=Paper=
{{Paper
|id=None
|storemode=property
|title=Многоуровневые спецификации в концептуальном и онтологическом моделировании
(Multilayer Specifications in Conceptual and Ontological Modeling)
|pdfUrl=https://ceur-ws.org/Vol-803/paper3.pdf
|volume=Vol-803
|dblpUrl=https://dblp.org/rec/conf/rcdl/VovchenkoZKKRSS11
}}
==Многоуровневые спецификации в концептуальном и онтологическом моделировании
(Multilayer Specifications in Conceptual and Ontological Modeling)
==
https://ceur-ws.org/Vol-803/paper3.pdf
Многоуровневые спецификации
в концептуальном и онтологическом моделировании♣
© А.Е. Вовченко, В.Н. Захаров, Л.А. Калиниченко, Д.Ю. Ковалёв,
О.В. Рябухин, Н.А. Скворцов, С.А. Ступников
Институт проблем информатики РАН
{leonidk,nskv,ssa}@synth.ipi.ac.ru
Аннотация Модели, поддерживающие введение уровней
классификации, мы будем называть
Исследование посвящено многоуровневым многоуровневыми.
спецификациям в онтологическом и Статья посвящена исследованию
концептуальном моделировании. многоуровневых спецификаций и возможностей,
Выразительным средством таких которые они привносят в онтологическое и
спецификаций служит отношение класс- концептуальное моделирование. Исследования в
экземпляр. Рассмотрена историческая этой сфере имеют достаточно давнюю историю, и в
сторона исследований многоуровневых разделе 2 будут рассмотрены работы, в которых
спецификаций в концептуальном описывались идеи многоуровневых концептуальных
моделировании, вопросы вычислительной спецификаций. В разделе 3 приводятся причины, по
сложности моделей при использовании которым многоуровневые спецификации слабо
многоуровневых спецификаций. Изложен распространены в современных концептуальных и
подход к моделированию предметных онтологических моделях. Раздел 4 более подробно
областей с использованием описывает подход к построению многоуровневых
многоуровневых описаний и сочетание спецификаций, а раздел 5 посвящён описанию
онтологического и концептуального разного рода применений многоуровневых
моделирования с использованием этого спецификаций в онтологическом и концептуальном
подхода. моделировании.
1. Введение 2. Связанные работы
Одним из видов отношений, неотъемлемо В пору активных исследований в области
используемых в концептуальном и онтологическом концептуального моделирования баз данных
моделировании, является отношение, задающее в 70-х – 80-х годах прошлого века [4] развивались
связь между классом как множеством объектов и различные подходы абстрактного представления
объектом – экземпляром класса. Мы будем предметных областей. Среди прочего, были
использовать для его обозначения термин разработаны такие подходы, как семантические
«отношение класс-экземпляр». Данное отношение сети, фреймы, модели, ставшие прообразом
является основой для моделирования дескриптивных логик, объектный подход.
классификации объектов, имеющих какое-либо Изучались различные выразительные средства
общее свойство, а чаще – однотипных объектов (в абстракции: агрегация, обобщение, классификация
моделях данных со строгой типизацией). и их свойства [8].
Отношение класс-экземпляр присутствует
практически во всех современных концептуальных Исследовались также и многоуровневые
и онтологических моделях (языках). Однако в средства классификации. Развитые средства
большинстве своём они ограничивают его многоуровневой классификации реализованы в
использование, разделяя классы и экземпляры на языке Telos [10], разработанном как средство
непересекающиеся множества. Другими словами, представления знаний для создания
экземплярами классов не могут становиться другие информационных систем. В языке Telos вводятся
классы, и многоуровневая таксономия, основанная три пространства спецификаций: агрегация
на отношении класс-экземпляр, невыразима. (структура объектов), обобщение/специализация (и
соответственно, наследование спецификаций
потомком) и классификация. Всякое утверждение
Труды 13й Всероссийской научной конференции
«Электронные библиотеки: перспективные методы и
является экземпляром какого-либо класса.
технологии, электронные коллекции» - RCDL’2011, Существует также специальный класс, содержащий
Воронеж, Россия, 2011. все утверждения и себя.
