Автоматизация разработки онтологий научных предметных областей на основе паттернов онтологического проектирования

Загорулько Юрий Алексеевич; Сидорова Елена Анатольевна; Загорулько Галина Борисовна; Ахмадеева Ирина Равильевна; Серый Алексей Сергеевич; Zagorulko Yury Alekseevich; Sidorova Elena Anatolievna; Zagorulko Galina Borisovna; Akhmadeeva Irina Ravilevna; Sery Alexey Sergeevich

doi:10.18287/2223-9537-2021-11-4-500-520

Научные статьи \ Общие вопросы науки и культуры \ Информационные технологии. Вычислительная техника. Обработка данных \ Искусственный интеллект

Автоматизация разработки онтологий научных предметных областей на основе паттернов онтологического проектирования

Автор: Загорулько Юрий Алексеевич, Сидорова Елена Анатольевна, Загорулько Галина Борисовна, Ахмадеева Ирина Равильевна, Серый Алексей Сергеевич

Журнал: Онтология проектирования @ontology-of-designing

Рубрика: Инжиниринг онтологий

Статья в выпуске: 4 (42) т.11, 2021 года.

Бесплатный доступ

В настоящее время онтологии признаны наиболее эффективным средством формализации и систематизации знаний и данных в научных предметных областях (НПрО). Однако разработка онтологии является сложным и трудоёмким процессом. Практика показала, что при разработке онтологий НПрО, особенно эффективно применение паттернов онтологического проектирования. Это связано с тем, что в онтологии НПрО, как правило, содержится большое количество типовых фрагментов, которые хорошо описываются паттернами онтологического проектирования. Благодаря тому, что использование паттернов онтологического проектирования значительно облегчает разработку онтологии НПрО, к ней можно привлечь экспертов в моделируемой НПрО, не владеющих навыками онтологического моделирования. Для получения онтологии НПрО, необходимо обработать огромное количество публикаций, релевантных моделируемой НПрО. Облегчить и ускорить процесс пополнения онтологии информацией из таких источников можно за счёт использования лексико-синтаксических паттернов онтологического проектирования. В статье представлен подход к автоматизированному построению онтологий НПрО на основе системы разнородных паттернов ОП. Система включает паттерны ОП, предназначенные для разработчиков онтологий, и автоматически построенные на их основе лексико-синтаксические паттерны, с помощью которых может выполняться автоматическое пополнение онтологии информацией, извлекаемой из текстов на естественном языке.

Еще

Научная предметная область, паттерн. онтологическое проектирование, паттерны содержания, автоматическая генерация паттернов, пополнение онтологии

Короткий адрес: https://sciup.org/170191752

IDR: 170191752 | УДК: 004.822:004.89 | DOI: 10.18287/2223-9537-2021-11-4-500-520

Automation of the development of ontologies of scientific subject domains based on ontology design patterns

At present, ontologies are recognized as the most effective means of formalizing and systematizing knowledge and data in scientific subject domains (SSDs). However, the development of an ontology is a rather complicated and time-consuming process. All indications are that when developing SSDs ontologies, it is especially effective to use ontology design patterns (ODPs). This is due to the fact that the SSD ontology, as a rule, contains a large number of typical fragments, which are well described by the ODPs. In addition, due to the fact that the use of ODPs greatly facilitates the development of an SSD ontology, it is possible to involve experts in a modeled SSD not possessing the skills of ontological modeling. To obtain an ontology that adequately describes the SSD, it is necessary to process a huge number of publications relevant to the modeled SSD. It is possible to facilitate and accelerate the process of populating the ontology with information from such sources by using the lexical and syntactic patterns of ontological design. The paper presents an approach to the automated development of SSDs ontologies based on a system of heterogeneous ODPs. This system includes both ODPs intended for ontology developers and lexical and syntactic patterns built on the basis of the above-mentioned types of the ODPs and the current version of the SSD ontology.

