Basic approaches for creating ontological graph-oriented description of application

The basic two stages of ontological specifications alignment, such as: unification of ontological models and alignment of ontological context, are defined in this article. It is proposed the methodology for creation of ontological description of application based on graph-oriented model for ontology...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2026
1. Verfasser:	Zakharova, O.V.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainisch
Veröffentlicht:	PROBLEMS IN PROGRAMMING 2026
Schlagworte:	UDK 681.3.06
Online Zugang:	https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/971
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Problems in programming
Завантажити файл:

Institution

Problems in programming

_version_	1866844998792642560
author	Zakharova, O.V.
author_facet	Zakharova, O.V.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "O.V. Zakharova", "institution": "Institute of Software Systems NAS of Ukraine" } ]
author_sort	Zakharova, O.V.
baseUrl_str	https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-06-01T21:28:34Z
description	The basic two stages of ontological specifications alignment, such as: unification of ontological models and alignment of ontological context, are defined in this article. It is proposed the methodology for creation of ontological description of application based on graph-oriented model for ontology representation, corresponding articulation rules, algebra of ontology and primitive operations for graph transformation.Problems in programming 2010; 4: 51-59
first_indexed	2026-06-02T01:02:08Z
format	Article
fulltext	Експертні та інтелектуальні інформаційні системи УДК 681.3.06 О. Захарова ОСНОВНІ ПРИНЦИПИ ПОБУДОВИ ОНТОЛОГІЧНОГО ГРАФ-ОРІЄНТОВАНОГО ОПИСУ ПРИКЛАДНОЇ ОБЛАСТІ У роботі визначаються основні два етапи погодження онтологічних специфікацій: уніфікація онтоло- гічних моделей та погодження онтологічних контекстів. Пропонується методологія побудови онтоло- гічного опису прикладної області на базі використання граф-орієнтованої моделі представлення онто- логій, відповідних правил артикуляції онтологій, алгебри онтологій та примітивних операцій перетво- рення графів. Вступ Онтологія – це явний опис концеп- туалізації. Онтології описують зміст, ос- новні властивості та відносини між понят- тями в базі знань. Насьогодні існує багато джерел, з якими асоційовані онтології. Он- тологія може мати різноманітні форми, але обов’язково містить словник термінів, спе- цифікацію їх сенсу, а також опис зв’язків між термінами. Тобто компоненти, з яких складаються онтології, залежать від пара- дигми представлення. Але всі моделі онто- логій містять концепти (сутності, класи, ка- тегорії), властивості концептів (слоти, атрі- бути, ролі), відношення між концептами (зв’язки, залежності, функції) та додаткові обмеження (визначаються аксіомами, у деяких парадигмах фасетами). Онтології складаються з ієрархічних описів важливих концептів у домені разом з їх описами. Ступінь формализму може змінюватися, від природної мови до логіч- них формалізмів. Відповідно, можливе ви- користання різних представлень структури онтологій. Коли мова йде про повторне вико- ристання онтологій та інтегрування систем, що використовують різні онтології, одна з основних проблем полягає у формалізації представлення онтологій, уніфікації їх представлення, погодженні або артикуляції онтологій, що необхідні для виконання над ними дій та операцій. Погодження онтологій Процес погодження онтологічних специфікацій теоретично можна поділити на два етапи [1]: 1) уніфікація онтологічних моделей; 2) погодження онтологічних контек- стів. Уніфікація онтологічних моделей. У разі роботи з неоднорідними онтологіч- ними специфікаціями, моделі приводяться до деякого канонічного однорідного пред- ставлення, в якому будуть виконуватися всі наступні маніпуляції специфікаціями. Мо- делі онтологій називаються вихідними, а канонична модель – цільовою. Задача уні- фікації вихідних інформаційних моделей стає актуальною при необхідності масшта- бування за кількостю неоднорідних моде- лей. Під час уніфікації має бути побудова- но відображеня вихідних моделей у цільо- ву. При відображенні моделей виконується пошук близьких конструкцій моделей та їх вираження один через одного. При цьому доцільно звести різнома- ніття примітивів до обмеженого набору елементарних складових. Примітиви кон- кретних моделей можна виразити онтоло- гічно за допомогою композиції понять та властивостей деякої метаонтології верх- нього рівня, що містить елементарні скла- дові, з яких можуть формуватися примі- тиви, що входять до онтологічної моделі. Таким чином, у специфікації онтологічної моделі O1 та O2, яка описує набір її кон- струкцій та зв’язків між ними, елементи можуть бути анотовані описами AO1 и AO2 в термінах метаонтології верхнього рівня. O A A O1 O2 51 © О. Захарова, 2010 ISSN 1727-4907. Проблеми програмування. 