ГОСТ Р ИСО/МЭК 21838-1-2021. Национальный стандарт Российской Федерации. Информационные технологии. Онтологии высшего уровня (TLO). Часть 1. Требования

(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 25.10.2021 № 1287-ст)

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

01.040.35

30 апреля 2022 года

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Обществом с ограниченной ответственностью «Информационно-аналитический вычислительный центр» (ООО ИАВЦ) на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 октября 2021 г. № 1287-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО/МЭК 21838-1:2021 «Информационные технологии. Онтологии высшего уровня (TLO). Часть 1. Требования» (ИСО/МЭК 21838-1:2021 «Information technology — Top-level ontologies (TLO) — Part 1: Requirements», IDT).

ИСО/МЭК 21838-1 разработан подкомитетом ПК 32 «Менеджмент данных и обмен данными» Совместного технического комитета СТК 1 «Информационные технологии» Международной организации по стандартизации (ИСО) и Международной электротехнической комиссии (МЭК).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

Дополнительные сноски в тексте стандарта, выделенные курсивом, приведены для пояснения текста оригинала

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

6 Некоторые положения международного стандарта, указанного в пункте 4, могут являться объектом патентных прав. ИСО и МЭК не несут ответственности за идентификацию подобных патентных прав

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. № 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

Введение

Настоящий стандарт был разработан для удовлетворения потребности многих заинтересованных сторон в основанных на онтологиях решениях проблемы семантической совместимости сетей информационных систем. Такая потребность возникает, в частности, у крупных организаций и объединений в таких областях, как биоинформатика, здравоохранение и обрабатывающая промышленность, а также у военных и государственных учреждений, где независимо созданные информационные системы должны обмениваться данными с сохранением их смысла.

Онтология — это, с одной стороны, предназначенный для использования человеком артефакт на основе терминов и отношений, выраженных с использованием естественного языка. С другой стороны, это артефакт, предназначенный для использования компьютерами. Для этого данные термины и отношения должны быть зафиксированы с использованием формализованного машинно-распознаваемого языка с четко определенной (обычно теоретико-модельной) семантикой. Для формализации онтологий было разработано несколько языков. В настоящем стандарте присутствуют ссылки на Общую логику (CL) <1> и Web Ontology Language (OWL) <2>, в частности OWL 2 с прямой семантикой.

---

<1> Далее по тексту используется сокращение CL.

<2> Далее по тексту используется сокращение OWL.

Онтология может содействовать обеспечению смыслового обмена, поскольку ее термины связаны с формальными определениями значений, представленными таким образом, чтобы их можно было обрабатывать вычислительными средствами. При совместном использовании определенной онтологии организации-участники получают возможность обмениваться данными с сохранением их смысла, если такие данные можно увязать с соответствующими общими терминами онтологии.

У CL и OWL 2 разные цели. CL — это логическая структура с выраженными признаками языка логики первого порядка (FOL) <3>, объединяющая все варианты применения семантической паутины. Для целей настоящего стандарта требуется формализация языка с выразительностью FOL, поскольку более слабая выразительность не позволила бы онтологии формально охватить импликации аксиом в таких областях, как мереология, теории локации и изменений.

---

<3> Далее по тексту используется сокращение FOL.

Формализация с использованием языка OWL 2 необходима, даже если этот язык менее выразителен, чем CL. Причина — в его разрешимости, то есть в возможности эффективно использоваться компьютерными системами для логических рассуждений и обеспечения качества онтологий.

В тех случаях, когда разнородные массивы данных подлежат передаче или обработке, иногда используют подходы, предусматривающие создание набора онтологий с различением уровней и одной общей онтологией на верхнем уровне, которая управляет одним или несколькими конкретными модулями онтологий на более низких уровнях (примеры см. в приложении A). Настоящий стандарт отвечает задачам тех сообществ, которые реализуют подобные многоуровневые подходы. В частности, его задача — определить требования к онтологии высшего уровня с точки зрения тех, кто формирует либо модифицирует онтологии или другие унаследованные системы на более низких уровнях, таким образом, чтобы обеспечить семантическую совместимость между ними.

Чтобы соответствовать определенной цели, онтология высшего уровня (TLO) должна иметь соответствующий контент, который хорошо задокументирован и доступен в машиночитаемых формах для поддержки логических вычислений. Настоящий стандарт определяет такие требования с точки зрения охвата, документирования и представления.

1 Область применения

Настоящий стандарт определяет необходимые характеристики не связанной с конкретной предметной областью онтологии высшего уровня, которая может использоваться в тандеме с онтологиями предметных областей на более низких уровнях для поддержки обмена данными, их извлечения, обнаружения, интеграции и анализа.

Если онтология должна обеспечивать полный охват с целью взаимодействия онтологий предметных областей, поддерживая тем самым разработку и использование специально созданных наборов онтологий, она должна удовлетворять определенным требованиям. Настоящий стандарт определяет такие требования. Настоящий стандарт также решает множество других задач, связанных с достижением семантической совместимости, например в отношении устаревших онтологий, разработанных с использованием разнородных категорий более высокого уровня, где согласованная онтология высшего уровня может определить цель для внесения согласованных изменений.

Настоящий стандарт определяет характеристики, которыми должна обладать онтология, чтобы обеспечить обмен, извлечение, интеграцию и анализ данных компьютерными системами.

В область применения настоящего стандарта входят следующие вопросы:

• определение требований, которым должна соответствовать централизованная онтология высшего уровня;
• определение отношений между онтологией высшего уровня и онтологиями предметных областей;
• уточнение роли, которую играют термины в онтологии высшего уровня при формулировании определений и аксиом в онтологиях более низких уровней.

Нижеследующее выходит за рамки настоящего стандарта:

• спецификация языков онтологий, в том числе языков OWL 2 и CL, используемых при разработке онтологий со стандартной теоретико-модельной семантикой;
• определение методов обоснования с помощью онтологий;
• определение трансляторов нотаций онтологий, разработанных на разных языках описания онтологий;
• определение правил, регулирующих использование интернационализированных идентификаторов ресурсов (IRI) в качестве постоянных идентификаторов для терминов онтологии;
• определение принципов сопровождения и контроля версий онтологий;
• определение правил использования онтологий для маркировки или аннотирования данных.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты [для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного стандарта, для недатированных — последнее издание (включая все изменения к нему)]:

ISO/IEC 24707, Information technology — Common Logic (CL) — A framework for a family of logic-based languages (Информационные технологии. Общая логика (CL). Структура семейства языков, основанных на логике)

WORLD WIDE CONSORTIUM W3C Recommendation — OWL 2 Web Ontology Language Document Overview (second Edition) (Рекомендации W3C. OWL 2. Язык веб-онтологий. Общий обзор документа (издание второе)), https://www.w3.org/TR/2012/REC-owl2-overview-20121211/

WORLD WIDE WEB CONSORTIUM W3C Recommendation — OWL 2 Web Ontology Language Direct Semantics (Рекомендации W3C. OWL 2. Прямая семантика языка веб-онтологий), https://www.w3.org/TR/owl2-direct-semantics/

WORLD WIDE WEB CONSORTIUM W3C Recommendation — OWL 2 Web Ontology Language Structural Specification and Functional-Style Syntax (Second Edition) (Рекомендации W3C. OWL 2. Спецификация структуры языка веб-онтологий и функционально-стилевой синтаксис (издание второе)), http://www.w3.org/TR/2012/REC-owl2-syntax-20121211/

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

ИСО и МЭК ведут терминологические базы данных для их использования в стандартизации по следующим адресам:

• IEC Electropedia: доступна по адресу http://www.electropedia.org/;
• платформа просмотра ISO Online: доступна по адресу https://www.iso.org/obp.

Примечание - Следующие термины с соответствующими определениями не предназначены для замены существующих технических глоссариев, используемых при разработке и сопровождении онтологий, например, W3C. Чтобы уменьшить вероятность путаницы, рекомендуемые W3C варианты использования выражений выделены прописными буквами.

3.1 объект сущности (entity object): Объект, подлежащий восприятию или осмыслению [20].

Примечание — Термины «сущность» и «объект» являются универсальными и аналогичны понятию «нечто». В глоссариях обычно используется понятие «объект». В онтологиях обычно используются понятия «сущность» и «вещь». См. B.3.3.

3.2 класс (class): Общая сущность (3.1).

Примечание - В некоторых онтологических сообществах все общие сущности называются классами. В других онтологических сообществах различают классы как расширения общих сущностей (например, как наборы экземпляров) и сами общие сущности, иногда называемые «типами», «видами» или «универсумами». Выражение «класс или тип» используется в настоящем стандарте для указания на нейтральность в отношении этих разных понятий.

3.3 партикулярия (particular): Отдельная сущность (3.1).

Примечание - В отличие от классов или типов партикулярии не являются примерами или экземплярами последующих сущностей.

3.4 отношение (relation): Способ, которым связаны сущности (3.1).

