Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Д. В. Кудрявцев dk@big.spb.ru

195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29

Аннотация

Онтологии Работа поддержана грантом РФФИ 04-01-00466. активно используются в качестве средства структурирования и представления информации в системах управления знаниями. Существующие подходы к разработке онтологий с одной стороны указывают на необходимость учета назначения онтологии при ее разработке, а с другой не предоставляют конкретных методик реализации такого учета. В данной статье предлагается концептуальная модель и элементы методики для разработки онтологии с учетом функций и целей организации, на поддержку которых направлена система управления знаниями организации.

Введение

По оценкам исследований от 15 до 35% времени сотрудников компании уходит на поиск информации [Feldman, 2004]. Для решения проблем связанных с поиском и получением корпоративной информации в организациях создаются системы управления знаний (СУЗ) в форме корпоративной памяти, корпоративной базы знаний или корпоративного портала знаний [Попов, 2005]. Такие решения, в узком смысле, можно рассматривать как электронные хранилище гетерогенной информации из различных источников предприятия, которые поддерживают развитые механизмы поиска и распределения доступа к информации.

В качестве основного информационно-поискового механизма СУЗ, могут использоваться онтологии, которые описывают и классифицируют информационные ресурсы и обеспечивают пользователям удобство и эффективность поиска и навигации [Abecker, 1998; Гаврилова, 2003].

В статье предлагаются элементы методического подхода к созданию проблемно-ориентированных онтологий для СУЗ, которые поддерживают выполнения определенных функций и достижение определенных целей организации.

1. Взаимосвязь разработки онтологии с назначением онтологии

Онтология - формальное явное описание понятий (классов) в рассматриваемой предметной области, свойств каждого понятия, описывающих различные свойства и атрибуты понятия, и ограничений, наложенных на свойства (фасетов) [Ной, 2001].

В настоящий момент существует ряд методологических подходов к разработке онтологий [Fernandez-Lopez, 2002]. Рассматриваемые методологии предлагают начать построение онтологии с ответа на ряд основных вопросов:

· Какую область будет охватывать онтология?

· Для чего мы собираемся использовать онтологию?

То есть на первом шаге авторы предлагают определить область и масштаб онтологии. В существующих методологиях утверждается, что в дальнейшем ответы на вышеуказанные вопросы будут оказывать влияние на:

· Формирование иерархия понятий

· Выбор свойств и классов

· Целесообразность создания классов и использование свойств

2. Постановка задачи

Несмотря на то, что в существующих методологиях разработки онтологий присутствует предварительный этап определения области и масштаба онтологии (или похожий по смыслу) и указывается его влияние на дальнейшую разработку онтологии, взаимосвязь между разработкой онтологии и ее назначением остается неоднозначной и недостаточно определенной.

Основными задачами данной статьи являются:

1. Разработка модели взаимосвязи составляющих элементов онтологии с ее назначением

2. Разработка основных элементов методики создания проблемно-ориентированной онтологии на основе модели взаимосвязи элементов онтологии с ее назначением

3. Модель взаимосвязи онтологии с ее назначением

Для разработки эксплицитной модели взаимосвязи составляющих элементов онтологии с ее назначением целесообразно применить некоторые элементы функционально-стоимостного анализа (ФСА) [Моисеева и Карпунин, 1988]. При функциональном подходе специалист-проектировщик отвлекается от реальной конструкции анализируемой (разрабатываемой) системы и сосредоточивает внимание на ее функциях. Далее на основе функциональной модели разрабатывается оптимальная конструкция (структура) системы. Такой подход к проектированию материальных и организационных структур может быть адаптирован к разработке онтологий.

Для определения состава функций, выполняемых на предприятии, которые будут поддерживаться с использованием онтологии, целесообразно рассматривать систему процессов и проектов, которые объединяют отдельные функции в комплексы действий ориентированных на результат - достижения целей предприятия. Тогда как оценка достижения целей производится с помощью показателей. С учетом предлагаемых идей предлагается следующая концептуальная модель взаимосвязи онтологии с ее назначением (Рис. 1): онтология информация корпоративный

Рис. 1 Концептуальная модель взаимосвязи онтологии с ее назначением

В соответствии с данной моделью требования к онтологии формируются

· на основе Функций, информационная поддержка которых осуществляется с использованием онтологий, а также

· на основе Целей организации и сотрудников.

