Ontología (ciencias de la computación)

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En informática y ciencias de la información, una ontología abarca una representación, denominación formal y definición de las categorías, propiedades y relaciones entre los conceptos, datos y entidades que sustentan uno, muchos, o todos los dominios del discurso. Más simplemente, una ontología es una forma de mostrar las propiedades de un área temática y cómo se relacionan, definiendo un conjunto de conceptos y categorías que representan el tema.

Cada disciplina o campo académico crea ontologías para limitar la complejidad y organizar los datos en información y conocimiento. Cada uno utiliza supuestos ontológicos para enmarcar teorías, investigaciones y aplicaciones explícitas. Las nuevas ontologías pueden mejorar la resolución de problemas dentro de ese dominio. La traducción de trabajos de investigación dentro de cada campo es un problema que se hace más fácil cuando expertos de diferentes países mantienen un vocabulario controlado de jerga entre cada uno de sus idiomas.

Por ejemplo, la definición y ontología de la economía es una preocupación principal en la economía marxista, pero también en otros subcampos de la economía. Un ejemplo de economía que se basa en la ciencia de la información ocurre en los casos en que una simulación o un modelo pretende permitir decisiones económicas, como determinar qué activos de capital están en riesgo y en qué cantidad (ver gestión de riesgos).

Lo que tienen en común las ontologías tanto en informática como en filosofía es el intento de representar entidades, ideas y eventos, con todas sus propiedades y relaciones interdependientes, según un sistema de categorías. En ambos campos, existe un trabajo considerable sobre problemas de ingeniería ontológica (p. ej., Quine y Kripke en filosofía, Sowa y Guarino en informática) y debates sobre hasta qué punto es posible la ontología normativa (p. ej., fundacionalismo y coherencia en filosofía, BFO y Cyc en inteligencia artificial).

La ontología aplicada se considera sucesora del trabajo anterior en filosofía, sin embargo, muchos esfuerzos actuales están más preocupados por establecer vocabularios controlados de dominios estrechos que los primeros principios, la existencia de esencias fijas o si los objetos perdurables (por ejemplo, perdurantismo y perdurantismo) pueden ser ontológicamente más primario que los procesos. La inteligencia artificial ha retenido la mayor parte de la atención con respecto a la ontología aplicada en subcampos como el procesamiento del lenguaje natural dentro de la traducción automática y la representación del conocimiento, pero los editores de ontología se utilizan a menudo en una variedad de campos como la educación sin la intención de contribuir a la IA.

Etimología

La palabra compuesta ontología combina onto-, del griego ὄν, on (gen. ὄντος, ontos), es decir, "ser; lo que es", que es el participio presente del verbo εἰμί, eimí, es decir, "ser, yo soy", y -λογία, -logia< /i>, es decir, "discurso lógico", ver compuestos clásicos para este tipo de formación de palabras.

Si bien la etimología es griega, el registro más antiguo existente de la palabra en sí, la nueva forma latina ontologia, apareció en 1606 en la obra Ogdoas Scholastica de Jacob Lorhard (Lorhardus) y en 1613 en el Lexicon philosophicum de Rudolf Göckel (Goclenius).

La primera aparición en inglés de ontology según lo registrado por el OED (Oxford English Dictionary, edición en línea, 2008) se produjo en Archeologia Philosophica Nova o Nuevos principios de la filosofía de Gideon Harvey.

Historia

Las ontologías surgen de la rama de la filosofía conocida como metafísica, que trata cuestiones como "¿qué existe?" y "¿cuál es la naturaleza de la realidad?". Una de las cinco ramas tradicionales de la filosofía, la metafísica se ocupa de explorar la existencia a través de propiedades, entidades y relaciones tales como aquellas entre particulares y universales, propiedades intrínsecas y extrínsecas, o esencia y existencia. La metafísica ha sido un tema de discusión constante desde la historia registrada.

Desde mediados de la década de 1970, los investigadores en el campo de la inteligencia artificial (IA) han reconocido que la ingeniería del conocimiento es la clave para construir sistemas de IA grandes y potentes. Los investigadores de IA argumentaron que podrían crear nuevas ontologías como modelos computacionales que permitan ciertos tipos de razonamiento automatizado, lo que solo tuvo un éxito marginal. En la década de 1980, la comunidad de IA comenzó a utilizar el término ontología para referirse tanto a una teoría de un mundo modelado como a un componente de los sistemas basados en el conocimiento. En particular, David Powers introdujo la palabra ontología a la IA para referirse a la puesta a tierra robótica o del mundo real, y en 1990 publicó revisiones de la literatura que enfatizaban la ontología fundamentada en asociación con la convocatoria de artículos para un Simposio de verano de la AAAI Aprendizaje automático de Lenguaje Natural y Ontología, con una versión ampliada publicada en el Boletín SIGART e incluida como prólogo de las actas. Algunos investigadores, inspirándose en las ontologías filosóficas, vieron la ontología computacional como una especie de filosofía aplicada.