Примечания

1 Между партикуляриями могут существовать отношения (эта лапа является частью этого льва); отношения также могут возникать между классами или типами (млекопитающее — это подкласс живых организмов), либо между частностями и классами или типами (данный лев является представителем млекопитающих). С некоторых точек зрения идентичность трактуется как отношение, связывающее сущность с самой собой.

2 Данные о различии между «отношением» и «выражением отношения» приведены в 3.6, примечание 1.

3 «Отношение» — это первичный термин (см. 4.1.1, примечание 1).

3.5 выражение (expression): Слово или группа слов либо соответствующие символы, которые могут использоваться в утверждении.

Примечание - Выражения делятся на выражения на естественном языке и выражения на формальном языке.

3.6 выражение отношения (relation expression): Выражение (3.5), используемое для утверждения об отношении (3.4).

Пример - «относится к» («подтип» или «подкласс»), «часть чего-либо», «член чего-либо», «конкретизирует», «следует за», «собрат чего-либо», «температура чего-либо».

Примечания

1 Термин «выражение отношения» вводится для устранения путаницы в тех случаях, когда один человек использует «отношение» для обозначения связи между сущностями в реальном мире (как в 3.4), в то время как другой использует «отношение» для обозначения лингвистического представления этой связи в реальном мире.

2 В языке OWL 2 выражения отношения называются свойствами. «Выражение» используется для обозначения логической композиции: имя класса в OWL 2 логически простое, а выражение класса — логически сложное. В FOL «n-арный предикат» часто используется как синоним «выражения отношения».

3.7 термин (term): Выражение (3.5), относящееся к некоторому классу (3.2) или некоторой партикулярии (3.3).

Примечание - Онтология обычно содержит уникальный «рекомендуемый термин» для сущностей в пределах своего охвата. Рекомендуемые термины могут быть дополнены другими терминами, признанными в онтологии их синонимами.

3.8 определение (definition): Лаконичная формулировка смысла выражения (3.5).

Примечания

1 Для целей настоящего стандарта применяются определения двух видов: (1) определения, сформулированные с использованием естественного языка, например английского, с дополнениями в случае необходимости в виде технических терминов или кодов, используемых в какой-либо узкоспециальной предметной области.

2 Определения, которые сформулированы с использованием интерпретируемого компьютером языка, такого как OWL 2 или CL.

3.9 аксиома (axiom): Утверждение, которое считается истинным и служит предпосылкой для дальнейшего обоснования.

Примечание - Аксиомы могут быть сформулированы как предложения на естественном языке или как формулы на формальном языке. В сообществе OWL понятие «аксиома» используется для обозначения утверждений, которые говорят о том, что является истиной в предметной области, и являются «базовыми» в том смысле, что они не выводятся из других утверждений.

3.10 формальный язык (formal language): Машиночитаемый язык с четко определенной семантикой.

Примечание - Четко определенная семантика обычно является теоретико-модельной.

3.11 формальная теория (formal theory): Совокупность определений (3.8) и аксиом (3.9), выраженных на формальном языке (3.10).

Примечание - В некоторых формальных теориях определения выражаются с помощью аксиом.

3.12 аксиоматизация (axiomatization): Результат выражения совокупности знаний или информации в виде формальной теории (3.11).

3.13 логическая интерпретируемость (logical interpretability): Возможность выводить каждую аксиому (3.9) одной формальной теории (3.11) из другой.

Примечание - Одна формальная теория может быть логически интерпретирована во второй формальной теории, если язык первой может быть переведен на язык второй так, что перевод каждой аксиомы в первой формальной теории можно вывести из второй.

3.14 онтология (ontology): Совокупность терминов (3.7), выражений отношения (3.6) и связанных с ними определений на естественном языке (3.8) вместе с одной или несколькими формальными теориями (3.11), предназначенными для отражения заданных интерпретаций этих определений.

Примечание — Справочные материалы об источниках, обосновании и толковании этого определения приведены в приложении B.

3.15 сигнатура (signature): Набор нелогических символов формального языка (3.10) или формальной теории (3.11).

Примечание — Сигнатура онтологии состоит из набора терминов (3.7) и выражений отношения (3.6).

3.16 база знаний (knowledge base): Комбинация онтологии (3.14) с совокупностью данных, термины которой (3.7) в онтологии используются для описания, классификации или связи.

3.17 предметная область (domain): Совокупность сущностей (3.1), представляющих интерес для определенного сообщества или дисциплины.

Примеры — Предметная область сельского хозяйства, клеточной биологии, обслуживания самолетов, филателии.

Примечание — «Представляющие интерес сущности» могут содержать как партикулярии, так и классы или типы. Согласно данному определению предметная область — это совокупность сущностей, имеющих узкую область применения. Таким образом, не существует универсальной предметной области, к которой относилось бы все сразу. Для сравнения: в [21] «модель предметной области» в контексте искусственного интеллекта определяется как модель конкретной области знаний или опыта.

3.18 онтология предметной области (domain ontology): Онтология (3.14), термины (3.7) которой представляют классы (3.2) или типы и, как вариант, конкретные партикулярии (3.3) (называемые «индивидами») в некоторой предметной области (3.17).

3.19 категория (category): Общий класс (3.2) или тип, который используется во многих различных предметных областях (3.17) и представлен термином, не относящимся к одной конкретной предметной области (3.7).

Пример - Процесс, атрибут, событие, область, информационная сущность.

3.20 онтология высшего уровня (top-level ontology, TLO): Онтология (3.14), созданная для представления категорий (3.19), которые используются в максимально широком спектре предметных областей (3.17).

Примечание — Онтологии высшего уровня в [5] называются «справочными онтологиями». Онтологию высшего уровня иногда называют «формальной онтологией», «базовой онтологией», «онтологией высшего уровня» или «онтологией, нейтральной к конкретной предметной области».

3.21 набор онтологий (ontology suite): Коллекция онтологий (3.14), сформированная таким образом, чтобы входящие в нее онтологии были взаимно непротиворечивыми и неизбыточными.

Примечание — См. приложение A.

3.22 повторное использование онтологии (ontology reuse): Импорт онтологии (3.14) или ее части во вторую онтологию таким образом, чтобы сохранить значение импортированного содержимого.

Примеры — Термины из онтологии инструментов повторно используются в онтологии электроинструментов; таким образом, вторая онтология является уточнением первой.

Примечание - Термины из существующей онтологии обычно повторно используются в новой онтологии и появляются вместе с вновь созданными терминами.

3.23 согласованность онтологий (ontology conformance): Отношение (3.4) между двумя онтологиями (3.14), в рамках которого одна онтология последовательно расширяет другую.

Пример - Онтология электроинструментов имеет отношение типа «согласованность онтологий» к онтологии инструментов, если первая является непротиворечивой онтологией, которая возникает в результате добавления нового содержимого (терминов, определений, аксиом) ко второй.

Примечания

1 Под «расширением» с семантической точки зрения понимается, что любой элемент в модели расширяемой онтологии, отвечающий критериям экземпляра класса в исходной онтологии, должен быть экземпляром этого класса в расширяемой онтологии.

2 Это узкое использование термина «согласованность» только в контекстах, в которых рассматриваются отношения между онтологиями. Если в настоящем стандарте подразумевается согласованность онтологий в смысле выполнения требований или соответствия критерию, то используется термин «соответствие».

4 Требования к онтологии высшего уровня

4.1 Онтология высшего уровня как текстовый артефакт

4.1.1 Обзор

Онтология высшего уровня включает в себя текстовый артефакт, представленный документом на естественном языке, который содержит:

• список терминов, не относящихся к конкретной предметной области, и выражений отношения, включающих идентификацию первичных терминов;
• список определений значений терминов и выражений отношения. Определения на естественном языке могут включать полуформальные элементы, если они необходимы для удобства чтения.

Примечание - В случае первичных терминов определения могут принимать форму разъяснения значений, дополненного примерами использования.

Пример — Пример определения с полуформальными элементами:

Транзитивность = определяющее отношение R является транзитивным, если всякий раз, когда a состоит в отношении R к b, и b состоит в отношении R к c, следует, что a состоит в отношении R к c.

Учитывая природу онтологий высшего уровня, часть их терминов и выражений отношения будут настолько базовыми по своему значению, что логически более простых и, следовательно, более понятных выражений, на основе которых они могут быть определены нециклично, просто не будет существовать. Термины и выражения отношения в онтологии, для которых это справедливо, называются «примитивами», определения которых даются в соответствии с 3.8. При этом они являются циклическими или представляют собой простое перефразирование с использованием выражений, которые сами по себе не нашли определения.

Онтология высшего уровня должна указывать, какие из ее терминов и выражений отношения являются примитивами в этом смысле. Для всех других терминов и выражений отношения в онтологии высшего уровня должны содержаться определения, удовлетворяющие следующим условиям:

• нецикличность;
• формирование непротиворечивого набора;
• компактность.

Примечание - Под компактностью понимается отсутствие излишних элементов (например, списков примеров, объяснений вариантов использования и т.д.).

Эти требования применяются как к определениям на естественном языке, так и к определениям, представленным в аксиоматизациях OWL 2 и CL, упомянутых в 4.2 и 4.3.