17
Утверждения в Telos классифицируются как: На синтаксическом базисе языка фреймов
• токены – утверждения, не имеющие построена и объектная модель языка СИНТЕЗ. В
экземпляров; языке разделены абстрактные типы данных,
• простые классы – утверждения, имеющие которые являются интенсиональными
экземплярами только токены; спецификациями структуры и поведения объектов,
• метаклассы – утверждения, имеющие и классы, специфицирующие множества
экземплярами простые классы; однотипных объектов. В спецификации класса
• и так далее. указывается тип его экземпляров.
Таким образом, выстраивается неограниченная Фрейм может отражать состояние объекта
таксономия всё более абстрактных утверждений. определённого типа, в этом случае, его структура
В [10] также озвучена идея расширения модели с должна соответствовать спецификации
помощью метаклассов в Telos. Когда класс соответствующего абстрактного типа данных.
становится экземпляром метакласса, то можно Фрейм может становиться экземпляром класса, если
говорить о том, что метаклассы атрибутов структура фрейма соответствует типу экземпляров
становятся категориями, связанными с класса.
непосредственными атрибутами класса. Рассмотрим пример спецификации типа
AstronomicalObject для приведённого выше объекта
Язык СИНТЕЗ [9] явился результатом и класса astronomicalObject, экземпляром которого
исследований проблем интеграции в области баз он является:
данных и информационных систем в Институте
проблем информатики РАН и представляет собой { AstronomicalObject;
in: type;
выразительное средство спецификации. Он
spatialCoord: CoordEQJ;
базируется на модели фреймов. Фрейм имеет magnitudes: {set; type_of_element: Magnitude};
идентификатор и набор слотов, каждый из которых isVariable: {in: function; params: {-returns/boolean}; }
может иметь набор значений слота. Язык фреймов };
позволяет специфицировать также метафреймы,
метаслоты и метазначения, которые сами { astronomicalObject;
определяются как фреймы. По своей сути, фреймы in: class;
предназначены для описания instance_section: AstronomicalObject;
слабоструктурированной (или вообще };
нетипизированной) информации, но могут
описывать и структурированную (типизированную) Эти спецификации синтаксически являются
информацию. Кроме того, в языке СИНТЕЗ фреймы фреймами, в слотах in которых указаны
используются как метаконструкции для описания предопределённые метаклассы type и class.
других конструкций языка, таких как типы, классы, Принадлежность фреймов этим метаклассам
функции и т.д. определяет, что перед нами спецификации типа или
Приведём пример фрейма, т. к. спецификации на класса соответственно. Слоты spatialCoord,
языке СИНТЕЗ будут использоваться в качестве magnitudes определяют атрибуты типа, слот
примеров в статье и дальше: isVariable – метод типа. В спецификации класса в
слоте instance_section указывается тип экземпляров
{ V407Cyg; класса.
metaframe Отношения обобщения/специализации между
source: AAVSO типами и между классами задаются с помощью
end слотов supertype и superclass соответственно.
in: astronomicalObject;
spatialCoord: { Star;
{ ra: 21h02m09.85s; in: type;
de: +45° 46′ 33.0″; }; supertype: astronomicalObject;
magnitudes: };
{ magValue: 13.3;
passband: V; } { star;
}; in: class;
superclass: astronomicalObject;
Фреймом описан астрономический объект V407Cyg, instance_section: Star;
его слоты определяют данные об объекте, а именно, };
положение на небе и видимый блеск. Cлот in
является предопределённым для языка фреймов и В языке СИНТЕЗ вводятся две таксономии
говорящим о том, каким классам принадлежит типов: решётка типов на основе отношений
данный фрейм. Также в метафрейме указана обобщения/специализации между типами и
дополнительная информация об источнике данных, таксономия на основе отношения тип-значение.
имеющихся в фрейме. Многоуровневая система типов устроена
следующим образом:
18
• уровень 0 составляют значения, выразимые многоуровневость структуры описанием языка
в языке СИНТЕЗ; определения схем.
• уровень 1 – типы,
• уровень 2 – типы, значениями которых Язык RDF Schema [15], рекомендованный W3C,
являются типы 1 уровня (уровень призван быть универсальным средством для
метатипов), описания любых ресурсов в Веб и построен на
• уровень 3 – типы, значениями которых наиболее простых конструкциях. Благодаря этому
являются типы 2 уровня (уровень он не имеет ограничений на использование классов
метаметатипов) и так далее. в качестве экземпляров других классов. Это
С другой стороны, связанная с системой типов позволяет выражать на нём многоуровневую
система классов также состоит из двух таксономий, классификацию.