Еще

Список литературы Автоматизация разработки онтологий научных предметных областей на основе паттернов онтологического проектирования

Загорулько, Ю.А. Методы и методологии разработки, сопровождения и реинжиниринга онтологий / Ю.А. Загорулько // Симпозиум «Онтологическое моделирование: состояние и направления исследований и применения» (Звенигород, 20-21 мая). - М.: ИПИ РАН, 2008. С.135-162.
Sattar, A. Comparative Analysis of Methodologies for Domain Ontology Development: A Systematic Review / A. Sattar, E. Salwana, M. Surin, M.N. Ahmad, M. Ahmad, A.K. Mahmood // International Journal of Advanced Computer Science and Applications. 2020. Vol.11(5). P.99-108.
Noy, N. Ontology Development 101: A Guide to Creating Your First Ontology / N. Noy, D. McGuinness // Stanford Knowledge Systems Laboratory Technical Report KSL-01-05 and Stanford Medical Informatics Technical Report SMI-2001-0880, March 2001.
Brusa, G. Towards ontological engineering: a process for building a domain ontology from scratch in public administration / G. Brusa, M. L. Caliusco, and O. Chiotti // Expert Systems. 2008. Vol.25. P.484-503.
De Nicola, A. A Lightweight Methodology for Rapid Ontology Engineering / A. De Nicola, M. Missikoff // Com. ACM. 2016. Vol.59. P.79-86.
Загорулько, Ю.А. Технология построения онтологий для порталов научных знаний / Ю.А. Загорулько, О.И. Боровикова // Вестник НГУ. Серия: Информационные технологии (ISSN 1818-7900). 2007. Т.5, №2. С.42-52.
Gangemi, A. Ontology Design Patterns / A. Gangemi, V. Presutti // In: Staab S., Studer R. (eds) Handbook on Ontologies. IHIS. - Springer, Berlin, Heidelberg, 2009. P.221-243.
Загорулько, Ю.А. Технология создания тематических интеллектуальных научных интернет-ресурсов, базирующаяся на онтологии / Ю.А. Загорулько, Г.Б. Загорулько, О.И. Боровикова // Программная инженерия. - 2016. Т.7. №2. С.51-60.
Asim, M.-N. A survey of ontology learning techniques and applications / M.-N. Asim, M. Wasim, M.U.G. Khan et al. // Database: The Journal of Biological Databases and Curation. 2018. Vol.2018. doi:10.1093/database/bay101.
Blomqvist, E. Engineering Ontologies with Patterns: The eXtreme Design Methodology / E. Blomqvist, K. Ham-mar, V. Presutti // In: Hitzler, P., Gangemi, A., Janowicz, K., Krisnadhi, A., Presutti, V. (eds.) Ontology Engineering with Ontology Design Patterns. Studies on the Semantic Web. Vol.25. Amsterdam, IOS Press, 2016. P.23-50.
Ломов, П.А. Применение паттернов онтологического проектирования для создания и использования онтологий в рамках интегрированного пространства знаний / П.А. Ломов // Онтология проектирования. 2015. Т.5. №2(16). С.233-245.
Загорулько, Ю.А. Применение паттернов онтологического проектирования при разработке онтологий научных предметных областей / Ю.А. Загорулько, О.И. Боровикова, Г.Б. Загорулько // Selected Papers of the 19th International Conference on Data Analytics and Management in Data Intensive Domains, DAMDID/RCDL 2017. Vol.2022. P.258-265. CEUR Workshop Proceedings (CEUR-WS.org), 2017.
Zagorulko, Yu. Pattern-Based Methodology for Building the Ontologies of Scientific Subject Domains / Yu. Zagorulko, O. Borovikova, G. Zagorulko // In: New Trends in Intelligent Software Methodologies, Tools and Techniques. Proceedings of the 17th International Conference SoMeT_18. H. Fujita and E. Herrera-Viedma (Eds.). Series: Frontiers in Artificial Intelligence and Applications. Vol. 303. Amsterdam: IOS Press, 2018. P.529-542.
