НИУ МЭИ

Лабораторная работа № 3

Разработка предметной онтологии в редакторе Protege.

Выполнил: Санаев И.Е.

Проверил: Еремеев А.П.

Москва-2014

Содержание:

1. Постановка задачи.

2. Описание предметной области.

3. Построение онтологии.

4. Поиск в онтологии.

1. Постановка задачи

Изучить базовые понятия онтологического подхода и инструментальные средства онтологического проектирования, а также получить навыки работы с редактором онтологий Protégé.

2. Описание предметной области.

Предметная область: спортивная игра волейбол.

Данную область можно разделить на множество аспектов, которые будут описывать:

• Игровую площадку

• Игроков принимающих участие в игре

• Правила игры

• Игровые действия

Первые три аспекта имеют исключительно справочный характер и не вызывают интереса с точки зрения Искусственного Интеллекта, исходя из этого было принято решение построение онтологии описывающей «Организацию атакующих действий при приёме подачи соперника». Данная область является одним из Игровых действий в волейболе.

Применение искусственного интеллекта.

Данная онтология может быть использована для создания экспертной системы решающей задачи:

• Организация командных действий при различных видах подачи соперника.

• Варианты развития атаки при различной доводке.

Проблематика онтологии:

Обучающие программы для волейбольных команд определённого уровня мастерства.

Синтактика и семантика онтологии:

Данная онтология предназначена для пользователей имеющих не поверхностные познания в волейболе и в волейбольных формулировках (Тренер, опытный игрок).

*Онтология имеет требования к пользователю т.к. в ней используются волейбольные термины подразумевающие, что пользователь ознакомлен с ними и понимает о чём идёт речь.

Пример.

Синтактика.

Скидка в котёл - атакующее действие, характеризующееся как направление мяча в центр площадки.

Либеро - особый игрок в волейбольной команде, выполняющий только защитные функции в игре.

Семантика.

Варианты развития атаки – Скидка.

Опытный игрок либо тренер понимают, что термин «Скидка» относится к атакующему действию, а не к распродажам в магазинах.

3. Построение онтологии.

Типы онтологий.

Мета-онтологии— описывают наиболее общие понятия, которые не зависят от предметных областей. 

Онтология предметной области — формальное описание предметной области, обычно применяется для того, чтобы уточнить понятия определённые в мета-онтологии (если используется) и/или определить общую терминологическую базу предметной области. 

Онтология конкретной задачи — онтология, определяющая общую терминологическую базу задачи, проблемы. 

Этапы создания онтологии 

Шаг 1. Определение области и масштаба онтологии. 

Какие задачи должна решать онтология? Данная онтология является онтологией конкретной задачи, поэтому основная её задача – прикладная и в меньшей степени описательная. В нашу онтологию будут включены понятия, описывающие различные типы волейбольных игровых действий, которые связаны с организацией атакующих действий.

Вопросы для проверки компетентности

Один из способов определить масштаб онтологии – это набросать список вопросов, на которые должна ответить база знаний, основанная на онтологии, т.е. вопросы для проверки компетентности. Эти вопросы будут служить лакмусовой бумажкой: Содержит ли онтология достаточно информации для ответа на эти типы вопросов? Требуется ли для ответов особый уровень детализации или представление определенной области? Эти вопросы для проверки компетентности являются всего лишь формальными и не должны быть исчерпывающими. В данной области возможны следующие вопросы для проверки компетентности: 1. Какую подачу может подать соперник? 2. Зависит ли действия связующего от приёма? 3. Как связана стойка принимающего игрока с подачей сопреника? Шаг 2. Рассмотрение вариантов повторного использования существующих онтологий. Почти всегда стоит учесть, что сделал кто-то еще, и проверить, можем ли мы улучшить и расширить существующие источники для нашей конкретной предметной области и задачи. Повторное использование существующих онтологий может быть необходимым, если нашей системе нужно взаимодействовать с другими приложениями, которые уже вошли в отдельные онтологии или контролируемые словари.  Мы будем считать, что соответствующих онтологий еще не существует, и начнем разрабатывать онтологию с нуля. Шаг 3. Перечисление важных терминов в онтологии. Полезно составить список всех терминов, о которых мы хотели бы сказать что-либо или которые хотели бы объяснить пользователю. Например, в число важных терминов, связанных с нашей областью, входят приём, подача, установка принимающим игрокам, действия связующего игрока т.д. Как уже упоминалось ранее, данная онтология подразумевает, что пользователь ознакомлен с основными волейбольными понятиями, поэтому их перечисление мы опустим. Шаг 4. Определение классов и иерархии классов. Существует несколько возможных подходов для разработки иерархии классов: Процесс нисходящей разработки начинается с определения самых общих понятий предметной области с последующей конкретизацией понятий.

