Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения

Раcсмотрены формализация и метризация отношения сходства между концептами, которые служат в онтологиях концептуально различных точек зрения представлением элементов постановки экспертной проблемы (оцениваемого показателя, контекста решения и эталонов верификации). Предложен ряд форм отношения сходст...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2005
Автори: Ильина, Е.П., Слабоспицкая, О.А.
Формат: Стаття
Мова:Російська
Опубліковано: Інститут програмних систем НАН України 2005
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1331
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения /Е.П. Ильина, О.А. Слабоспицкая// Проблеми програмування. — 2005. — N 4.— С. 39-49. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859630215580352512
author Ильина, Е.П.
Слабоспицкая, О.А.
author_facet Ильина, Е.П.
Слабоспицкая, О.А.
citation_txt Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения /Е.П. Ильина, О.А. Слабоспицкая// Проблеми програмування. — 2005. — N 4.— С. 39-49. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
collection DSpace DC
description Раcсмотрены формализация и метризация отношения сходства между концептами, которые служат в онтологиях концептуально различных точек зрения представлением элементов постановки экспертной проблемы (оцениваемого показателя, контекста решения и эталонов верификации). Предложен ряд форм отношения сходства и функции оценки для них. Исследованы свойства отношений и оценок. Показана конструктивность предложенного формализма для создания процедур сравнения концептуально различных экспертных точек зрения на проблему.
first_indexed 2025-12-07T13:10:03Z
format Article
fulltext Інформаційні системи © Е.П. Ильина, О.А. Слабоспицкая, 2005 ISSN 1727-4907. Проблеми програмування. 2005. № 4 39 УДК 004.827, 519.584 Е.П. Ильина, О.А. Слабоспицкая ФОРМЫ, МЕТРИКИ И СВОЙСТВА ОТНОШЕНИЯ СХОДСТВА МЕЖДУ КОНЦЕПТАМИ В ОНТОЛОГИЯХ ЭКСПЕРТНЫХ ТОЧЕК ЗРЕНИЯ Раcсмотрены формализация и метризация отношения сходства между концептами, которые служат в онтологиях концептуально различных точек зрения представлением элементов постановки экспертной проблемы (оцениваемого показателя, контекста решения и эталонов верификации). Предложен ряд форм отношения сходства и функции оценки для них. Исследованы свойства отношений и оценок. По- казана конструктивность предложенного формализма для создания процедур сравнения концептуально различных экспертных точек зрения на проблему. Постановка задачи. Одним из ши- роко применяемых подходов к принятию решений является экспертный, привлека- тельность которого обусловлена возможно- стью непосредственного использования профессионального опыта специалистов [1] при решении задачи, поставленной инициа- тором экспертизы. На практике экспертная методология является незаменимой для ре- шения проблем, лежащих на стыке несколь- ких областей знания, в условиях слабофор- мализованного знания о предметной об- ласти (ПрО), в которой широко использу- ются эмпирика и эвристические методы, а также при изменяющихся знаниях и пред- ставлениях по поводу объекта экспертизы. Однако имеется серьезная проблема в решении задач экспертного оценивания, касающихся такой целевой характеристики (ЦХ) объекта экспертизы, которая не отно- сится к объективно существующим, а при- надлежит к социальным конструктам субъ- ективной оценочной природы [2]. Обобще- ние индивидуальных экспертных оценок в этом случае становится более чем затрудни- тельным, поскольку постулируемая в имеющихся методах [3] однородность ин- дивидуальных оценок, как и их сопостави- мость в более широком понимании, требует, чтобы с онтологической точки зрения оценки были экземплярами одного и того же концепта онтологии ПрО экспертизы. Пусть имеются две точки зрения VPi, VPj на ПрО экспертизы, каждая из которых имеет свое онтологическое представление ПрО O(VPi), O(VPj), соответствующее про- фессиональной деятельности группы спе- циалистов, разделяющих эту точку зрения. Пусть оцениваемая характеристика отображается концептом c, принадлежащим обеим онтологиям с общим вектором его свойств {ci}. Пусть также имеется мно- жество X(VPi) концептов, связанных в рам- ках O(VPi) с концептом c связями ϕ, кото- рые определяют значения {ci} на основе значений X, и множество Y(VPj) концептов, выполняющих ту же роль в O(VPj). Тогда экспертные оценки c*(VPi) и c*(VPj) для одного и того же объекта экспертизы в од- них и тех же условиях среды (часть которых отражается в элементах X, а часть – в эле- ментах Y) будут систематически, а не слу- чайно, различными и, кроме того, иметь разную тенденцию реагирования на измене- ния условий задачи. Это сделает их несо- поставимыми. Какая бы процедура обобще- ния (статистического или метрического) ни применялась, при отсутствии процедур ус- тановления онтологических эквивалентно- стей она не предоставит никаких значимых критериев приемлемости полученной обоб- щенной оценки. При реализации информационно- аналитической деятельности в различных сферах государственного управления [4], а также в пределах циклов программно-целе- вого планирования [5] экспертное оценива- ние приобретает характер регулярно выпол- няемой процедуры, имеющей дело с объек- тами экспертизы одних и тех же классов. Круг профессиональных и ведомственных групп, точки зрения которых на объект экс- пертизы могут представлять интерес, явля- ется в этом случае