2010. № 4 Експертні та інтелектуальні інформаційні системи Такий підхід дозволяє використову- вати методи семантичної інтеграції при ви- рішенні задачі відображення моделей. Погодження онтологічних контек- стів. Неоднорідні онтології можуть бути різними точками зору на одну й ту саму прикладну область або, що найменше, на прикладні області, що перетинаються. Ці точки зору задають онтологічні контексти, що описуються конкретними онтологіями. Тільки у цьому випадку існує сенс говори- ти про задачу інтеграції онтологій для по- годження онтологічних контекстів. Під інтеграцією у даному випадку ми розуміємо процес пошуку зв’язків між онтологіями для різних цілей. Здійснюєть- ся накопичення інформації, яка полегшує досягнення інтероперабельності між інфор- маційними ресурсами, що взаємодіють, та засновані на різних вихідних онтологіях. Уніфікація онтологій – це процес приве- дення онтологічних специфікацій до одно- рідної онтології. При цьому виконується пошук загальних частин онтологій, вирішу- ються конфлікти та будуються правила пе- ретворення понять однієї онтології в іншу. Функція перетворення однієї онто- логії в іншу називається відображенням онтологій. Відображення [2] може бути частковим у тому сенсі, що не для кожного поняття у вихідній онтології існує еквіва- лент в іншій онтології. Повне відображення передбачає, що інтерпретації, які мають місце для першої онтології, також мають місце й для другої. Часткове відображення означає, що в першій онтології можна виді- лити під онтологію, для якої існує повне ві- дображення в другу онтологію. Перш ніж дві онтології можуть бути відображені одна в одну, може виникнути необхідність ввести нові підтипи або су- пертипи понять, або відношень, щоб забез- печити відповідних кандидатів для точного відображення. Ці поняття та відношення складають розширення онтології у задачі уніфікації. Глибина інтеграції онтологій може бути різною. Слабка інтеграція може вико- ристовуватися для класифікації та пошуку інформації, але не підтримувати логічні ви- води та обчислення. Часто інтеграція вима- гає більшої кількості модіфікацій для під- тримки більшої інтероперабельності, на- віть якщо можуть залишатися де-які понят- тя або відношення в одній з систем, що вза- ємодіють, які не ідентифікуються в ін.шій. Взаємно-однозначна уніфікація онтологій може вимагати значних модифікацій в онтологіях. Інший підхід – об’єднання онтоло- гій. Як і відображення онтологічних по- нять, цей підхід включає пошук общностей та відмінностей у специфікаціях. При цьо- му може бути використаний метод знаход- ження лексичної подібності між поняттями з використанням словників та семантичної індексації. Як правило враховуються прості відношення: підклас, частина/ціле, атрибут, екземпляр, значення. Виконуються пошук зв’язків понять за їх класифікацією, пов’я- зуються частини, що визначають онтологію верхнього рівня, та погоджуються окремо поняття в решті частин онтологій. «Кращий» шлях інтеграції онтологій досі є предметом інтенсивних досліджень. Так як вихідні онтології можна змі- нювати, то існує відображення, що підхо- дить (тобто, відображення без втрати ін- формації). Таким чином, можна в онтології додавати нові поняття та відношення, що будуть формувати аналоги, що підходять для відображення. Специфікація погоджен- ня називаєтся артикуляцією. Погодження, як і відображення, може бути частковим. Відомі різні підходи до формального представлення онтологій та роботи з ними. Так, у [3] пропонується категоріально-тео- ретична модель, що представляє онтології у вигляді об’єктів та працює з ними як з об’єктами. У роботі [4] пропонується підхід до представлення онтологій у вигляді кінцевого автомата та вводяться операції на онтологіях, що використовують таку модель представлення. Методологія побудови онтологічного опису, що пропо- нується, базується на граф-орієнтованій моделі представлення онтологій. 