậy, lớp Wine sẽ có các giá trị sau: color, body, flavor, và sugar Và lớp Winery (nhà máy rượu) sẽ có giá trị location
(c) SE/FIT/HUT 2002
Xác định thuộc tính
của lớp cha Các thuộc tính chung nên để ở
lớp cha
(c) SE/FIT/HUT 2002
Bước 6 Định nghĩa các khía cạnh của giá trị.
Các vai trò có thể có các khía cạnh khác nhau mô tả các kiểu, các giá trị cho phép, số lượng các giá trị và các đặc điểm khác của giá trị có thể có Giá trị của vai trò name (tên của một loại rượu) là một xâu Vai trò sản xuất (như trong câu “nhà máy sản xuất loại rượu này”) có thể có nhiều giá trị, các giá trị là các thể hiện của lớp rượu.
Khía cạnh chính định nghĩa số lượng các giá trị mà vai trò có thể có
Một số hệ thống chỉ phân biệt một giá trị và đa giá trị.
Một thành phần của một loại rượu là một đơn giá trị (một loại rượu chỉ có thê có một thành phần) Các loại rượu được sản xuất từ một nhà máy sẽ là một đa giá trị của vai trò produces trong lớp Nhà máy rượu.
Một vài hệ thống cho phép đặc tả số lượng nhỏ nhất và lớn nhất các giá trị để mô tả số lượng giá trị được chính xác hơn Số lượng nhỏ nhất N có nghĩa là vai trò phải có ít nhất
N giá trị
Khía cạnh kiểu giá trị mô tả các kiểu giá trị nào có thể gán cho vai trò, sau đây là danh sách của các kiểu giá trị thông thường:
· String
· Number
· Boolean
· Enumerated
(c) SE/FIT/HUT 2002
Xây dựng các ràng buộc
(c) SE/FIT/HUT 2002
Buoc 7 Xây dựng các cá thể
tên
Trang 9(c) SE/FIT/HUT 2002
4 Các ví dụ về ontology
– WordNet
– EuroWordNet
– CyC
– SENSUS
– Sowas Top Level
– GUM
– UMLS
– KA2 ontology
– Web-KB ontology
(c) SE/FIT/HUT 2002
WordNet
động từ, tính từ và giới từ.
(c) SE/FIT/HUT 2002
CYC
hơn > thể hiện sự phụ thuộc của tri thức
vào từng lĩnh vực
khái niệm): www.cyc.com/cyc-2-1/index.html
(c) SE/FIT/HUT 2002
KA2 Ontology
http://www.aifb.uni-karlsruhe.de/WBS/broker/ka-onto.onto
đích cụ thể
73 khái niệm
124 mối quan hệ
vực tìm kiếm tri thức
Là một Search Engine được xây dựng nhằm khắc phục sự thiếu chính xác và tản mạn thông tin khi tìm kiếm trên Web
Ý tưởng chính:
Tập trung vào một phần thích hợp của WWW
Sử dụng Ontology như ngôn ngữ chung và lưu thông tin vào cơ sở tri thức
Tìm kiếm sẽ là truy vấn trên cơ sở tri thức
Trang 10(c) SE/FIT/HUT 2002
Kiến trúc chung
(c) SE/FIT/HUT 2002
DAML
Tạo ra một ngôn ngữ Ontology
Các tool để nhúng DAML vào web
Phổ biến DAML vào sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu, thương mại
(c) SE/FIT/HUT 2002
Ví dụ