достаточно стабильным. Інформаційні системи 40 В описанных условиях решение проблемы обобщения индивидуальных мнений можно основывать на априорном анализе знаний о собственной деятельности, прямо или опо- средованно касающейся объектов эксперти- руемых классов, которыми руководству- ются носители актуальных точек зрения. Ниже такие системы знаний будут рассмат- риваться как онтологии экспертных точек зрения, основанные на концептуальной мо- дели специального вида. Экспертизы такого рода должны со- провождаться аналитиком. Онтологический анализ предоставит ему возможность судить о гипотетических рисках применения той или иной постановки и стратегии решения экспертных задач в условиях привлечения к экспертизе представителей выбранных то- чек зрения. Средством получения сопоставимых экспертных оценок в предлагаемом подходе является формирование единой концепту- альной модели решаемой проблемы, кото- рое может осуществляться в рамках различ- ных стратегий аналитического сопровожде- ния процесса экспертизы. В состав этой мо- дели входят: - проблемный вопрос, определяющий оцениваемые объекты и тип ЦХ оценива- ния; - модель ЦХ, задающая ее трактовку в терминах других концептов ПрО; - контекст решения проблемы, яв- ляющийся перечислением концептов ПрО, информа-ция из которых должна прини- маться во внимание при решении; - поле верификации, содержащее пе- речисление концептов ПрО, сопоставление с кото-рыми позволяет судить о допустимо- сти полученного результата, предоставляя тем самым его обоснование. Наиболее предпочтительной страте- гией (обозначим ее S1) является формирова- ние аналитиком предоставляемой экспертам постановки проблемы, при использовании которой снижаются гипотетические риски несопоставимости экспертных оценок. Для этого аналитик должен конструктивно реа- лизовать следующие принципы формирова- ния постановки на основе онтологий ПрО, соответствующих разным точкам зрения и отражающих опыт решения проблем, анало- гичных данной в аспекте проблемного во- проса. 1. Концепты, используемые в про- блемном вопросе, должны непосредственно присутствовать в онтологиях всех актуаль- ных точек зрения. 2. Концепты из остальных компонен- тов постановки должны быть понимаемы во всех онтологиях, где они не представлены непосредственно. 3. Контекст и поле верификации должны удовлетворять условиям: - неизбыточности (из сходных кон- цептов оставляется только наиболее инфор- мативный); - непротиворечивости (концепты, объявленные в рамках каких-либо онтоло- гий как взаимоисключающие в составе мо- делей тех проблем, которые аналогичны данной, удаляются из состава компонента); - полноты относительно системы то- чек зрения (все концепты, представленные в данном компоненте постановки в разных онтологиях, кроме нарушающих два первых условия, включаются). 4. Для ЦХ, являющейся концептом, соответствующим результату решения про- блемы, в ее модели отображается такое из представлений, имеющихся в онтологиях точек зрения, которое является компро- миссным выбором [6]. Стратегия S2 реализует выявление тех точек зрения, которые нецелесообразно представлять в экспертной группе из-за резко отличающегося концептуального представления ЦХ, и соответствующее формирование экспертной группы. Стратегия S3 заменяет процедуру не- зависимого индивидуального оценивания использованием метода комиссий [1]. При этом экспертам заблаговременно предос- тавляются начальный вариант постановки проблемы и перечень гипотетически кон- фликтных аспектов в ее составе. Тем самым готовится почва для конструктивных деба- тов и формируются аспекты будущего обоснования выработанного коллективного решения. Стратегия S4 начинается проведением первого тура индивидуального оценивания при некоторой заданной постановке. Полу- ченные индивидуальные оценки анализи- Інформаційні системи 41 руются в совокупности с замечаниями экс- пертов относительно элементов используе- мой постановки. Выявляются структурные различия спорных элементов постановки, имеющие место в онтологиях разных точек зрения. Реализуется второй тур экспертизы, в котором носителю точки зрения предос- тавляется концептуальная версия спорных элементов, которая принадлежит точке зре- ния, породившей оценку, наиболее отлич- ную от его собственной (в случае понимае- мости такой версии в рамках его онтоло- гии). Вместе с тем предоставляется и соот- ветствующая оценка. Такая стратегия явля- ется концептуально-ориентированной мо- дификацией метода Дельфи [1,7], позво- ляющей повысить шансы на сходимость многотурового процесса. Компьютерная поддержка описанных стратегий аналитического сопровождения экспертизы должна включать решение задач выявления и оценки ряда отношений между концептами. Одним из важнейших среди них является отношение сходства. В рамках стратегии S1 анализ такого отношения служит: - отбору проблем-аналогов из онто- логий актуальных точек зрения; - поиску избыточных элементов в объединенном контексте; - оценке степени близости концепту- альных трактовок ЦХ экспертируемых объ- ектов в онтологиях различных точек зрения (в процедурах поиска концептуального компромисса). В рамках стратегии S2 отношение сходства лежит в основе оценки совмести- мости заданных точек зрения при оценива- нии заданного класса объектов экспертизы. Стратегии S3 и S4 делают актуальной задачу отбора тех трактовок элементов по- становки проблемы, которые максимально отличаются в разных точках зрения (для оз- накомления