52 Експертні та інтелектуальні інформаційні системи Граф-орієнтована модель представлення онтологій У граф-орієнтованій моделі структу- ра онтології представляється у вигляді зв’я- заного ациклічного графа, де вузлами є тер- міни або концепти, а дугами – відношення між ними вказаних типів. Зв’язаний ацик- лічний граф, у свою чергу, може бути пред- ставлений множиною дуг, які представля- ються парами суміжних вузлів. Отже, він може бути інтерпретований як реляційна база даних, де ключовими колонками є па- ри вузлів, додатково можуть бути зазначені мітки вузлів та дуг (наприклад, назви рівнів ієрархії та видів відношень). У загальному випадку, кожна з проблемно-незалежних моделей онтологій О може бути представлена направленим розміченим графом G = < N, E >, де N – кін- цева множина розмічених вузлів, а E – кін- цева множина розмічених дуг [5]. Вузли графа відповідають концептам онтології, дуги графа – відношенням між ними. З кожним вузлом графа пов’язаний концепт та множина його властивостей. Дуга графа представляється трійкою (n1, α, n2), де n1 та n2 належать до множини N (тобто є вуз- лами графа), α – мітка дуги. Мітка вузла n задається функцією λ(n), яка ставить у від- повідність до кожного вузла рядок, що не є вільним. У контексті онтологій, ця мітка часто є іменником, що представляє кон- цепт. Мітка α дуги e = (n1, α, n2) є рядком, що задається функцією α= δ(e). Рядок, який приєднаний до дуги, є або дієсловом при- родної мови, або наперед визначеним се- мантичним відношенням. Мітка дуги може визначати окрім імені відношення ще його кардинальність. Кардинальність відношен- ня може задаватися або невід’ємним цілим числом, або у вигляді інтервалу на множині невід’ємних цілих чисел. Доменом функцій λ та δ є універсальна множина всіх вузлів (всіх графів), а областю значень – множина рядків (із всіх словників). Модель графа. Для роботи з онто- логічними графами необхідно визначити у скороченому вигляді частини графів, які нас цікавлять. Для цього можна використо- вувати моделі графів. Будемо вважати, що модель P, яка є графом P = (N′, E′), відпо- відає підграфу, якщо окрім того, що збіга- ються їх структури, мітки відповідних вуз- лів та дуг ідентичні. Формально, вважають, що граф G1 = = (N1, E1) відображається у G2 = (N2,E2), якщо існує загальна функція відображення ƒ:N1→ N2 така, що: ∀n1∈ N1, λ1(n1)= λ2(ƒ(n1)) (1) ∀ e1=(n1,α,n2) ∈ E1, ∃ e2 = =(ƒ(n1),α, ƒ (n2) ∈ E2. (2) На практиці, окрім суворого збігу, експерт, який відповідає за сумісність до- мену, може визначити версії нечіткого збі- гу. Наприклад, експерт може вказати мно- жину синонімів та задати правило, яке по- слаблює першу умову, й тим самим зроби- ти можливою відповідність вузлів не лише у випадку точного збігу їх міток, а й у ви- падку, коли вони є синонімами, що задані експертом. Альтернативно, друга умова, яка вимагає збігання міток дуг, теж може дотримуватися не точно. Перетворення графів. Для перетво- рення онтологічних графів використову- ються чотири примітивні операції: вставка вузлів, видалення вузлів, вставка та вида- лення дуг. Вставка вузлів та дуг використо- вується під час генерації артикуляції. Вида- лення – операція необхідна при оновленні артикуляції, у відповідності до змін в онто- логіях, що покладені в основу. Контекстом операцій є граф G = (M, E), де M – множи- на вузлів m1,m2, …, mn та підстрочних сим- волів i, j, k ∈ {1,…,n}. Якщо коротко, то операції визначаються наступним чином. 1. Вставка вузла (NA). Задано граф G та вузол N із суміжними дугами {(N, alphai, mj)}, що необхідно додати. Резуль- татом операції NA є граф G′ = (M′, E′), де M′= M∪ N, а E′=E∪{(N, alphai, mj)}. 2. Видалення вузла (ND). Нехай N∈ M – вузол, який необхідно видалити, та Z = ={(N, αi, mj) ∪ (mj, αi, N)} – дуги, які при- леглі до N. Тоді результатом операції вида- лення вузла ND, на графі G, є граф G′ = = (M′, E′), де M′ =M – N та E′ = E – Z, 3. Вставка дуги (EA). Задано граф та множина його дуг SE = {(mi, αj, mk)}, які 53 Експертні та інтелектуальні інформаційні системи необхідно додати до графа. Результатом операції EA[G,SE] є граф G′ = (M, E′), де E′= E∪SE. 4. Видалення дуги (ED). Дано граф і множина дуг SE = {(mi, αj, mk)}, які необ- хідно видалити. Результатом операції ED[G,SE] є граф G′=(M,E′), де E′=E – SE. З метою спрощення в подальшому будемо використовувати мітки вузлів за- мість самих вузлів. Тобто до дуги e = {(n1, α, n2)}, де λ(n1)=A, а λ(n2)=B, будемо звер- татися як e={(A, α, B)}. Це, звичайно, не є проблемою погодження онтологій, де по- няття (що представляє концепт) зображу- ється одним вузлом в онтологічному графі. Просто поняття (мітка) та вузол графа взає- мозамінні. Для погодження онтологій у даному випадку використовується артикуляційна онтологія, що представляється артикуля- ційним графом. Артикуляція онтологій. Окремі он- тології, у подальшому, будемо називати вихідними. Правила артикуляції визначають, які концепти у вихідних онтологіях, по одинці або у поєднанні, пов’язані між со- бою. Артикуляційна онтологія містить ці концепти та відношення між ними. Термін артикуляція буде охоплювати як артику- ляційну онтологію так і правила, що зада- ють відношення між концептами артикуля- ційної та вихідних онтологій. Проблему артикуляції можна звести до двох задач. Перша – визначення семанн- тично релевантних класів для включення їх в онтологію артикуляції, друга – створення семантичних зв’язків, тобто відношень «бути підмножиною» між класами онтоло- гії артикуляції та класами онтологій, що з ними пов’язані та покладені в основу. Артикуляційний граф OA будуєть- ся із структур, що приймаються із джерел, що покладені в його основу, та підтримує інформацію, яка стосується відносин, які існують між ними. Артикуляційний граф OA будується із використанням загальних правил артикуляції, які мають вигляд P⇒Q, де P та Q – складні моделі графів. Конструкція P⇒Q читається як «об’єкт Q семантично належить класу P» або «P се- мантично має на увазі Q». Ця конструкція фактично представляє відношення «на- правлена підмножина». Під семантичною імплікацією бу- демо розуміти правило O1.A⇒O2.B, де A та B прості ідентифікатори вузлів, що фактич- но задає одну дугу (A, SIBridge, B) між структурами онтологій. Ця дуга моделює варіант, коли об’єкт A є семантичною спе- ціалізацією об’єкта B, та є найпростішою семантичною зв’язкою (префіксом є ім’я онтології). Правила не обмежені описом пов‘я- заних онтологій, а використовуються також для структурування онтологій окремих джерел або самого артикуляційного онто- логічного графа. Іншими словами, мульті- понятійна імплікація (слідування) розбива- ється механізмом успадкування на множи- ну атомних правил слідування. Операнди для семантичної імпліка- ції можна узагальнити таким чином, щоб вони охоплювали предикати моделі графа. Щоб ввести вузол, що представляє відпо- відний підклас, виконується трансляція предикатів на рівень даних і це приймаєть- ся як мета імплікації. За замовченням, міт- кою для вузла N є текст предиката, який ко- ристувач може замінити ім’ям, що є точні- шим та краще підходить для семаннтично- го классу, що залучений. Так як механізми логічного виводу для систем першого порядку, як правило, не масштабуються до великих баз знань, то більшисть прикладних систем, з метою під- вищення продуктивності, для представлен- ня правил артикуляції використовують прості Класи Хорна. Функціональні правила. Різні он- тології найчастіше можуть містити термі- ни, які представляють одні й ті самі понят- тя, але виражені різними метриками прос- тору. Тому необхідно використовувати функції нормалізації, які приймають мно- жину вхідних параметрів, та виконують над ними бажані перетворення. Такі функ- ції мають надаватися експертами та можуть бути записані за допомогою звичайних мов 54 Експертні та інтелектуальні інформаційні системи програмування. Такі функції можна генерувати напівавтоматично. Наприклад, ціна автомобіля може бути в різних онтологіях представлена в різних грошових одиницях, і може потре- буватися її нормалізація, яка заключається в переведенні ціни у Євро, до того момен- ту, як ці онтології будуть інтегровані. Ви- бір нормалізаційної валюти має здійснюва- тися експертом. Структура артикуляційної онто- логії. Побудова артикуляціоної онтології, як вище описано, в основному зводиться до додавання вузлів та дуг між цими вузлами та вузлами вихідних онтологій. Якщо правила були сформульовані правильно, то кількість дуг буде невеликою. Такі правила імплікації особливо корисні, якщо експерт припускає створення нової структури для онтології. Важливо відмітити, що артику- ляційна онтологія, яка складена з двох он- тологій, може бути з’єднана з іншою вихід- ною онтологією, для створення нової арти- куляційної онтології, яка покриває три ви- хідні. Це означає, що при додаванні нового джерела немає необхідності реструктурува- ти існуючі онтології артикуляції, а можли- во їх використувати та створити нову арти- куляцію з найменшими зусиллями. Алгебра онтологій. Вона визнача- ється [5] таким чином, щоб забезпечити взаємодію між онтологіями за допомогою артикуляційної онтології. Оператори алгеб- ри працюватимуть з онтологічними графа- ми. Унарні оператори (filter та extract) пра- цюватимуть на окремій онтології. Вони є аналогічними операціям select та project в реляційній алгебрі. Ці операції допоможуть визначити області онтології, які нас цікав- лять, та які будуть використовуватися в по- дальшому. Унарна операція повертає час- тину графа, який представляє онтологію. Бінарні операції – об’єднання, перетин та різність. Кожна операція визначається на двох онтологіях (та артикуляційних прави- лах), а результатом буде онтологія, яка в подальшому може компонуватися з іншими онтологіями. Вхідними для оператора об’єднання є два графи онтологій та набір правил арти- куляції. В результаті виконання оператора генерується граф уніфікованої онтології, де отримана в результаті уніфікована онтоло- гія складається з двох графів вихідних он- тологій, що зв’язані артикуляцією. Артику- ляція генерується за допомогою правил ар- тикуляції. Об’єднана онтологія OU первин- них онтологій O1 та O2 визначається як O1∪rules O2 = OU, де rules звертається до множини