Khỏi niệm Ontology xuất phỏt từ HiLạp cổ đại giỳp chỉ ra sự tồn tại của sự vật, nú mang ý nghĩa triết học. Nú mở ra một giai đoạn mới trong lịch sử triết học, được cỏc nhà triết học Đức thể kỷ 19 giới thiệu vào nhằm nhận biết sự tụn tại cũng như cỏc dạng tồn tại trong khoa học tự nhiờn. Điều này giỳp cỏc nhà khoa học phõn lớp mọi sự vật mà chỳng đều cú thể được xỏc định bởi cỏc sự vật khỏc và ngược lại. [4].
Ontology được ứng dụng vào trong lĩnh vực cụng nghệ thụng tin (CNTT) giỳp chỳng ta định nghĩa cỏc khỏi niệm và mối quan hệ giữa cỏc khỏi niệm đú. Ontology định nghĩa một cỏch rừ ràng, phõn lớp cỏc khỏi niệm và phõn nhỏ tri thức trong một lĩnh vực. Mục tiờu của cụng nghệ Ontology là mú hoỏ mọi lĩnh vực để tạo ra một hệ thống tri thức chung cú khả năng sử dụng và tỏi sử dụng trong nhiều ứng dụng. Những mú hoỏ này được lưu dưới dạng cơ sở dữ liệu hoặc cỏc file, hệ thống file, giỳp cho việc tỏi sử dụng được dễ dàng.
Ontology là một nền tảng hợp nhất cho cỏc quan điểm khỏc nhau và cung cấp cỏc thành phần cơ bản tạo khả năng giao tiếp giữa con nguời với con nguời, con nguời với hệ thống, cũng như giữa cỏc hệ thống với nhau.
Ontology là một cung cụ hữu hiệu để xoỏ đi sự mập mờ: một trong những vai trũ chớnh của ontology là khụng mập mờ, một từ điển khỏi niệm, cung cấp một nền ngữ nghĩa, trờn đú chỳng ta cú thể xõy dựng cỏc hành động mụ tả và giao tiếp. Núi một cỏch khỏc ontology cung cấp cỏc khỏi niệm và kớ hiệu để chuẩn hoỏ và làm rừ tri thức. Một cỏch khỏc nữa, chỳng tạo thành một khung chung để cỏc tỏc nhõn khỏc nhau cú thể huy động và là nơi chỳng cú thể tỡm thấy mối quan hệ giữa chỳng. Cuối cựng, Ontology cú thể diễn tả ý nghĩa của cỏc nội dung khỏc nhau trao đổi trong hệ thống.[5]
Ontology cú thể mụ tả dưới dạng mụ hỡnh toỏn học như sau: Một ontology là một bộ 5: O:=(C,R,Hc,rel,Ao) trong đú
- Hai tập C,R khụng giao nhau trong đú mỗi phần tử là một khỏi niệm hoặc một mối quan hệ.
- Một cõy phõn cấp cỏc khỏi niệm: Hc . Hc ⊆ CxC biểu diễn một mối quan hệ trực tiếp và bắc cầu. Hc(C1,C2) biểi diễn C1 là khỏi niệm con của C2.
- Một hàm rel : R→CxC biểu diễn cỏc mối quan hệ khụng hỡnh thành cõy phõn cấp.
Một tập cỏc tiờn đề Ao được biểu diễn bằng một ngụn ngữ thớch hợp. Sự xuất hiện và phỏt triển của cụng nghệ Ontology đó làm thay đổi phương phỏp phỏt triển phần mềm ứng dụng truyền thống, quỏ nặng về nghiệp vụ. Và hơn thế, cụng nghệ Ontology đú giỳp phỏt triển phương phỏp lập trỡnh mới, lập trỡnh hướng Agent (Agent Base) và cụng nghệ phần mềm hướng Agent ASE(Agent Software Engineering), giỳp tăng khả năng linh hoạt trong giao tiếp và cung cấp khả năng học cho Agent.