с ними либо членов комиссии, в случае S3, либо участников второго тура экспертизы, в случае S4). Остановимся на особенностях таких онтологий знаний о ПрО экспертизы, кото- рые соответствуют деятельности различных профессиональных и ведомственных групп специалистов и могут успешно использо- ваться при аналитическом сопровождении процессов экспертного оценивания. Концептуальная модель (КМ) ПрО, служащая основой такой онтологии, должна обеспечивать следующие возможности: - представление и использование не- полного знания о концептах ПрО; - сочетание знаний о классификаци- онных и ситуационных соотношениях кон- цептов; - увязку между собой ракурсов ПрО, связанных с объектами деятельности, ре- шаемыми проблемами, выполняемыми дей- ствиями и осуществляемыми коммуника- циями. Специфика класса КМ и рассмотрен- ных выше задач, решение которых должно быть поддержано, определяет синтаксиче- ские и семантические требования к разраба- тываемому формализму отношения сход- ства, как это имело место в работах по фор- мализации таких отношений для концепту- альных моделей других проблемных ориен- таций [8,9]. В качестве модели, построенной с учетом перечисленных выше возможностей описания онтологий, рассмотрим предло- женную в [10] КМ знаний о ПрО. В этой КМ способом полного определения кон- цепта является его описание через связи с другими концептами и параметрами, уста- навливаемые посредством типизированных n-арных отношений определения. Пусть Κ, D(κ) и С(κ), κ∈Κ – множе- ства соответственно категорий концептов КМ, типов определений для концептов ка- тегории κ и концептов категории κ в со- ставе КМ, идентифицированных своими именами; СС=∪κ∈Κ С(κ) и DD=∪κ∈Κ D(κ) – множества всех концептов КМ и типов их определений; T0 – выделенный тип определения, реализующего связь концептов КМ с неза- висимыми параметрами PAR, множество которых определено для данной ПрО; T ∈ D(κ) – некоторый тип определе- ний концептов категории κ; x ∈ С(κ) и T(x) – имя некоторого концепта категории κ и его определение типа T; cat: СС →K – функция, сопостав- ляющая концепту его категорию. Інформаційні системи 42 С формальной точки зрения полное определение Def(c) в КМ концепта c∈С(κ), κ∈Κ, есть конъюнкция его определений T(c), обладающих типами T∈D(κ), количе- ство членов которой совпадает с количе- ством типов |D(κ)|. При этом T(c) и Т0(c) представляют собой пары T(c) = 〈 L(c),S(c), 〉; T0(c) = 〈 L(c), S0(c), 〉, (1) где L(c)∈{d,p,u,n} – параметр, посредством которого определения T(c) и T0(c) могут идентифицироваться как полностью опре- деленные (d), неполностью определенное (p), неизвестное (u) и неактуальное для дан- ного концепта (n); S(c) = 〈 B(c,S); A(c,S); I(c,S) 〉, S0(c) = =〈B(c,S0); I(c,S0)〉, если L(c)∈{d,p}, (2) S(c), S0(c) = θ, если L(c)∈{u}; θ - специальный символ, обозначающий от- сутствие знаний о некотором определении. Использование параметра L(c) по- зволяет различать знания, закрытые для развития (L(c)∈{d,n}), и, соответственно, открытые (L(c)∈{p,u}), а также отличать случай незнания связей, соответствующих данному типу определения (L(c)=u), от слу- чая знания о неактуальности определения данного типа для данного концепта (L(c)=n). В выражении (2) B(c,S) = {ci', i=1,…,N(c,S)}; D(cat(ci'))= =D(cat(cj')) , i,j ≥1; A(c,S) = {〈S'(ci'), ASB(c,ci',S')〉, S' ∈ ∈D(cat(ci'))〉, ci'∈B(c,S)}, (3) ASB(c,ci',S') = = {cj''∈B(ci',S'), j=1,…,N(c',S')}; B(c,S0)={pi∈PAR, i≤ |PAR|}. Таким способом определение T(c) концепта c задается (посредством базиса B(c,S)) через другие концепты, являясь n- арным отношением над ними с инвариан- тами I(c,S). При этом актуальное раскры- тие A(c,S) позволяет задать для любого концепта с', входящего в базис, ту совокуп- ность определений концепта с', которая принимается во внимание, и то подмноже- ство концептов из базисов этих (косвенно используемых для Def(c)) определений, ко- торое учитывается. Будем говорить о таких определениях и концептах, что они акту- альны для концепта с. Формулировки “учи- тывается” и “принимается во внимание” для актуальных концептов формально означают их используемость в качестве параметров в функциях и процедурах, составляющих множество I(c,S). Функции из множества I(c,S) являются предикатами, которые определяют необхо- димые требования к экземплярам концептов Bc ∈′ , включаемым в экземпляр c посредством метаотношения S. В то же время процедуры ,outin RC:PROC ⇒ вклю- чаемые в состав некоторых типов определе- ний, задают способ конструирования набора значений для параметров либо для экземп- ляров концептов Rout, принадлежащих ба- зису другого определения с, на основании множества экземпляров концептов Cin, вхо- дящих в базис текущего определения. Каждому типу определения S сопос- тавим аксиому симметрии ∀ c,d∈CC, S∈D(cat(c)) (d ∈ B(c,S)) ⇒ ⇒ (∃S*∈D(cat(d)) c∈ B(d,S*)). (4) Определения S и S* будем называть сопряженными. Формализация отношения сход- ства. Прежде чем перейти к формальному конструированию, исследованию и метри- зации отношения сходства между концеп- тами описанной КМ, отметим некоторые важные содержательные особенности. Использование аппарата актуаль- ного раскрытия элементов базиса в опреде- лениях концептов открывает путь для вве- дения трех качественно различных пара- дигм тождества концептов c1 и c2, опреде- ляемых по заданному типу их определения S. Во всех случаях будем говорить о струк- турном тождестве определений (1)-(3), иг- норируя их инварианты. Такой же подход будет сохранен и при рассмотрении отно- шений сходства. Эта ограниченность оправ- дана первоочередной целью аналитического сопровождения экспертизы: добиться, чтобы носители различных точек зрения, оперируя некоторым понятием из поста- Інформаційні системи 43 новки проблемы, рассматривали его с пози- ции взаимосвязей с элементами одной и той же совокупности понятий, проблем, доку- ментов и коммуникаций в ПрО экспертизы. Это позволяет улучшить шансы сопостави- мости оценок, которые будут получены. Распространение же требований на свойства этих взаимосвязей привело бы к выхолащи- ванию самой сути экспертного метода. В рамках первой парадигмы тожде- ственными полагаются концепты с совпа- дающими базисами определений, т.