Нецикличность подразумевает исключение не только непосредственной (когда в определении используется определяемый термин или термин с эквивалентным значением), но также косвенной цикличности (например, когда термин используется в определении второго термина, который сам используется в определении первого термина). Чтобы исключить цикличность, рекомендуется формулировать определения как наборы единственно необходимых и совместно достаточных условий для правильного применения определенного термина.

Пример - Треугольник = замкнутая фигура, лежащая на плоскости и состоящая ровно из трех прямых линий.

Непротиворечивость совокупности определений на естественном языке демонстрируется посредством разработки непротиворечивой аксиоматизации согласно 4.2 и 4.3.

Примечание - Непротиворечивость, нецикличность и компактность определений — особенности, которые отличают онтологии от традиционных словарей и других лексических ресурсов.

4.1.2 Связь между текстовым артефактом и аксиоматизациями онтологии высшего уровня

Термины и выражения отношения в текстовом артефакте в аксиоматизации должны быть преобразованы в символы. Эти символы вместе образуют сигнатуру итоговой логической теории. Они могут включать в себя текстовые строки.

Пример - Текстовая строка «is a» преобразуется в символ «is_a».

Термины и выражения отношения в текстовом артефакте должны иметь аналоги в аксиоматизации OWL 2 везде, где это возможно, учитывая степень выразительности языка OWL.

Каждое определение в текстовом артефакте, содержание которого можно выразить на языке OWL 2, должно соответствовать в аксиоматизации OWL 2 группе из одной или нескольких аксиом с соответствующим логическим содержанием.

Все термины в текстовом артефакте должны соответствовать терминам в аксиоматизации CL.

Все определения непервичных терминов в текстовом артефакте должны соответствовать аксиомам в формализации CL.

4.2 Аксиоматизация в языке веб-онтологий (OWL 2 с прямой семантикой)

4.2.1 Общие положения

Онтология высшего уровня должна быть доступна, как минимум, через одну машиночитаемую аксиоматизацию в OWL 2 с прямой семантикой или в определенной описательной логике, которая указана специалистами W3C в качестве преемника OWL 2. Сигнатура аксиоматизации OWL должна быть идентична по модулю преобразования строк в символы и по модулю преобразования троичных выражений отношения в двоичные, в набор терминов естественного языка и выражений отношения в онтологии высшего уровня, как указано в 4.1. Аксиомы должны отражать содержание определений на естественном языке (см. 4.1) в максимально возможной степени, исходя из степени выразительности языка OWL 2. Аксиоматизация должна удовлетворять критериям соответствия, указанным в документе «Рекомендаций W3C. OWL 2. Прямая семантика языка веб-онтологий». Непротиворечивость аксиоматизации должна быть доказана с использованием стандартных средств обоснования в OWL. Аксиоматизация должна быть интерпретируема в рамках аксиоматизации CL, описанной в 4.3.

В аксиоматизации OWL 2 термины и выражения отношения заменены на идентификаторы IRI [1], используемые в соответствии с правилами, указанными в документе «Рекомендация W3C. Руководство по языку веб-онтологий OWL» [2].

Примечания

1 В самом простом случае аксиоматизации формируют набор, линейно упорядоченный с точки зрения силы теории, где теория А сильнее теории Б, при этом теория Б логически интерпретируема в А, но А логически не интерпретируема в Б. Теория Б логически интерпретируема в теории А тогда и только тогда, когда язык Б может быть переведен на язык А так, что каждая теорема Б выводима в А. Онтология, разработанная на языке OWL 2, всегда логически интерпретируема в CL, но не наоборот.

2 Чтобы определить «замыкание аксиомы», импортируемое замыкание I(O) онтологии O сначала определяется как набор, содержащий O и все онтологии, которые O импортирует. Замыкание аксиомы O имеет место, когда наименьшее множество, которое содержит все аксиомы в I(O), и анонимные индивиды из разных онтологий в I(O) рассматриваются как разные («Рекомендация W3C. OWL 2. Спецификация структуры языка веб-онтологий и функционально-стилевой синтаксис»).

4.2.2 Альтернативная аксиоматизация OWL 2

В некоторых случаях, чтобы компенсировать ограничения на замыкание аксиом в онтологии OWL 2, в онтологию высшего уровня могут быть внесены две или более аксиоматизаций OWL 2, ни одна из которых не может быть логически интерпретирована в другой («Рекомендация W3C. OWL 2. Спецификация структуры языка веб-онтологий и функционально-стилевой синтаксис»). Однако каждая такая аксиоматизация должна быть логически интерпретируема в аксиоматизации CL, и должна быть предоставлена спецификация того, как такие аксиоматизации OWL 2 связаны друг с другом и почему каждая из них необходима.

Примечания

1 В самом простом случае аксиоматизации формируют набор, линейно упорядоченный с точки зрения силы теории, где теория А сильнее теории Б, при этом теория Б логически интерпретируема в А, но А логически не интерпретируема в Б. Теория Б логически интерпретируема в теории А тогда и только тогда, когда язык Б может быть переведен на язык А так, что каждая теорема Б выводима в А. Онтология, разработанная на языке OWL 2, всегда логически интерпретируема в CL, но не наоборот

2 Чтобы определить «замыкание аксиомы», импортируемое замыкание I(O) онтологии O сначала определяется как набор, содержащий O и все онтологии, которые O импортирует. Замыкание аксиомы O имеет место, когда наименьшее множество, которое содержит все аксиомы в I(O), и анонимные индивиды из разных онтологий в I(O) рассматриваются как разные («Рекомендация W3C. OWL 2. Спецификация структуры языка веб-онтологий и функционально-стилевой синтаксис»).

4.3 Аксиоматизация в CL-совместимом языке

Онтология высшего уровня должна быть доступна через аксиоматизацию на языке, соответствующем ИСО/МЭК 24707.

Примечание - CL — логическая структура, стандартизованная для упрощения обмена и передачи знаний в компьютерных системах, — является стандартным языком разработки онтологий в соответствии с ИСО/МЭК 24707. Многие принципы, лежащие в основе онтологии высшего уровня (например, в отношении изменений, мереологии, временного и пространственного расположения), не могут быть адекватно выражены с помощью языка OWL и требуют уровня выразительности логики первого порядка CL. CL — это семейство формальных языков с общей описательной семантикой. Поскольку в CL различия в синтаксисе формальных языков преодолеваются благодаря общей семантике, трансляции между различными формальными языками проще автоматизировать.

Примеры — Языки, соответствующие критериям CL и указанные в ИСО/МЭК 24707: общий формат обмена данными логики (CLIF), формат обмена концептуальными графами (CGIF) и нотация на основе XML для общей логики (XCL). Для получения дополнительной информации о том, как языки, традиционно используемые в логике первого порядка (FOL), также могут соответствовать ИСО/МЭК 24707.

Сигнатура аксиоматизации CL должна быть идентична по модулю преобразования строк в символы набору терминов естественного языка и выражений отношения в онтологии, как указано в 4.1. Аксиоматизация должна расширять описанную в 4.3 аксиоматизацию OWL 2 DL в том смысле, что ее модели должны также соответствовать трансляции CL аксиоматизации OWL 2. Непротиворечивость аксиоматизации должна быть доказана с использованием стандартного автоматического доказательства теорем. Аксиоматизация должна иметь явную модульную структуру.

4.4 Дополнительная документация

4.4.1 Обзор

Необходима общедоступная дополнительная документация, содержащая:

• описание порядка использования онтологии или ее назначения;
• указание способа демонстрации логической выводимости аксиоматизации OWL, указанной в 4.2, из аксиоматизации CL, указанной в 4.3;
• демонстрацию области применения онтологии путем ответов на вопросы, перечисленные в 4.4.6;
• порядок документирования политик для управления онтологиями.

4.4.2 Документирование назначения онтологии высшего уровня

Необходимо подробное описание фактического или предусматриваемого назначения онтологии высшего уровня.

Примеры -

Использование онтологии высшего уровня в качестве основы для:

a) разработки онтологий предметной области или наборов онтологий предметных областей (в приложении A);

b) разработки баз знаний на основе данных из нескольких предметных областей;

c) реорганизации существующих («унаследованных») онтологий предметных областей и аналогичных информационных артефактов с целью улучшения совместимости или уточнения определений;

d) онтологической поддержки инициатив в области системной интеграции (с участием людей и машин);

e) высокоуровневого структурирования лексических ресурсов нескольких предметных областей, таких как WordNet (например, для устранения неопределенности многозначных выражений);

f) систематизации терминологического содержания научной теории;

g) поддержки каталогизации обширных коллекций на базе онлайн-технологий, например, музеями или медийными организациями.

4.4.3 Документация для демонстрации соответствия онтологии предметной области онтологии высшего уровня

Если, как приведено в 4.4.2 (примеры a - c), онтология высшего уровня используется в сочетании с ресурсами онтологии внешней предметной области такими способами, которые требуют обеспечения соответствия этих ресурсов критериям онтологии высшего уровня в соответствии с определением 3.23, необходима документация, в которой описываются:

• механизмы, используемые для обеспечения такого соответствия;
• методы, используемые для демонстрации соответствия. Рекомендуемые методы изложены в приложении D.

