Онтологии и семантическая паутина

Онтология – раздел философии, изучающий фундаментальные принципы бытия: категории, сущности, структуру, свойства и закономерности сущего[8]. В настоящее время онтологии широко используются в обучении, различного рода исследованиях и информационных технологиях. Как своеобразная форма представления некоторой области знаний (предметной области) онтологии применяются при создании семантической паутины[9], систем искусственного интеллекта, а также прикладных информационных систем. В частности, одним из ключевых компонентов создаваемой и внедряемой в ОАО «РЖД» Интеллектуальной системы управления на железнодорожном транспорте является «онтология ИСУЖТ».

Среди языков описания онтологий следует выделить:

· OWL (англ. Web Ontology Language) – язык описания онтологий для семантической паутины (http://www.w3.org/TR/owl2-overview). Основан на более ранних языках OIL и DAML+OIL, которые, в свою очередь, базируются на RDF и RDFS:

o OIL (англ. Ontology Inference Layer или Ontology Interchange Language) – онтологический слой (уровень) логического вывода или онтологический язык обмена;

o DAML (англ. DARPA Agent Markup Language) – язык разметки агента DARPA^[10];

o RDF (англ. Resource Description Framework) – среда описания ресурса (http://www.w3.org/TR/rdf11-concepts);

o RDFS (англ. RDF Schema) – схема RDF (http://www.w3.org/TR/rdf-schema);

· RIF (англ. Rule Interchange Format) – формат обмена правилами (http://www.w3.org/TR/rif-core);

· KIF (англ. Knowledge Interchange Format) – формат обмена знаниями (http://www.ksl.stanford.edu/knowledge-sharing/kif), разработанный в «Лаборатории искусственного интеллекта» Стэндфордского университета;

· CL (англ. Common Logic) – общая логика, представляющая собой основу для семейства логических языков и предназначенная для обмена и передачи знаний в компьютерных системах. Является преемницей KIF и носит статус международного стандарта (ISO/IEC 24707:2007 «Information technology – Common Logic (CL): a framework for a family of logic-based languages»).

· CycL (англ. Cyc Language, от англ. encyclopedia) – онтологический язык, использующийся в проекте искусственного интеллекта Дугласа Лената Cyc (http://www.cyc.com).

В рамках создания семантической паутины W3C[11] активно продвигает онтологические языки и спецификации, представленные на следующем рисунке (http://www.w3.org/2001/sw).

Обмен знаниями: RDF

Пользовательский интерфейс и приложения

Доверие

Вывод

Объединительная логика

Правила: RIF

Онтология: OWL

Запросы: SPARQL

RDFS

Идентификация ресурсов: URI / IRI

Синтаксис: XML / JSON-LD / Turtle / N-Triples / N-Quads / TriG

Рис. 8. Слои семантической паутины

В соответствии с концепцией Всемирной паутины каждый ресурс должен иметь унифицированный идентификатор ресурса (англ. Uniform Resource Identifier, URI) или интернационализированный идентификатор ресурса (англ. Internationalized Resource Identifier, IRI). В терминах семантической паутины под ресурсом понимается реальная (машина, дом, Вася) или абстрактная (любовь, отношение, тип) сущность, включая информационные объекты (сайт, файл, ящик электронной почты).

В общем виде онтология представляет собой набор элементов четырех типов:

· понятия (классы) – концептуальные сущности (машина, дом, любовь);

· экземпляры (индивиды) – конкретные представители понятий (Вася, www.google.com, 123);

· отношения (предикаты) – связи между понятиями или экземплярами (таксономические, родственные, производственные), а также свойства сущности (цвет, длина, вкус);

· аксиомы – очевидные утверждения, связывающие понятия, экземпляры и отношения.

В качестве синтаксических конструкций для онтологического описания и обмена знаниями в виде RDF, RDFS и OWL могут использоваться спецификации (нотации):

· адаптированные:

o XML (англ. eXtensible Markup Language) – расширяемый язык разметки (http://www.w3.org/TR/rdf-syntax-grammar);

o JSON-LD (англ. JavaScript Object Notation for Linked Data) – объектная нотация JavaScript для связывания данных (http://www.w3.org/ TR/rdf-json);

· специализированные:

o N-Triples – RDF-тройки (http://www.w3.org/TR/n-triples);

o Turtle (англ. Terse RDF Triple Language) – краткий язык RDF-троек (http://www.w3.org/TR/turtle). Расширение нотации N-Triples;

o TriG – TriG (http://www.w3.org/TR/trig). Расширение нотации Turtle;

o N-Quads – RDF-четверки (http://www.w3.org/TR/n-quads). Дополнение к нотации N-Triples.

Процедурная обработка (добавление, удаление, вывод) знаний, содержащихся в онтологии, выполняется с помощью различных диалектов RIF (продукции, фреймы, логика предикатов первого порядка, немонотонная F-логика).

Декларативная обработка знаний в стиле SQL[12]-запросов к базам данных осуществляется посредством SPARQL[13].