Онтологический инжиниринг в информационной науке (зарубежный опыт)

УДК 004.89:004.4

Н.ГЯшина

ОНТОЛОГИЧЕСКИЙ ИНЖИНИРИНГ В ИНФОРМАЦИОННОЙ НАУКЕ

Онтологический инжиниринг в информатике и информационной науке - новая область, которая изучает методы и методологию для построения онтологий, являющихся формальным представлением понятий в пределах какой-либо предметной области и связей между теми понятиями. Одна из первых работ, посвященных онтологическому инжинирингу, была опубликована в 1996 г. японскими учеными R. Mizoguchi и M.Ikeda. Как научное направление онтологический инжиниринг получил свое развитие в рамках проекта Knowledge Acquisition Initiative of the Knowledge Acquisition Community (КА)2, который разрабатывался в 1996-1999 гг. Близок по своей сути инициативе (КА)2 проект SHOE - Simple HTML Ontology Extensions, разрабатывавшийся в 1996-1999 гг. в США. Особое значение идеи онтологического инжиниринга приобрели в связи с развитием концепции Semantic Web. Онтологии определяются как ключевая технология для развития Semantic Web.

Ключевые слова: онтологический инжиниринг, онтологии, информационная наука

N.G.Yashina ONTOLOGICAL ENGINEERING IN INFORMATION SCIENCE

Ontological engineering in computer science and information science is a new field, which studies the methods and methodology for building ontologies; it is a formal representations of a set of concepts within a subject area and the relationships between those concepts. One of the first work denoted ontological engineering, was published in 1996 Japanese scientist R. Mizoguchi and M.Ikeda. As scientific direction ontological engineering has got its development within the framework of project Knowledge Acquisition Initiative of the Knowledge Acquisition Community (KA)2, which was developed in 1996-1999. Close in itself initiative (KA)2 project SHOE - Simple HTML Ontology Extensions, developed in 1996-1999 in USA. Special importance of the idea of ontological engineering has gained in connection with development of the concept Semantic Web. The ontologies are defined as key technology for the development Semantic Web.

Key words: ontological engineering, ontologies, information science

Проблемы поиска, представления и эффективного использования информационных ресурсов остаются на сегодняшний день по-прежнему актуальными, несмотря на большое количество теоретических, методических и практических разработок в этой области (а, возможно, и благодаря им). Онтологии рассматриваются сегодня в качестве наиболее перспективного способа структурирования информации и, в связи с этим, большое внимание уделяется теории и методике разработки онтологий, которые получили обобщенное название онтологического инжиниринга. Онтологический инжиниринг в информатике и информационной науке - новая область, которая изучает методы и методологию для построения онтологий, являющихся формальным представлением понятий в пределах какой-либо предметной области и связей между теми понятиями. Для понимания целей и задач онтологического инжиниринга, а также оптимального использования его методов, необходимо рассмотреть историю развития этого направления.

Одна из первых работ, посвященных онтологическому инжинирингу, была опубликована в 1996 г. японскими учеными R. Mizoguchi и M.Ikeda [9]. В подготовленном ими техническом отчете была предложена новая научно-исследовательская область - «онтологический инжиниринг», обозначены цели онтологического инжиниринга, главная из которых - обеспечение основы построения онтологических моделей.

Как научное направление онтологический инжиниринг получил свое развитие в рамках проекта Knowledge Acquisition Initiative of the Knowledge Acquisition Community (КА)2, который разрабатывался в 1996-1999 гг. [2] В число разработчиков входили Richard Benjamins (Испания), Stefan Decker (Ирландия), Dieter Fensel (Германия), Asuncion Gomez-Perez (Испания). Результатами проекта стали восемь онтологий («организации», «проекты», «личности», «направления исследований», «публикации», «события», «исследовательские продукты», «исследовательские группы»), а также система Ontobroker.

Ontobroker представляет собой веб-приложение, позволяющее визуализировать онтологии и осуществлять автоматическую аннотацию веб-документов семантической информацией [6]. Ontobroker использует методы искусственного интеллекта, для обеспечения доступа к разнородным, распределенным и слабоструктурированным информационным источникам, представленным в WWW, а также для организации сетей интранет. Система Ontobroker включает

интерфейс формулировки запросов, машину вывода ответов и машину доступа к интернет-ресурсам, с помощью которой аккумулировались знания.