4.4.4 Документация в отношении непротиворечивости аксиоматизации CL

Должна быть предоставлена документация, содержащая демонстрацию непротиворечивости аксиоматизации CL и инструкции по проверке соответствия требованиям. Эта документация должна содержать спецификацию модели, используемой для доказательства непротиворечивости, и отчет о модульной структуре онтологии высшего уровня.

Примечание - Набор аксиом CL является непротиворечивым, если набор формул, выводимых из аксиом с использованием стандартных правил вывода, не содержит противоречий. Непротиворечивость можно доказать семантически или синтаксически. Семантическое доказательство демонстрирует, что набор аксиом имеет интерпретацию (также называемую моделью), в которой выполняются все аксиомы. Синтаксическое доказательство может быть прямым или косвенным. Первое из них непосредственно доказывает, что не существует такой формулы, которую можно было бы вывести из аксиом наряду с ее отрицанием. Косвенный тип доказывает непротиворечивость с помощью средств для доказательства теорем и демонстрирует, что набор аксиом логически интерпретируется в теории, непротиворечивость которой уже была доказана. Этот метод используется для теорий, не имеющих конечных моделей.

4.4.5 Документация о связи между аксиоматизациями OWL и CL

Должна быть предоставлена документация с указанием способа демонстрации логической выводимости аксиоматизации OWL 2, указанной в 4.2, из аксиоматизации CL, указанной в 4.3 Эта документация необходима для установления того факта, что две аксиоматизации могут быть приняты как аксиоматизации одной онтологии.

Пример - Показано, что аксиоматизация A в OWL 2 логически интерпретируется в аксиоматизацию B в CL посредством следующих шагов:

1. автоматический транслятор синтаксиса используется для преобразования аксиоматизации A в аксиоматизацию CL(A) с CL-совместимым синтаксисом;

2. определения трансляций, которые связывают сигнатуру B с сигнатурой CL(A), добавляются к B, давая результат TR(B);

3. используется автоматическое средство доказательства теорем, чтобы показать, что трансляция каждой аксиомы CL(A) влечет за собой TR(B).

CL позволяет разрабатывать более сильные онтологии по сравнению с онтологиями OWL 2, поскольку аксиоматизация OWL 2 всегда логически интерпретируема в аксиоматизации CL, но не наоборот. Учитывая разные уровни выразительности OWL 2 и CL, может возникнуть необходимость использования терминов и выражений отношения аксиоматизации OWL 2, которые отсутствуют в аксиоматизации CL, и наоборот. Чтобы показать логическую интерпретируемость первой аксиоматизации во второй, пришлось бы добавить соответствующие выражения и их определения в аксиоматизацию CL. Это выразится в консервативном расширении аксиоматизации CL, при котором любая теорема, формулируемая в расширенной онтологии с использованием только старой сигнатуры, уже доказуема без расширения.

4.4.6 Документация, демонстрирующая область применения

4.4.6.1 Обзор

Документация по онтологии должна давать ответы на вопросы, перечисленные в 4.4.6.2 - 4.4.6.16. Ответы должны отражать, как онтология высшего уровня будет использоваться для управления данными тех типов, которые указаны в каждом подпункте (в приложении C приведены примеры такой документации).

В некоторых онтологиях высшего уровня данные о сущностях конкретных классов или типов будут управляться с помощью терминов онтологии, которыми представлены эти классы или типы. Если в онтологию высшего уровня не входят классы или типы, относящиеся к какой-либо выявленной области (или нескольким областям), в документации должен быть отражен порядок моделирования соответствующих данных этой онтологией. Сделать это можно, например, указав дополнительную онтологию, отношение которой к онтологии высшего уровня отражено в документации.

Примечание - Обоснование необходимой широты охвата онтологии высшего уровня заключается в следующем. Когда подход, основанный на онтологиях, используется, например, в крупной организации, чтобы содействовать эффективному взаимодействию систем обработки данных во входящих в ее состав дочерних предприятиях, рассматриваемые онтологии потребуются для работы с динамичной совокупностью различных типов данных. Среди прочего это могут быть:

• данные с пространственной и временной привязкой;
• данные о сущностях, которые меняются с течением времени;
• данные полученных аналитических образцов множества качественных и количественных параметров;
• данные, отражающие мереологические и иные отношения между такими сущностями, включая отношения между сущностями и материалом, из которого они состоят;
• информация о самих артефактах данных (например, о проектах, планах и спецификациях требований).

Если с большой долей вероятности эта информация позволит сформировать надежную и всеобъемлющую структуру для управления данными в таких обстоятельствах (даже когда в поток вводятся новые виды данных), онтология высшего уровня потребует максимального охвата входящего в нее набора условий. Аналогичным образом онтология высшего уровня должна включать выражения отношения, охватывающие широкий диапазон отношений между сущностями в избранных ее категориях. Различные проекты онтологий высшего уровня придерживаются разных (а иногда и несовместимых) подходов в отношении этих категорий и отношений. Чтобы продемонстрировать соответствие настоящего стандарта требованиям, эти подходы должны быть задокументированы таким образом, чтобы подтвердить утверждение о том, что онтология имеет достаточно широкий охват категорий и связанных с ними отношений, чтобы соответствовать требованиям онтологии высшего уровня согласно определению, приведенному в данном документе.

4.4.6.2 Пространство и время

Как онтология описывает время, пространство и пространство-время?

• Распознает ли онтология сущности, которые не изменяются с течением времени?
• Как онтология описывает сущности, которые возникают во времени?
• Распознает ли онтология сущности, протяженные как в пространстве, так и во времени?
• Как онтология работает с пространственными, временными и пространственно-временными областями?

4.4.6.3 Реальность и возможность

Как онтология описывает то, что могло произойти и что фактически произошло?

• Как онтология описывает возможности?
• Поддерживает ли онтология как возможные, так и фактические сущности?
• Обеспечивает ли онтология обработку предрасположенностей или тенденций?
• Предусмотрен ли в онтологии способ работы с возможными или потенциальными сущностями, которые могут быть описаны в нереализованных планах или проектах?

4.4.6.4 Классы и типы

Как онтология решает вопросы классификации?

• Отражает ли классификация существование определенных отношений сходства между определенными сущностями либо классы или типы существуют как общие сущности в дополнение к конкретным экземплярам?
• Разрешены ли классы классов?
• Различает ли онтология типы и классы их экземпляров?
• Идентичны ли классы или типы, создаваемые одними и теми же партикуляриями?

4.4.6.5 Время и изменения

Как онтология описывает время и изменения?

• Как онтология различает сущности прошлого, настоящего и будущего?
• Как онтология описывает идентичность и изменение материальных объектов с течением времени?
• Как онтология описывает местоположение и что происходит при изменении местоположения?
• Допускает ли онтология, чтобы несколько материальных объектов одновременно занимали одно и то же место в пространстве?
• Как онтология описывает меняющиеся свойства, например, что объект в данный момент является студентом?
• Распознает ли онтология различия между классами или типами, которые в обязательном порядке применяются к партикулярии на протяжении всего ее существования, и классами или типами, которые применяются временно?

Примеры — Млекопитающее — пример класса или типа, который применяется к партикулярии на протяжении всего ее существования. Организм — пример сущности, которая может со временем претерпевать изменения, например терять волосы, не меняя идентичности.

4.4.6.6 Части, целое, единство и границы

Как онтология решает вопросы отношений «часть — целое»?

• Если одна сущность является частью второй, а вторая — частью третьей, следует ли из этого, что первая сущность также является частью третьей сущности?
• Если одна сущность является частью второй, но не идентична ей, должна ли существовать третья сущность, которая отражает разницу между ними?
• Как онтология описывает целое, образованное путем суммирования частей?
• Как онтология описывает непрерывность, когда материальный объект имеет части, между которыми нет естественной границы?
• Как она описывает фактор единства, формируемого, когда части целого соединяются вместе таким образом, что результат отличен от их суммы?

Примеры — Единство проявляется организмами или планетами через отношение прямой или косвенной физической связи, а также солнечными системами и галактиками через отношения гравитации, интенсивность которых превышает определенные пороговые значения. Единство проявляется супружеской парой через отношения брака, а группой братьев и сестер — через отношения родства.

Примечание - Целое, демонстрирующее фактор единства, можно определить как нечто, все части которого связаны друг с другом и только друг с другом посредством единственного отдельного отношения.

4.4.6.7 Пространство и место

• Как онтология описывает места и местоположения?
• Как онтология описывает отверстия, каналы, полости, вакуум?
• Как онтология описывает форму?

4.4.6.8 Масштаб и детализация

Как онтология описывает масштаб, детализацию и уровни реальности?

• Описывает ли онтология материальный мир как состоящий из сущностей определенных уровней?

Примеры — Атомы, молекулы, клетки, организмы, планеты и галактики являются примерами сущностей определенных уровней реальности.

