ПРИМЕНЕНИЕ ТЕОРИИ ПРОЦЕССОВ В ОНТОЛОГИИ С АКТИВНОЙ СЕМАНТИКОЙ

Данилова Соелма Доржигушаевна

канд. техн. наук, доцент ВСГУТУ, г. Улан-Удэ

Е-mail: dsoelma@mail.ru

Ким Насанбаир Бабудоржиевич

Аспирант, ВСГУТУ, г. Улан-Удэ

Е-mail:

В настоящее время широкое применение получают онтологии как средства представления и инженерии знаний, информационного поиска в интеллектуальных системах и глобальной сети, семантической интеграции информационных ресурсов. Знания в онтологии, как правило, представляются в виде тезауруса или терминосистемы, состоящей из понятий предметной области, их свойств, отношений между ними и правил вывода для семантической обработки информации. Определим такую структуру как онтологию с пассивной семантикой.

Развитие концепции всепроникающих вычислений требует решения задач, связанных с моделированием и реализацией процессов (действий, функций, операций), релевантных данной предметной области. В связи с этим является актуальным вопрос создания онтологии с активной семантикой, т. е. онтологии с возможностью моделирования и реализации процессов, которые активизируются субъектами онтологии, совершающими в данном процессе некоторые действия над объектами онтологии. При этом субъекты и объекты представляются в онтологии понятиями.

В работе [1] определена группа «функциональных» отношений, принадлежащих сфере процессуальности, которая априори является динамичной. Такие отношения позволяют придать свойство активности описанию знака как некоторому знанию о действии субъекта по отношению к объекту.

Формально действие определяется «функциональным» отношением R на множествах S и O, где S – множество субъектов действия, O – множество объектов действия. Для примера рассмотрим процесс вычисления теоретико-множественной формулы, где действие выражается отглагольным существительным «вычисление», объект – понятием «теоретико-множественная формула», субъект – понятиями «человек» или «компьютерная программа».

Понятие-действие «Вычисление» является математическим понятием и заключается в определении значений формул различных математических дисциплин: арифметики, теории множеств, булевой алгебры и т. д. Как известно, вычисление математической формулы производится в соответствии с приоритетами выполнения алгебраических операций, определенных для данной математической теории. При этом операции могут обладать набором свойств, которые можно разделить на общие (свойства операций абстрактной алгебры, например, коммутативность, ассоциативность, дистрибутивность) и специальные (определенные только для данной теории).

Исходя из этого, можно утверждать, что при создании онтологии с активной семантикой можно базироваться на теории процессов [1], являющейся одним из разделов математической теории программирования, который изучает математические модели поведения динамических систем, называемые процессами. Аппарат теории процессов хорошо подходит для описания и анализа распределенных динамических систем из нескольких взаимодействующих элементов; к ним могут относиться программные агенты, аппаратура, хранилища данных и т. д.

Все онтологии, в том числе и активно-семантические, предназначены для взаимодействия со специальными приложениями-агентами, а не как самостоятельно функционирующие объекты. Также и приложение, созданное для работы с онтологией, не может рассматриваться в отрыве от нее.

Если связку взаимодействующих между собой приложения и онтологии с активной семантикой (особенно в контексте технологии всепроникающих вычислений) рассматривать как распределенную динамическую систему, то методы и средства процессов можно применять для анализа и дальнейшего усовершенствования онтологии.

В соответствии с [1] процесс можно представить в виде графа, вершинам которого соответствуют состояния, ребрам – действия. В сочетании с начальным состоянием процесс можно записать как тройку вида:

,

где – множество состояний,  – начальное состояние;  – множество переходов из состояния в состояние, которое определяется как . Здесь – это множество действий, которое представляет собой дизъюнктивное объединение:

  ,

где  – ввод в процесс некоторого объекта ;  – внутренние, невидимые действия;          – вывод из процесса некоторого объекта . Множество всех объектов представляет собой множество

Таким образом, для представления в онтологии любого процесса потребуется, как минимум воспроизвести подобную структуру внутри статьи онтологии, описывающей этот процесс. Обращаясь к структуре онтологии, предложенной в [2], легко допустить связь между фреймами словарных статей «Состояние», «Действие» и «Понятие» и элементами множеств  соответственно. Но можно ли утверждать, что рассматриваемая структура онтологии фактически готова к вышеописанному представлению процессов? И да, и нет.

Согласно последним предложенным моделям реализации онтологии с активной семантикой, «активная» составляющая будет вынесена в отдельные статьи, таким путем формируя некий блок артефактной поддержки действующего по онтологии приложения.