En 1993, la página web y el artículo ampliamente citados "Hacia principios para el diseño de ontologías utilizadas para compartir conocimientos" por Tom Gruber usó ontología como un término técnico en informática estrechamente relacionado con la idea anterior de redes semánticas y taxonomías. Gruber introdujo el término como una especificación de una conceptualización:

Una ontología es una descripción (como una especificación formal de un programa) de los conceptos y relaciones que pueden existir formalmente para un agente o una comunidad de agentes. Esta definición es consistente con el uso de la ontología como conjunto de definiciones de concepto, pero más general. Y es un sentido diferente de la palabra que su uso en la filosofía.

Intentando distanciar las ontologías de las taxonomías y esfuerzos similares en el modelado del conocimiento que se basan en clases y herencia, Gruber afirmó (1993):

Las ontologías son a menudo equiparadas con jerarquías taxonómicas de clases, definiciones de clase y la relación de subsumo, pero las ontologías no deben limitarse a estas formas. Las ontologías tampoco se limitan a definiciones conservadoras, es decir, definiciones en el sentido lógico tradicional que sólo introducen terminología y no añaden ningún conocimiento sobre el mundo. Para especificar una conceptualización, hay que indicar axiomas que limitan las posibles interpretaciones de los términos definidos.

Como refinaron la definición de Gruber, Feilmayr y Wöß (2016) afirmaron: "Una ontología es una especificación formal y explícita de una conceptualización compartida que se caracteriza por una alta expresividad semántica requerida para una mayor complejidad.&# 34;

Componentes

Las ontologías contemporáneas comparten muchas similitudes estructurales, independientemente del lenguaje en el que se expresen. La mayoría de las ontologías describen individuos (instancias), clases (conceptos), atributos y relaciones. En esta sección se analiza cada uno de estos componentes por separado.

Los componentes comunes de las ontologías incluyen:

Personas
Instances o objetos (los objetos básicos o "nivel terrestre)
Clases
Conjuntos, colecciones, conceptos, clases de programación, tipos de objetos o tipos de cosas
Atributos
Aspectos, propiedades, características, características o parámetros que objetos (y clases) pueden tener
Relaciones
Formas en que las clases y los individuos pueden estar relacionados entre sí
Condiciones de funcionamiento
Estructuras complejas formadas por ciertas relaciones que pueden utilizarse en lugar de un término individual en una declaración
Restricciones
Descripción formalmente declarada de lo que debe ser verdadero para que alguna afirmación sea aceptada como entrada
Reglas
Declaraciones en forma de una frase si-entonces (consecuente-antecedent) que describen las inferencias lógicas que pueden extraerse de una afirmación en una forma particular
Axiomas
Asserciones (incluyendo reglas) en una forma lógica que juntos componen la teoría general que la ontología describe en su dominio de aplicación. Esta definición difiere de la de los "axiomas" en la gramática generativa y la lógica formal. En esas disciplinas, los axiomas incluyen sólo declaraciones afirmadas como a priori conocimiento. Como se utiliza aquí, "axiomas" también incluye la teoría derivada de afirmaciones axiomáticas
Eventos
Cambio de atributos o relaciones

Las ontologías se suelen codificar mediante lenguajes de ontología.

Tipos

Ontología de dominio

Una ontología de dominio (u ontología de dominio específico) representa conceptos que pertenecen a un ámbito del mundo, como la biología o la política. Cada ontología de dominio típicamente modela definiciones de términos específicas de dominio. Por ejemplo, la palabra tarjeta tiene muchos significados diferentes. Una ontología sobre el dominio del póquer modelaría el "naipe" significado de la palabra, mientras que una ontología sobre el dominio del hardware computacional modelaría la "tarjeta perforada" y "tarjeta de video" significados

Dado que las ontologías de dominio están escritas por diferentes personas, representan conceptos de maneras muy específicas y únicas y, a menudo, son incompatibles dentro del mismo proyecto. A medida que los sistemas que se basan en ontologías de dominio se expanden, a menudo necesitan fusionar ontologías de dominio ajustando manualmente cada entidad o usando una combinación de fusión y ajuste manual de software. Esto presenta un desafío para el diseñador de ontologías. Surgen diferentes ontologías en el mismo dominio debido a diferentes lenguajes, diferentes usos previstos de las ontologías y diferentes percepciones del dominio (basadas en antecedentes culturales, educación, ideología, etc.).

En la actualidad, fusionar ontologías que no se desarrollan a partir de una ontología superior común es un proceso en gran parte manual y, por lo tanto, requiere mucho tiempo y dinero. Las ontologías de dominio que utilizan la misma ontología superior para proporcionar un conjunto de elementos básicos con los que especificar los significados de las entidades de ontología de dominio se pueden fusionar con menos esfuerzo. Hay estudios sobre técnicas generalizadas para fusionar ontologías, pero esta área de investigación aún está en curso, y es un evento reciente que se eludió el problema al tener múltiples ontologías de dominio que usan la misma ontología superior como OBO Foundry.