4.4.6.9 Качества и другие атрибуты

Как онтология описывает качества и другие атрибуты?

Примечание - «Атрибут» здесь означает то, что иногда называется свойствами, отличительными чертами или характеристиками.

• Как атрибуты соотносятся с сущностями, которые они характеризуют или которым они присущи?
• Различает ли онтология атрибуты и значения?
• Распознает ли онтология атрибуты атрибутов?

Примеры — Атрибуты атрибутов могут быть, например, количественными и качественными.

4.4.6.10 Количества и математические сущности

Как онтология описывает количественные характеристики, а также математические данные и теории?

• Как онтология описывает единицы измерений?
• Как те атрибуты, которые представлены с использованием качественных терминов, таких как «горячий» или «повышенная температура», связаны с атрибутами, представленными с использованием количественных выражений, таких как «63 °C»?

4.4.6.11 Процессы и события

Как онтология описывает процессы?

• Процессы идентичны изменениям?
• Какие существуют типы процессов?
• Допускает ли онтология атрибуты процессов?
• Различает ли онтология процессы и состояния?
• Распознает ли онтология мгновенные процессы?

4.4.6.12 Состав

• Как онтология описывает отношения, иногда называемые отношениями «состава» — между материальными объектами и материалом, из которого они состоят, в какой-либо момент времени?
• Как онтология описывает отношения, например, между мыслями и мозгом, людьми и организмами или организациями и совокупностью их членов?
• Есть ли аналог отношения состава между процессами или нематериальными сущностями других видов?

4.4.6.13 Причинно-следственные связи

• Как онтология описывает причинно-следственные связи?

4.4.6.14 Информация и ссылки

• Как онтология описывает информационные сущности?

Примеры — Базы данных, символы, текстовые документы, электронные письма, видеофайлы, голосовые записи.

• Охватывает ли онтология отношения между информационной сущностью и описываемым с ее помощью объектом?
• Если да, как онтология справляется со случаями отсутствия фактического объекта, описываемого с помощью данной информационной сущности? Описывает ли онтология подобные случаи, распознавая возможные миры?

Примеры — Описания без соответствующего фактического объекта могут возникать при составлении планов на будущее.

4.4.6.15 Артефакты и сущности, являющиеся продуктами общественного развития

• Как онтология описывает артефакты?

Примеры — Созданные человеком объекты.

• Как онтология описывает сущности, которые обычно считаются продуктами общественного развития, такие как деньги?
• Как онтология описывает такие сущности, как законы, соглашения, обязательства или разрешения?

4.4.6.16 Умозрительные сущности, воображаемые сущности, художественная литература, мифология, религия

• Как онтология описывает умозрительные сущности?

Примеры — Мысли, решения, воспоминания, образы.

• Как онтология описывает воображаемые сущности?
• Как онтология описывает сущности или данные в области мифологии?
• Как онтология описывает сущности или данные в области художественной литературы?
• Как онтология описывает сущности или данные в религии?

4.4.7 Нейтральность по отношению к конкретной предметной области

4.4.7.1 Общие положения

Сигнатура онтологии высшего уровня не должна содержать термины или выражения отношения, которые используются в одной предметной области или в ограниченной группе предметных областей.

Пример 1 — Ядерная физика — это предметная область, термины которой не очень широко используются в других областях.

Примечание - Разработчики онтологий высшего уровня согласовали между собой, что такие выражения, как «объект», «процесс», «набор», «атрибут», «факт» и «часть» нейтральны по отношению к конкретной предметной области, в то время как такие выражения, как «война», «нейтрино», «шейка матки», «дядя» и «максимально допустимая рабочая температура» относятся к конкретной предметной области. Между этими двумя группами, однако, находится серая зона — выражения, которые принимаются как нейтральные к конкретной предметной области в некоторых онтологиях высшего уровня, но в других считаются специализированными.

Пример 2 — «Информация», «значение», «форма», «личность», «социальный объект», «цель» — это выражения, которые могут быть включены в онтологию высшего уровня либо исключены из нее.

4.4.7.2 Существование обособленной онтологии

Для онтологии высшего уровня свойство нейтральности к конкретной предметной области означает, что онтология должна существовать обособлено, а не как совокупность терминов и выражений отношения высшего уровня, встроенных в более крупную онтологию, детализирующую одну или несколько конкретных предметных областей.

Примечание - Это требование основывается на необходимости следующих действий:

• обеспечить разделение полномочий и ответственности за обслуживание онтологий высшего уровня и онтологий предметных областей, которые она поддерживает;
• гарантировать способность онтологии высшего уровня служить таким целям, как обеспечение совместимости между этими онтологиями предметных областей для сведения к минимуму возможности ветвления между дисциплинами или компаниями.

Пример - Онтология O предлагается в качестве онтологии высшего уровня, но ее элементы не являются обособленными, поскольку в ней содержатся элементы из нескольких предметных областей. Затем онтологию O начинают применять ученые, работающие в некоторой предметной области D. Независимо от этого эксперты в соответствующей предметной области разрабатывают альтернативную онтологическую трактовку D. В такой ситуации не существует простого способа связать эту альтернативную трактовку D с онтологией высшего уровня O. При этом, если в O заменить новой трактовкой существующее содержимое, связанное с D, это будет означать, что изменения, вносимые в O экспертами в предметной области, а не экспертами по онтологии высшего уровня, будут вызывать конфликты между различными уровнями компетенции и управления. Таких конфликтов и, как следствие, ветвления онтологий можно избежать, если элементы онтологии высшего уровня O создаются как самостоятельный модуль.

4.4.8 Управление онтологиями

Должна быть предоставлена документация с описанием следующих аспектов:

• лицензия на онтологию (код и содержимое);
• принципы управления онтологией;
• политика, регламентирующая взаимодействие с пользователями;
• политика утверждения и внесения изменений в онтологии;
• политика управления версиями онтологии;
• политика создания и обновления IRI и других идентификаторов.

5 Соответствие

5.1 Обзор

Онтология, разработчики которой заявляют о соответствии настоящему стандарту, должны предоставлять два вида документации, как указано в 5.2 и 5.3.

5.2 Документация по онтологии

• Документ на естественном языке, соответствующий требованиям, изложенным в 4.1, разработанный для поддержки использования и сопровождения онтологии людьми.
• Аксиоматизация онтологии на языке OWL 2 с прямой семантикой, отвечающая требованиям 4.2 и разработанная для поддержки логических вычислений.
• Аксиоматизация онтологии на CL-совместимом языке, отвечающая требованиям 4.3.

5.3 Дополнительная документация

Комплект дополнительных документов, соответствующих требованиям в 4.4.4 - 4.4.8.

Приложение A (справочное)

ПРИМЕРЫ НАБОРОВ ОНТОЛОГИЙ

Основное внимание в настоящем стандарте уделяется определению требований, которым должны соответствовать онтологии, предназначенные для поддержки проектирования и использования специально созданных наборов онтологий и предоставления всеобъемлющего онтологического содержимого, которое онтологии в таком наборе должны будут использовать совместно в целях обеспечения совместимости. В таблице A.1 перечислены примеры наборов онтологий, предложенных различными сообществами начиная с 1998 года, с сортировкой по году первой архивной публикации. Каждый такой набор представляет собой попытку разработчиков нескольких онтологий, охватывающих разные, но связанные предметные области сущностей, обеспечить взаимную непротиворечивость разрабатываемых ими онтологий. Общепринятый метод обеспечения согласованности включает в себя применение звездообразной стратегии, основанной на использовании онтологии высшего уровня согласно приведенному в этом документе определению, вместе с последовательными слоями лучей, представляющих онтологии предметных областей, состоящие из терминов, которые конкретизируют термины центрального (высшего) уровня.

Таблица A.1

Примеры наборов онтологий

Набор онтологий	Предметная область	Год	IRI архивной публикации	Центральный узел
Виртуальное предприятие в г. Торонто (TOVE)	Моделирование предприятия	1998	https://www.aaai.org/ojs/index.php/aimagazine/article/view/13 99	Да
Онтология генов (GO)	Атрибуты генных продуктов	2000	https://www.nature.com/ng/journal/v25/n1/abs/ng0500_25.html	Нет
Грамен: онтологии свойств и генов риса	Растениеводство	2002	http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cfg.156/full	Да
Семантическая паутина терминологии, относящейся к Земле и окружающей среде (SWEET)	Разделы науки о Земле и окружающей среде	2003	https://esto.ndc.nasa.gov/conferences/estc2003/papers/A7P2 (Raskin).pdf	Нет
Онтологии правовой информатики (LRI-Core)	Правовая информатика	2004	https://link.springer.com/article/10.1007/s10506-006-0002-1	Да
Группа Open Biomedical Ontologies (OBO) Foundry	Естественные науки	2005	https://www.nature.com/nbt/journal/v25/n11/full/nbt1346.html	Да
Пакет онтологий в рамках инициативы по моделированию производительности (PSI)	Техническое проектирование и производительность	2008	https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-540-87877-3_9	Да
Сетевые онтологии из сферы рыболовства	Рыболовство	2009	https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-04590-5_29	Нет
Проект по обеспечению совместимости морских метаданных	Океанография	2009	http://ieeexplore.ieee.org/document/5422206/	Нет
Набор онтологий по инфекционным заболеваниям (IDO)	Инфекционные заболевания	2010	https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4419-1327-2_19	Да
Онтологии семантической публикации и ссылок (SPAR)	Описание документов	2014	https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-04777-5_5	Нет

Приложение B (справочное)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОНЯТИЯ «ОНТОЛОГИЯ»

B.1 Использование понятия «онтология» в философии и информатике

Термин «онтология» впервые был использован философами как латинский аналог понятия «метафизика». Этот термин был принят специалистами по информатике для обозначения «спецификации репрезентативного словаря для общей предметной области дискурса — определений классов, отношений, функций и других объектов» [8].

