Онтология

Материал из Letopisi.Ru — «Время вернуться домой»
Перейти к: навигация, поиск

Содержание


Онтология как философская категория

  • Онтология - это, буквально, учение о бытии (ontos + logos)- о том, как устроен мир, какова его структура, каковы и насколько сильны слабы взаимодействия между элементами этого мира.
  • Онтология - наука о всех объектах, их свойствах, событиях, процессах и отношениях во всех сферах существующей реальности - в широком смысле наука обо всем, что может существовать.
  • Онтология – слово греческого происхождения, означающее – учение о существующем («онтос», по-древнегречески, – сущее, существующее; «логос» – слово, закон, порядок, понятие, рассу-ждение, разум).
    • Андреев А.А., Солдаткин В.И. Прикладная философия открытого образования: педагогический аспект, монография. Альфа, 2002. 168 с.


Определение и построение онтологии включает анализ предметной области, выделение базовых онтологических элементов (объектов, их атрибутов, отношений и процессов), проведение операций над этими онтологическими элементами.

  • Smith, B. (2003) Ontology, in Floridi L. (Ed) The Blackwell Guide to the Philosophy of Computing and Information. John Wiley & Sons, 2008. p.155-166.
    • Например, в сфере географии в качестве основных элементов могут рассматриваться города. В качестве свойств объектов могут быть взяты экономические и социальные характеристики городов, расстояния можно рассматривать в качестве отношений между городами, операции будут заключаться в измерении расстояний и изучения их влияния на процессы взаимодействия и обмена между городами. Эта же онтология может использоваться для построения концептуальной модели, на базе которой в дальнейшем создаются обучающие игры подобные SimCity или Цивилизация


В середине 80х гг. XX века происходит переоткрытие понятия "онтология". Отчасти это случилось в связи с нашумевшим тогда проектом CYC - проектом создания базы так называемых "общеизвестных" знаний (common sense knowledge). Оказалось, что многие "кусочки" знаний, закодированные в CYC, имеют универсальное значение и одинаково воспринимаются разными людьми и сообществами. Так появилось понимание того факта, что взаимодействие разных исследовательских сообществ невозможно без наличия "слоя-посредника". В таком "слое-посреднике" должен определяться словарь некой предметной области - те термины, которые используют все исследователи в этой области. Таким посредником и выступили онтологии предметных областей (domain ontologies) - См: http://www.semanticfuture.net/

На первых порах, в сфере информационных технологий часто противопоставляли два определения онтологии: более философское (определение Николы Гуарино) и более практическое (определение Томаса Грабера).

  1. В философском контексте, онтология– система категорий, используемая для рассмотрения с учетом конкретного видения мира.
  2. В контексте информационных систем, онтология – формализованное описание общепринятого понимания некоторой предметной области, с помощью которого могут общаться люди, компьютерные системы.

Информационная онтология

Онтологии используются для построения концептуальных моделей.

Концептуальная модель

Концептуальная модель — модель предметной области, состоящей из перечня взаимосвязанных понятий, используемых для описания этой области, вместе со свойствами и характеристиками, классификацией этих понятий, по типам, ситуациям, признакам в данной области и законов протекания процессов в ней.

Концептуализация это - процесс перехода от представления предметной области на естественном или ограниченном естественном языке к точной спецификации этого описания на некотором формальном языке, ориентированном на компьютерное представление. Концептуализация также трактуется как результат подобного процесса, т. е. описание множества понятий (концептов) предметной области, знаний о них и связях (отношениях) между ними.

Информационные онтологии создаются всегда с конкретными целями — решения конструкторских задач; они оцениваются больше с точки зрения применимости, чем полноты. Формальное описание области знаний, для которой указываются основные концепции и связи между ними. Каждый термин это - узел. Ребра сети - отношения между узлами.

Онтология (Манцивода А.В.) – конструкция для представления знаний в Интернете, представляющая собой множество объектов, классифицированных в соответствии с некоторыми критериями, плюс описание свойств этих объектов. Онтология кодирует объекты и свойства в понятном для компьютера формате.

Элементы онтологий

Индивиды (экземпляры)

Индивиды (individuals) — это основные, нижнеуровневые компоненты онтологии. Индивиды могут представлять собой как физические объекты (люди, дома, планеты), так и абстрактные (числа, слова). Одной из главных целей онтологии является классификация индивидов.

Понятия или Классы

Понятия (англ. concepts) (или классы (англ. classes)) — абстрактные группы, коллекции или наборы объектов. Они могут включать в себя экземпляры, другие классы, либо же сочетания и того, и другого.