определяемых отношениями класс-подкласс и
класс-экземпляр. Причём классы принадлежат тем 3. Причины слабой распространённости
же уровням, что и типы их экземпляров. многоуровневых спецификаций
Экземплярами метаклассов определённого уровня
являются метаклассы предыдущего уровня (а для 0- На практике многоуровневая классификация
го и 1-го уровня объекты и классы соответственно). вводится не во многих моделях данных. Основная
Метатипы определённого уровня определяются как причина кроется в высокой вычислительной
метаклассы, экземплярами которых являются типы сложности логических задач, связанных с её
предыдущего уровня. В следующих разделах более моделированием. Описание многоуровневой
подробно будут исследоваться возможности классификации невозможно смоделировать в логике
многоуровневой системы спецификации языка первого порядка, т. к. метакласс моделируется
СИНТЕЗ. утверждением второго порядка, в котором
связанная квантором переменная должна принимать
Исследования, производимые в значения, соответствующие классам.
Дальневосточном федеральном университете,
используют многоуровневость спецификаций в Так, язык описания онтологий Ontolingua [12]
области онтологий для описания однородной основан на логике первого порядка ввиду
структуры определений в разделах сложной использования языка KIF для утверждений, и
онтологии [1]. Метаонтология, т. е. онтология более поэтому изначально не допускает
высокого уровня абстракции, используемая для многоуровневости.
описания других онтологий, задаёт структуру
внутренней организации разделов большой Язык онтологий в технологиях Семантического
онтологии, указывая общие свойства Веба OWL [13] использует своим базисом язык RDF
разновидностей онтологических соглашений, Schema, допускающий моделирование метаклассов.
используемых в онтологии раздела. Уровней Диалект OWL Full использует эту возможность,
метаонтологии при необходимости может быть однако он неразрешим. Диалект DL не сохраняет
несколько. семантику классов RDF Schema, а вводит свою
В [1] описан также процесс разработки семантику, соответствующую дескриптивной
метаонтологии снизу вверх, включающий анализ логике, т. е. допускающую подмножество
разделов сложноструктурированной онтологии, конструкций первого порядка, в котором разрешима
выделение множеств тех онтологических задача выполнимости и некоторые другие
соглашений, которые описываются похожим логические задачи.
образом или имеют подобных смысл, и описание То же касается профилей языка OWL 2 [14] и
общих параметризованных соглашений для соответствующих им логик. Ни один из профилей
выделенных множеств. Другие разделы онтологии не вводит возможности моделирования
могут разрабатываться с учётом созданной метаклассов, несмотря на то, что используются
метаонтологии. подходы к увеличению выразительной мощности, в
частности, в профиле RL – за счёт введения условий
Метаклассы часто используются для на использование конструкций в выражениях
определения метамоделей языков и схем. Так, суперклассов и подклассов.
стандарт OMG MetaObject Facility (MOF) [11]
вводит четыре уровня для определения 4. Возможности многоуровневой
метамоделирования. В терминологии MOF все они классификации в языке СИНТЕЗ
называются моделями. Модель уровня M0 содержит
объекты, модель уровня M1 определяет их схемы, В условиях многоуровневой классификации
на уровне M2 описывается метамодель, т. е. модель языка СИНТЕЗ классы (в том числе, метаклассы и
данных, язык определения схем, а на уровне M3 метатипы) и типы могут становиться объектами
MOF замыкает определение моделей, определяя (значениями других типов и экземплярами
собственную модель данных в своих же терминах. метаклассов). Т. е. они входят в универсум
Однако это замыкание ограничивает
19
значений, как и обычные значения типов, классификации экземпляров (т. е. элементов
выразимые в языке СИНТЕЗ: спецификаций предыдущего уровня).
Являясь сам по себе выразительным языком
Inst: C × Δ, (предоставляющим, в частности, использование
С ⊂ Δ, многосортной логики первого порядка в языке
формул), язык СИНТЕЗ допускает расширение. В
проектах, посвящённых унификации
где С – множество классов, Δ – множество
информационных моделей, представлены методы
значений, Inst – множество отношений класс-
реверсивного отображения моделей [2]. В
экземпляр.
