Транзитивные нетаксономические отношения в онтологическом

Транзитивные
нетаксономические отношения в
онтологическом моделировании
Добров Б.В., Лукашевич Н.В.
Отношения во многих
предметных областях
• Формальные отношения (противопоставляемые материальным
отношениям) - это отношения, которые могут
применяться во всех предметных областях.
• Таксономические отношения
• Отношения Часть-Целое
• Отношения Онтологической зависимости
План презентации
• Отношение Часть-Целое
– Определение и свойства
– Подвиды
– Отношение в онтологиях верхнего уровня
• Отношение онтологической зависимости
– Определение и свойства
– Подвиды
– Отношение в онтологиях верхнего уровня
• Взаимодействие отношений
• Отношения в онтологиях для
информационного поиска
Отношение Часть-целое
Важность моделирования
отношения Часть-Целое
• Встречается практически в любой предметной
области
• Изучается в философии – мереология
• Изучается в лингвистике:
меронимы (части), холонимы (целое)
• Транзитивность
– Логический вывод
– Расширение запроса
• Другие свойства
– Наследование некоторых свойств от целого к части
и от части к целому
Отношения ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ в
классической мереологии: аксиомы
• транзитивность:
Части частей являются частями целого:
Если A – часть B
и B – часть С,
то A – это часть C
• рефлексивность:
все является частью самого себя:
А – это часть А
• несимметричность:
ничто не является частью своих частей:
Если A – часть B
и A не совпадает с B,
то B – это не часть A
Лингвистические тесты для
отношения ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ
• (Cruse, 1986):
X является частью Y
тогда и только тогда, если предложения вида
Y имеет X (или Xы) и
X – это часть Y
являются нормальными для X и Y,
интерпретируемых как родовые понятия
• Части Y включают X, Z и т.д.
• X и другие части Y
Виды отношений Часть-Целое
•
•
•
•
•
•
•
Скорее совокупность несколько отличающихся
отношений, чем четкое отделяемое отношение !?
Центральный тип отношения – физические
объекты
Сущности, длящиеся во времени, могут иметь
части: стадии, фазы, этапы
Абстрактные сущности, такие как опера,
симфония, пьеса , балет, имеют четкие части
Сущности такие как группы, классы и
коллекции состоят в отношении ЦЕЛОЕ-ЧАСТЬ
со своими элементами: племя, команда; куча, лес
Ингредиенты: заварной крем и молоко
Материал: бокал - стекло
Проблемы с транзитивностью
• рука – это часть музыканта,
музыкант – это часть оркестра,
но странно, если сказать, что
рука – это часть оркестра
• Ручка двери является частью двери,
дверь является частью дома, но странно сказать,
что ручка двери является частью дома;
• Клеточное ядро является частью клетки,
клетка является частью органа, но странно
сказать, что клеточное ядро является частью
органа;
• Ветка является частью дерева, дерево является
частью леса, но ветка не является частью леса;
Объяснение проблемы транзитивности: WCH,Cruse
• проблемы с транзитивностью связаны со
смешением разных видов отношений
ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ
•
пока используется один тип отношения, то
ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ всегда транзитивно
•
когда смешиваются различные отношения
ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ, то возникает проблема с
транзитивностью.
•
правильно сформированная иерархия состоит из
элементов одного и того же типа
•
Если один элемент – является географической
областью, то и другие должны быть такими же
(так Вестминстерское аббатство не является
частью Лондона)
Ядро отношений ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ
(Motschnig-Pitrik, 1993)
• Базовые отношения ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ:
компонент/объект, порция/масса,
фаза/деятельность, место/местность
• В рамках любой комбинации базовых отношений
ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ действует правило
транзитивности, независимо от комбинации
конкретных видов отношений
• Другие виды отношения ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ должны
моделироваться другими средствами:
член/коллекция,
материал/объект,
свойство-предмет (как, ложка)/деятельность
Транзитивность: точка зрения философа
(Varzi, 2006)
•
•
•
проблемы с транзитивностью отношения
ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ и приводимые контрпримеры
связаны с неявным сужением понятия «часть»
в обыденной речи
То, что ручка двери, являясь функциональной
частью двери, может не рассматриваться как
функциональная часть дома, не означает, что
ручка не является вообще частью дома
Ручка двери проявляет все обычные свойства частей:
• масса ручки является частью массы дома;
• она занимает часть пространства, занятого домом;
• она будет уничтожена, если уничтожить дом;
• если уничтожить ручку двери, то и дом будет
поврежден
Сужение отношения ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ
• на интерпретацию понятия «часть»
накладываются дополнительные условия
(то есть дополнительное требование,
что часть должны быть функциональной и т.п.)
