Просмотр кода страницы Онтология (информатика)

{{другие значения| Онтология (значения)}}

'''Онтоло́гия''' в информатике — это попытка всеобъемлющей и подробной [[Формализация|формализации]] некоторой области [[Знание|знаний]] с помощью [[Концептуальная схема|концептуальной схемы]]. Обычно такая схема состоит из [[Структура данных|структуры данных]], содержащей все [[Релевантность|релевантные]] классы объектов, их связи и правила ([[Теорема|теоремы]], ограничения), принятые в этой области. Этот термин в информатике является производным от древнего философского понятия «[[онтология]]» ({{lang|neolat|ontologia}} от {{lang-grc|ὤν}} род. п. {{lang-grc2|ὄντος}} — сущее, то, что существует и {{lang-grc2|λόγος}}). Однако в информатике он имеет прикладной, инженерный характер и обозначает формализованный артефакт, ориентированный на машинную обработку знаний.

== Общее определение ==
Хотя термин «онтология» изначально философский, в информатике он принял самостоятельное значение. Здесь есть два существенных отличия:
* Онтология в информатике должна иметь формат, который компьютер сможет легко обработать;
* Информационные онтологии создаются всегда с конкретными целями — решения конструкторских задач; они оцениваются больше с точки зрения ''применимости'', чем ''полноты''.

Одно из наиболее цитируемых определений онтологии в информатике принадлежит [[Грубер, Том|Томасу Груберу]]:
: «Онтология — это формальная, явным образом заданная спецификация совместно используемой концептуализации».<ref>{{cite journal |last=Gruber |first=Thomas R. |title=A Translation Approach to Portable Ontology Specifications |journal=Knowledge Acquisition |volume=5 |issue=2 |year=1993  |pages=199–220 |doi=10.1006/knac.1993.1008}}</ref>

В этом определении:
* '''концептуализация''' понимается как абстрактная модель предметной области;
* '''явная спецификация''' означает явное задание понятий и связей;
* '''формальность''' обеспечивает машиночитаемость;
* '''совместное использование''' указывает на ориентацию на повторное применение и обмен знаниями.

== Назначение и роль ==
Онтологии используются для:
* формального описания предметных областей;
* обеспечения единых понятийных моделей между различными системами;
* поддержки логического вывода;
* повышения интерпретируемости и объяснимости вычислительных процессов.

В отличие от неформальных моделей знаний, онтологии предполагают строгую семантику и возможность автоматической проверки корректности.

Онтологии используются в [[Процесс разработки программного обеспечения|процессе]] [[Программирование|программирования]] как форма [[Представление знаний|представления знаний]] о реальном мире или его части. Основные сферы применения — [[семантическая паутина]] ({{lang-en|Semantic Web}}), [[искусственный интеллект]]. Одной из сфер применения онтологий является семантическое (формальное) моделирование бизнес-процессов.<ref>{{cite web |url=https://www.w3.org/community/pronto/ |title=Process Ontology Community Group |publisher=W3C |language=en |access-date=2026-02-09}}</ref>

== Основные компоненты онтологии ==
Типичная онтология включает следующие элементы:

* '''Классы''' — абстрактные категории объектов предметной области;
* '''Экземпляры''' — конкретные объекты, принадлежащие классам;
* '''Отношения''' — связи между классами или экземплярами;
* '''Свойства''' — атрибуты объектов;
* '''Аксиомы и ограничения''' — логические правила, определяющие допустимые интерпретации.

Наличие аксиом позволяет выполнять автоматический логический вывод.

== Онтологии и представление знаний ==
Онтологии являются развитием классических подходов к представлению знаний, таких как:
* семантические сети,
* фреймовые модели,
* логические базы знаний.