Petasis, G. Ontology Population and Enrichment: State of the Art / Petasis, G., Karkaletsis, V., Paliouras, G., Krithara, A., Zavitsanos, E. // In: Paliouras, G., Spyropoulos, C.D., Tsatsaronis, G. (eds) Knowledge-Driven Multimedia Information Extraction and Ontology Evolution). Lecture Notes in Computer Science, vol. 6050. - Springer, Berlin, Heidelberg, 2011. P.134-166.
Ganino, G. Ontology population for open-source intelligence: a GATE-based solution / G. Ganino, D. Lembo, M. Mecella, F. Scafoglieri // Software: Practice and Experience. 2018. Vol.48(12).
Maynard, D. Using Lexico-Syntactic Ontology Design Patterns for Ontology Creation and Population / D. Maynard, A. Funk, W. Peters // In: Proc. Workshop on Ontology Patterns (WOP 2009), collocated with the 8th Int. Semantic Web Conf. (ISWC-2009). Vol.516. P.39-52. CEUR Workshop Proceedings (CEUR-WS.org), 2009.
Ijntema, W. A lexico-semantic pattern language for learning ontology instances from text / W. Ijntema, J. Sangers, F. Hogenboom, F. Frasincar // Journal of Web Semantics. 2012. Vol.15. P.37-50.
NeOn project home. - http://www.neon-project.org
Association for Ontology Design & Patterns (ODPA). - http://ontologydesignpatterns.org/wiki/ODPA
Karima, N. How to Document Ontology Design Patterns / Karima, N., Hammar, K., Hitzler, P. // In: Advances in Ontology Design and Patterns. Studies on the Semantic Web. vol.32. P.5-27. IOS Press, Kobe, Japan (2017).
Antoniou, G. Web Ontology Language: OWL / G. Antoniou, F. Harmelen // In: Handbook on Ontologies. Staab, S. and R. Studer. (eds.) - Berlin: Springer Verlag, 2009. P.91-110.
Сидорова, Е.А. Подход к моделированию процесса извлечения информации из текста на основе онтологии / Е.А. Сидорова // Онтология проектирования. 2018. Т.8, №1(27). С.134-151. DOI: 10.18287/2223-9537-20188-1-134-151.
Нариньяни, А.С. Неопределённость в системах представления и обработки знаний / А.С. Нариньяни // Изв. АН СССР. Техн. кибернетика, 1988. №5.
Sidorova, E. The Software Environment for Multi-Aspect Study of Lexical Characteristics of Text / E. Sidorova, I. Akhmadeeva // In: Selected Papers of the XX International Conference on Data Analytics and Management in Data Intensive Domains (DAMDID/RCDL 2019). - CEUR Workshop Proceedings, 2019. Vol.2523. P.306-315.
Garanina, N. A Multi-agent Text Analysis Based on Ontology of Subject Domain / N. Garanina, E. Sidorova, E. Bodin // In: Voronkov, A., Virbitskaite, I. (eds.) Perspectives of System Informatics (PSI 2014). LNCS, vol. 8974. - Springer, Heidelberg 2015. P.102-110.
Lamy, J.-B. Owlready: Ontology-oriented programming in Python with automatic classification and high level constructs for biomedical ontologies / J.-B. Lamy // Artificial Intelligence In Medicine. 2017. Vol.80. P.11-28.
Загорулько, Г.Б. Разработка онтологии для интернет-ресурса поддержки принятия решений в слабоформа-лизованных областях / Г.Б. Загорулько // Онтология проектирования. 2016. Т.6. №4(22). С.485-500.
de Cea, G.A. Using Linguistic Patterns to Enhance Ontology Development / G.A. de Cea, A. Gomez-Perez, E. Montiel-Ponsoda, M. C. Suarez-Figueroa // In: Proc. Int. Conf. on Knowledge Engineering and Ontology Development (KEOD 2009) (Funchal - Madeira, Portugal, October 6-8, 2009). P.206-213. INSTICC Press, 2009.

Еще