• и при этом, действительно, свойство
транзитивности может не выполняться
• В более общем виде,
если X – ф-часть от Y и Y – ф-часть от Z,
X не обязательно является ф-часть от Z
• Модификатор отношения ф – может не быть
транзитивным, но эта ситуация говорит лишь об
отсутствии транзитивности у отношения ф-часть,
а не у обобщенного отношения в целом
Отношение Часть-Целое в
онтологии CYC
• определяется в очень общем смысле
• Единственное ограничение на аргументы
отношения - конкретные сущности
• Подвиды: пространственные части, временные
части, «концептуальные» части
(содержать_информацию) , члены группы …
• Физические части :
–
–
–
–
стенки полости,
внешние части
внутренние части
визуальные отметки …
Отношение Часть-Целое в
онтологии SUMO
• Определено только над осязаемыми (tangible)
пространственными сущностями – объектами
• Такое ограничение не является типичным для
общей мереологии
• Подвиды: член, компонент, кусок (piece),
собственно часть, поверхностная часть.
• Поверхностные части делятся на поверхность,
верх, низ, и бок
Отношение Часть-Целое в
онтологии Dolce
• Онтология конкретных сущностей
• постоянное отношение часть-целое (для
процессных сущностей) и отношение часть-целое в
момент времени t (для объектных сущностей).
• отношение «объект – материал этого объекта» (ваза
– глина) отдельное отношение «составляет»
(constitute), не являющееся отношением ЧастьЦелое:
• Х составляет Y тогда и только тогда, когда X
может быть субстратом после разрушения Y.
Отношение онтологической
зависимости
Отношение онтологической
зависимости
• Онтологическая зависимость между сущностями А и
В состоит в установлении факта зависимости
существования А от существования В
• Известно со времен Аристотеля: невещественные
сущности (качества и количества) зависят от
вещественных сущностей
• Гуссерль: отношение зависимости - центральное
отношение онтологии
• Н. Гуарино: теория зависимости - один из основных
инструментов анализа сущностей в рамках
Формальной Онтологии
Отношения зависимости
• Физиологическая зависимость (от
лекарства)
• Причинная зависимость
• Логическая зависимость
• Формальная зависимость
• Практическая зависимость
• Онтологическая зависимость:
может ли сущность (X) существовать сама
по себе, или подразумевает существование
чего-либо еще (Y).
Онтологическая зависимость:
определение и свойства
• Х онтологически зависит от Y =df Необходимо, чтобы
выполнялось: Х существует только, если Y существует.
• D(X, Y) = def (существует (X) -> существует (Y))
• Диагностические высказывания:
• X онтологически зависит от Y, если из утверждения «X
существует» следует утверждение «Y существует».
• Свойства:
– D (x, x) - Рефлексивность
– D(x,y)  D(y,z)  D(x,z) - Транзитивность
Классификация по типу
зависимой сущности
• Конкретная сущность (человек зависит от своего
мозга) – экзистенциальная зависимость
• Свойство сущности
• Свойство принадлежности к классу сущностей –
концептуальная зависимость.