Пример
Понятие «люди», вложенное понятие «человек».
В NetLogo - породы - breeds

Атрибуты

Объекты в онтологии могут иметь атрибуты. Каждый атрибут имеет по крайней мере имя и значение, и используется для хранения информации, которая специфична для объекта и привязана к нему.

Отношения

Обычно отношением является атрибут, значением которого является другой объект.

Категории

Определение отдельных групп экземпляров. Например, категория молекула выделяет группу, к которой относятся все молекулы. Категория Человек выделяет группу, в которую попадают все люди.

В категории могут содержаться подкатегории - например, машина будет подкатегорией движущихся средств. При этом все, что находится внутри подкатегории автоматически попатает и в категорию более высокого уровня. Для Летописи понятный пример - Категория:Всё и внутри этой категории находятся подкатегории, которые в свою очередь содержат подкатегории.

Примеры онтологий

  • Словарь с определениями, глоссарий может рассматриваться как онтология с пустым множеством отношений.
  • Простейшая модель онтологии с отношениями строится обычно на основе отношений класс-подкласс. Такие модели часто называются таксономиями.
  • Рубрикаторы.
  • Информационно-поисковые тезаурусы
  • Модели с некоторым широким набором отношений.
  • Наиболее формализованные онтологии представляют собой логические теории, построенные на произвольных логических утверждениях о понятиях - аксиомах.
  • Сеть коммуникативных (семантических) ожиданий

Таксономические отношения

  • «принадлежит к классу» («a kind-of» («is-a»))
  • Класс - подкласс
  • Лингвистика: гипоним – гипероним
  • Родовидовое отношение

Свойства отношений:

  • Транзитивность
  • Наследование

Языки онтологий

Онтологии в образовании

Онтология это - инструмент познания с широким диапазон параметров настройки, который используется в в обучении. Учащиеся часто активно занимаются онтологической деятельностью в учебном процессе. Например, студенты учатся читать географические карты. Для того, чтобы читать и понимать карту, они должны понять основания географической онтологии, как кодифицированы знания в различные формы, цвета и символы, и объяснил, в легенде. В других условиях учащимся приходится использовать основные онтологии аргументации, и они учатся анализировать различия между фактами, гипотезами, вопросами и заключениями. Для того, чтобы найти определенную книгу в библиотеке студенты должны ознакомиться с основами академической онтологии научных дисциплин. Команда проекта разрабатывающая распределенную файловой систему документооборота должна использовать общую онтологию разделения.

Онтологии педагогических теорий

Онтологии педагогических теорий - начальная стадия проекта - обсуждение онтологии педагогических теорий на страницах Летописи.

Теоретические основания использования онтологий в обучении

Онтология по определению представляет собой артефакт, который разделяется членами сообщества. Она обеспечивает общее понимание семантики объектов и их отношений в пределах определенного раздела знаний. Как медиатор онтология необходима для общения и сотрудничества в рамках сообщества. Каждый член сообщества может иметь свои собственные онтологии, эти частные концептуальные модели развиваются и формируются в контексте социального взаимодействия. В качестве теоретического основания для понимания развития личных и групповых онтологий используется культурно-историческая теория. С позиций КИТ онтология или язык описания концептуальных моделей является медиатором для индивидуальной и общественной деятельности. Кроме того, онтология может играть роль объекта, на который направлена деятельность. Онтология, как и другие артефакты-посредники, является результатом культурно-исторического процесса, протекающего внутри определенного сообщества.

Примеры использования онтологий в учебной практике

Онтологии и карты знаний

Практика построения онтологий очень близка практике созданий карт знаний и диаграмм связей (Диаграмма связей). Отличия, которые проявляютмя при использовании редакторов онтологий - более жесткий характер наименований и связей. Вы не можете повторно создать класс, если он уже создан. Редактор отслеживает свойства на непротиворечивость.

Коллективное создание онтологий

Взаимодействие и сотрудничество в ходе выработки общей онтологии. Проблемы выработки общей онтологии в ходе проекта UbiPlace и в ходе проекта конструктор выпускника 2020

Онтология сценариев обучения

Каждый сценарий описывает типичную ситуацию внутри системы обучения со специально сформулированной целью. У каждого сценария есть название, параметры и цель. Достижение цели предполагает участие одного или нескольких учеников (агентов, индивидов) в одном или нескольких процессах. Сценарий = ряд действий и коммуникаций индивидов, направленных на достижение конкретной цели.