В отличие от них, онтологии ориентированы на независимость от конкретной программной реализации и на интероперабельность между системами.<ref>Studer, R., Benjamins, V. R., Fensel, D. (1998). ''Knowledge Engineering: Principles and Methods''. Data & Knowledge Engineering, 25(1–2), 161–197.</ref>

== Специализированные и общие онтологии ==
Специализированные (''предметно-ориентированные'') онтологии — это представление какой-либо области знаний или части реального мира. В такой онтологии содержатся специальные для этой области значения терминов. К примеру, слово «''поле''» в [[Сельское хозяйство|сельском хозяйстве]] означает [[Поле (сельское хозяйство)|участок земли]], в [[Физика|физике]] — [[Поле (физика)|один из видов материи]], в [[Математика|математике]] — [[Поле (алгебра)|класс алгебраических систем]].

Общие онтологии используются для [[Представление знаний|представления понятий]], общих для большого числа областей. Такие онтологии содержат базовый набор терминов, [[глоссарий]] или [[тезаурус]], используемый для описания терминов предметных областей.

Если использующая специализированные онтологии система развивается, то может потребоваться их '''объединение'''. Подзадачей объединения онтологий является задача [[отображение онтологий|отображения онтологий]]. И для инженера по онтологиям это серьёзная задача. Онтологии даже близких областей могут быть несовместимы друг с другом. Разница может появляться из-за особенностей местной культуры, идеологии или вследствие использования другого '''языка описания'''. Объединение онтологий выполняют как вручную, так и в полуавтоматическом режиме. В целом это — трудоёмкий, медленный и дорогостоящий процесс. Использование ''базисной онтологии'' — единого глоссария — несколько упрощает эту работу.

== Языки описания онтологий ==
Для формального описания онтологий используются специализированные языки. Язык описания онтологий — [[формальный язык]], используемый для кодирования онтологии. Существует несколько подобных языков (''список неполон''):
* [[Web Ontology Language|OWL]] — Web Ontology Language, стандарт [[W3C]], язык для семантических утверждений, разработанный как расширение [[RDF]] и [[RDFS]]<ref>OWL основан на логиках описаний и поддерживает автоматический вывод.</ref> — язык описания онтологий с формальной логической семантикой<ref>W3C. ''OWL 2 Web Ontology Language Document Overview''. https://www.w3.org/TR/owl2-overview/</ref>;
* [[Resource Description Framework|RDF (Resource Description Framework)]] — модель представления данных в виде графа утверждений<ref>W3C. ''RDF 1.1 Concepts and Abstract Syntax''. https://www.w3.org/TR/rdf11-concepts/</ref>;
* [[RDFS|RDFS (RDF Schema)]] — расширение RDF для задания иерархий классов и свойств<ref>W3C. ''RDF Schema 1.1''. https://www.w3.org/TR/rdf-schema/</ref>
* {{нп3|KIF|KIF|en|Knowledge Interchange Format}} ({{lang-en|Knowledge Interchange Format}} — формат обмена знаниями) — основанный на [[S-выражение|S-выражениях]] синтаксис для [[Логика первого порядка|логики]];
* [[Common Logic|Common Logic (CL)]] — преемник KIF (стандартизован — ISO/IEC 24707:2007).
* {{нп3|CycL|CycL|en|CycL}} — онтологический язык, использующийся в проекте [[Cyc]]. Основан на [[логика первого порядка|исчислении предикатов]] с некоторыми расширениями более высокого порядка.
* {{нп3|DAML|||DARPA Agent Markup Language}}
* {{нп3|OIL|||Ontology Inference Layer}}
* {{нп3|Agent Communications Language}}

Для работы с языками онтологий существует несколько видов технологий: редакторы онтологий (для создания онтологий), [[СУБД]] онтологий (для хранения и обращения к онтологии) и хранилища онтологий (для работы с несколькими онтологиями).

== Онтологии и семантический веб ==
Онтологии являются ключевым компонентом семантического веба — расширения Всемирной паутины, в котором информация снабжается формальной семантикой, понятной вычислительным агентам.<ref>Berners-Lee, T., Hendler, J., Lassila, O. (2001). ''The Semantic Web''. Scientific American, May 2001.</ref>

В этом контексте онтологии обеспечивают:
* формальное описание значений данных;
* интерпретацию связей между ресурсами;
* интеграцию разнородных источников информации.