Như vậy, Ontology là một khỏi niệm mới mẻ và khỏ trừu tượng. Những định nghĩa nờu trờn chỉ ra bản chất và những đúng gúp của Ontology vào lĩnh vực CNTT. Ontology cú những tớnh chất chung như sau:
- Ontology cú tớnh chất hỡnh thức, điều này cú nghĩa là chỳng được biểu lộ trong một ngụn ngữ, nơi ngữ nghĩa được định nghĩa rừ ràng hoặc cú cơ sở toỏn học cho ý nghĩa của chỳng. Từ khi cỏc khỏi niệm được biểu lộ hỡnh thức chỳng cú thể được xử lớ bằng chương trỡnh mỏy tớnh.
- Ontology cung cấp khả năng đọc hiểu cho con người. Điều này cú nghĩa là chỳng cú thể được phỏt triển, chia sẻ, hiểu bởi khụng chỉ cỏc chương trỡnh mỏy tớnh mà cũn bởi cỏc người dựng, cỏc chuyờn gia và người thiết kế ontology về lĩnh vực đú.
- Ontology là sự toàn diện. Chỳng được thiết kế với mục đớch cú được ý nghĩa đầy đủ của cỏc khỏi niệm giao dịch được yờu cầu, khụng phải chỉ dành cho một ứng dụng đặc biệt. Động cơ thỳc đẩy cho nú là nếu tất cả ý nghĩa của cỏc
khỏi niệm được thu túm trong ontology thỡ nỳ cú thể được hiểu, thay đổi, kiểm soỏt bởi bất kỡ ai cú liờn quan đến lĩnh vực đú. Bởi tất cả ý nghĩa nằm trong ontology, khụng cú gỡ nằm ngoài nỳ. Nỳ trở thành một mụ tả sống và là một tài nguyờn cú giỏ trị khi cỏc hệ thụng ứng dụng sử dụng và phỏt triển nú. - Ontology cú thể chia sẻ. Chỳng được xõy dựng dựa trờn cỏc thư viện chung
của cỏc khỏi niệm cơ sở ( như “person”, “organization”, “purchase”), chỳng là ứng dụng chung trong rất nhiều lĩnh vực. Điều này giỳp dễ dàng kết hợp cỏc ontology được phỏt triển riờng rẽ, sử dụng chỳng để cho phộp giao tiếp giữa cỏc hệ thống thụng tin cần chia sẽ thụng tin dựa trờn cỏc khỏi niệm chung. Cỏc hệ Ontology mới được sinh sẽ bổ sung vào kho tàng tri thức mà cỏc hệ Ontology sau này sẽ cú thể tỏi sử dụng.
1.17 Vai trũ của Ontology.
Sự phỏt triển của Ontology trong những năm gần đõy khởi nguồn từ lĩnh vực trớ tệu nhõn tạo, cho tới nay Ontology giỳp thể hiện cỏc lĩnh vực chuyờn mụn khỏc nhau. Cụng nghệ Ontology đó trở nờn phổ biến trong cỏc ứng dụng web, cỏc dịch vụ WWW(World-Wide Web). Ontology giỳp mú hoỏ khối lượng lớn tri thức của trang Web giỳp chương trỡnh (cũng như Agent) cú khả năng hiểu và tỡm kiếm thụng tin nhanh chúng. Sự phỏt triển trờn đó núi lờn vai trũ của cụng Ontology đối với CNTT.
- Để chia sẽ hiểu biết về cấu trỳc của thụng tin giữa con người và cỏc Agent. Chia sẻ hiểu biết về cấu trỳc của thụng tin là mục đớch quan trọng hơn cả. Thụng qua Ontology, con người thể hiện những hiểu biết của mỡnh về vấn đề nào đú và mối liờn quan với cỏc vấn đề khỏc. Cấu trỳc tri thức này giỳp cho người khỏc, chương trỡnh phần mềm và Agent dễ dàng hiểu và ỏp dụng. Vớ dụ, giả sử rằng một vài Web site cỳ cỏc thụng tin y học hoặc cung cấp cỏc dịch vụ y học. Nếu cỏc trang này chia sẻ và sử dụng cựng một ontology cho cỏc từ mà nú sử dụng thỡ cỏc Agent cú thể trớch và tớch hợp thụng tin từ cỏc trang này. Agent cú
thể sử dụng thụng tin tớch hợp để trả lời cỏc cõu hỏi của người dựng hay là dữ liệu đầu vào cho cỏc ứng dụng khỏc.
- Để cú thể tỏi sử dụng tri thức trong lĩnh vực đú.