частности, разработаны расширения, связанные с
отображением языков OWL и OWL 2 в язык
В отличие от отношений
СИНТЕЗ [3, 7]. Используя эти расширения в
обобщения/специализации, отношение класс-
качестве диалекта спецификаций, возможно
экземпляр не является отношением частичного
построение спецификаций, приводимых к языку
порядка: оно нетранзитивно и антирефлексивно.
OWL или OWL 2, и использование преимущества
Поэтому таксономии в языке СИНТЕЗ, построенные
разрешимости определённых логических задач.
на основе этих отношений, ортогональны друг
другу. Спецификации могут образовывать
Независимость спецификаций разных уровней
таксономии обобщения/специализации (на
классификации также позволяет одновременно и
отношении класс-подкласс для классов и на
произвольно использовать несколько независимых
отношении тип-подтип для типов) лишь в рамках
систем классификации уровня i для
одного уровня таксономии классификации:
метаклассификации одних и тех же спецификаций
уровня i-1. На решение логических задач в рамках
C = ∪i=1..N Ci, одной системы классификации также не будут
Inst = ∪i=1..N Insti, оказывать никакого влияния ни сами спецификации
уровня i-1, ни спецификации других систем
Insti: Ci × Δi-1, i=1..N, классификации уровня i.
Δi = Ci∪ Ti, i=0..N-1, Ниже рассмотрены различные применения
Δi ⊂ Δ, i=0..N-1, многоуровневых спецификаций с учётом описанных
их свойств.
где N – количество уровней классификации, Ci –
множество классов уровня i, Ti – множество типов 5. Применение многоуровневой
уровня i, Insti – множество отношений класс-
классификации для решения задач
экземпляр уровня i, Δi – множество значений уровня
i, причём Δ0 – множество значений (0-го уровня), Благодаря механизму классификации
выразимых в языке СИНТЕЗ. спецификации уровня i-1 можно снабжать
Если рассматривать определённый уровень i, его метаинформацией различного рода на уровне i. При
спецификации образуют иерархии типов и классов, этом элементы спецификаций i-1, будут
независимые от других уровней, при этом экземплярами метаклассов уровня i.
значениями типов и, соответственно, экземплярами Соответствующие метаданные могут быть
классов, являются исключительно спецификации определены в метафреймах экземпляров уровня i-1
уровня i-1. Абстрагируясь от остальных уровней и независимо от структуры определяемой самими
от того, что спецификации уровня i-1 означают что- спецификациями уровня i-1.
либо больше, нежели фреймы, являющиеся Рассмотрим некоторые из применений
значениями уровня i-1, получим одноуровневую многоуровневого подхода к спецификации.
классификацию для данного уровня. Это означает,
что спецификации каждого уровня отдельно 5.1 Метамодели языков
выразимы в логике первого порядка. Наиболее распространённым применением
многоуровневых спецификаций является описание
Если сложность спецификаций, используемых в метамоделей, описывающих структуру конструкций
полученной системе типов и классов, такова, что языков спецификации. Пример обобщённой
некоторые логические задачи разрешимы, то эти метамодели структурных конструкций моделей
задачи можно решать автоматически данных, приведённой в [6], определяет общие виды
применительно к данному уровню классификации. конструкций, такие как типы, абстрактные типы,
Спецификации других уровней на решение этих агрегации, группы, атрибуты, для каждой из
задач не будут влиять никоим образом. которых введены их разновидности по различным
В частности, если спецификации уровня i критериям. Так, разновидности атрибутов могут
приводимы к дескриптивной логике, то для этого быть определены следующим типом (приведено
уровня спецификаций автоматически можно решать неполное описание):
задачи выполнимости теории, включения классов,
20
{ AttributeConstruct;
in: type; Более подробно подход к метамоделированию
supertype: Construct; языков спецификации описан в [6].
argumentNumber: integer;
attr_domain: {set; type_of_element: TypeConstruct; }; 5.2 Снабжение спецификаций метаинформацией
attr_range: {set; type_of_element: TypeConstruct; }; и дополнительными знаниями
attr_inverse: AttributeConstruct;
… Использование многоуровневых спецификаций
}; для определения метамоделей, описывающих
структуру языков спецификаций или схем, является
Атрибут argumentNumber определяет арность наиболее распространённым их применением.