Необходимо отметить, что Цели с одной стороны непосредственно влияют на элементы онтологии, а с другой опосредованно, определяя требования к выполнению функций через процессы и проекты.

Для практической разработки онтологии - определения классов, атрибутов и отношений - необходимо перейти от концептуальной к расчетной модели взаимосвязи онтологии и ее назначения. Для этого необходимо вначале определить исходную методику разработки онтологии, которая будет дополнена анализом назначения онтологии.

Атрибутивный подход к разработке онтологий

Рассмотрим основные этапы предлагаемого метода:

Э1. Определение основных атрибутов понятия

Допустим, в качестве понятия выбран «Документ», являющийся классом, в который входят все документы системы управления знаниями организации.

При выполнении данного этапа можно обратиться к существующим стандартам метаданных (Dublin Core, Learning Objects Metadata (LOM).

Э2. Определение фасетов для атрибутов

Под фасетом понимается область допустимых значений атрибута. С помощью фасетов задается структура, используемая для описания рассматриваемого понятия, в нашем случае «Документа». Фасеты отражают взаимоисключающие и коллективно исчерпывающие аспекты рассматриваемого понятия, см. рис. 2:

Рис. 2 Атрибуты и фасеты понятия «Документ»

Фасеты можно рассматривать как классы, которые описываются с помощью своих собственных онтологий.

Э3. Описание фасетов

После того, как определены «стартовые» фасеты нужно переходить к их структуризации - описанию каждого фасета. В результате получаем атрибутивно-фасетное дерево, см. рис. 3:

Рис. 3 Описание фасета и детализация атрибутивно-фасетного дерева

Такое дерево может являться основой для разработки онтологии и выделения понятий. Понятия онтологии будут формироваться на основе значений наиболее значимых атрибутов и фасетов. Также на основе значимости атрибута или фасета будет определяться уровень иерархии понятий в онтологии.

Для отбора наиболее значимых атрибутов и фасетов проводится оценка и ранжирование атрибутов и фасетов.

4. Расчетная модель взаимосвязи онтологии и ее назначения

В соответствие с концептуальной моделью взаимосвязи онтологии и ее назначения (Рис. 1) для оценки и ранжирования атрибутов и фасетов необходимо выполнить следующие шаги:

1. Оценка и Ранжирование целей (определяются веса целей)

2. Оценка и Ранжирование функций

3. Функциональная оценка и ранжирование атрибутов и фасетов

4. НЕФункциональная оценка и ранжирование атрибутов и фасетов

5. Уточнение оценок и рангов Свойств / атрибутов с учетом Взаимовлияния

Шаги со 2 по 5 производятся одинаково с помощью взвешенных оценок.

Для создания методики разработки проблемно-ориентированных онтологий представленную выше расчетную модель необходимо дополнить целым рядом рекомендаций, правил и принципов.

5. Элементы методики создания проблемно-ориентированной онтологии

Организация ранжирования и использования атрибутов и фасетов.

В зависимости от выбора того или иного значения атрибутов / фасетов для верхнего уровня онтологии будут по-разному строиться нижние уровни (см. Рис. 4):

Рис. 4 Влияние верхних уровней онтологии на разработку нижних

В данном случае для дальнейшего структурирования Материалов семинаров наиболее важен фасет - Предметная область, а для Материалов проектов - Тип документа. Разница в значимости атрибутов и фасетов для одного и того же уровня иерархии объясняется тем, что Материалы семинаров и Материалы проектов используются при выполнении разных функций. Тогда как эти функции определяют дальнейший выбор атрибутов и фасетов. С учетом такой закономерности предлагается следующая организация работ по оценке и ранжированию атрибутов и фасетов:

1. Ранжирование атрибутов и фасетов

2. Выбор наиболее значимого атрибута или фасета

3. Заполнение верхнего уровня онтологии значениями наиболее значимого фасета или атрибута

4. Производится «реверс» - для каждого элемента на верхнем уровне онтологии определяются функции, для которых важен данный элемент

5. Ранжирования атрибутов и фасетов - этап 2, который производится отдельно для каждого элемента верхнего уровня онтологии причем для ранжирования атрибутов используются только отобранные на предыдущем шаге функций.

Далее задачи со 2 по 5 повторяются необходимое число раз.