правил артикуляції. Нехай O1 = = (N1; E1); O2 = (N2; E2) – графи, що пред- ставляють вихідні онтології. Та нехай OA = = (NA;EA) представляє артикуляційну онтологію та BridgeEdges множина дуг, які з’єднують вузли графа OA, або O1 або O2, згідно правил артикуляції. Нехай OU – граф, що представляє уніфіковану онтологію. OU= (N;E) такий, що N = N1 ∪N2 ∪ NA та E = E1 ∪ E2 ∪EA ∪ BridgeEdges. Оператор перетину приймає на вхо- ді два онтологічних графа, множину пра- вил артикуляції, та видає як результат граф артикуляційної онтології. Останній склада- ється з вузлів, що додаються згідно правил артикуляції, та дуг між цими вузлами. Щоб бути впевненим, що дуги в артикуляційній онтології дійсно з’єднують вузли, які нале- жать графу артикуляційної онтології, дуги між вузлами в графі артикуляційної онто- логії та вузли з графів вихідних онтологій не включаються до артикуляційної онтоло- гії, якщо вузли у графах вихідних онтоло- гій не є частиною графа артикуляційної он- тології. Таким чином, перетин створює он- тологію, що може в подальшому бути скла- дена з іншими онтологіями. Ця операція є центральною у поняттях артикуляції. Онто- логія OI перетину вихідних онтологій O1 та O2 визначається як O1 ∩rules O2 = OI, де OI = OA. Різність двох онтологій (O1 – O2) визначається як поняття та відношення першої онтології, які не існують у другій. Ця операція дозволяє визначити розширен- ня онтології, що залишається незалежним від сполучення з іншими онтологіями. Як- що зміни у вихідній онтології, наприклад, O1 мають місце у частині, що є різністю O1 з іншими онтологіями, тоді в артикуляцій- 55 Експертні та інтелектуальні інформаційні системи них онтологіях ніякі зміни не мають місця. З іншого боку, якщо вузол належить O1, але не належить O1 – O2, тоді будь-які змі- ни, що пов’язані з цим вузлом або суміж- ними дугами, повинні мати місце і в арти- куляційних онтологіях. Нехай O1 = (N1; E1); O2 = (N2; E2) графи, що представляють вихідні онтології, OA = (NA;EA) – граф, який представляє ар- тикуляційну онтологію. Різність, OD = O1– –O2 представляється графом (N;E) таким, що n ∈ N тільки, якщо 1) n ∈ N1 та n ∉ N2 та 2) не існує жодного шляху з n у будь-яке n’ в N2 та e ∈ E тільки в тому випадку, якщо а) e ∈ E1 та б) e = (n1; α; n2), n1 ∈ N та n2 ∈ N. На базі вищенаведеної структури представлення онтологій та алгебри онто- логій далі буде визначена методика побу- дови онтологічного опису прикладної об- ласті із використанням існуючих онтологій. Для цього також будуть введені деякі до- даткові операції алгебри онтологій. Методологія побудови онтологічного опису прикладної області Формалізація онтологій за допомо- гою графів вирішує проблему їх структур- ної різнорідності. На онтологічному (семантичному) рівні різнорідність народжується у наслі- док відмінності [1]: 1) імен понять та відношень; 2) підходів до визначення понять; 3) розбиття предметної області на поняття; 4) покриття предметної області; 5) поглядів на предметну область. Таким чином, нам необхідно вирі- шити проблеми різнорідності онтологій на семантичному рівні, прийнявши на основу граф-орієнтовану модель представлення онтологій. Тому, першим кроком буде. 1. Уніфікація базового словника, виявлення та уніфікація еквівалентних концептів. Слід зауважити, що одні й ті са- мі поняття та відношення можуть мати різ- ні імена в різних онтологічних моделях, але й концепти з однаковими іменами можуть мати різну семантику. Тому, першим кро- ком є синтаксичний та семантичний аналіз вихідних онтологічних моделей та визна- чення відображення між концептами та від- ношеннями (а відповідно між вузлами та дугами вихідних онтологічних графів) на базі відношень подібності або тотожності, та створення уніфікованого базового слов- ника даного онтологічного простору. Під онтологічним простором буде- мо розуміти об’єднану множину всіх кон- цептів та відношень множини онтологій за виключенням повторень тотожних або по- дібних елементів. Базовий словник має містити всі концепти, що належать більш ніж одній он- тології з множини, та пов’язані з ними від- ношення, що виключає можливість виник- нення протиріч. Всі інші концепти та від- ношення можуть бути використані в пер- винному вигляді, тобто, як вони були ви- значені у вихідній онтології, або змінені за бажанням розробника. Таким чином, нехай існують N онто- логій О1, О2, ..., ОN, що описують проб- лемно незалежні або проблемно залежні частини предметної області, для якої необ- хідно створити онтологічний опис. Кожна онтологія задається множиною концептів, їх властивостей та відношень між ними. Будемо вважати концепти аналогічними, якщо вони мають однакову семантику. Слід зазначити, що вони можуть мати при цьому різний синтаксис. Такі концепти за- носяться до базового словника об’єднано- го онтологічного простору. Кожний еле- мент словника можна описати набором (NameO, ElO, NameO1, NameO2, …, …,NameON), де NameO – це уніфіковане ім’я елементу, ElO ∈ {concept, relation, pro- perty}, NameOi – ім’я елементу в онтології Оi. Якщо елемент відсутній в онтології Oi, то NameOi = 0. 