Hệ thống Ontology được lưu trữ như một cơ sở dữ liệu(dưới dang file vật lý) nờn hoàn toàn cú khả năng tỏi sử dụng. Một lĩnh vực mới cần sử dụng hệ tri thức đú cỳ, chỉ cần tạo liờn kết đến hệ tri thức đú và định nghĩa cỏc mối liờn qua cần thiết. Cho phộp tỏi sử dụng tri thức đó và đang là một hướng đi trọng tõm sau khi cú sự bựng nổ của ontology. Vớ dụ, một hệ Ontology mụ tả tri thức về thuốc (dược phẩm) cú thể được tỏi sử dung trong nhiều hệ Ontology khỏc như: bệnh viện, hiệu thuốc, cụng ty dược phẩm….
- Làm cho lĩnh vực rừ ràng.
Thế giới thực là muụn màu, đa dạng và phong phỳ! Chỳng ta thương gặp trường hợp một từ cú nhiều hơn một nghĩa và nhiều từ nhưng cú chung một nghĩa. Con người hoàn toàn cú khả năng phõn biệt điều đú, song đối với phần mềm cũng như Agent mọi khỏi niệm cần được định nghĩa rừ ràng trỏnh nhầm lẫn. Làm cho lĩnh vực quan tõm rừ ràng tạo điều kiện thay đổi khi tri thức về lĩnh vực thay đổi. Hơn nữa, cỏc đặc tả rừ ràng là rất hữu dụng cho những người dựng mới, bởi vỡ họ phải học ý nghĩa của cỏc từ trong lĩnh vực của mỡnh.
- Tỏch rời tri thức lĩnh vực và tri thức xử lớ.
Ontology mở ra một hướng tiếp cận mới, tỏch biệt giữa xử lý và tri thức chuyờn mụn, lĩnh vực. Phõn chia tri thức lĩnh vực và tri thức xử lớ là một hữu ớch khỏc của ontology. Chỳng ta cú thể mụ tả một cụng việc cấu hỡnh của một sản phẩm từ cỏc linh kiện của nú tuỳ theo đặc điểm yờu cầu và thực hiện một chương trỡnh làm cấu hỡnh đú độc lập với sản phẩm và cỏc linh kiện. Chỳng ta cú thể phỏt triển một ontology về cỏc linh kiện mỏy tớnh cho cỏc đặc tớnh và ỏp dụng một giải thuật để cấu hỡnh một mỏy PC. Chỳng ta cũng cú thể sử dụng giải thuật này để cấu hỡnh một cần cẩu nếu chỳng ta đưa một ontology về cần cẩu cho nú.
Phõn tớch một từ là cực kỡ cú giỏ trị khi chỳng ta cú gắng tỏi sử dụng cỏc ontology đú cỳ và mở rộng chỳng. Nỳ gần như là phần quan trọng nhất trong xử lớ thụng minh trờn ontology. Muốn kế thừa hay sử dụng một ontology chỳng ta bắt buộc phải phõn tớch và tỡm hiểu cỏc khỏi niệm và quan hệ giữa chỳng trong ontology đú.
Trờn đõy là vai trũ của Ontology đối với cụng nghệ thụng tin núi chung, song những đúng gúp lớn nhất của Ontology được thể hiện trong cụng nghệ Agent, hệ đa Agent (MAS – MultiAgent System)
- Nền tảng xõy dựng hệ thống ngụn ngữ giao tiếp giữa cỏc Agent.
Trong hệ thụng đa Agent, điều quan trong nhất quyết định sự thành cụng của qỳa trỡnh hợp tỏc giữa cỏc Agent là giao tiếp. Cỏc Agent giao tiếp với nhau qua message, trờn cơ sử hiểu biết chung, nền tảng là hệ Ontology dựng chung. Điều này đặc biệt quan trong khi cỏc Agent là khỏc platform, hệ thụng ngụn ngữ khỏc nhau, thỡ sự hiểu biết chung sẽ giỳp chỳng giao tiếp với nhau dễ dàng.