• Примеры:
• Зависимость ребенка от родителя (экзистенциальная
зависимость)
• Свойство сущности «быть гаражом» зависит от
существования автомобилей
Классификация по типу
главной сущности
• Строгая зависимость – зависимость от конкретной
сущности
• Родовая зависимость: зависимость от класса
сущностей
• Пример:
– человек зависит от своего мозга строгой
зависимостью – мозг не может быть заменен
– человек зависит от своего сердца родовой
зависимостью – сердце может быть заменено
Другие виды
• Внешняя и внутренняя зависимость
• ID(x,y) =def D(x,y)

P(y,x)
(внутренняя зависимость – P(x,y) – отношение
часть-целое).
• ED(x,y) =def D(x,y)

P(y,x)
(внешняя зависимость – P(x,y) - отношение
часть-целое )
• Двусторонняя зависимость (ребенок –
родитель)
• Историческая зависимость
Пример: родитель-ребенок
• Двусторонняя онтологическая зависимость
• Зависимость ребенка от родителя:
• экзистенциальная историческая строгая
внешняя зависимость
• Зависимость родителя от ребенка:
• концептуальная
константная
внешняя зависимость
строгая
Онтология Совы
• Один из существенных параметров
• зависимость понятий друг от друга
(prehension)
• Зависимость может быть внешняя
(extrinsic) и внутренняя (intrinsic)
• Если исчезновение одной из сущности
меняет структуру или существование
другой сущности, то это отношение
внутреннее.
Онтология BFO
(Basic Formal Ontology)
Онтология Dolce
• Разные виды онтологической зависимости:
• - специфическая зависимость – зависимость
от существования конкретного примера
сущности
(зависимость
существования
человека от его мозга);
• - родовая зависимость – зависимость от
существования
класса
сущностей
(зависимость существования человека от его
сердца – может быть заменено);
• - отношения односторонней и двусторонней
зависимости;
• отношения пространственной зависимости
«Вертикальные» отношения между
частью и целым
• Вертикальные отношения между частью и целым
описывают зависимость
существования части от существования целого и
существования целого от существования части
(нескольких частей)
– факультативность/обязательность
– родовая и строгая зависимость существования
– наследование свойств и операций от части к
целому и от целого к части
Зависимость частей и целых
•
Целое находится в зависимости от части –
существенная часть
•
Часть находится в зависимости от целого –
зависимая часть
•
Существует максимум одно целое для части –
эксклюзивная часть
•
Деревья являются существенными частями леса
•
Этаж является эксклюзивной и зависимой
частью здания
Онтологии для
информационного поиска
• Использование отношений:
–
–
–
–
Расширение поискового запроса
Вывод рубрики
Анализ лексической связности текста
Разрешение многозначности
• Обсуждаются проекты
– Наборы отношений
– Аксиомы
Особенности онтологий в сфере
информационного поиска
• Предметная область
– Широкая
– Плохо структурированная
• Входные данные – тексты
– Неструктурированная информация
– Разнообразие по размеру и структуре
– Проблемы с анализаторами-> невозможность
качественного анализа контекста
• Требования к отношениям
– Логический вывод должен осуществляться
только на основе упоминания сущности
Нетаксономические отношения в
онтологии для информационного
поиска
• Отношение Часть-Целое
– Ограничение: части зависят от целого
– Нет ограничений на аргументы отношений
– Транзитивность отношения
– АВТОМОБИЛЬ:
• КАПОТ, АВТОСАЛОН, ДВИГАТЕЛЬ АВТОМОБИЛЯ
• Отношение онтологической зависимости
– Концептуальная внешняя зависимость
– Пример: понятия, зависимые от понятия
АВТОМОБИЛЬ
• АВТОМОБИЛЬНЫЙ ЗАВОД, ГАРАЖ, АЗС
Заключение
• Формальные отношения
– Часть-Целое
– Отношение Онтологической зависимости
• Проблемы отношений
– Много разных подвидов – проблемы с моделированием
– Свойства?
• Онтологии для информационного поиска
– Часть-целое при условии зависимости части от целого
– Внешняя концептуальная зависимость
– Тезаурус РуТез , Онтология ОЕНТ (50+50 тыс. понятий)
• Онтологии с минимальным набором отношений
полезны как первый этап изучения предметной
области