2. Виявлення концептів, що нале- жать різним онтологіям, пов’язані між собою, але не є еквівалентними. Якщо можна встановити де-яке відношення Rel між концептом Cki, що представлений вуз- 56 Експертні та інтелектуальні інформаційні системи лом Nki в онтологічному графі Oi, та кон- цептом Clj, що представлений вузлом Nlj онтологічного графа Oj, і це відношення має певну значиму семантику в предметній області, що описується, то це відношення може бути представлене відповідною ду- гою (Nki,α, Nlj) в об’єднаному онтологічно- му графі предметної області, де α = Rel. Назвемо такі вузли зовнішньо пов’язаними. Виявити такі вузли дозволяє також семантичний аналіз вихідних онтологій. Вузли, що представляють тотожні концеп- ти різних онтологій, також є зовнішньо пов’язаними, так як їх можна пов’язати від- ношенням еквівалентності. Але в результа- тивному графі це відношення можна опус- тити, а відповідні (після виконання уніфі- кації словника вже однойменні) вузли злити. При цьому суміжні дуги цих двох вузлів можна об’єднати з видаленням повторень. 3. Виявлення концептів перетину між онтологіями. Дві онтології Oi та Oj мають перетин, якщо вони містять тотожні концепти (після уніфікації базового слов- ника одноіменні). Відповідні онтологічні графи мають еквівалентні вузли, але може бути різною кількість та склад суміжних дуг. Всі концепти, що належать більш ніж одній онтології, будемо іменувати концеп- тами перетину. Кожному такому концепту буде відповідати лише один вузол в резуль- тативному онтологічному графі предметної області. 4. Виявлення концептів, що є зв‘я- зуючими між концептами перетину, у кожній з онтологій. Нехай Ci та Cj два концепта онтології O, що представлені від- повідно вузлами Nki та Nlj онтологічного графа. Зв’язуючими будемо вважати всі концепти онтології, що представлені вузла- ми Nk–1i, Nk–2i,…,N0, N1j,…,Nl–1j, де Nk–1i – батьківський вузол вузла Nki в онтологічному графі, Nk–2i – батьківський вузол вузла Nk–1i, і т. і., N0 – кореневий вузол графа, Nl–1j – батьківський вузол вузла Nlj і т. п. Будемо називати такі концепти – внутрішньо пов’язаними. 5. Побудова онтологічного ядра, як мінімального онтологічного графа предметної області. Граф онтологічного ядра буде відображати основні зв’зки між вихідними онтологіями. Тому, онтологічне ядро буде містити: - концепти перетину без повторень; - концепти з різних онтологій, між якими доцільно встановити відношення, що будуть семантично суттєвими, без пов- торень; - концепти, що є зв‘язуючими між концептами перетину у кожній з вихідних онтологій, без повторень; - відношення між цими концептами без повторень. Відповідно, граф онтологічного ядра буде складатися з: - вузлів, що відповідають концептам перетину у вихідних онтологічних графах, з іменами згідно базового уніфікованого словника, та за виключенням повторень. Тобто результативний онтологічний граф має містити рівно один вузол для кожного елемента базового словника; - зовнішньо пов’язані вузли без пов- торень; - внутрішньо пов’язані вузли без повторень; - зв’язки між цими вузлами, що існу- ють у вихідних онтологіях, з урахуванням базового словника, без повторень; - зв’язки між зовнішньо пов’язаними вузлами; - кореневий вузол графа, що пов’яза- ний з кожним з кореневих вузлів онтологіч- них графів вихідних онтологій (всі корене- ві вузли онтологічних графів вихідних он- тології належать результативному графу, за визначенням внутрішньо пов’язаних вуз- лів). 6. Виділення додаткових, семанн- тично суттєвих, підграфів вихідних онто- логій. Вихідні онтології можуть містити велику кількість надлишкових знань, та не містити деякі з необхідних. Тому може ви- явитися недоцільним повне об’єднання ви- хідних онтологій. З цих міркувань ми буде- мо додавати до результативного онтологіч- 57 Експертні та інтелектуальні інформаційні системи ного опису лише семантично суттєві для нас концепти та відношення. Граф онтологічного ядра, в свою чергу, відображає лише основні зв’язки між вихідними онтологіями, та не відобра- жає повної семантики прикладної області. Тому необхідно доповнити його семанн- тично суттєвими концептами, що опиису- ються онтологічними графами вихідних он- тологій, але не потрапили до онтологічного ядра. Для цього необхідно виділити такі підграфи в онтологічних графах вихідних онтологій, визначити їх зв’язки з вузлами графа онтологічного ядра, та додати їх до графа. 