е. опре- деленные, по типу S, через одни и те же концепты. Применительно к паре КМ, ото- бражающих различные точки зрения на ПрО, такое тождество игнорирует различия в понимании концептов базиса, имеющиеся между этими точками зрения. Эту пара- дигму можно назвать тождеством по ба- зису( B-парадигмой). Вторая парадигма требует для тож- дественности понимания концепта C при разных точках зрения на ПрО наличия, по- мимо тождества между базисами, еще и то- ждества их актуальных раскрытий. Назовем ее тождеством по комплексному основа- нию (W –парадигмой). Наконец, в рамках третьей пара- дигмы, для тождества двух пониманий C (относительно определения типа S) безраз- лично, одинаковые ли концепты задеклари- рованы в базисе. Важно, чтобы их актуаль- ные раскрытия были одинаковыми. Данную парадигму назовем тождеством по актуаль- ному раскрытию (A-парадигмой). Для определения Т(a) концепта a∈С(κ) выделим его cемантическое поле SF(a,S). Определим его как связный ориен- тированный ациклический граф (дерево) с корнем a SF(a,S) = 〈 LL,BB 〉, LL = ∪k=1,…,MLk, BB = = ∪k=1,…,MBk, Lk = {vki, i≥1}, Bk = {bki, i≥1}, где LL – множество вершин; BB – множес- тво дуг; M – количество уровней дерева; Lk, vki, Bk – соответственно k-й уровень; i-я вершина этого уровня; множество дуг bki между вершинами (k-1)-го уровня и подчиненными им вершинами k-го уровня. Вершину vki k-го уровня SF(a), под- чиненную вершине (k-1)-го уровня v(k-1)j, определим как кортеж, четыре элемента ко- торого представляют собой имена: - типа некоторого определения, кото- рым обладает концепт у(k-1), стоящий на чет- вертом месте в кортеже для вершины v(k-1)j, подчиняющей vki (S k); - такого концепта xk из базиса опре- деления Sk концепта у(k-1), что по крайней мере некоторые его определения актуальны для у(k-1); - типа некоторого определения xk, ак- туального для у(k-1) (Sk u); - концепта уk из базиса определения Sk u концепта xk, актуального для у(k-1). В качестве листьев SF(a,S) исполь- зуем такие кортежи vMi, в которых четвер- тый элемент yM либо представляет собой параметр, либо же содержит концепт yk, k<M, опосредованным раскрытием которого по актуальности с позиций соответствую- щего определения SS он является в базисе своего актуального определения SS*, причем SS* и SS сопряжены по аксиомам КМ ПрО в смысле (4). Сохраняя нотацию (2)-(3), фор- мально опишем вид вершин графа SF(a,S): v1i = 〈S1 l, x 1 u, S 1 uv, y 1 uvl〉; vki = = 〈Sk q, x k p, S k pr, y k prw〉; vMi = = 〈 SM m, xM n, S M nt, y M nts 〉, (5) S1 l = S, l≥1, y0 w = a,w=1; Sk q∈D(cat(y(k-1) w)), xk p∈ B(x (k-1) u, S k q), Sk pr∈D(cat(xk p)), yk prw∈ASB(xk p,S k pr),k=1,…,M; ∀ vMi ((S M m = S0) ∧ (xM n ∈ PAR) ∧ ∧(SM nt = yM nts = ϖ) ! (6) !(∃yk prw, SS∈D(cat(yk prw)) | |(SM m = SS*)∧(〈SS, x(k+1)′, S(k+1)′, y(k+1)′〉 ∈ L(k+1) )∧ ∧(yk prw∈ B(SM m, yM nts), где ϖ - специальный символ, обозначающий неактуальность некоторых элементов нота- ции для листьев семантического поля. Будем писать: (x,m)∈KOR, если x – m-й элемент некоторого кортежа KOR. Предположим, что на множестве СС определено бинарное отношение SKFT синтаксического конфликта с позиций произвольного определения T=(L,S)∈DD. В Інформаційні системи 44 дальнейшем рассмотрим такое подмно- жество СT(κ)⊆С(κ), что ∀а,b∈СT(κ), ∀(x,y)| (x,u)∈vki∈SF(a,S), (y,u)∈wpq∈SF(b,S) ¬SKFT(x,y),u∈{2,4}). Опираясь на введенную выше нота- цию частичного определения (2)-(3) и опи- санные парадигмы тождества концептов, введем три парадигмы π сходства c позиций определения T: по базису (π=B), по акту- альному раскрытию (π=A) и по комплекс- ному основанию (π=W). Каждой парадигме сопоставим два типа сходства: прямое и косвенное, а также две градации силы сход- ства: сильное и слабое сходство. Определение 1. Два концепта пола- гаются связанными отношением прямого сильного сходства по T в парадигме π (DSST π, π∈{B,W,A}): - по базису (π=B), если базисы сопос- тавляемых концептов имеют общие эле- менты; - по комплексному основанию (π=W), если пересечения их базисов и подмножеств актуальных раскрытий, соответствующих элементам пересечения, одновременно не пусты; - по актуальному раскрытию (π=A), если у элементов базиса определения T со- поставляемых концептов имеются общие типы определений и, кроме того, актуаль- ные раскрытия базисов таких элементов имеют непустое пересечение. Формальные выражения для трех введенных форм отношения сходства имеют вид ∀а,b∈СT(κ) DSST B(a,b)⇔ ⇔ B(a,S)∩В(b,S) ≠ ∅, DSST W(a,b) ⇔ ∃(x∈B(a,S)∩В(b,S), V∈D(cat(x)) | ASB(a,x,V) ∩ ∩ ASB(b,x,V))≠∅), (7) DSST A(a,b)⇔ ∃(x∈B(a,S), y∈В(b,S), V∈D(cat(x))∩D(cat(y)) |ASB(a,x,V)∩ASB(b,y,V) ≠ ∅. Определение 2. Два концепта пола- гаются связанными отношением прямого слабого сходства