- Tạo ra sự linh hoạt cho hệ MAS
Ngoài khả năng định nghĩa tri thức, Ontology cũn cú khả năng mụ tả thuộc tớnh, chức năng của cỏc Agent trong hệ thống. Điều này đặc biệt quan trọng khi muốn mở rộng hệ thống, thờm một Agent mới vào hệ thống, chỳng ta chỉ cần mụ tả Agent cần thờm, sau đú hệ thống sẽ căn cứ vào mụ tả đú để sinh ra Agent cần thiết từ một khung Agent mẫu.
- Tạo khả năng học cho Agent:
Agent trong hệ thống MAS cú tri thức là hệ Ontology cần thiết cho nú. Song tri thức luụn thay đổi , nờn yờu cầu cập nhật là tất yếu. Do Ontology được lưu dưới dạng cơ sở dữ liệu hoặc file vật lý nờn cú khả năng bổ sung thay đổi. Agent sẽ thu thập cỏc thay đổi mới và cập nhật lại hệ Ontology của mỡnh, như vậy Agent cú khả năng học cỏi mới, điều này đặc biệt quan trọng trong cỏc ứng dụng cần cú Agent thụng minh IA (Intelligent Agent).
1.18 Vũng đời Ontology.
Ngay khi ontology trờ nờn quan trọng, tiến trỡnh cụng nghệ ontology phải được cõn nhắc như một dự ỏn, và cỏc phương phỏp quản lớ dự ỏn phải được ỏp dụng. Cuốn Fernandez et al. thừa nhận lập kế hoạch và đặc tả là một hoạt động rất quan trọng. Cỏc tỏc giả đưa ra cỏc hoạt động được thực hiện trong suốt tiến trỡnh phỏt triển ontology. Chỳng là: lập kế hoạch, đặc tả, tỡm kiếm tri thức, khỏi niệm hoỏ, hỡnh thức hoỏ, tớch hợp, thực thi, đỏnh giỏ, lập tài liệu, bảo trỡ (hỡnh 1)
Hỡnh 22: Cỏc trạng thỏi và hoạt động trong vũng đời của ontology
Tài liệu trờn cũng phờ phỏn cụng nghệ thỏc nước, đề cao cụng nghệ vũng lặp và đề nghị sử dụng mẫu vũng đời giỳp người thiết kế sửa đổi, thờm, bớt cỏc định nghĩa trong ontology bất kỡ lỳc nào. Tỏc giả giải thớch, vũng đời của ontology trải qua cỏc trạng thớa sau: đặc tả, khỏi niệm hoỏ, hỡnh thức hoỏ, tớch hợp, thực thi và bảo trỡ. Mụ hỡnh phỏt triển này cho phộp người thiết kế lựi lại từ bất kỡ trạng thỏi nào nếu một vài định nghĩa bị mất hoặc sai. Vỡ thế, vũng đời cho phộp thờm, xoỏ ,sửa cỏc định nghĩa tại mọi thời điểm. Thu nhận, lập tài liệu, đỏnh giỏ tri thức là hỗ trợ cỏc hoạt động trong suốt hầu hết cỏc trạng thỏi này.
Khi ứng dụng chuyển lĩnh vực, ontology sẽ phải được phỏt triển. Bất kỡ lỳc nào, ở đõu ai đú cú thể yờu cầu thờm hoặc sửa cỏc định nghĩa trong ontology, do thụng tin về một lĩnh vực luụn thay đổi. Bảo trỡ ontology là một hoạt động quan
trọng và cần được thực hiện cẩn thận. Hướng dẫn để bảo trỡ ontology cũng rất cần thiết.
Vũng đời của một dự ỏn Ontology bắt đầu từ việc xỏc định yờu cầu, lĩnh vực cần thể hiện. Việc xỏc định này càng chi tiết thỡ Ontology sinh ra càng hoàn thiện. Sản phẩn của quỏ trỡnh xỏc định là cỏc tài liệu đặc tả về lĩnh vực, mỗi quan hệ với cỏc lĩnh vực khỏc và mỗi quan hệ giữa cỏc đối tượng trong lĩnh vực.