«Онтология» определяется в сообществе OWL как «набор точных описательных утверждений о некоторой части мира (обычно называемой интересующей предметной областью или предметом онтологии)» [4].

B.2 Устаревшие определения «онтологии» в стандартах ИСО

Существующие определения «онтологии» в стандартах ИСО:

• формальное представление явлений предметной области с помощью базового словаря, включающего в себя определения и аксиомы, обеспечивающие явность предполагаемого значения и описывающие явления и взаимосвязи между ними (из ИСО 19101-1:2014 [9]; затем определение также использовалось в ИСО 19150-2:2015, 4.1.29 [10] и ИСО 19154:2014, 4.16 [11]);
• спецификация конкретных или абстрактных объектов и отношений между ними в рассматриваемой области знаний (из ИСО/МЭК 19763-3:2010, 3.1.1.1 [5]);
• логическая структура терминов, используемых для описания области знаний, включающая в себя как определения применимых терминов, так и отношения между ними. ISO/IEC/IEEE 24765:2010, 3.1968 [12] (из IEEE Std 1175.1-2002 (R2007), 3.9 [13]);
• организация концепций, в пользу которых можно привести рациональные аргументы (из ISO/TR 13054:2012, 2.6 [14]);
• явная и согласованная спецификация концепций предметной области, независимая от вариантов использования этих концепций (из ИСО 18435-3:2015, 3.1 [15]);
• строгая концептуальная схема, представляющая предметную область (из ISO/TR 25100:2012, 2.1.5 [16]);
• лексикон специальной терминологии вместе с описанием некоторых значений терминов в лексиконе (из ИСО 18629-11:2005, 3.18 [17]);
• модель, которая представляет предметную область и используется для рассуждений об объектах в этой области и отношениях между ними (из ИСО/МЭК 18384-3:2016, 3.3 [18]);
• концептуализация предметной области (ИСО/ТС 21526:2019, 3.36 [19]).

Ни одно из этих определений явно не предусматривает возможность создания («нейтральной к конкретной предметной области») онтологии высшего уровня в смысле, определенном в этом документе. Однако, когда определения интерпретируются таким образом, что такая возможность допускается, определение 3.14 согласуется с каждым из них. Определение a), взятое из стандарта, в разработке которого участвовали члены сообщества OWL, ближе всего к определению, содержащемуся в этом документе.

B.3 Определения представленных в настоящем стандарте терминов, связанных с онтологией

B.3.1 Область применения

Определение 3.14 сформулировано таким образом, чтобы в равной степени быть применимым к онтологиям, созданным в рамках парадигмы OWL, а также унаследованным онтологиям, некоторые из которых были созданы в соответствии с другими парадигмами. И даже если такие онтологии существуют в версиях на языке OWL, их функции не всегда явным образом разрешены в парадигме OWL. Следует иметь в виду, что в формализациях онтологии в OWL 2 и CL содержание определения выражается с помощью одной или нескольких аксиом.

B.3.2 Набор

Термин «онтология» иногда используется в узком смысле для обозначения определенных наборов аксиом. В настоящем стандарте онтология рассматривается в более широком смысле — как артефакт, созданный людьми во времени и сравнимый в этом отношении с научной теорией или лексиконом (или коллекцией окаменелостей). Онтология в этом более широком смысле может существовать на разных языках и в разных версиях в разное время, например в результате исправления ошибок или добавления новых терминов. В литературе по OWL 1 онтология определяется как совокупность информации, в которую обычно входит информация о классах и свойствах [2].

B.3.3 Сущности

Термин «сущность» используется во многих онтологических сообществах как всеобъемлющий термин, включающий в себя что бы то ни было независимо от воспринимаемости или измеримости, включая физические объекты, атрибуты, качества, способности, институты, языки, теории, типы, классы, события, информационные системы и т.д. Функцию всеобъемлющего термина в современной онтологии выполняли разнообразные альтернативные термины, такие как «класс», «концепт», «понятие», «индивид», «термин», «тип» и «элемент». В OWL «вещь» представляет собой совокупность всех индивидов [2]; в документации по OWL термин «сущность» иногда используется для обозначения объединений: классов, типов данных, свойств объекта, свойств данных, свойств аннотаций и именованных индивидов [2]. Распространенное определение термина «сущность» как «нечто воспринимаемое или мыслимое» (в ИСО 1087-1:2000 (3.1.1) [20]) позволяет использовать термин «сущность» также для представления, например, чего-то планируемого или постулируемого. В настоящем стандарте (3.1) это определение изменено, чтобы соблюсти правило, согласно которому определение может быть заменено в предложении для определенного термина.

B.3.4 Термины

Онтологии часто представлены в инструментах визуализации как теоретико-графовые артефакты с узлами и ребрами. Узлы и ребра таких графов связаны с тем, что здесь называется «терминами» и «выражениями отношения» соответственно.

Примерами общих терминов на естественном языке являются нарицательные существительные и словосочетания, такие как: «электрон», «взрыв», «гидравлическая система», «фосфорилирование», «ядерный реактор» и «область пространства». Среди примеров таких выражений на технических языках: номера моделей, коды болезней и обозначения типов самолетов.

Примерами терминов, относящихся к партикуляриям на естественном языке, являются имена собственные, такие как «Дональд Трамп». Примерами таких выражений на технических языках являются серийные номера, номера карт социального страхования, даты и координаты (широта и долгота).

Во многих онтологических сообществах термины онтологии состоят из нарицательных существительных и именных конструкций, взятых либо из естественного языка, либо из естественного языка, расширенного техническими терминами или буквенно-цифровыми кодами, используемыми в соответствующей предметной области. Если онтология структурирована как совокупность терминов, представляющих нечто общее, то представленные сущности называются классами или типами. Например, они представляют класс, членами которого являются все люди, или тип, все экземпляры которого представляют собой молекулы глюкозы.

В некоторых онтологических сообществах такие термины, как «тип», «вид», «универсалия» или «концепция», используются как синонимы термина «класс». В других онтологических сообществах термин «класс» используется для обозначения не типа, а соответствующего расширения, понимаемого на основе теории множеств. Во всех случаях классы или типы обозначаются общими терминами. В документе «Рекомендация W3C. OWL 2. Язык веб-онтологий. Общий обзор документа» термин «класс» неофициально определяется следующим образом: группа схожих индивидов, которые имеют определенные общие свойства. В [3] указывается: каждый класс OWL связан с набором индивидов, называемым расширением класса. Индивиды в этом наборе называются экземплярами класса. Класс имеет интенсиональное значение (лежащее в основе понятие), которое с расширением его класса не равнозначно ему. Таким образом, два класса могут иметь одно и то же расширение, но быть при этом разными классами.

В документе «Рекомендация W3C. OWL 2. Язык веб-онтологий. Общий обзор документа» «описание класса» используется для обозначения того, что в других рекомендациях W3C неофициально называется определением класса.

Некоторые онтологии также допускают использование терминов, представляющих определенные привилегированные партикулярии (называемые «уникальными индивидами»), такие как «реальный мир», «пространство-время» или (в онтологии законодательства США) «Верховный суд США».

Общие термины на естественном языке (либо на естественном языке, расширенном техническими терминами или кодами для конкретной предметной области) в OWL соответствуют классам и выражениям классов, а в FOL — унарным предикатам. Термины на естественном языке, обозначающие уникальных индивидов, в OWL соответствуют именованным индивидам, а в FOL-индивидным константам.

B.3.5 Выражение отношения

Чтобы сформулировать определения и аксиомы, термины в онтологии используются совместно с выражениями отношения, например: «является», «подкласс», «является частью», «включает» и т.д. Глаголы и предлоги в некоторых онтологиях используются в качестве выражений отношения, например, когда слово «дает» используется для выражения троичного отношения между дающим, получателем и подарком, или предлог «в» используется для выражения бинарного отношения пространственной локализации.

В некоторых онтологических сообществах выражения отношений синкатегорематичны; иными словами, они не имеют значения сами по себе (и, таким образом, с большим основанием не относятся к какой-либо сущности сами по себе); значение появляется только в сочетании с другими выражениями. В других онтологических сообществах выражения отношения рассматриваются как термины, обозначающие сущности отношений, например, наборы упорядоченных троек. Использование термина «выражение отношения» в этом стандарте должно быть нейтральным по отношению к этим двум вариантам употребления.