7. Доповнення онтології новими концептами та відношеннями, а онтоло- гічного графа новими вузлами та зв’яз- ками. Для цього необхідно: - визначити неохоплені проблемні частини предметної області, що опиисуєть- ся. Будемо далі іменувати їх семантични- ми додатками; - визначити концепти, що будуть описувати кожний з семантичних додатків, та відношення між цими концептами; - для кожного з семантичних додат- ків побудувати онтологічний підграф, в якому вузли будуть відповідати визначе- ним концептам, а дуги відношенням між ними; - визначити відношення між концеп- тами семантичних додатків та концептами вихідних онтологій, та відповідно визначи- ти зв’язки між кореневими вузлами підгра- фів семантичних додатків та вузлами гра- фа, що був отриманий в п.6. Якщо додатко- ві підграфи були виділені правильно, то всі такі вузли, що відповідають концептам ви- хідних онтологій, які пов’язані з концепта- ми семантичних додатків, будуть присут- німи у результативному графі. Якщо деякий з вузлів виявиться відсутнім необ- хідно повернутися до п. 6. Інший підхід до формування гра- фа об’єднаного онтологічного простору. Інший підхід полягає в тому, щоб видалити з вихідних онтологічних графів надлишкові вузли, що відповідають концептам, які нас семантично не цікавлять, перед їх об’єд- нанням. Після чого об’єднати отримані гра- фи з урахуванням уніфікованого базового словника та додаткових відношень між концептами вихідних онтологій. Для цього, необхідно виконати: - семантичний аналіз вихідних онто- логій та видалити з кожного з онтологічних графів всі вузли, що не цікавлять нас у ра- курсі предметної області, що описується, та суміжні дуги. В результаті отримаємо по- слідовність скорочених онтологічних гра- фів О1’, О2’ ,..., ОN’; - синтаксичний та семантичний ана- ліз скорочених онтологічних графів та фор- мування базового уніфікованого словника онтологічного простору на базі онтологіч- них графів О1’, О2’ ,..., ОN’; - виявлення зовнішньо пов’язаних вузлів онтологічних графів О1’,О2’,..., ОN’; - об’єднання онтологічних графів О1’, О2’,..., ОN’ без повторень. Тобто всі вузли, що представлені в уніфікованому ба- зовому словнику додаються до результа- тивного графа однократно з ім’ям NameO. Тобто можна сказати, що має місце відо- браження ƒ(NameOi) = NameO для всіх вузлів, що відповідають концептам, які за- несені до базового словника. Таке саме ві- дображення має місце для всіх властивос- тей та відношень, що представлені в базо- вому словнику. Вставка решти зв’язків ви- конується без змін. Решта вузлів всіх ско- рочених онтологічних графів О1’, О2’ ,..., ОN’ та суміжні з ними дуги додаються у результуючий граф без змін. З кореневого вузла результуючого онтологічного графа буде виходити N дуг до кожного з корене- вих вузлів скорочених вихідних онтологій О1’, О2’ ,..., ОN’; - вставку дуг, що будуть відобража- ти зв’язки між зовнішньо пов’язаними вуз- лами онтологічних графів О1’, О2’ ,..., ОN’; - якщо існують деякі аспекти пред- метної області, що залишилися поза мно- жиною концептів, відношень та властиво- стей, представлених отриманим онтологіч- ним графом, тобто що не були охоплені жодною з вихідних онтологій, необхідно: 1) визначити такі неохоплені проб- лемні частини предметної області (семан- 58 Експертні та інтелектуальні інформаційні системи тичні додатки, які фактично складають роз- ширення онтології); 2) визначити концепти, що будуть описувати кожний з семантичних додатків, відношення між цими концептами та їх властивості та для кожного з таких семан- тичних додатків побудувати онтологічний підграф, в якому вузли будуть відповідати визначеним концептам, а дуги відношен- ням між ними; 3) визначити відношення між кон- цептами семантичних додатків та концеп- тами вихідних онтологій, та відповідно ви- значити зв’язки між кореневими вузлами підграфів семантичних додатків та вузлами отриманого графа, тобто вставити підграфи семантичних додатків до результативного графа. 1. Скворцов Н.А. Вопросы согласования не- однородных онтологических моделей и онтологических контекстов. – Симпозиум «Онтологическое моделирование». – М.: ИПИ РАН, 2008, http://synthesis.ipi.ac.ru/ synthesis/publications/08onto-hetont/ 08onto hetont.pdf 2. http://www.obitko.com/tutorials/ontologies- semantic-web/operations-on-ontologies.html 3. Antoine Zimmermann, Markus Krotzsch, Jérôme Euzenat and Pascal Hitzler. Formalizing Ontology Alignment and its Operations with Category Theory. – The Fourth International Conference on Formal Ontology in Information Systems, 2006, http://korrekt.org/page/Formalizing_Ontology _Alignment_and_its_Operations_with_Catego ry_Theory 4. Крывый С.Л., Ходзинский А.И. Автоматное представление онтологий и операции на онтологиях. Институт кибернетики им. В.М. Глушкова НАН Украины, 2008, http://shcherbak.net/avtomatnoe-predstavlenie- ontologij-i-operacii-na-ontologiyax/. 