по T в парадигме π (DWST π, π ∈{B,W,A}): - по базису (π=B), если существует хотя бы одна пара элементов базисов сопос- тавляемых концептов, для которой имеет место DSSR B; - по комплексному основанию (π=W), если существует хотя бы одна пара элемен- тов базисов сопоставляемых концептов и одновременно элементов из актуальних раскрытий базисов этих последних, для ко- торой имеет место DSSR W; - по актуальности (π=A), если в ак- туальных раскрытиях базисов сопоставляе- мых концептов имеет место отношение DSSR A . Формальное определение трех отно- шений DWST π задается следующими выра- жениями: ∀а,b∈СT(κ) DWST B(a,b)⇔ ⇔ (∃(x∈B(a,S),y∈В(b,S), R∈ D(cat(x))∩D(cat(y))=E, ASB(a,x,R)∈A(a,S), ASB(b,y,R)∈A(b,S)| DSSR B(x,y); DWST W(a,b) ⇔ ⇔ (∃(x∈B(a,S),y∈В(b,S),R∈E; ASB(a,x,R)∈A(a,S); (8) ASB(b,y,R)∈A(b,S))| |(DSSR W(x,y)) ∧ ∧(∃ (u∈ASB(a,x,R); v∈ASB(b,y,R)| DSSR W(u,v)); DWST A(a,b)⇔(∃(x∈B(a,S),y∈В(b,S); R∈E,ASB(a,x,R)∈A(a,S); ASB(b,y,R)∈A(b,S))|(∃(u∈ASB(a,x,R); v∈ASB(b,y,R))|DSSR A(u,v)). Определение 3. Два концепта пола- гаются связанными отношением косвенного сильного (соответственно, слабого) сход- ства по T в парадигме π (соответственно ISST π либо IWST π), π∈{B,A,W}, если семанти- ческие поля этих концептов содержат на одном и том же уровне k, кроме первого, такие вершины v′ и v′′ вида (5), четвертые элементы в описаниях которых связаны от- ношением прямого сильного (соответст- венно, слабого) сходства в парадигме π по всем определениям, одновременно актуаль- ным для концептов y(k-1)′w и y(k-1)′′r, пред- ставляющих собой четвертые элементы вершин предыдущего уровня, которым вершины v′ и v′′ непосредственно подчи- Інформаційні системи 45 нены в соответствующих семантических полях. Уровень k назовем реализующим сходство уровнем. С формальных позиций категории косвенного сходства определяются сле- дующими выражениями (с использованием тех же обозначений, что и в выражениях (5)-(6)): ∀а,b∈СT(κ) ISST π(a,b) ⇔ ⇔ (∃U∈D(cat(y(k-1)′w)) ∩ ∩ D(cat(y(k-1)′′r))) ∧ (∃(k>1; uki=〈S k q, x k p, S k pr, y k prw〉∈SF(a,S); vkj=〈S k t, x k l, S k lm, yk lmn〉∈SF(b,S))| (9) |DSSU π(yk prw, yk lmn)); IWSπ(a,b)⇔(∃U∈G)∧ ∧ (∃(k>1,uki=〈S k q,x k p,S k pr,y k prw〉∈SF(a,S); vkj=〈S k t,x k l,S k lm,yk lmn〉∈SF(b,S))| |DWSU π(yk prw, yk lmn)). Свойства отношения сходства. Не- посредственно из определений вытекают следующие свойства введенных отношений сходства. Лемма 1. Все отношения сходства (7)-(9) представляют собой толерантности. Замечание 1. В предельном случае, когда в выражениях (7) вместо пересечения используемых в нотации множеств имеет место их тождество, отношения прямого сильного сходства приобретают свойство транзитивности, превращаясь таким обра- зом в эквивалентности. Замечание 2. В предельном случае, когда выражения (8) заменены более силь- ными условиями: ∀а,b∈СT(κ) DWS*T B(a,b)⇔ ⇔ (∀ (x∈B(a,S)) ∃(y∈В(b,S))) ∧ ∧ (∀(y∈B(b,S)) ∃(x∈В(a,S)))| | ∃R∈ D(cat(x))∩D(cat(y))=E; ASB(a,x,R)∈A(a,S); ASB(b,y,R)∈A(b,S)|DSSR B(x,y)); (10) DWS*T W(a,b) ⇔ (∀(x∈B(a,S)) ∃(y∈В(b,S))) ∧ (∀(y∈B(b,S)) ∃(x∈В(a,S)))|∃R∈ D(cat(x))∩ ∩D(cat(y))=E, ASB(a,x,R)∈A(a,S), ASB(b,y,R)∈A(b,S)|(DSSR W(x,y))∧ ∧(∀(u∈ASB(a,x,R))∃(v∈ASB(b,y,R))∧ ∧ (∀(v∈ASB(b,y,R))∃(u∈ASB(a,x,R))| |DSSR W(u,v)); DWS*T A(a,b) ⇔ (∀(x∈B(a,S)) ∃(y∈В(b,S))) ∧ (∀(y∈B(b,S)) ∃(x∈В(a,S)))| | ∃R∈ D(cat(x))∩D(cat(y))=E, ASB(a,x,R)∈A(a,S),ASB(b,y,R)∈A(b,S)| ∧(∀(u∈ASB(a,x,R))∃(v∈ASB(b,y,R))∧ ∧ (∀(v∈ASB(b,y,R))∃(u∈ASB(a,x,R))| |DSSR A(u,v)), а используемое в (8) отношение DSSR π, π∈{B,W,A} представляет собой эквивалент- ность, отношения прямого слабого сходства также приобретают свойство транзитивно- сти, превращаясь таким образом в эквива- лентности. Соотношения между формами вве- денных отношений сходства устанавливает Лемма 2. Справедливы следующие утверждения: а) сильное сходство по комплекс- ному основанию влечет одновременное на- личие сходства по актуальности и по ба- зису. Обратное справедливо только в тех случаях, когда в выражениях (7) для DSST A x=y либо в выражении (8) для DWST A до- полнительно имеет место DSSR W(x,y), где R – общее актуальное определение сопостав- ляемых концептов, либо же указанные со- отношения справедливы для x и y, реали- зующих косвенное сходство: ∀а,b∈СT(κ) DSST W(a,b) ⇒ DSST A(a,b) ∧ ∧DSST A(a,b); DWST W(a,b) ⇒ DWST A(a,b) ∧ ∧ DWST A(a,b); ISST W(a, ∧b) ⇒ ISST A(a,b) ∧ ISST B(a,b); IWST W(a,b) ⇒ IWST A(a,b) ∧ IWST B(a,b). б) сходство по актуальности не вле- чет сходства по базису и наоборот. Сход- ство по базису вытекает из сходства по ак- туальности в случаях, описанных в утвер- ждении a). Соотношения между типами введен- ных отношений сходства устанавливает Лемма 3. Прямое сильное сходство в парадигме π,π∈{B,A,W} влечет прямое сла- бое сходство в той же парадигме. Это ут- верждение справедливо и для косвенного сходства: Інформаційні системи 46 ∀а,b∈СT(κ)DSST π(a,b) ⇒ DWST π (a,b); ISST π (a,b) ⇒ IWST π (a,b). Оценка степени сходства. Для ре- шения поставленных выше задач необхо- дима метризация введенных отношений сходства. Перспективным путем ее осуще- ствления представляется использование для оценки степени сходства концептов функ- ции µ(SIM) с параметром SIM∈{DSST π, DWST π, ISST π, IWST π, π∈{W,A,B}}, удовлетво- ряющей следующим требованиям. Т1. µ(SIM):SM(SIM,κ)→(0;1], SM(SIM,κ)={(x′,x′′)|(x′,x′′∈СT(κ))∧ ∧SIM(x′,x′′)}. Т2. 