Выражения отношения на естественном языке (или на естественном языке, расширенном за счет технических терминов или кодов конкретной предметной области) соответствуют в OWL свойствам, а в FOL — n-арным предикатам для n >= 2.

Роль терминов, выражений отношения и определений в онтологиях, сформулированных с использованием OWL, сводится к следующему: чтобы точно описать рассматриваемую предметную область, имеет смысл разработать набор центральных терминов, часто называемый «словарем», и зафиксировать значения таких терминов. Помимо краткого определения на естественном языке значение термина можно охарактеризовать, указав, как этот термин взаимосвязан с другими терминами. Терминология, формирующая словарь вместе с такой информацией о взаимосвязях, составляет существенную часть типового документа на языке OWL 2. Помимо этого терминологического знания онтология может также содержать знания в виде утверждений, связанные с конкретными объектами рассматриваемой предметной области, а не с общими понятиями [4].

(справочное)

В таблице C.1 перечислены некоторые сокращенные примеры возможных ответов на вопросы из 4.4.6. Они основаны на более подробных спецификациях, представленных в ИСО/МЭК 21838-2 и [6] соответственно.

Таблица C.1

двух онтологий высшего уровня.

	ИСО/МЭК 21838-2	ИСО 15926-2
Пространство и время	Базовая формальная онтология (БФО) делит все сущности на континуанты и оккуренты, распознает классы пространственных, временных и пространственно-временных областей	Онтология высшего уровня в соответствии с ИСО 15926 — это онтология четырех измерений; партикулярии — это в каждом случае пространственно-временные области, которые являются частью некоторого возможного мира
Реальность и возможность	Распознает только реально существующие объекты; использует реальные объекты, называемые «предрасположенностями», для работы с данными о том, что возможно; предрасположенности могут быть реализованы или не реализованы	Один из возможных миров — это реальный мир, в котором мы живем; могут быть проведены сравнения, например, между запланированными возможными мирами и реальным миром
Классы и типы	Принимает как универсалии, так и экземпляры в качестве сущностей первого класса; экземпляры в каждом случае являются партикуляриями; универсалии более высокого уровня (универсалии, созданные универсалиями) не описываются	Представляет классы как наборы, которые соответственно определяются своим местом в наборе; члены класса могут быть возможными индивидами из одного или нескольких возможных миров, классов или отношений
Время и изменения	Оккуренты рассматриваются как имеющие все свои необходимые части и атрибуты; континуанты, напротив, могут приобретать и терять части или изменять свои атрибуты, сохраняя при этом свою идентичность с течением времени	Один возможный индивид может быть временной частью другого возможного индивида; полный жизненный цикл индивида данного типа — это возможный индивид с максимальной временной протяженностью для данного типа; изменение рассматривается как различные возможные индивиды, которые являются временными элементами жизненного цикла индивида с разными атрибутами или отношениями
Части, целое, единство и границы	Объекты (например, организмы или куски твердого вещества) рассматриваются как материальные сущности, характеризующиеся причинно-следственным единством и отделенностью от своего окружения); включает различие между объектами, частями фиатных объектов и совокупностями объектов	Используется классическая мереология, расширенная до четырех измерений; возможный индивид — это любая часть пространства-времени в некотором возможном мире, ограниченная любой комбинацией естественных или назначенных границ; распознаются мереологические суммы и упорядоченные индивиды, части которых расположены таким образом, что целое имеет эмерджентные свойства
Пространство и место	Различаются области пространства, представленные в системах координат и локациях, включая места, полости, каналы; локации не идентичны областям пространства, поскольку локация «Париж», например, может менять свой размер и форму	Все партикулярии являются пространственно-временными областями, включая места, местоположения и дыры; они могут иметь геометрические представления в системах координат; город — это пространственно-временная область с временными частями (состояниями), имеющими разные размеры и формы
Масштаб и детализация	Поддерживает перспективы, связанные с различной степенью детализации (например, ячеек, органов, организмов и популяций); сущности на данном уровне детализации являются частями сущностей на более высоких уровнях детализации	Поддерживает различные уровни детализации, от субатомного до целого возможного мира (целая вселенная, растянутая по всему времени); рассматривает возможных индивидов на более высоких уровнях детализации как индивидов, состоящих из частей, существующих на более низких уровнях
Качества и другие атрибуты	Рассматривает атрибуты как состоящие с их носителями в отношениях определенной зависимости; красный цвет этой розы является примером качества «красный цвет», который является подтипом качества «цвет»	Рассматривает атрибуты как классы, которые имеют отношение классификации к возможным индивидам, имеющим соответствующий атрибут; таким образом, красный — это класс, который классифицирует тех возможных индивидов, которые имеют этот цвет
Количества и математические сущности	Количественный атрибут, такой как температура 63 °C, является подклассом качества «температура»; рассматривает математические теории как внешние ресурсы по отношению к онтологии; считает математические формулы информационными артефактами	Температура — это конкретная степень нагрева, которая классифицирует возможных индивидов с такой степенью нагрева; существует изоморфное отображение набора таких температур в числовом пространстве некоторой шкалы, такой как шкала Цельсия
Процессы и события	Распознает процессы (например, изменение местоположения, изменение качества, а также обретение и потерю частей); не распознает отдельную категорию атрибутов процессов, обрабатывает атрибуции процессов, используя механизмы определенных классов	Признает события как пространственно-временные планы, которые отмечают начало или конец для возможных индивидов; распознает действия, вызывающие события; деятельность состоит из участников, которые являются временными частями тех полных жизненных циклов индивидов, которые участвуют в деятельности в определенное время
Состав	Сопоставляет каждую материальную сущность с материалом, из которого она сделана в любой момент времени; например, человек тождественен организму, который, в свою очередь, тождественен определенной материальной сущности; организация идентична совокупности своих членов в любой момент времени, при этом эти члены в соответствующее время будут иметь организационные роли (обязанности и ответственность), специфичные для этой организации	Физический объект состоит из мереологической суммы тех физических объектов на более низком уровне детализации, которые являются его частями; физический объект полного жизненного цикла не обязательно идентичен физическому объекту полного жизненного цикла, который его составляет: пластиковая чашка, сделанная из куска пластика, идентична куску пластика, хотя имеет форму чашки; но кусок пластика существует до и после того, как он приобрел эту форму, и, таким образом, это другой возможный индивид полного жизненного цикла
Причинно-следственные связи	Рассматривает причинно-следственную связь с двух точек зрения: причинно-следственное единство объектов и инициирование предрасположенностей	Деятельность вызывает событие, которое является пространственно-временной плоскостью, отмечающей начало или конец возможного индивида
Информация и ссылки	Распознает категорию обобщенных зависимых континуантов, которая служит отправной точкой для наполнения онтологии информационных артефактов (IAO), внешней по отношению к БФО онтологии, которая распознает взаимосвязь между информационными объектами и их референтами	Знак — это возможный индивид, который что-то представляет (например, знак «P101» представляет конкретный насос); каждый знак является экземпляром шаблона, а каждый шаблон представляет собой класс информационных представлений; разные представления предмета шаблоном могут быть предназначены для разных групп пользователей (например, англоговорящих)
Артефакты и сущности, являющиеся продуктами общественного развития	Использует категории материальных объектов и функций для определения классов материальных артефактов; рассматривает продукты общественного развития как соответствующие информационные объекты (таким образом, трудовой договор является директивным информационным объектом, описывающим определенные роли)	Рассматривает артефакты как классы объектов, созданные для выполнения определенной функции; распознает класс функциональных физических объектов для компонентов систем, которые сохраняют идентичность даже при замене, например, когда на производственных предприятиях периодически заменяются теплообменники; рассматривает организации как состоящие из временных частей в виде лиц, входящих в организацию
Умозрительные сущности, воображаемые сущности, художественная литература, мифология, религия	Умозрительные сущности рассматриваются с помощью онтологий расширения БФО, таких как «Онтология умственной деятельности», которая также имеет дело с работой воображения; данные, относящиеся к художественной литературе, мифологии и религии, рассматриваются через онтологию информационных артефактов; религиозные верования и обычаи рассматриваются с точки зрения предрасположенностей индивидов и групп	Воображаемые сущности, такие как планы, мифы и художественная литература, рассматриваются через призму возможных миров; см. также «реальность и возможность»

СООТВЕТСТВИЕ ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

Если онтология высшего уровня служит отправной точкой для разработки или изменения онтологии предметной области, ее соответствие онтологии высшего уровня в смысле определения, приведенного в пункте 3.23, должно быть установлено следующими способами.