Процесс восходящей разработки начинается с определения самых конкретных классов, листьев иерархии, с последующей группировкой этих классов в более общие понятия.

Процесс комбинированной разработки – это сочетание нисходящего и восходящего подходов: Сначала мы определяем более заметные понятия, а затем соответствующим образом обобщаем и ограничиваем их.

При построении данной онтологии использовался нисходящий процесс построения, так как можно явно выделить общие понятия (подача, приём, действия связующего игрока, организация приёма), которые потом можно разделить на более конкретные понятия, экземпляры (скидка в котёл, подача в слабого принимающего игрока). Общие понятия и их конкретизации объединим в иерархическую таксономию, задавая вопрос: если объект является экземпляром одного класса, будет ли он обязательно (т.е. по определению) экземпляром некоторого другого класса? Если класс А – надкласс класса В, то каждый экземпляр В также является экземпляром А. Другими словами, класс В представляет собой понятие, которое является «разновидностью» А.

Пример.

Подача – Зонная – В 1-ю зону. Любая зонная подача является подачей. Подача в 1-ю зону является подачей.

Шаг 5. Определение свойств классов (отношений). Онтология, состоящая из одних понятий, не может быть компетентной. Для ответа на поставленные в первом шаге вопросы необходимо определить, как связаны между собой понятия онтологии.

В системе Protege поддерживается несколько типов свойств:

1. Функциональные свойства (functional).

Если свойство является функциональным, то для данного индивида может

существовать не более одного индивида, который имеет отношение к первому индивиду через это свойство.

2. Обратные функциональные свойства

Если свойство является обратным функциональному свойству, то это значит, что свойство является обратным функциональным.

3. Транзитивные свойства (transitive)

Если свойство транзитивное и свойство связывает индивида a и индивида b, а также индивида b связывает с индивидом c, то мы можем вывести, что этот индивид а связан с индивидом c через это свойство.

4. Симметричные свойства (Simmetric)

Если свойство p симметричное, и свойство связывает индивида а с индивидом b, то индивид b связан также с индивидом а через свойство р.

5. Асимметричные свойства (Asimmetric)

Если свойство p асимметричное, и свойство связывает индивида а с индивидом b, то индивид b не может быть связан с индивидом a через свойство p.

6. Рефлексивные свойства (Reflexive)

Свойство Р называется рефлексивным, когда индивид а должен быть связан с собой.

7. Иррефлексивные свойства (irreflexive)

Если свойство p иррефлексивное, то оно может быть охарактеризовано как свойство, которое связывает индивида а с индивидом b, где индивид а и индивид b обязательно разные.

Отдельно можно выделить ещё один тип свойств:

8. Обратные свойства (inverse)

Каждое свойство объекта может иметь соответствующее обратное свойство. Если некоторые свойство связывает индивида а с некоторым индивидом b, то его обратное свойство связывает индивид b с индивидом а.

В данной онтологии используются:

• Обратные свойства (подача влияет на приём, приём зависит от подачи)

• Транзитивные свойства (подача влияет на приём, приём влияет на действия связующего игрока)

• Иррефлексивные свойства (все свойства являются иррефлексивными)

Отображение связей на графе.

Связи взаимодействия понятий.

Отображение иерархии понятий.

Шаг 6. Создание экземпляров. Последний шаг – это создание отдельных экземпляров классов в иерархии. Для определения отдельного экземпляра класса требуется (1) выбрать класс, (2) создать отдельный экземпляр этого класса и (3) ввести значения слотов.

Слоты – значение характеризующие экземпляр класса. Данная онтология не содержит слотов, так как все классы являются перечисляемыми. Перечисляемые классы – особый способ ограничения класса. Ограничение класса это задание допустимых значений характеристик класса.

Пример.

Скорость подачи (км/ч): не меньше 0, не больше 180.

Данная онтология не содержит численных характеристик, поэтому все ограничения реализованы с помощью перечисляемых классов.

Пример.

Стойка принимающих игроков.

• Высокая

• Обычная

• Низкая

Создание экземпляров.

Отображение экземпляров класса на графе.

Шаг 7. Создание аннотаций.

Аннотация – описание понятий, свойств, экземпляров.