Зачем создавать онтологию педагогических сценариев:
  1. Улучшить взаимопонинание между участниками создаваемых систем совместной деятельности
  2. Повторно использовать знание, созданное и разделенное в концептуальной модели, в конкретных моделях и сценариях деятельности
  3. Облегчить понимание предметной области в терминах задач и функций
  4. Проверить ранее созданные схемы деятельности

Кроме того:

  1. улучшить коммуникацию и взаимодействие между различными агентами за счет использования общего языка, понятного всем участникам
  2. объединить различные типы данных
  3. обеспечить взаимодействие различных приложений
  4. облегчить интерпретацию событий на естественном языке
  5. моделировать семантическое содержание веб-страниц
  6. поддержать автоматические электронные приложения

И отдельно для описания учебных сценариев:

  1. формальное описание обеспечивает однозначное поведение обучающих систем
  2. в ходе построения концептуальной модели (создание онтологии = построение концептуальной модели, понятной и людям и программным агентам) мы получаем более глубокое понимание предметной области, сценария и связанных со сценарием концептов
  3. общая информация о сценарии для людей и агентов обеспечивает возможность повторного использования знаний
  4. построение онтологии поддерживает создание каталога учебных сценариев и конструирование новых учебных сценариев
  5. разделение предметной области и оснований деятельности облегчает более глубокое понимание предметной области


enhanced learning technology. International Journal of Web-Based Learning and Teaching Technologies, 3(1), 68-78.

  • Rius, A., Sicília, M. A., García-Barriocanal, E., & Macarro, G. (2006). Beyond contents and activities:

Specifying processes in learning technology. Proceedings of the Fourth International Conference on Multimedia and Information and Communication Technologies in Education (M-ICTE 2006) Vol 1. Seville, Spain, 301-305.

Онтология контекста обучение

Карта онтологии представлена на схеме:

Learning-context-ontology.png

Онтология CSCL

Онтология CSCL

Онтологии в педагогическом образовании

Педагогическое образование (обучение учителей) - непрерывный процесс необходимый для построения и развития общества знаний. Сфера обучения учителей, как правило, трудно воспринимает инновации и в еще меньшей степени склонна такие инновации порождать. Основные барьеры, которые стоят на пути инноваций, связаны с тем что педагогические практики замкнуты в рамках национальных систем, педагогические сообщества направлены на решение задач сегодняшнего дня, внедрение цифровых ресурсов ведется нерешительно и непоследовательно.

Для распространения цифровой культуры и цифровых объектов в Европе используется подход ориентированный на онтологии. Разработка и распространение онтологий, связанных с областью педагогического обучения. Основания для такого подхода в европейском педагогическом образовании:

Возможность распространения и обмена (sharing) понятий и концепций
В педагогическом сообществе, куда попадают люди с различным уровнем знаний, различными представлениями и идеями, очень трудно организовать эффективное взаимодействие и взаимопонимание. Онтологический подход стремиться уменьшить терминологическую путаницу за счет того, что основные термины и концепции педагогического образования будут изначально определены и восприняты всеми участниками сообщества. В результате будет создан непротиворечивый и последовательный словарь для определения концепций
  • В росскийском образовании онтологический подход в основном по отношению к цифровым ресурсам - работы Манцивода А.В. - http://elibrary.ru/item.asp?id=12137734
    • Онтология (Манцивода А.В.) – конструкция для представления знаний в Интернете, представляющая собой множество объектов, классифицированных в соответствии с некоторыми критериями, плюс описание свойств этих объектов. Онтология кодирует объекты и свойства в понятном для компьютера формате.
Share.TEC - SHAring Digital REsources in the Teaching Education Community, eContentplus programme (ECP 2007 EDU 427015); 
http://www.sharetecproject.eu/.

Совместное построение онтологий

Методологии и системы для коллективного дизайна онтологий

Knowledge Mediation
Aschoff, F., Schmalhofer, F., van Elst, L. (2004). Knowledge Mediation: a procedure for the cooperative construction of domain ontologies. In Proc. of the ECAI-2004 Workshop on Agent-Mediated Knowledge Management, 29-38.
Diligent
Pinto, H.S., Staab, S., Tempich, C., (2004). DILIGENT:Towards a fine-grained methodology for DIstributed, Loosely-controlled and evolvInG Engineering of oNTologies. In Proc. of the 16th European Conference on Artificial Intelligence(ECAI’04).
Hcome
Kotis, K., Vouros, G.A., Alonso, J.P. (2005). HCOME: A tool supported methodology for engineering living ontologies.

Lecture Notes in Computer Science, Vol. 3372, pp. 155-166. Austria.

Awake Project
Novak, J., Cuel, R., Sarini, M., Wurst, M.,( 2004). A tool for supporting knowledge creation and exchange in knowledge intensive organisations.
Consensus Building
Karapiperis, S., Apostolou, D. (2006). Consensus building in collaborative ontology engineering process. Journal of

Universal Knowledge Management, Vol. 1, no. 3, 199-216.