Онтология высшего уровня загружается в редактор онтологий, и онтология предметной области строится с нуля на этой основе. Затем термины онтологии высшего уровня используются в качестве отправной точки для определения набора терминов онтологии предметной области наивысшего уровня как конкретизации соответствующих категорий онтологий высшего уровня. Для этой цели необходимо использовать категории, которые находятся на самом нижнем уровне иерархии онтологии высшего уровня, подходящей для целей определения в каждом отдельном случае и в любом случае на более низком уровне, чем «сущность». Для подтверждения соответствия построенной таким образом онтологии предметной области требованиям, необходимо, чтобы (1) в результате добавления терминов и выражений отношения из онтологии предметной области в онтологию высшего уровня была сформирована непротиворечивая онтология.

Кроме того, требуется, чтобы каждый термин в онтологии предметной области (2a) был связан с онтологией высшего уровня через некоторую уникальную цепочку отношений типа «is-a», либо (2b) мог быть определен с помощью некоторой логической комбинации терминов, удовлетворяющих условию (2a), но при этом сам по себе не удовлетворял бы условию (2a).

Онтология предметной области, изначально не соответствующая онтологии высшего уровня, может быть преобразована так, чтобы обеспечить ее соответствие онтологии высшего уровня. Этот результат достигается, во-первых, путем трактовки терминов и выражений отношения высшего уровня таким образом, чтобы они удовлетворяли условиям (1) и (2a) или (2b), описанным выше; во-вторых, путем выстраивания последовательных слоев дочерних терминов, чтобы гарантировать наличие цепочек отношений типа is-a, связывающих термины нижнего уровня в онтологии предметной области с терминами в онтологии высшего уровня.

D.5 Проверка соответствия онтологии высшего уровня

D.5.1 Проверка соответствия онтологий, аксиоматизированных с использованием OWL или CL, онтологии высшего уровня

Для подтверждения того, что онтология, полученная в результате применения вышеуказанных механизмов, соответствует онтологии высшего уровня, необходимо продемонстрировать, что (i) результат объединения этой онтологии с онтологией высшего уровня сам по себе является непротиворечивой онтологией, и (ii) онтология высшего уровня в ней логически интерпретируема. В отношении онтологий OWL соблюдение условий (i) и (ii) демонстрируется при помощи стандартных средств обоснования. В отношении онтологий CL соблюдение условий (i) и (ii) демонстрируется при помощи методов, описанных в 4.4.4 и 4.4.5.

D.5.2 Проверка соответствия онтологий, аксиоматизированных в синтаксисе, отличном от OWL 2 или CL

Чтобы убедиться в том, что онтология на основе языка или синтаксиса, отличных от OWL 2 или CL, соответствует онтологии высшего уровня (согласно определению, содержащемуся в этом документе), необходимо подтвердить следующее:

• в онтологии предусмотрено сопоставление терминов и выражений отношения, представленных на таком языке, с терминами и выражениями отношения на языке OWL 2 или CL;
• при таком сопоставлении учитываются термины и выражения отношения в соответствующей аксиоматизации (OWL 2 или CL) для онтологии высшего уровня. Набор терминов, сопоставляемых таким образом, представляет собой субсигнатуру онтологии высшего уровня;
• импликации аксиом этой онтологии, которые используют только термины и выражения отношения такой субсигнатуры, сопоставляются с подмножеством импликаций в онтологии высшего уровня.

СВЕДЕНИЯ О СООТВЕТСТВИИ ССЫЛОЧНЫХ МЕЖДУНАРОДНЫХ СТАНДАРТОВ НАЦИОНАЛЬНЫМ СТАНДАРТАМ

Таблица ДА.1

Обозначение ссылочного международного стандарта	Степень соответствия	Обозначение и наименование соответствующего национального стандарта
ISO/IEC 24707	-	<*>
<*> Соответствующий национальный стандарт отсутствует. До его утверждения рекомендуется использовать перевод на русский язык данного международного стандарта.

БИБЛИОГРАФИЯ

[1]	Duerst M., Suignard M. Internationalized Resource Identifiers (IRIs). RFC 3987 January 2005. Proposed W3C Standard [viewed 2018-3-25] (Дюрст М., Суиньяр М. Интернационализированные идентификаторы ресурсов (IRIs). RFC 3987 Январь 2005 года. Предлагаемый стандарт W3C [просмотрено 2018-3-25]) https://tools.ietf.org/html/rfc3987
[2]	WORLD WIDE WEB CONSORTIUM. OWL Web Ontology Language Guide, W3C Recommendation 10 February 2004 [viewed 2018-4-25] (КОНСОРЦИУМ ВСЕМИРНОЙ ПАУТИНЫ. Руководство по языку веб-онтологии OWL, Рекомендация W3C от 10 февраля 2004 года [просмотрено 2018-4-25]) https://www.w3.org/TR/owl2-guide/
[3]	WORLD WIDE WEB CONSORTIUM. OWL Web Ontology Language Reference, W3C Recommendation 10 february 2004 [viewed 2019-11-1] (КОНСОРЦИУМ ВСЕМИРНОЙ ПАУТИНЫ. Справочник по языку веб-онтологии OWL, Рекомендация W3C от 10 февраля 2004 года [просмотрено 2019-11-1]) http://www.w3.org/TR/owl-ref/
[4]	WORLD WIDE WEB CONSORTIUM. OWL 2 Web Ontology Language Primer W3C Recommendation (Second Edition) [viewed 2019-11-1] (КОНСОРЦИУМ ВСЕМИРНОЙ ПАУТИНЫ. Руководство по языку веб-онтологии OWL 2 Рекомендация W3C (Второе издание) [просмотрено 2019-11-1]) https://www.w3.org/TR/owl2-primer/
[5]	ISO/IEC 19763	Information technology — Metamodel framework for interoperability (MFI) (Информационные технологии. Структура метамодели для функциональной совместимости)
[6]	ISO 15926-2	Industrial automation system and integration — Integration of life-cycle data for process plants including oil and gas production facilities — Part 2: Data model (Системы промышленной автоматизации и интеграция. Интеграция данных жизненного цикла для перерабатывающих предприятий, включая нефтяные и газовые производственные предприятия. Часть 2. Модель данных)
[7]	COMMON LOGIC WORKING GROUP Common Logic: Abstract syntax and semantics, [viewed 2019-11-1] available at http://metadata-standards.org/Document-library/Meeting-reports/SC32WG2/2003-01-Santa-Fe/WG2-SAF2-016-Common-Logic-WD.htm
[8]	GRUBER T. «A Translation Approach to Portable Ontology Specifications», Knowledge Acquisition, 5 (2), 199 — 220
[9]	ISO 19101-1:2014	Geographic information — Reference model — Part 1: Fundamentals (Географическая информация. Эталонная модель. Часть 1. Основные принципы)
[10]	ISO 19150-2:2015	Geographic information — Ontology — Part 2: Rules for developing ontologies in the Web Ontology Language (OWL) (Географическая информация. Онтология. Часть 2. Правила разработки онтологий на языке веб-онтологий (OWL))
[11]	ISO 19154:2014	Geographic information — Ubiquitous public access — Reference model (Географическая информация. Повсеместный общий доступ. Эталонная модель)
[12]	ISO/IEC/IEEE 24765:2010	Systems and software engineering — Vocabulary (Системы и программотехника. Словарь)
[13]	IEEE Std 1175.1-2002 (R2007)	IEEE Guide For CASE Tool Interconnections — Classification And Description (Руководство IEEE по соединениям корпусных инструментов. Классификация и описание)
[14]	ISO/TR 13054:2012	Knowledge management of health information standards (Менеджмент знаний стандартов по информации в области здравоохранения)
[15]	ISO 18435-3:2015	Industrial automation systems and integration — Diagnostics, capability assessment and maintenance applications integration — Part 3: Applications integration description method (Системы автоматизации производства и их интеграция. Интеграция приложений для диагностики, оценки возможностей и технического обслуживания. Часть 3. Метод описания интеграции приложений)
[16]	ISO/TR 25100:2012	Intelligent transport systems — Systems architecture — Harmonization of ITS data concepts (Интеллектуальные транспортные системы. Архитектура систем. Гармонизация понятий данных ИТС)
[17]	ISO 18629-11:2005	Industrial automation systems and integration — Process specification language — Part 11: PSL core (Системы промышленной автоматизации и интеграция. Язык спецификаций процесса. Часть 11. Сердечник PSL)
[18]	ISO/IEC 18384-3:2016	Information technology — Reference Architecture for Service Oriented Architecture (SOA RA) — Part 3: Service Oriented Architecture ontology (Информационная технология. Эталонная архитектура для сервис-ориентированной архитектуры (SOA RA). Часть 3. Онтология сервис-ориентированной архитектуры)
[19]	ISO/TS 21526:2019	Health informatics Metadata repository requirements (MetaRep) (Информатизация здоровья. Требования к хранилищу метаданных (MetaRep))
[20]	ISO 1087-1:2000	Terminology work. Vocabulary. Part 1. Theory and application (Терминологическая работа. Словарь. Часть 1. Теория и применение)
[21]	ISO/IEC 2382	Information technology — Vocabulary (Информационные технологии. Словарь)

УДК 165	ОКС 35.060, 01.040.35
Ключевые слова: онтология высшего уровня, семантическая совместимость сетей, онтология, язык OWL

---