تحلیل مفاهیم رسمی

تحلیل مفاهیم رسمی روشی برای تحلیل، تجزیه و پردازش دقیق اطلاعات به منظور دستیابی به تفسیر معنادار و جامع از اطلاعات است. رادولف ویل ، ریاضی‌دان آلمانی، در سال ۱۹۸۰ نظریه تحلیل مفاهیم رسمی را پیشنهاد کرد. وی در نخستین مقاله خود درباره تحلیل مفاهیم رسمی بیان می‌کند که این نظریه تحت تاثیر هارموت ون هنتیگ ، یک متخصص و کارشناس آلمانی در حوزه آموزش و پروش، قرار دارد. یکی از دغدغه‌های هنتیگ، وضعیت علم در دنیای مدرن بود و در سال ۱۹۷۲، ایده بازسازی مجدد علوم را برای کاربرد بهتر از آنها مطرح کرد. ویل بیان می‌کند که نظریه تحلیل مفاهیم رسمی نیز در واقع بازسازی مجدد نظریه شبکه ریاضی است تا هم توسط افرادی که با ریاضی ناآشنا هستند، درک شود و نیز به بهبود کاربرد آن منجر شود.
تحلیل مفاهیم رسمی در دهه نخست اساسا توسط گروه کوچکی از پژوهشگران و شاگردان ویل در آلمان مورد توجه قرار گرفت و محدود به گروه کوچکی در آلمان باقی ماند. قابل توجه‌ترین طرحی که تحلیل مفاهیم رسمی در آن مورد استفاده قرار گرفت، اجرای یک نظام کشف دانش در حوزه مهندسی عمران در وست فالیابود که از آلمان فراتر نرفت. اما در طول سال‌های اخیر تحلیل مفاهیم رسمی در حوزهایی مثل زبان‌شناسی، مهندسی نرم‌افزار، روانشناسی، هوش مصنوعی و بازیابی اطلاعات مورد استفاده قرار گرفته‌است.
مفهوم رسمی و بافت رسمی
ایده اصلی نظریه تحلیل مفاهیم رسمی دوگانه‌ای است که رابطه گالویس نامیده می‌شود. این رابطه اغلب بین دو آیتم A و B که به نوعی با یکدیگر در ارتباط هستند، مشاهده می‌شود. مثل اشیا و ویژگی‌های آنها یا مدارک و واژه‌های مربوط به آنها.
رابطه گالویس بر این دلالت دارد که مجموعه بزرگی از آیتم A با مجموعه کوچکی از آیتم B منطبق است. مثلا اگر مجموعه‌ای از مدارک و واژه‌ها را در یک سیستم بازیابی در نظر بگیریم، مجموعه بزرگی از کلیدواژه‌ها، با مجموعه کوچکی از مدارک منطبق هستند و با کم کردن تعداد واژه‌ها (کوچک شدن مجموعه مربوط به واژه‌ها)، مجموعه مدارک بزرگتری بازیابی می‌شود.
در نظریه تحلیل مفاهیم رسمی عناصر یک مجموعه، «اشیاء رسمی » و عناصر مجموعه دیگر «ویژگی‌های رسمی » نامیده می‌شود. به کار بردن صفت «رسمی» برای تاکید بر این نکته است که این‌ها مفاهیم قراردادی (صوری) هستند. «اشیا رسمی» لازم نیست که اشیایی به معنای عام اشیاء باشند بلکه «اشیاء» و «ویژگی» بعنوان یک نشانه بکار می‌رود. مثلا در بازیابی اطلاعات، مدارک بعنوان اشیاء و واژه‌ها به عنوان ویژگی در نظر گرفته می‌شوند.
هر شیء که دارای مجموعه‌ای از ویژگی‌ها و صفات مشخص است را با یک مفهوم نامگذاری می‌کنیم؛ بنابراین هر مفهوم شامل دو بخش شیء و ویژگی است؛ و مجموعه‌ای از اشیا و ویژگی‌ها، یک بافت یا زمینه را ایجاد می‌کند.
به این ترتیب، سه‌گانه(G, M, I) یک بافت (رسمی) را نمایش می‌دهد اگر: G شامل مجموعه‌ای از اشیاء، M شامل مجموعه‌ای از ویژگیها، و I یک رابطه دوطرفه بین G و M باشد.
و مجموع (A,B) یک مفهوم (رسمی) را نشان می‌دهد اگر و فقط اگر: A زیر مجموعه G و B زیرمجموعه M باشد. مفاهیم رسمی در تحلیل مفاهیم رسمی را می‌توان با الهام از نظریه کلاسیک مفاهیم در روانشناسی و فلسفه در نظر گرفت که می‌گوید یک مفهوم رسما (مطابق یک سری قوانین قراردادی) از طریق ویژگی‌هایش قابل تعریف است.
یک بافت رسمی که شامل مجموعه اشیاء، ویژگی‌ها و رابطه میان آنهاست را می‌تواندر یک جدول متقاطع نشان داد. (جدول ۱) ستون سمت چپ، اشیاء و ردیف بالا، ویژگیها است و رابطه بین آنها با علامت ستاره نشان داده می‌شود.
