Formální reprezentace

Mají-li být ontologie používány pro automatické zpracování v počítačích, musí být specifikovány formálně. Existuje několik jazyků, které se používají k vyjádření ontologií. V této části některé z nich shrneme. Tyto jazyky poskytují prostředky pro vyjádření konkrétní ontologie a často je lze použít i k vyjádření znalostní báze založené na ontologii.

Míra formálnosti popisu ontologií je shrnuta na obrázku níže. Na pravém konci škály se nachází katalog termínů používaných k vyjádření znalostí nebo informací. Tyto termíny nemusí mít vůbec žádný popis a jsou srozumitelné jen proto, že pocházejí z přirozeného jazyka a jejich význam lze pouze odhadovat. Lepší je popis každého termínu v přirozeném jazyce, zejména pokud jsou mezi termíny vyjádřeny i relace, jako is-a, part-of, related-to apod. Dokud je však tento popis v přirozeném jazyce, který není formálně definován, takovou specifikaci obvykle ontologií nenazýváme.

Úrovně výrazové síly při popisu ontologie

Bodem, od kterého začínáme mluvit o ontologii jako o formální specifikaci konceptualizace, je okamžik, kdy je mezi termíny definována a použita alespoň jedna formální relace. Typicky jde o formální relaci is-a, taxonomie tříd a vlastností, vztah třída-instance apod. Formální relace znamená, že je vyjádřena ve formálním jazyce a že z toho, že jsou dva termíny touto relací spojeny, lze vyvozovat implikace. O jednu úroveň výše se nacházejí jazyky, které poskytují množinu konstruktů pro popis ontologie, například rámce nebo zjednodušené logiky, jako jsou deskripční logiky. Tyto jazyky umožňují popsat třídy, instance a relace mezi nimi a omezit jejich zamýšlené používání. Na pravém konci škály se nachází obecná logická teorie, kde můžeme k vyjádření zamýšleného použití termínů používaných v ontologii využít plné logiky (například logiky prvního či vyššího řádu nebo modální logiky).

Škála na obrázku výše zároveň vyjadřuje použitelnost ontologií. Část neformálního popisu není příliš vhodná pro automatické zpracování, alespoň pokud nemáme k dispozici porozumění přirozenému jazyku. Samozřejmě platí, že čím méně formální popis používáme, tím snazší je ontologii vytvořit. Na druhou stranu, pokud máme formálnější a výrazově silnější popis, lze jej automaticky zpracovávat, lépe zachytit zamýšlený význam a sdílení ontologie je snazší. Při práci s ontologií obvykle chceme zachovat konzistenci. Ne vždy je však možné zachovat úplnost a rozhodnutelnost. Například při použití popisu v predikátové logice prvního řádu nelze zaručit rozhodnutelnost, kterou lze zaručit v méně expresivních deskripčních logikách. V praktických případech je proto třeba hledat rovnováhu mezi výrazovou silou a výpočetními vlastnostmi popisu.

Dobré obecné doporučení pro volbu jazyka modelování ontologie je vybrat formalismus, který nás nebude při vývoji ontologie omezovat a umožní vyjádřit všechna rozlišení, která potřebujeme. Když je tento popis dokončen a jeho výpočetní vlastnosti nejsou přijatelné, můžeme pro některé úrovně automatického zpracování použít jen podmnožinu popisu. Tento přístup uvidíme později v tomto tutoriálu při popisu vrstvených jazyků na sémantickém webu.

Ve zbytku této části stručně popíšeme vybrané formalismy pro modelování ontologií a pro vyjadřování informací a znalostí.