YI-Ontology Project
Good, B.M., Tranfield, E.M., Tan, P.C., Sheata. Singhera, G.K., Gosselik, J., Okon, E.B. Wilkinson, M.D. (2006). Fast, cheap and out of control: a zero curation model for Ontology development. Pacific Symposium on Biocomputing, 11, pp.128-139.
http://www2007.org/posters/poster898.pdf Good B.M., Wilkinson M.D. Ontology engineering using volunteer labor // Proceedings of the 16th international conference on World Wide Web WWW ’07. New York, NY, USA: ACM, 2007. С. 1243–1244.
CommonKADS

Литература

  • Anticoli L., Toppano E. The role of culture in collaborative ontology design // Proceedings of the 2011 International Conference on Intelligent Semantic Web-Services and Applications ISWSA ’11. New York, NY, USA: ACM, 2011. С. 4:1–4:9.
  • Holsapple C.W., Joshi K.D. A collaborative approach to ontology design. // Commun. ACM. 2002. № 45. С. 42–47.

Хранилища онтологий

Елена Симперл в своей презентации http://www.slideshare.net/elenasimperl/eswcsummerschool2010-ontologies-final указывает, что не надо создавать новых онтологий. Прежде чем создавать новую онтологию обратитесь к хранилищам существующих онтологий и посмотрите там - наверняка найдете там то, что вам нужно

Swoogle
более 10 000 по разным направлениям знаний
http://swoogle.umbc.edu/
Protégé Ontologies
сотни онтологий
http://protegewiki.stanford.edu/index.php/Protege_Ontology_Library#OWL_ontologies
OpenOntologyRepository Tones
218 ontologies, life sciences and core ontologies.
http://owl.cs.manchester.ac.uk/repository/browser
Watson
тысячи документов по раззличным областям
http://watson.kmi.open.ac.uk/Overview.html
Schemapedia
http://schemapedia.com/
Открытое хранилище онтологий. В основном онтологии связанные с естественными науками
http://ontolog.cim3.net/cgi-bin/wiki.pl?OpenOntologyRepository
KWTR
http://semanticweb.org/wiki/KWTR:_Ontology_repositories
Вики музыкальных онтологий
http://wiki.musicontology.com/index.php/Main_Page
Схемы классов http://wiki.musicontology.com/index.php/Classes_Schemas
Talis repository
http://schemacache.test.talis.com/Schemas/
Ontology Yellow Pages
around 100 ontologies, across domains
http://wg.sti2.org/semtech-onto/index.php/The_Ontology_Yellow_Pages
OBO Foundation Ontologies
http://www.obofoundry.org/
AIM@SHAPE
http://dsw.aimatshape.net/tutorials/ont-intro.jsp
VoCamps
http://vocamp.org/wiki/Main_Page
Gene Ontology
http://sourceforge.net/projects/geneontology
The OWL API.
http://owlapi.sourceforge.net/
MMIontology registry and repository
http://mmisw.org/orr
OntologWiki
Open Ontology Repository
http://ontolog.cim3.net/cgi-bin/wiki.pl?OpenOntologyRepository.
Ontologies for e-government
http://oegov.org
Ontology Design Patterns.org
http://ontologydesignpatterns.org
OwlSight
http://pellet.owldl.com/ontology-browser
Schema-cache
http://schemacache.test.talis.com/>.
Semantic Web for Earth and Environmental Terminology (SWEET)
http://sweet.jpl.nasa.gov/ontology/

Средства графического представления онтологий

Литература

Литература - онтологии в обучении

  1. Grandbastien, M., Azouaou, F., Desmoulins, C., Faerber, R., Leclet, D., and Quénu-Joiron, C., Sharing an ontology in Education: Lessons learnt from the OURAL project, Proceedings of seventh IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies (ICALT 2007), Niigata, Japan, July 18-20, 2007. Last retrieved from http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=04281129 on April 10, 2009.
  2. Wiley, D.A., Connecting learning objects to instructional design theory: A definition, a metaphor, and a taxonomy, in: Wiley, D.A. (ed.) The Instructional Use of Learning Objects, Association for Instructional Technology, 2000. Last retrieved from http://reusability.org/read/chapters/wiley.doc on April 10, 2009.
  3. [CONCEPTUAL MODELLING OF EDUCATIONAL THEORIES: AN ONTOLOGICAL APPROACH http://iadisportal.org/digital-library/conceptual-modelling-of-educational-theories-an-ontological-approach]
  4. Ontologies for Education and Learning Design (Artificial Intelligence)
  5. Ontological approach to the systematization of educational theories
Источник — «http://letopisi.org/index.php?title=%D0%9E%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F&oldid=1474999»
Персональные инструменты
Инструменты