1- µ(SIM) является метрикой на SM(SIM,κ). Для метризации отношений прямого сильного сходства воспользуемся метрикой [11] на некотором множестве деревьев TREE, использующей только множества их листьев: d(T1,T2) = |FV1\ FV2|/|FV1| + +|FV2\ FV1|/|FV2| + (11) + |FV2 ∩FV1| ||FV1| -1-|FV2| -1|, где FVi – множество листьев дерева Ti∈TREE, i=1,2; |A| – обозначение мощности множества A. Семантическому полю SF(x,S), x∈СT(κ) сопоставим два вспомогательных конструкта. Определение 4. A-конструктом уров- ней k1,…,kp, p≥1 для SF(x,S) назовем дерево ASF(x,S; k1,…,kp), в котором каждое из мно- жеств {vui = 〈Su q, x u p, S u pr, y u prw〉, i≥1} вершин u-го уровня SF(x,S) вида (5),(6), подчинен- ных вершине v(u-1)j, u=k1,…,kp, заменено вершиной вида α* ue = 〈Su q, Su pr, yu prw〉, по- прежнему подчиненной v(u-1)j. Определение 5. B-конструктом уров- ней k1,…,kp, p≥1 для SF(x,S) назовем дерево BSF(x,S; k1,…,kp), в котором каждое из мно- жеств {vki = 〈Sk q, x k p, S k pr, y k prw〉, i≥1} вершин u-го уровня SF(x,S) вида (5),(6), подчинен- ных вершине v(u-1)j, u=k1,…,kp, заменено вершиной вида β* ue = 〈Su q, Su pr〉, по-преж- нему подчиненной v(u-1)j. Теорема 1. Функция для оценки сте- пени прямого сильного сходства, удовле- творяющая требованиям Т1,Т2, имеет вид ∀(а,b)∈ SM(DSST W, κ) µ(DSST W; a,b) = 1- -0.5{|L1(SF(a,S)) \ L1(SF(b,S))|/|L1(SF(a,S))| + + |L1(SF(b,S)) \ L1(SF(a,S))|/|L1(SF(b,S)|| + + |L1(SF(a,S)) ∩ L2(SF(b,S)| x ||L1(SF(a,S))|-1- -|L1(SF(b,S))| -1|}; µ(DSST A; a,b) =1-0.5{|L1(ASF(a,S;1)) \ \ L1(ASF(b,S;1))|/|L1(ASF(a,S;1))| + |L1(ASF(b,S;1)) \ (12) \ L1(ASF(a,S))|/|L1(ASF(b,S;1)|| + |L1(ASF(a,S;1))∩L2(ASF(b,S;1)| ||L1(ASF(a,S;1))|-1-|L1(ASF(b,S;1))| -1|}; µ(DSST B;a,b) =1-0.5{|B(a,S)\B(b,S)|/|B(a,S)|+ +|B(b,S)\B(a,S)|/|B(b,S|+ +|B(a,S)∩B(b,S)| ||B(a,S)|-1-|B(b,S)|-1|}. Выражения (12) непосредственно вытекают из требований Т1, Т2 и выраже- ния (11) при выборе в качестве Ti, i=1,2, од- ноуровневых деревьев, листьями которых являются частично совпадающие (по опре- делению прямого сильного сходства) эле- менты соответственно семантических полей сопоставляемых концептов и их A-конст- руктов первого уровня и базисов. Остальные формы сходства метри- зуем с помощью расстояния Хемминга ρh, аксиоматически введенного на множестве TREE K.Богартом [11] и учитывающего, прежде всего, различия в структуре де- ревьев, соответствующих сопоставляемым концептам. Обозначим: UN={εv,v=1,…,Η} – множество всех вершин деревьев из множества TREE; MSi=|νiuv|u,v=1,…,H – матрица, задаю- щая дерево Ti∈TREE, с элементами: νiuv = 1, если εv подчинена εu в дереве Ti; νiuv = -1, если εu подчинена εv в дереве Ti; νiuv = 0, если εv не подчинена εu и εu не подчинена εv в дереве Ti. По определению [11] ρh(Ti, Tj) = Σ1≤u<v≤H |νiuv - νjuv|. (13) Теорема 2. Функция для оценки сте- пени сходства в форме SIM∈{DWST π, ISST π, IWST π, π∈{W,A,B }}, удовлетворяющая тре- бованиям Т1,Т2, имеет вид Інформаційні системи 47 ∀(а,b)∈ SM(SIM,κ) µ(SIM; a,b) = = 1 – 0.5ρh(TSIM(a),TSIM(b)), (14) где ∀x∈{а,b} TSIM(х)=BSF(x,S;2), если SIM=DWST B; TSIM(х)=SF(x,S), если SIM∈{DWST W, ISST W, IWST W}; TSIM(х)=ASF(x,S;2), если SIM=DWST A; TSIM(х) = BSF(x,S;k1,…, kp), если SIM = ISST B и сходство реализуют уровни k1,…, kp; TSIM(х)=BSF(x,S;(l1+1),…,(lq+1)), если SIM= =IWST B и сходство реализуют уровни l1,.., lq; TSIM(х)= ASF(x,S;m1,…, mr), если SIM=ISST A и сходство реализуют уровни m1,…, mp; TSIM(х)=ASF(x,S;(n1+1),…,(ns+1)), если SIM=IWST B и сходство реализуют уровни n1,…, ns. Выражение (14) вытекает из выраже- ния (13) при подстановке в него, вместо Ti, Tj, семантических полей сопоставляемых концептов либо соответствующих им кон- структов, вершины которых частично сов- падают по определению сходства формы SIM. Замечание 3. При сформулирован- ных в замечании 1 и 2 условиях, когда отношения прямого сходства становятся эквивалентностями, степень их сходства равна 1. Отметим естественное свойство вве- денных функций степени сходства (12),(14), непосредственно вытекающее из выраже- ний (12),(14) и определений форм сходства. Лемма 4. При пополнении базиса частично определенного концепта элемен- тами базиса полностью определенного кон- цепта степень их сходства не убывает, а при пополнении его элементами, не входящими в этот базис, – соответственно не возрас- тает: ∀(SIM∈{DSST π, DWST π, ISST π, IWST π, π∈{W,A,B}}, (а,b)∈ SM(SIM,κ)| L(a) = = d,L(b) =p) (15) µ(SIM; a,b*) ≤ µ(SIM; a,b) ≤ ≤µ(SIM; a,b*), где L(b*)=L(b*)=d; B(b*,S)=B(b,S)∪∆*, ∆*⊆B(a,S); B(b*,S)=B(b,S)∪∆*, ∆*⊄B(a,S). Сформулированная лемма позволяет сопоставить паре концептов с различной степенью определенности специальную ха- рактеристику их сходства в виде тройки CHAR(SIM; a,b) = 〈 µ(SIM; a,(b\a)); µ(SIM; a,b); µ(SIM; a,(b∪a))〉, (16) где (b\a) – концепт, базис определения типа T которого получен в результате по- полнения соответствующего базиса кон- цепта b всеми концептами, допустимыми согласно аксиомам КМ ПрО, не принадле- жащими базису B(a,S) концепта a и не свя- занными отношением синтаксического конфликта SKFT c элементами базиса B(b,S) концепта b; (b∪a) – концепт, базис определения T которого получен всдедствие пополнения базиса концепта b всеми элементами B(a,S), не принадлежащими B(b,S). Использование отношения сход- ства при аналитическом сопровождении экспертиз. Выше формализованы, метризо- ваны и исследованы двенадцать форм от- ношения сходства между концептами онто- логий экспертных точек зрения, описанных посредством КМ специального вида. Они ориентированы на поддержку сопоставле- ния и отбора концептов для формирования