отношения. Атрибуты attr_domain и attr_range Однако семантика определений метаклассов, может
определяют, какие виды конструкций могут быть быть произвольной и содержать информацию не
областями определения и значений. Тип этих только о структуре используемой информационной
атрибутов TypeConstruct, отдельно определённый в модели, но и любую другую информацию,
метамодели, соответствует произвольным типам, например:
которые могут быть представимыми (числа, строки, • модели нефункциональных требований по
изображения), абстрактными или составными различным критериям;
(агрегации, группы) типами. Атрибут attr_inverse • схемы метаданных информационного
определяет наличие конструкции, указываемой как ресурса;
обратная. В терминах данной метамодели можно • физические модели для класса
построить спецификацию конкретной измерительных значений;
разновидности ассоциации, используемой в языке
• даже ассоциативное сравнение объектов
СИНТЕЗ. Для этого определим подтип типа
одной модели с другой моделью реального
AttributeConstruct, конкретизирующий его
мира и так далее.
структуру:
Покажем на примере двойных звёзд, каким
образом с типами, описывающими наблюдательные
{ AssociationConstruct;
in: type; характеристики астрономических объектов, может
sypertype: AttributeConstruct; быть связана метаинформация о гипотетической
attr_domain: AbstractType; физической модели, обеспечивающей такие
attr_range: AbstractType; наблюдения.
attr_inverse: AssociationConstruct;
oneArgInv: {in: predicate, invariant; Принимая во внимание уже определённые выше
{ predicative: супертипы AstronomicalObject и Star, определим
{all p/ AssociationConstruct типы VariableStar, BinarySystem и SymbioticStar для
(p.argumentNumber = 1)}};
моделирования наблюдательных характеристик
};
переменных звёзд, двойных звёзд и симбиотических
{ associationConstruct; звёзд как разновидности двойных переменных
in: metaclass; (спецификации классов опущены, однако также
superclass: attributeConstruct; необходимы):
instance_section: AssociationConstruct;
}; { VariableStar;
in: type;
Данная спецификация говорит о том, что supertype: Star;
областью определения и значений ассоциации variabilityInv: {in: predicate, invariant;
{ predicative:
могут быть лишь абстрактные типы данных
{all p/VariableStar (p.isVariable()) }};
(AbstractType), ей может соответствовать инверсная },
ассоциация, которая является такой же { BinarySystem;
конструкцией. Метакласс associationConstruct in: type;
соответствует классу фрагментов спецификаций, supertype: StarSystem;
являющихся ассоциациями. …
Эта спецификация определяется на метауровне },
для схем на языке СИНТЕЗ, использующих { SymbioticStar;
ассоциации. Например, атрибут в спецификации на in: type;
supertype: BinarySystem, VariableStar;
языке СИНТЕЗ с помощью метаслота может быть
symbioticInv: {in: predicate, invariant;
снабжён метаинформацией о конструкции, которую { predicative:
он собой представляет: {all s/SymbioticStar (
ex u/Magnitude (is_in(s.magnitudes, u) &
spatialCoord: CoordEQJ; (u.passband = UVE | u.passband = X) &
metaslot u.magValue > 0 ) &
in: associationConstruct; ex b/Magnitude, r/Magnitude (
end is_in(s.magnitudes, b) & is_in(s.magnitudes, r) &
21
b.passband = B & r.passband = R& подтип SymbioticStarPhysModel, описывающий
b.magValue - r.magValue > 2)) & физическую модель системы симбиотических звёзд.