Близок по своей сути инициативе (КА)2 проект SHOE - Simple HTML Ontology Extensions [10], разрабатывавшийся в 1996-1999 гг. в США (Университет Мериленда, Колледж Парк) группой ученых, в число которых входили Jeff Heflin, Dr. James Hendler, Sean Luke, Carolyn Gasarch, Qin Zhendong, Dr. Lee Spector, David Rager. Но, в отличие от(КА)2 , концепция языка представления знаний здесь базировалась не на фреймовых логиках, а лежала в русле расширения HTML специальными тэгами. В условиях семантик- веб предполагалось дополнять веб- страницы машиночитаемой семантической информацией на основе онтологий, такой как, например, класс, подкласс, тип связи, что позволило бы таким программным средствам, как интеллектуальные агенты, обрабатывать веб- страницы в автоматическом режиме. В рамках проекта SHOE для автоматизации процессов аннотирования веб-документов была разработана специальная система Knowledge Annotator, включающая три основных информационных блока: «экземпляры», «онтологии» и «утверждения». Однако, предлагаемый метод не получил широкого распространения по причине ограниченного словаря признаков, по которым могли быть закодированы веб- страницы.

Концепция Web 2.0, оформившаяся к 2005 г.[1], легла в основу так называемых систем поддержки кооперативно формируемой семантики, к которым относится один из самых успешных проектов в этой области - база данных Freebase, реализованная компанией Metaweb Technologies (США, 2010) [4]. Freebase представляет собой базу знаний, содержащую метаданные, собранные интернет-сообществом. Она аккумулирует структурированные данные из множества источников, например, отдельных вики-проектов[8]. Freebase располагает достаточно развитыми средствами спецификации объектов и отношений между ними на онтологическом уровне. Разработчики Freebase вводят понятие семантики «участия» (совместная семантика), когда онтология рассматривается как социальный контент.

Особое значение идеи онтологического инжиниринга приобрели в связи с развитием концепции Semantic Web (SW), которую в 2000 г. выдвинул Тим Бернерс-Ли (Великобритания). Semantic Web представляет собой сеть информационных узлов, которые связаны друг с другом таким образом, чтобы имеющаяся информация могла легко обрабатываться компьютером. Его можно рассматривать как эффективный способ представления данных во Всемирной паутине, или как глобально связанную базу данных. Данный проект предлагает реализацию полной системы по автоматизированному созданию и хранению семантического ядра контента, предоставленного во Всемирной паутине. В общем виде Semantic Web - это интероперабельность данных между программными приложениями и организациями; набор интероперабельных стандартов для обмена знаниями; архитектура для взаимосвязанных сообществ и словарей [3].Разметка документов Semantic Web с помощью онтологических терминов позволит производить автоматическую обработку их контента. Таким образом, онтологии определяются как ключевая технология для развития Semantic Web. Онтологии в состоянии сыграть критически важную роль в организации обработки знаний на базе Web, их общего использования и обмена ими между приложениями.

В среде Semantic Web онтологический инжиниринг преследует решение таких задач, как семантизация Web-контента; хранение, обработка и поиск семантического контента; работа с огромными объемами знаний; преодоление проблемы мультиязыковости контента. Онтологический инжиниринг рассматривается, в данном случае, как совокупность методов и средств разработки и эволюции онтологий.

В 2004 г. А.Gomez-Perez, M.Fernandez-Lopez, и O.Corcho была опубликована книга[5], посвященная применению онтологического инжиниринга в области управления знаниями, электронной коммерции и Semantic Web. Онтологический инжиниринг определяется здесь как методология и набор методов, инструментальных средств и языков построения онтологий, обеспечения всего жизненного цикла онтологий.

Определение понятия «онтологический инжиниринг» приводится также в публикации Edward H.Y.Lim, JamesN.K.Liu,RaymondS.T.Lee: «Онтологический инжиниринг является областью исследований, направленной на поиск методов создания онтологий в компьютерных системах. Эти исследования касаются формализации онтологий, разработки алгоритмов для автоматического или полуавтоматического создания и представления онтологий. Некоторые работы в этой области посвящены разработке инструментальных средств онтологического

инжиниринга, предназначенных, для создания онтологий вручную специалистами предметной области или информатиками» [7].