Từ cỏc tài liệu đặc tả đú, tiến hành xõy dựng hệ Ontology, quỏ trỡnh xõy dựng này diễn ra nhanh hay chậm tuỳ thuộc vào chất lượng của tài liệu đặc tả. Quỏ trỡnh tiến hoỏ của Ontology được bắt đầu khi được đưa vào sử dụng: phổ biến Ontology (Diffusion) sử dụng Ontology (Use) đỏnh giỏ từ người sử dụng (Evaluation) và tiến hành bổ sung chỉnh sửa nhằm đỏp ứng những yờu cầu mới(Evolution). Quỏ trỡnh này diễn ra liờn tục như một vũng lặp, làm cho hệ Ontology liờn tục được cập nhật mới, đỏp ứng sự thay đổi của thụng tin.
Tuy vậy, nếu một nghiờn cứu đầy đủ nằm ngoài phạm vi của tài liệu này, nú cũng nhấn mạnh rằng bảo trỡ ontology nằm ngoài vũng đời của ontology. Nú ảnh hưởng đến mọi thứ đó được xõy dựng trong ontology đú. Tuy vậy phỏt triển của ontology cú một vấn đề, ontology cung cấp cỏc khối cơ sở đề mụ hỡnh và thực thi. Điều gỡ sẽ xảy ra khi với cỏc nhõn tố được xõy dựng nhờ cỏc khối cơ sở khi cú sự thay đổi xuất hiện trong ontology? (vớ dụ thờm khỏi niệm, xoỏ khỏi niệm, thay dổi khỏi niệm, thay đổi trật tự, thờm, xoỏ , sửa quan hệ).
Thiết kế Ontology là một dự ỏn, và nỳ nờn được coi là như thế, đặc biệt khi nú là một ontology lớn. Quản lý dự ỏn và cỏc kĩ thuật, hướng dẫn phỏt triển cụng nghệ phần mềm nờn được ỏp dụng cho cụng nghệ ontology. Cỏc kịch bản quan tõm đặc biệt như điểm xuất phỏt để xõy dựng cỏc trường hợp sử dụng và biểu đồ tương tỏc. Trước khi xõy dựng ontology, chỳng ta phải lờn kế hoạch cỏc nhiệm vụ chớnh cần được thực hiện, cỏch sắp xếp chỳng, chỳng cần bao nhiờu thời gian và tài nguyờn gỡ (con người, phần mềm, phần cứng).
1.19 Cỏc bước xõy dựng một Ontology.
Vai trũ của Ontology là rất quan trọng, nờn việc xõy dựng một hệ Ontology là cụng việc yờu cầu chớnh xỏc và chi tiết. Dưới đõy là một số bước để xõy dựng một hệ Ontology. Bao gồm 4 bước chớnh:
1.19.1 Xỏc định mục đớch
Bạn khụng thể phỏt triển ontology khi bạn khụng biết mục đớch và phạm vi của nú và để nhận biết cỏc mục tiờu và giới hạn của một nghiờn cứu, bạn phải trả lời cỏc cõu hỏi: tại sao ontology được xõy dựng, nú được mong đợi gồm những gỡ. Nú cũng được dựng để nhận biết và mụ tả đặc điểm phạm vị quan tõm của người dựng. Việc xỏc định chớnh xỏc mục đich sẽ giỳp người phỏt triển tập trung vào trọng tõm của vấn đề, xỏc định được mối liờn quan với cỏc lĩnh vực khỏc. Kết quả của quỏ trỡnh xỏc định mục tiờu là một số đặc tả hoặc viết cỏc cõu trả lời trong một tài liệu đặc tả yờu cầu của ontology, gọi là kịch bản.
Kịch bản cú một lợi thế là cú thể giao tiếp bằng ngụn ngữ tự nhiờn khi nắm bắt cỏc tỡnh huống, nhà tài trợ, phạm vi, vấn đề và cỏch giải quyết với cỏc từ vựng liờn kết của chỳng. Trong cuốn Uschold and Gruninger, tỏc giả giới thiệu cõu hỏi khả năng phi hỡnh thức: Đưa ra cỏc kịch bản tăng cường, một tập cỏc truy vấn sẽ xuất hiện tại nơi đũi hỏi một ontology cơ sở. Chỳng ta cú thể coi cỏc truy vấn trờn là cỏc yờu cầu, dưới dạng cõu hỏi. Một ontology phải cú khả năng trỡnh bày cỏc cõu hỏi sử dụng thuật ngữ của nú, và cú thể mụ tả đặc điểm của cỏc cõu trả lời cho cỏc cõu hỏi trờn sử dụng cỏc tiờn đề và cỏc định