+جدول ۱
اندازه
تعداد پا
عملکرد
کوچک
متوسط
بزرگ
دوپا
چهارپا
پرواز کردن
شنا کردن
شکار کردن
دویدن
کبوتر
مرغ
اردک
غاز
گربه
ببر
شیر
سگ
گاو
با توجه به جدول فوق، با انتخاب هر شیء که در جدول ذکر شده، می‌توان ویژگی‌های آن را نیز شناسایی کرد و برعکس. مثلا اردک را در نظر می‌گیریم. ویژگی‌های اردک "کوچک، دوپا، پرواز کردن، شنا کردن" است. با بررسی جدول می‌بینیم که شیء دیگری که این ویژگی‌ها را دارد، غاز است؛ بنابراین "اردک، غاز" اشیاء رسمی و "کوچک، دو پا، پرواز کردن، شنا کردن" ویژگیهای رسمی هستند. به این ترتیب مجموع اشیاء و ویژگی‌هایی که از جدول (بافت رسمی) استخراج کردیم، نمایانگر یک مفهوم رسمی است که آن را A می‌نامیم:
A = {(اردک، غاز)، (کوچک، دو پا، پرواز کردن، شنا کردن)
با توجه به جدول (بافت رسمی) فوق، نمی‌توان هیچ شیء یا ویژگی دیگری به A اضافه کرد. ضمن اینکه تمام اشیاء موجود در مفهوم رسمی A، تمام ویژگی‌های مفهوم رسمی A را دارد و هر یک از ویژگی‌های مفهوم رسمی A در میان تمام اشیاء مفهوم رسمی A مشترک است.
مجموعه اشیاء رسمی یک بافت رسمی را «گستره بیرونی » و مجموعه ویژگیهای رسمی یک مفهوم رسمی را «مفهوم درونی » آن می‌نامند.
یک مزیت مهم تحلیل مفاهیم رسمی این است که رابطه گالویس و مفاهیم رسمی را می‌توان با استفاده از دیاگرام خطی به تصویر کشید. در واقع تحلیل مفاهیم رسمی تکنیکی است که از نظریه شبکه برای سازماندهی داده‌ها بر اساس اشیاء و ویژگیهای مشترک بین آنها استفاده می‌کند.
در واقع با استفاده از سه ویژگی مطرح شده در بافت رسمی فوق، یعنی ۱. کوچک و متوسط و بزرگ، ۲. دو پا و چهار پا، و ۳. پرواز کردن، شنا کردن، شکار کردن، دویدن؛ می‌توان یک دیاگرام رسم کرد و در نهایت با ادغام دیاگرام‌های مربوطه، یک شبکه مفهومی شبیه شکل ۲ خواهیم داشت.
شکل ۲
شبکه مفهومی
یک شبکه مفهومی شامل مجموعه از مفاهیم یک بافت (رسمی) و رابطه اعم و اخص میان این مفاهیم است. مزیت شبکه مفهومی این است که با نمایش ارتباطات میان مفاهیم، این امکان را ایجاد می‌کند که کاربر در درون شبکه جهت‌یابی کند و مفاهیم مرتبط را تشخیص دهد.
کاربرد تحلیل مفاهیم رسمی و شبکه در بازیابی اطلاعات
تحلیل مفاهیم رسمی می‌تواند سه هدف را در بازیابی اطلاعات دنبال کند: اول: تحلیل مفاهیم رسمی می‌تواند برای پالایش پرس و جو بکار رود. زیرا یک شبکه مدرک – واژه یک فضای جستجو در میان خوشه‌هایی از مدارک مرتبط ایجاد کند، شبکه‌ها می‌توانند برای گسترش پرس و جو در مواردی که مدارک خیلی کم بازیابی شده‌است یا برای محدود کردن پرس و جو در مواقعی که مدارک بسیار زیادی بازیابی شده‌اند، پیشنهادهایی ارائه دهند. دوم: شبکه‌ها می‌توانند ادغام فرایند پرس و جو و جهت‌یابی (یا مرور) را پشتیبانی کنند. با مطرح شدن پرسش اولیه، یک گره در شبکه مدرک – واژه شناسایی می‌شود و بنابراین کاربر می‌تواند به گره‌های مرتبط هدایت شود. سوم: امکان ادغام یک اصطلاحنامه در شبکه مفهومی که توسط تعدادی از پژوهشگران پیشنهاد شده‌است.
مشکل مطرح در خصوص استفاده از شبکه‌ها در بازیابی اطلاعات
ایجاد یک شبکه مفهومی از مجموعه‌های بزرگ اشیاء و ویژگی‌ها بطور قابل توجهی بزرگ و پیچیده می‌شود. تصویر سازی شبکه‌های مفهومی تنها در صورتی که برای کاربر انسانی قابل فهم و درک باشد، جالب و قابل توجه است. در حالیکه علاوه بر غیرممکن بودن تهیه شبکه‌های مفهومی برای مجموعه‌های بزرگ، ممکن است درک و استفاده از شبکه برای کاربر دشوار و موجبات سردرگمی وی شود.
در طی سالهای گذشته پیشنهادهایی برای رفع این مشکل ارائه شده و نرم‌افزارهایی تهیه شده‌است که در ادامه به چند مورد اشاره می‌شود:
Toscana System
FaIR System (Faceted Information Retrieval System
Compressed lattice
Singular value decomposition
Credo engin
یک کتابشناسی آنلاین از تحلیل مفاهیم رسمی را می‌توان در مشاهده کرد. البته این صفحه به دنبال لیست کردن تمام مقالاتی که در این حوزه منتشر می‌شود نیست (که این کار غیرممکن است) بلکه شامل لینک به کتابشناسی‌ها، گروه‌های پژوهشی و کنفرانس‌ها و نشست‌های این حوزه (در گذشته و آینده) می‌باشد.
انتشارات حوزه تحلیل مفاهیم رسمی در دو کنفرانس بین‌المللی ارائه می‌شود
کنفرانس بین‌المللی ساختارهای مفهومی که از سال ۱۹۹۵ مقالات حوزه تحلیل مفاهیم رسمی را نیز شامل می‌شود و کنفرانس بین‌المللی تحلیل مفاهیم رسمی که از سال ۲۰۰۳ شروع به کار کرد.