6. Правило ранжирования атрибутов и фасетов понятия в онтологии

Выполнение ранжирования атрибутов и фасетов может вызывать затруднения (например, Как определить какое свойство/атрибут понятия в онтологии важнее для выполнения функции?). Поэтому рекомендации по организации ранжирования целесообразно дополнить правилами ранжирования, см. Табл. 1.:

Табл. 1 Правило ранжирования атрибутов и фасетов понятия в онтологии

Правило ранжирования атрибутов понятия в онтологии. ПРИМЕР:

Дано:

Ф1= Разработка методики оценки персонала; Ц1= Повышение скорости выполнения работ; П1= Время с момента начала этапа до закрытия работ по этапу

Атрибутами и фасетами «Информации» (=понятие верхнего уровня для онтологии в СУЗ) являются:

А= Объект рассмотрения {Показатели, Процессы, Подразделения,…}

В=Отрасль {Пищевая, Металлургия, Упаковочная…}

Рассмотрим П1(А):

Значение П1(Ф1,а1)=30 дней; Значение П1(Ф1,а2)=45 дней; Значение П1(Ф1,а3)=45 дней

?П1(А)=15 дней (используя имеющуюся информацию по Показателям выполнить работы можно на 15 дней быстрее, чем используя только информацию по Процессам и Подразделениям)

Рассмотрим П1(В)

Значение П1(Ф1,b1)=30 дней; Значение П1(Ф1,b2)=30 дней; Значение П1(Ф1,b3)=30 дней

?П1(В)=0 (длительность выполнения работ проекта не изменяется в зависимости от того имеем ли мы информацию по предприятиям пищевой промышленности, Металлургической или упаковочной)

Вывод:

Для выполнения Функции «Разработка методики оценки персонала» с Целью (требованием) Повышение скорости выполнения работ атрибут информации А, важнее чем В

Полученная информация о составе и важности атрибутов понятий онтологии станет основой для разработки онтологии СУЗ, поддерживающей определенный набор функций и целей организации.

Перспективные работы

1. Разработка методических рекомендаций по разработке онтологий с учетом выбранных и отранжированных атрибутов понятий верхнего уровня (в т.ч. анализ совместимости атрибутов - анализ дерева признаков [Рубашкин, 1989])

2. Разработка дополнительных правил, поддерживающих выполнение отдельных этапов методики разработки проблемно-ориентированных онтологий

3. Определение требований к программному инструментарию для поддержки методики разработки проблемно-ориентированных онтологий

Заключение

В статье была предложена модель взаимосвязи элементов проблемно-ориентированной онтологии с целями и функциями организации, для поддержки которых создается СУЗ. Представленная модель позволила предложить методику анализа и отбора атрибутов понятий онтологии СУЗ. Такая методика вместе с методикой разработки онтологий на основе атрибутивной структуры (перспективная работа) представляют комплексную методику разработки проблемно-ориентированных онтологий для СУЗ. Такие онтологии с одной стороны повысят эффективность поиска информации, а с другой уменьшат затраты на подготовку информации для СУЗ, поскольку смогут указать необходимый и достаточный объем информации для выполнения функций и достижения целей организации.

Список литературы

1. Гаврилова, 2003 Гаврилова Т. Онтологический подход к управлению знаниями при разработке корпоративных информационных систем // Ж. «Новости искусственного интеллекта», 2003, №2.

2. Моисеева, 1988 Моисеева Н., Карпунин М. Основы теории и практики функционально-стоимостного анализа. М: Высшая школа,1988.

3. Ной, 2001 Ной Н. , МакГиннесс Д.. Разработка онтологий 101: руководство по созданию вашей первой онтологии Стэнфордский Университет, Калифорния, 2001 http://ifets.ieee.org/russian/depository/ontology101_rus.doc

4. Попов, 2005 Попов Э., Фоминых И., Харин Н., Виньков М. Управление знаниями // РФФИ, 2005, Аналитический обзор http://www.rfbr.ru/default.asp?doc_id=20742

5. Рубашкин, 1989 Рубашкин В. Ш., Представление и анализ смысла в интеллектуальных информационных системах. - М.: Наука, 1989.

6. Fernandez-Lopez, 2002 Fernandez-Lopez M., Gomez-Perez A. Overview and analysis of methodologies for building ontologies. The Knowledge Engineering Review, Vol. 17:2, 129-156. © 2002, Cambridge University Press

7. Gruninger, 1995 Gruninger, M. and Fox, M.S. (1995). Methodology for the Design and Evaluation of Ontologies. In:Proceedings of the Workshop on BasicOntological Issues in Knowledge Sharing, IJCAI-95, Montre

Размещено на Allbest.ru