постановки проблемы экспертного оцени- вания в условиях множественности концеп- туально различных точек зрения на ПрО экспертизы. Четыре описанные стратегии анали- тического сопровождения экспертизы опре- деляют в качестве сфер использования от- ношения сходства решение задач поиска на множестве концептов элемента либо группы элементов с такими свойствами: - наименее сходных с остальными; - имеющих наименьшее (в среднем) отличие от остальных элементов; - наиболее сходных с выделенным элементом множества. Перечисленные задачи могут ре- шаться при двух различных целевых уста- новках: - выявить все элементы, обладающие одним из указанных свойств; - найти среди выявленных элементов тот, для которого свойство наиболее выра- жено. В связи с наличием в используемой Інформаційні системи 48 КМ аппарата представления неполных зна- ний о концептах характеристика сходства формы SIM между концептами a,b, имею- щими различную степень определенности знаний, была представлена тройкой CHAR(SIM; a,b) (16). Ее центральный эле- мент задает оценку степени сходства при текущем состоянии знаний, а первый и тре- тий соответствуют предельной степени сходства при развитии знания, соответст- венно, в неблагоприятном и в благоприят- ном для сходства концептов направлении. Благодаря этому каждая из перечис- ленных задач при наличии в анализируемом множестве концептов с разными степенями определенности знаний может иметь тройку решений, элементы которой соответствуют принятию одного из трех предположений одновременно для всех частично опреде- ленных концептов множества. Поскольку для всех форм отношения сходства дополнение до единицы функции оценки степени сходства удовлетворяет ак- сиомам метрики, то любая из этих форм может использоваться при решении пере- численных задач. Выбор форм отношения сходства для решения конкретной задачи является выбо- ром нужных значений для таких парамет- ров, как парадигма сходства (B, A или W), тип сходства (прямое или косвенное) и сила сходства (сильное или слабое). Выбор парадигмы сходства опреде- ляется в первую очередь предположениями о системе онтологий, использование кото- рой планируется при решении задачи. B-сходство предпочтительно для ис- пользования, если известно (по договорен- ности или на основе опыта предыдущих экспертиз), что концепты из состава базиса принадлежат прагматически выделенному множеству концептов, одинаково понимае- мых в онтологиях всех учитываемых точек зрения. A-сходство может использоваться, когда между онтологиями точек зрения ожидается наличие соответствий, порож- дающих пары разных концептов, тождест- венных (или слабо различающихся) в той части их определений, которая актуальна для сравниваемых концептов. Имеется в виду, что при сравнении концептов c1 и c2, в базисы определений которых входят соот- ветственно x1 и x2, для x1 и x2 актуальны те части их определений, которые одинаковы или сходны. Дополнительным при этом является предположение такого же характера, как и сформулированное выше для B-сходства, но отнесенное не к элементам базиса, а к эле- ментам их актуального раскрытия. Это предположение не требуется, если известно, что инварианты отношений определения не используют более глубоких концептуаль- ных раскрытий концептов базиса (как, на- пример, в КМ KAOS [12]). W-сходство предпочтительно для ис- пользования в случае, если знания о сравни- ваемых концептах неполны и в ходе их раз- вития допускается возможность расширения множества актуальных аспектов определе- ния концептов базиса. Выбор между прямым и косвенным сходствами зависит от прагматики решае- мой задачи. Для случая, когда анализ сход- ства используется как промежуточный шаг при оценке понимаемости концептов другой онтологии, предпочтителен тип прямого сходства. В случае использования этого от- ношения для анализа информативности од- ного концепта по отношению к другому предпочтительно косвенное сходство. Такой параметр, как сила сходства, варьируется при построении процедур сравнения для решения перечисленных выше задач поиска. Так, при поиске кон- цепта, наиболее сходного с выделенным, можно использовать следующую последо- вательность действий. 1. Отбор элементов по наличию пря- мого сильного сходства (в множество Z1). 2. Если Z1=∅, то отбор по наличию косвенного сильного сходства (в множество Z2). Иначе Z= Z1 и переход к действию 5. 3. Если Z2=∅, то отбор по наличию прямого слабого сходства (в множество Z3). Иначе Z= Z2 и переход к действию 5. 4. Если Z3=∅, то решение отсутст- вует и процесс его поиска окончен. Иначе Z= Z3. 5. Выбор из множества Z элемента A, имеющего максимальное значение степени сходства соответствующей формы. Из этого примера видно, как в рам- Інформаційні системи 49 ках решения одной задачи могут использо- ваться разные формы отношения сходства, различающиеся типом и силой. Это предос- тавляет возможность для реализации пред- почтений, которыми руководствуется ана- литик. Выводы Аналитическое сопровождение экс- пертизы преследует цель получения обоб- щаемых и обоснованных решений в усло- виях привлечения представителей концеп- туально различных точек зрения на ПрО принятия решений. Формализация отношения сходства между концептами онтологий экспертных точек зрения является необходимым усло- вием решения задач аналитического сопро- вождения экспертизы. Предложенные в статье формы от- ношения сходства и их метризации ориен- тированы на работу с неполным знанием и учитывают специфику концептуальных мо- делей экспертных точек зрения. Предлагаемый формализм отноше- ния сходства может быть использован в процедурах обеспечения аналитического сопровождения экспертизы в среде систем комплексной поддержки принятия решений. 