5. Prasenjit Mitra, Gio Wiederhold, Martin Kersten. A Graph-Oriented Model for Arti- culation of Ontology Interdependencies. - Technical Report, 1999, http:// www.dit.unitn.it~p2p/RelatedWork/Matching/ graphmodel.pdf Отримано: 07.04.2010 Про автора: Захарова Ольга Вікторівна, кандидат технічних наук, науковий співробітник. Місце роботи автора: Інститут програмних систем НАН України, Проспект Академіка Глушкова, 40. Тел.: 526 5139, e-mail: ozakharova68@gmail.com. 59 http://synthesis.ipi.ac.ru/%20synthesis/ http://synthesis.ipi.ac.ru/%20synthesis/ http://www.obitko.com/tutorials/ontologies-semantic-web/operations-on-ontologies.html http://www.obitko.com/tutorials/ontologies-semantic-web/operations-on-ontologies.html http://shcherbak.net/
id	pp_isofts_kiev_ua-article-971
institution	Problems in programming
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-06-02T01:02:08Z
publishDate	2026
publisher	PROBLEMS IN PROGRAMMING
record_format	ojs
resource_txt_mv	ppisoftskievua/cf/2ee761fadc4336b0a59b9d1750f4eacf.pdf
spelling	pp_isofts_kiev_ua-article-9712026-06-01T21:28:34Z Basic approaches for creating ontological graph-oriented description of application Основные принципы построения онтологического граф-ориентированного описания прикладной области Основні принципи побудови онтологічного граф-орієнтованого опису прикладної області Zakharova, O.V. UDK 681.3.06 УДК 681.3.06 УДК 681.3.06 The basic two stages of ontological specifications alignment, such as: unification of ontological models and alignment of ontological context, are defined in this article. It is proposed the methodology for creation of ontological description of application based on graph-oriented model for ontology representation, corresponding articulation rules, algebra of ontology and primitive operations for graph transformation.Problems in programming 2010; 4: 51-59 В работе определяются основные два этапа согласования онтологических спецификаций, такие как: унификация онтологических моделей и согласование онтологических контекстов. Предлагается методология построения онтологического описания прикладной области на базе использования граф-ориентированной модели представления онтологий, соответствующих правил артикуляции онтологий, алгебры онтологий и примитивных операций преобразования графов.Problems in programming 2010; 4: 51-59 У роботі визначаються основні два етапи погодження онтологічних специфікацій: уніфікація онтологічних моделей та погодження онтологічних контекстів. Пропонується методологія побудови онтологічного опису прикладної області на базі використання граф-орієнтованої моделі представлення онтологій, відповідних правил артикуляції онтологій, алгебри онтологій та примітивних операцій перетворення графів.Problems in programming 2010; 4: 51-59 PROBLEMS IN PROGRAMMING ПРОБЛЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ПРОБЛЕМИ ПРОГРАМУВАННЯ 2026-06-01 Article Article application/pdf https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/971 PROBLEMS IN PROGRAMMING; No 4 (2010); 51-59 ПРОБЛЕМЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ; No 4 (2010); 51-59 ПРОБЛЕМИ ПРОГРАМУВАННЯ; No 4 (2010); 51-59 1727-4907 uk https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/971/1039 Copyright (c) 2026 PROBLEMS IN PROGRAMMING
spellingShingle	UDK 681.3.06 Zakharova, O.V. Basic approaches for creating ontological graph-oriented description of application
title	Basic approaches for creating ontological graph-oriented description of application
title_alt	Основные принципы построения онтологического граф-ориентированного описания прикладной области Основні принципи побудови онтологічного граф-орієнтованого опису прикладної області
title_full	Basic approaches for creating ontological graph-oriented description of application
title_fullStr	Basic approaches for creating ontological graph-oriented description of application
title_full_unstemmed	Basic approaches for creating ontological graph-oriented description of application
title_short	Basic approaches for creating ontological graph-oriented description of application
title_sort	basic approaches for creating ontological graph-oriented description of application
topic	UDK 681.3.06
topic_facet	UDK 681.3.06 УДК 681.3.06 УДК 681.3.06
url	https://pp.isofts.kiev.ua/index.php/ojs1/article/view/971
work_keys_str_mv	AT zakharovaov basicapproachesforcreatingontologicalgraphorienteddescriptionofapplication AT zakharovaov osnovnyeprincipypostroeniâontologičeskogograforientirovannogoopisaniâprikladnojoblasti AT zakharovaov osnovníprincipipobudoviontologíčnogograforíêntovanogoopisuprikladnoíoblastí

Basic approaches for creating ontological graph-oriented description of application

Institution

Ähnliche Einträge