Работу этого приложения можно будет описать процессом, составляющие которого уже определены онтологией, пусть даже неявно. Описания последовательности действий и состояний (в теории процессов называемой трассой) будут содержаться в программном коде соответствующего процессу фрейма. Там же либо в виде ссылок на другие фреймы онтологии либо непосредственно будут определены и множества

Однако такое описание процесса будет неочевидным. Принцип «черного ящика» не позволит большинству создателей приложений эффективно управлять работой уже существующего процесса, что станет помехой для интероперабельности – одного из главных принципов создания и использования онтологий [4].

Для устранения возможности возникновения подобных проблем попытаемся представить более явное описание процесса в онтологии действий. Наиболее очевидным будет создать отдельный фрейм-знак процесса (либо видоизменить существующий фрейм-знак «Действие»), содержащий помимо общих и атрибуты описания множеств  При этом элементы множества  будут иметь атрибут ссылки на статью «Состояние» либо непосредственное определение. Для элементов множества  очевидно будет наличие видового атрибута «ввод/вывод» и ссылки на статью «Понятие». Элементы типа  будут снабжены ссылками на статью «Процесс». При таком построении уровни квалитативных отношений будут соответствовать шагам детализации от более обширных процессов до процессов, составляющих их. Для самых элементарных действий детализация заменяется непосредственным представлением алгоритма на языке программирования. Таким образом, в работе предлагается трехкомпонентная модель иерархии процессов в виде ориентированного графа , в котором семантика дуг определяется отношением .

Агрегатное отношение "целое-часть"  на множестве  определяет множество процессов (подпроцессов) , необходимых для выполнения процесса .

Функциональное отношение "событие–действие" , назовем его отношением следования, на множестве  определяет линейно-упорядоченное множество процессов , последовательное выполнение которых приводит к результату выполнения процесса . При этом событием для выполнения текущего процесса  будет служить конец выполнения предыдущего процесса .

Отношение иерархии "род-вид"  определяет на множестве  частично-упорядоченное множество процессов . В иерархическом дереве отношения  листья представляют собой экземпляры простых процессов, которые непосредственно выполняются по заданному в онтологии алгоритму. В частности, если процесс  является простым, то иерархическое дерево родовидового отношения имеет 3 уровня: корнем является сам идентификатор самого процесса  (абстрактный процесс), на втором уровне находится идентификатор простого процесса (абстрактный процесс), третий уровень – листья дерева – составляют экземпляры простых процессов (конкретные процессы).

Родовидовая абстракция позволяет выделить общие признаки единичных предметов [3], и следует, отметить, что при родовидовых отношениях процессы на всех уровнях кроме нижнего являются абстрактными. Нижний уровень состоит из висячих вершин (листочков) и содержит конкретные процессы.

Исходя из вышеизложенного, можно сказать, что алгоритм выполнения процесса  можно построить в соответствии с упорядоченным множеством . При этом в соответствии с родовидовым отношением определяется, является ли процесс  простым или сложным. В первом случае из онтологии извлекается алгоритм выполнения данного простого процесса. Во втором случае, если процесс  является сложным, определяется, из каких процессов (подпроцессов) состоит процесс , и в соответствии с отношением следования  устанавливается порядок их выполнения.

Первым по порядку выполнения процессом для сложного процесса  является приведение его к некоторой нормальной форме, принятой в рассматриваемой предметной области. В нормальной форме сложный процесс должен быть представлен простыми процессами. При этом необходимо установить приоритет выполнения процессов по порядку. Это позволит унифицировать процесс перехода от сложного процесса к простым процессам, алгоритмы выполнения которых, как уже известно, извлекаются из онтологии.

Таким образом, процессы, присутствующие в онтологии, могут быть декомпозированы в соответствии с установленными между ними отношениями: "часть-целое", "род вид", отношением следования, которые также имеют место в словарных статьях онтологии. Это позволит программно реализовать выполнение процессов, которые описаны в онтологии. Предлагаемая структура онтологии существенно облегчит построение программы-агента, если оно будет производиться по принципу автоматного программирования.

Список литературы:

1.Миронов, А.М. Теория процессов. – 282 с. – [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://intsys.msu.ru/staff/mironov/processes.pdf (дата обращения: 10.02.2009).

2.Найханова, Л.В. Технология создания методов автоматического построения онтологий с применением генетического и автоматного программирования: монография [Текст] / Л.В. Найханова. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2008. – 244 с. 

3.Шаумян, Себастьян. Абстракция в современной лингвистике. Логос # 11 (1999). – Философско-литературный журнал // Русский журнал – С. 186—213.

4.Semantic Integration & Interoperability Using RDF and OWL // W3C Editor's Draft. – 2005. – [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.w3.org/2001/sw/BestPractices/OEP/SemInt (дата обращения: 21.05.2012).