1. Крымский С.Б., Жилин Б.Б., Паниотто В.И. и др. Экспертные оценки в социологических исследо- ваниях. – К.: Наук. думка, 1990. – 320 с. 2. Наппельбаум Э.Л., Поспелов Д.А.Проблемы кол- лективных решений и экспертных оценок // Вопросы кибернетики. Теория принятия решений. – 1975. – Вып.8. – С. 86-102. 3. Экспертные оценки. Методы и применение: (Обзор) / Д.С.Шмерлинг, С.А.Дубровский, Т.Д.Ар- жанова, А.А.Френкель // Статист. методы анализа экспертных оценок: Уч. зап. по статистике. – М.: Наука, 1977. – 29. – 384 с. 4. Ильина Е.П. Экспертная методология в информационно-аналитических системах // Пробл. программирования. – 2001. – № 1-2. – С.13-22. 5. Программно-целевое управление оборонным планированием при реформировании вооруженных сил. Методологические основы и перспективы автоматизированной поддержки. / Е.П Ильина., И.П.Синицын, О.А Слабоспицкая., В.Ю. Суслов, Е.Ф. Шелест Т.Л, Яблокова // Київ: Наук. думка, 2004. – 172с. 6. Ильина Е.П., Слабоспицкая О.А. Концептуаль- ный компромисс: интеграция экспертных точек зре- ния // Матеріали 12-ї Міжнар. конф. з автоматичного управління, Харків: НТУ “ХПІ”, 30 травня – 3 червня 2005р. – С.100-101. 7. Литвак Б.Г. Экспертные оценки и принятие решений. – М.: Патент, 1996. – 275 c. 8. Spanoudakis G., Constantopoulus P. Integrating Specifications: A Similarity Reasoning Approach // CIKM 99. – P.212-225. 9. Palopoli L., Sacca D., Ursino D. An automatic technique for detecting type conflicts in database schemes // CIKM 98. – P.306-313. 10. Ильина Е.П. Методы представления и комплекс- ного использования структур знаний различных уровней формализации в описании экспертной точки зрения на предметную область решаемой проблемы. // Пробл. программирования. – 2002. – №1-2. – С.409-420. 11. Раппопорт А.М., Шнейдерман М.В. Анализ экс- пертных суждений, заданных в виде структур // При- кладной многомерный статистический анализ: Уч. зап. по статистике. Т. 33 – М.: Наука, 1978. – 392 с. 12. Van Lamsweerde A., Darimont R., Letier E. Managing Conflicts in Goal-driven Requirements Engineering // IEEE Trans. on Software Eng.: Special Issue on Inconsistency Management in Software Development. – 1998, – 24, No. 11. – P. 908-926. Получено 01.07.05 Об авторах Ильина Елена Павловна канд. физ.-мат. наук, вед. науч. сотрудник Слабоспицкая Ольга Александровна, науч. сотрудник Место работы авторов: Институт программных систем НАН Украины 03680, Киев-187, пр. Акад. Глушкова, 40 Тел. (044) 526 4579
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1331
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 1727-4907
language Russian
last_indexed 2025-12-07T13:10:03Z
publishDate 2005
publisher Інститут програмних систем НАН України
record_format dspace
spelling Ильина, Е.П.
Слабоспицкая, О.А.
2008-07-25T15:46:19Z
2008-07-25T15:46:19Z
2005
Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения /Е.П. Ильина, О.А. Слабоспицкая// Проблеми програмування. — 2005. — N 4.— С. 39-49. — Бібліогр.: 12 назв. — рос.
1727-4907
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1331
004.827
519.584
Раcсмотрены формализация и метризация отношения сходства между концептами, которые служат в онтологиях концептуально различных точек зрения представлением элементов постановки экспертной проблемы (оцениваемого показателя, контекста решения и эталонов верификации). Предложен ряд форм отношения сходства и функции оценки для них. Исследованы свойства отношений и оценок. Показана конструктивность предложенного формализма для создания процедур сравнения концептуально различных экспертных точек зрения на проблему.
ru
Інститут програмних систем НАН України
Інформаційні системи
Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения
The forms, the metrics and the features of the similarity relationship between the concepts in expert viewpoints ontologies
Article
published earlier
spellingShingle Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения
Ильина, Е.П.
Слабоспицкая, О.А.
Інформаційні системи
title Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения
title_alt The forms, the metrics and the features of the similarity relationship between the concepts in expert viewpoints ontologies
title_full Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения
title_fullStr Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения
title_full_unstemmed Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения
title_short Формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения
title_sort формы, метрики и свойства отношения сходства между концептами в онтологиях экспертных точек зрения
topic Інформаційні системи
topic_facet Інформаційні системи
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1331
work_keys_str_mv AT ilʹinaep formymetrikiisvoistvaotnošeniâshodstvameždukonceptamivontologiâhékspertnyhtočekzreniâ
AT slabospickaâoa formymetrikiisvoistvaotnošeniâshodstvameždukonceptamivontologiâhékspertnyhtočekzreniâ
AT ilʹinaep theformsthemetricsandthefeaturesofthesimilarityrelationshipbetweentheconceptsinexpertviewpointsontologies
AT slabospickaâoa theformsthemetricsandthefeaturesofthesimilarityrelationshipbetweentheconceptsinexpertviewpointsontologies