== Онтологии и искусственный интеллект ==
В системах искусственного интеллекта онтологии используются как:
* символические модели знаний;
* основа для логического вывода;
* средство обеспечения объяснимости решений.

В гибридных ИИ-системах онтологии сочетаются со статистическими методами машинного обучения, обеспечивая семантическую интерпретацию данных.<ref>Russell, S., Norvig, P. ''Artificial Intelligence: A Modern Approach''. Pearson.</ref>

== Отличие от философской онтологии ==
Несмотря на общее происхождение термина, онтология в информатике отличается от философской онтологии:
* по цели (практическая инженерная модель vs. метафизическое исследование бытия);
* по методам (формальные языки и логика vs. философский анализ);
* по критериям оценки (работоспособность и формальная корректность vs. философская обоснованность).<ref>Guarino, N. (1998). ''Formal Ontology in Information Systems''. Proceedings of FOIS’98.</ref>

== Применение ==
Онтологии применяются в:
* системах искусственного интеллекта;
* управлении знаниями;
* биоинформатике и медицине;
* корпоративных информационных системах;
* интеллектуальных поисковых системах;
* интеграции и согласовании данных.

== См. также ==
* [[База знаний]]
* [[Высшая онтология]]
* [[Глоссарий]]
* [[Извлечение информации]]
* [[Открытые биомедицинские онтологии]]
* [[Представление знаний]]
* {{нп3|Редакторы онтологий|||Ontology editor}}
* [[Семантический веб]]
* [[Таксономия]]
* [[Искусственный интеллект]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Литература ==
* {{книга
 |автор         = Добров Б. В., Иванов В.В., Лукашевич Н.В., Соловьев В.Д.
 |заглавие      = Онтологии и тезаурусы: модели, инструменты, приложения
 |ссылка        = http://www.intuit.ru/department/expert/ontoth/
 |место         = М.
 |издательство  = Бином. Лаборатория знаний
 |год           = 2009
 |страниц       = 173
 |isbn          = 978-5-9963-0007-5
 |ref = Добров и др.
}}
* ''Лапшин В. А.'' Онтологии в компьютерных системах. — М.: Научный мир, 2010.
* Gruber, T. R. ''A Translation Approach to Portable Ontology Specifications''
* Studer, R., Benjamins, V. R., Fensel, D. ''Knowledge Engineering: Principles and Methods''
* Guarino, N. ''Formal Ontology in Information Systems''
* Russell, S., Norvig, P. ''Artificial Intelligence: A Modern Approach''

== Ссылки ==
* [http://bigc.spb.ru/publications/bigspb/km/use_ontology_in_suz.php Использование онтологий в системах управления знаниями] {{Wayback|url=http://bigc.spb.ru/publications/bigspb/km/use_ontology_in_suz.php |date=20080223210519 }}
* [https://web.archive.org/web/20180920070235/http://www.elbib.ru/index.phtml?page=elbib%2Frus%2Fjournal%2F2004%2Fpart4%2Fop Обзор инструментов инженерии онтологий] (на 2004 год)
* [http://habrahabr.ru/post/173015/ Редактор онтологий на естественном языке] {{Wayback|url=http://habrahabr.ru/post/173015/ |date=20140904185002 }} — обзор редактора [[Fluent Editor]], работающего с контролируемым английским языком и [[Web Ontology Language|OWL]]. Так же упоминает редакторы онтологий [[Protégé]] и [[TopBraid Composer]].
* [https://web.archive.org/web/20110429003209/http://ifets.ieee.org/russian/depository/ontology101_rus.doc Руководство по созданию Вашей первой онтологии]

{{Инженерия знаний}}
{{Software Engineering}}
{{Семантическая паутина}}

[[Категория:Информатика]]
[[Категория:Инженерия знаний]]
[[Категория:Семантическая паутина]]
[[Категория:Веб 3.0]]
[[Категория:Системная инженерия]]