Таким образом, изучение зарубежного опыта исследований в области онтологического инжиниринга показало, что работы в этом направлении ведутся во всем мире. Лидером по географическому признаку, который довольно трудно применять в условиях глобализации, на данный момент является США. Хотя вклад отдельных европейских коллективов также нельзя недооценивать. В качестве области применения результатов исследований выступают, в первую очередь, экономика и бизнес, однако разработаны и универсальные методологии, которые применяются в различных сферах деятельности.

Литература

1.О'Рейли, Т. Что такое Веб 2.0 / / Компьютерра Online. - 11 июля 2014. -http://old.computerra.ru/think/234 100/

2.Benjamins, R. (KA)2: Building Ontologies for the Internet: A Mid Term Report / R. Benjamins, S. Decker, D. Fensel, A Gomez-Perez // International Journal of Human Computer Studies (IJHCS). -1999. -51(3).

3.Berners-Lee, T. The Semantic Web / Tim Berners-Lee, James Hendler, Ora Lassila // Scientific American. - May 17, 2001. -http://www.srientificamerican.com/artide.cfeiPartideI D=00048144-10D2-1C70-84A9809EC588EF21

4.Freebase. - http://www.freebase.com

5.Gomez-Perez, A. Ontological Engineering: With Examples from the Areas of Knowledge Management, eCommerce and the Semantic Web / A. Gomez-Perez, M. Fernandez-Lopez, O. Corcho. - London: Springer, 2004. -411с.

6.KA2 - Knowledge Acquisition Community Ontology. -http://ontobroker.semanticweb.org/ontos/ka2.html

7.Lim, Edward H. Y. Ontology Engineering /Edward H. Y. Lim, James N. K. Liu, Raymond S. T. Lee / / Knowledge Seeker - Ontology Modelling for Information Search and Management.Intelligent Systems Referen ceLibra ry. - 2011. - Volume 8. - Р. 13-25.

8.Markoff, John. Start-Up Aims for Database to Automate Web Searching / / Нью-ЙоркТаймс . -9 марта 2007.

9.Mizoguchi, R. Towards Ontology Engineering. Technical Report AI-TR-96-1/ R. Mizoguchi, M. Ikeda; I.S.I.R., Osaka University. - Osaka, 1996.

10.The SHOE Knowledge Annotator. -http://www.cs.umd.edu/projects/plus/SHOE

1.O'Rejli, T. Chto takoe Veb 2.0 // Komp'juterra Online. - 11 ijulja 2014. -http://old.computerra.ru/think/234 100/

2.Benjamins, R. (KA)2: Building Ontologies for the Internet: A Mid Term Report / R. Benjamins, S. Decker, D. Fensel, A Gomez-Perez // International Journal of Human Computer Studies (IJHCS). -1999. -51(3).

3.Berners-Lee, T. The Semantic Web / Tim Berners-Lee, James Hendler, Ora Lassila // Scientific American. - May 17, 2001. -http://www.scientificamerican.com/artide.cfeiPartideI D=00048144-10D2-1C70-84A9809EC588EF21

4.Freebase. - http://www.freebase.com

5.Gomez-Perez, A. Ontological Engineering: With Examples from the Areas of Knowledge Management, eCommerce and the Semantic Web / A. Gomez-Perez, M. Fernandez-Lopez, O. Corcho. - London: Springer, 2004. -411с.

6.KA2 - Knowledge Acquisition Community Ontology. -http://ontobroker.semanticweb.org/ontos/ka2.html

7.Lim, Edward H. Y. Ontology Engineering /Edward H. Y. Lim, James N. K. Liu, Raymond S. T. Lee / / Knowledge Seeker - Ontology Modelling for Information Search and Management.Intelligent Systems Referen ceLibra ry. - 2011. - Volume 8. - Р. 13-25.

8.Markoff, John. Start-Up Aims for Database to Automate Web Searching / / Нью-ЙоркТаймс . -9 марта 2007.

9.Mizoguchi, R. Towards Ontology Engineering. Technical Report AI-TR-96-1/ R. Mizoguchi, M. Ikeda; I.S.I.R., Osaka University. - Osaka, 1996.

10.The SHOE Knowledge Annotator. -http://www.cs.umd.edu/projects/plus/SHOE