^ ex g/Magnitude (is_in(s.magnitudes, g) &
g.passband = Gamma & g.magValue > 0)) & { SymbioticStarPhysModel;
… in: type;
} supertype: System;
} symbPhysModelInv: {in: predicate, invariant;
}; { predicative:
{all s/SymbioticSystem (
Инвариант symbioticInv определяет условия cardinal(s.pairs) = 1 &
наблюдений, по которым информационная система ex p/Pair, u/SingleStar, v/SingleStar (
принимает исследуемую звезду как is_in(s.pairs, p) &
симбиотическую. Так, у них должно присутствовать p.kind = Semidetached &
излучение в жёстком ультрафиолетовом или p.primary = u &
рентгеновском диапазоне, они имеют яркое p.secondary = v &
излучение в инфракрасном диапазоне (это может u.starType = RedGiant &
u.isRocheLobeFilled &
определяться, например, по положительному ^ u.hasAccretionDisc &
показателю цвета B-R), а в гамма-диапазоне не v.starType = WhiteDwarf &
излучают. Важны также некоторые не приведённые ^ v.isRocheLobeFilled &
здесь характеристики, в частности, особенности v.hasAccretionDisc ))
спектральных линий. }
}
Физическая модель может быть определена };
отдельно с помощью значений типов,
характеризующих физику систем звёзд. Следующие { symbioticStarPhysModel;
in: metatype;
ниже типы System, Component, Pair и SingleStar superclass: system;
определяют характеристики системы звёзд и instance_section: SymbioticStarPhysModel;
компонентов системы, являющихся парой или };
одиночной звездой (соответствующие классы
system, component, pair и singleStar также опущены). Данный тип определяет систему из одной тесной
пары звёзд, одна из которых является красным
{ System; гигантом, заполнившим полость Роша, а вторая –
in: type; горячим белым карликом, аккрецирующим
pairs: {sequence; type_of_element: Pair }; вещество с соседней звезды с образованием
},
{ Component;
аккреционного диска1. С типом связан метатип
in: type; symbioticStarPhysModel, определяющий класс с
}, экземплярами данного типа. Он определён как
{ Pair; метатип, т. к. его экземплярами будут типы другого
in: type; уровня таксономии классификации.
supertype: Component; Остаётся связать тип, описывающий
kind: {enum; enum_list: наблюдательные характеристики систем
{Detached, Semidetached, Contacting }}; симбиотических звёзд, с описанной физической
primary: Component; моделью как со спецификацией метауровня. Тип
secondary: Component
},
SymbioticStar становится экземпляром метатипа
{ SingleStar; symbioticStarPhysModel. Для этого метатип
in: type; необходимо включить в слот in типа SymbioticStar:
supertype: Component;
starType: {enum; enum_list: { SymbioticStar;
{RedGiant, WhiteDwarf, SuperNova, in: type, symbioticStarPhysModel;
NeutronStar, BlackHole}}; …
hasAccretionDisc: boolean; };
isRocheLobeFilled: boolean
}; Подобным образом (в том числе и
одновременно) со спецификациями концептуальной
На основе этих типов можно определить схемы наблюдательных параметров звёзд могут
физическую модель, которая гипотетически быть связаны и другие независимые спецификации
подходит для симбиотических звёзд, обеспечивая метауровня, например:
наблюдаемые характеристики. Для этого • модель пространственной ориентации
необходимо либо определить значение типа System расположения двойных систем относительно
с определённым набором данных, либо определить наблюдателя, свойственная системам с
подтип и затем взять его значение. Мы определим
1
http://en.wikipedia.org/wiki/Symbiotic_variable_star
22
подобными значениями измерительных Приведённый пример демонстрирует подход к
параметров, семантическому аннотированию типа SymbioticStar
• литературные источники, описывающие концептуальной схемы онтологическим понятием
подобные наблюдения SymbioticStarPhysModel, определяя семантику типа
• требования к качеству данных и другие. SymbioticStar с точки зрения контекста,
Со спецификациями наблюдательных определяемого онтологией. Инвариант
параметров будут связаны дополнительные знания symbPhysModelInv в спецификации понятия
из различных контекстов рассмотрения. Помимо представляет собой выражение, определяющее эту
этого, по пересечению классов метаописаний семантику в терминах онтологии.
возможно организовать поиск наблюдательных
характеристик для заданных ситуаций. Если спецификации уровня i сводимы к
дескриптивной логике, в рамках которой принято
5.3 Спецификации онтологического уровня и описывать онтологии, то решение задачи вывода
уровня представления включений (подклассов) класса автоматически
В [5] разъясняется отличие концептуальных найдёт фрагменты спецификаций, онтологически
схем, определяющих концептуальные структуры и релевантные соответствующему фрагменту
поведения объектов предметной области от спецификации уровня i-1 в контексте онтологии
онтологий, в которых основную роль играют уровня i. К аннотациям одних и тех же элементов
понятия предметной области. Авторами данной спецификаций уровня i-1 несколькими онтологиями
работы также отмечалось, что к элементам уровня i логический вывод применяется
концептуальной схемы целесообразно и естественно независимо. Это позволяет применять
прилагать онтологические спецификации онтологический подход к семантическому поиску
предметной области, определения понятий которой релевантных спецификаций, а соответственно, к
аннотируют соответствующие имена определений достижению семантической интероперабельности
концептуальной схемы. спецификаций.