Ontología superior

Una ontología superior (u ontología fundamental) es un modelo de las relaciones y objetos comúnmente compartidos que generalmente se aplican en una amplia gama de ontologías de dominio. Por lo general, emplea un glosario central que abarca los términos y las descripciones de objetos asociados tal como se utilizan en varias ontologías de dominio relevantes.

Las ontologías superiores estandarizadas disponibles para su uso incluyen BFO, el método BORO, Dublin Core, GFO, Cyc, SUMO, UMBEL, la ontología fundamental unificada (UFO) y DOLCE. WordNet ha sido considerado una ontología superior por algunos y se ha utilizado como una herramienta lingüística para aprender ontologías de dominio.

Ontología híbrida

La ontología Gellish es un ejemplo de una combinación de una ontología superior y otra de dominio.

Visualización

Katifori et al. presentan un estudio de los métodos de visualización de ontologías. Una encuesta actualizada de métodos y herramientas de visualización de ontologías fue publicada por Dudás et al. Los métodos de visualización de ontologías más establecidos, a saber, la visualización de gráficos y árboles sangrados, son evaluados por Fu et al. La Notación visual para ontologías OWL (VOWL) especifica un lenguaje visual para las ontologías representadas en OWL.

Ingeniería

La ingeniería de ontologías (también llamada construcción de ontologías) es un conjunto de tareas relacionadas con el desarrollo de ontologías para un dominio particular. Es un subcampo de la ingeniería del conocimiento que estudia el proceso de desarrollo de ontologías, el ciclo de vida de ontologías, los métodos y metodologías para construir ontologías y las herramientas y lenguajes que las soportan.

La ingeniería de ontología tiene como objetivo hacer explícito el conocimiento contenido en las aplicaciones de software y los procedimientos organizacionales para un dominio en particular. La ingeniería de ontologías ofrece una dirección para superar los obstáculos semánticos, como los relacionados con las definiciones de términos comerciales y clases de software. Los desafíos conocidos con la ingeniería de ontología incluyen:

  1. Garantizar la ontología corriente con conocimiento de dominio y uso a plazo
  2. Previsión suficiente especificidad y cobertura conceptual para el dominio del interés, minimizando así el problema de integridad del contenido
  3. Garantizar la ontología puede apoyar sus casos de uso

Editores

Los editores de ontologías son aplicaciones diseñadas para asistir en la creación o manipulación de ontologías. Es común que los editores de ontologías utilicen uno o más lenguajes de ontologías.

Los aspectos de los editores de ontologías incluyen: posibilidades de navegación visual dentro del modelo de conocimiento, motores de inferencia y extracción de información; soporte para módulos; la importación y exportación de lenguajes de representación de conocimientos extranjeros para la comparación de ontologías; y el soporte de meta-ontologías como OWL-S, Dublin Core, etc.

Aprendizaje

El aprendizaje de ontologías es la creación automática o semiautomática de ontologías, incluida la extracción de los términos de un dominio del texto del lenguaje natural. Dado que la construcción manual de ontologías requiere mucho trabajo y mucho tiempo, existe una gran motivación para automatizar el proceso. Se han explorado la extracción de información y la minería de texto para vincular automáticamente ontologías a documentos, por ejemplo, en el contexto de los desafíos BioCreative.

Investigación

Supuestos epistemológicos, que en la investigación pregunta "¿Qué sabes? o "¿Cómo lo sabes?", crea la base que los investigadores usan cuando abordan un tema o área determinada para una posible investigación. Dado que la epistemología está directamente relacionada con el conocimiento y con la forma en que llegamos a aceptar ciertas verdades, las personas que realizan investigaciones académicas deben comprender qué les permite comenzar a construir teorías. Simplemente, los supuestos epistemológicos obligan a los investigadores a preguntarse cómo llegan al conocimiento que tienen.

Idiomas

Un lenguaje de ontología es un lenguaje formal utilizado para codificar una ontología. Hay varios lenguajes de este tipo para ontologías, tanto propietarios como basados en estándares:

Ejemplos publicados

El proyecto de la comunidad W3C Linking Open Data coordina los intentos de converger diferentes ontologías en la Web Semántica mundial.

Bibliotecas

El desarrollo de las ontologías ha dado lugar a la aparición de servicios que proporcionan listas o directorios de ontologías denominados bibliotecas de ontologías.

Las siguientes son bibliotecas de ontologías seleccionadas por humanos.

Los siguientes son directorios y motores de búsqueda.

Ejemplos de aplicaciones

En general, las ontologías se pueden utilizar de forma beneficiosa en varios campos.