Наиболее распространён подход к Подобный подход также может быть
семантическому аннотированию, при котором использован для согласования онтологий или схем с
онтология определяет схему метаданных, а с использованием набора онтологий более высокого
информационными сущностями связаны уровня. Онтологии из набора могут описывать
экземпляры, определяющие конкретные значения в разные области знаний, рассматривающие элементы
соответствии с данной схемой. согласовываемых спецификаций с разных ракурсов.
В проектах, использующих язык СИНТЕЗ в Описания в терминах определённой онтологии
качестве средства спецификации задач и ресурсов более высокого уровня позволяют обнаружить
различной природы, используется более гибкий семантические сходства или различия
подход к онтологическому аннотированию согласовываемых элементов, исходя из
концептуальных схем. Элементы спецификации компетенции данной онтологии. При этом
уровня i-1 таксономии классификации описываются спецификации согласовываемых онтологий (схем)
выражениями, определяющими, что означает остаются независимыми от спецификаций более
элемент в терминах данной онтологии уровня i, высокого уровня. В частности, не важна сложность
таким образом, что элемент спецификации их моделей, т. к. все рассуждения проводятся в
становится экземпляром этого выражения, а само терминах онтологий более высокого уровня.
выражение фактически определяет подпонятие,
определённое в терминах онтологии. Таким же образом возможности многоуровневой
Следует отметить, что приведённая в классификации используются для решения задачи
предыдущем разделе спецификация физической семантической интеграции повторно используемых
модели систем звёзд может быть определена как модулей онтологий и концептуальных схем на
онтология, а модель наблюдательных характеристик разных уровнях классификации. Помимо подхода к
звёзд – как концептуальная схема. Ведь на уровне поиску релевантных элементов с помощью
модели наблюдательных характеристик спецификаций метауровня может быть рассмотрена
используются информационные структуры для возможность присоединения повторно
представления данных, таких как координаты используемых модулей в качестве спецификаций
конкретных астрономических объектов и их более высокого уровня. Выполняя роль
светимость, что свойственно концептуальным метаинформации, модуль может оставаться
схемам, В то же время физическая модель призвана независимым и встраиваться без больших
описать абстракцию понятий и общих знаний о трудозатрат.
системах звёзд в целом, что является задачей
онтологии. В этом случае она должна определять Многоуровневые спецификации могут
словарь и свойства основных понятий, использоваться в различных видах моделирования.
используемых в предметной области, посвящённой Они могут определять модель предметной области
системам звёзд. декларативно, не предполагая выполнение
спецификаций (как в приведённых выше примерах).
23
Однако на любом уровне это могут быть и онтологических моделей источников
спецификации исполняемой программы. В этом информации в предметном посреднике //
случае спецификации первого уровня оперируют Системы и средства информатики: Спец. вып.
данными, а спецификации каждого метауровня i – Формальные методы и модели в
оперируют спецификациями уровня i-1 как композиционных инфраструктурах
объектами, то есть данными для них являются распределенных информационных систем. И. А.
спецификации уровня i-1. Это создаёт возможность Соколов (ред.). – М.: ИПИ РАН, 2005. – С. 184-
динамического управления выбором исполняемого 212.
кода. [4] М. Р. Когаловский. Энциклопедия технологий
баз данных. – М.: Финансы и статистика, 2002. –
800 с. – ISBN 5-279-02276-4.
5.4 Диалекты языков [5] М. Р. Когаловский, Л. А. Калиниченко.
Большие возможности при решении задач может Концептуальное моделирование в технологиях
давать одновременное использование нескольких баз данных и онтологические модели. // Труды
диалектов языка на различных уровнях Симпозиума «Онтологическое моделирование»,
классификации или в различных модулях г. Звенигород Московской обл., 19 – 20 мая 2008
спецификаций. Это могут быть: г. Л. А. Калиниченко (ред.). – М.: ИПИ РАН,
• спецификации в моделях различной 2008. – 303 с. – ISBN 978-5-902030-54-6
сложности для возможности решения [6] Н. А. Скворцов, С. А. Ступников.
различных логических задач; Использование онтологии верхнего уровня для
• спецификации различных видов отображения информационных моделей. //
информации, таких как схемы, онтологии, Труды 10-й Всероссийской научной
процессы, сервисы, метаданные и так далее. конференции «Электронные библиотеки:
В контексте мультидиалектных спецификаций перспективные методы и технологии,
многоуровневые спецификации удобны ввиду электронные коллекции» (RCDL’2008). – Дубна:
независимости спецификаций разных уровней и ОИЯИ, 2008. – С. 122-127.
вывода в них. [7] С. А. Ступников, Н. А. Скворцов. Взаимное
отображение канонической информационной
модели и языка OWL 2. // Труды 12-й
6. Заключение Всероссийской научной конференции
Использование многоуровневых спецификаций, «Электронные библиотеки: перспективные
основанных на таксономии классификации в методы и технологии, электронные коллекции»
сочетании с таксономией обобщения/специализации (RCDL’2010). – Казань: КФУ, 2010.
лишь в рамках одного уровня классификации, [8] R. Hull, R. King. Semantic database modelling:
является гибким средством спецификации, Survey, applications and research issues. // ACM
позволяет использовать спецификации уровней Computing Surveys. – Vol. 19, No. 3. – 1987.
независимо, в частности, не теряя возможности [9] L. A. Kalinichenko, S. A. Stupnikov, D. O.
использовать выразительные средства Martynov. SYNTHESIS: a Language for Canonical
спецификации на одном уровне и приемлемый Information Modeling and Mediator Definition for
уровень вычислительной сложности на другом Problem Solving in Heterogeneous Information
уровне. Подход применим для организации Resource Environments. // Moscow: IPI RAN,
повторного использования ресурсов, 2007. – 171 p.
семантического аннотирования, задач достижения [10] J. Mylopoulos, A. Borgida, M. Jarke, M.
семантической интероперабельности ресурсов. Koubarakis. Telos: Representing Knowledge About
Information Systems. // ACM Transactions on
Литература Information Systems. – Vol. 8, No. 4. – 1990. –
P. 325-362.
[1] И. Л. Артемьева. Сложно-структурированные [11] OMG's MetaObject Facility.
предметные области. Построение URL: http://www.omg.org/mof/
многоуровневых онтологий // Информационные [12] Ontolingua. – URL:
технологии. – М.: Новые технологии, 2009. – http://www.ksl.stanford.edu/software/ontolingua/
№ 1. – С. 16-21. [13] OWL Web Ontology Language Guide. W3C
[2] В. Н. Захаров, Л. А. Калиниченко, И. А. Соколов, Recommendation, 10 February 2004. M. K. Smith,
С. А. Ступников. Проектирования канонических C. Welty, D. L. McGuinness (eds.). –
информационных моделей для URL: http://www.w3.org/TR/owl-guide/
интегрированных информационных систем. // [14] OWL 2 Web Ontology Language: Profiles. W3C
Информатика и приложения. – 2007. – Том 1, Recommendation, 27 October 2009. B. Motik, B. C.
выпуск 2. – С. 15-38. Grau, I. Horrocks, Zh. Wu, A. Fokoue, C. Lutz
[3] Л. А. Калиниченко, Н. А. Скворцов. Реверсивное (eds). – URL: http://www.w3.org/TR/owl2-
онтологическое моделирование при profiles/
унифицированном представлении различных
24
[15] RDF Vocabulary Description Language 1.0: RDF
Schema. W3C Recommendation, 10 February
2004. D. Brickley, R. V. Guha (eds.). –
URL: http://www.w3.org/TR/rdf-schema/
Multilayer Specifications
in Conceptual and Ontological Modeling
© A.E. Vovchenko, V.N. Zakharov,
L.A. Kalinichenko, D.Yu. Kovalyov,
O.V. Ryabukhin, N.A. Skvortsov, S.A. Stupnikov
The investigation is dedicated to multilayer
specifications in conceptual and ontological
modeling. Instantiation relation serves as a
mean for expression of such specifications.
Historical aspects of investigations in
multilayer conceptual modeling are
considered, issues of computational
complexity during the use of multilayer
specifications are discussed. An approach to
modeling of subject domains with the use of
multilayer descriptions and a kind of
interconnection of ontological and conceptual
modeling using this approach are represented.
♣
Работа выполнена при финансовой поддержке
РФФИ (проекты 08-07-00157-а, 10-07-00342-a, 11-
07-00402-а) и Программы фундаментальных
исследований Президиума РАН № 15, проект 4.2.
25