uzluga.ru
добавить свой файл

Артемьева И.Л., Высоцкий В.Н., Рештаненко Н.В.

МОДЕЛЬ ОНТОЛОГИИ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ (НА ПРИМЕРЕ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ)


Данная работа является первой частью из цикла работ, содержащих описание онтологии и ее модели для предметной области «Органическая химия» (вузовский курс). В данной работе приводится обзор существующих онтологий, позволяющих представить химические термины и показываются их недостатки. Также описывается структура модульной онтологии и ее модели. Приводятся три модуля онтологии и ее модели, описывающие электронное строение и элементный состав органических соединений.

Введение


Органическая химия является частью общей химии. Она тесно связана с неорганической, физической и биологической химией и, вместе с тем, имеет специфику. Поэтому, решение задач в области органической химии требует знания большого объема информации и всех закономерностей.

В настоящее время существует большое количество систем, разработанных для решения задач самых разных разделов химии. Многие из таких систем используют базы данных, содержащие значения характеристик веществ и реакций. Интеллектуальные системы имеют существенное преимущество перед программными системами других классов, поскольку позволяют расширять базу знаний, не меняя ядро программной системы, охватывая новые разделы предметной области и новые классы задач. Для создания интеллектуальных систем необходим теоретический фундамент в виде моделей онтологий предметных областей.

Согласно работе [1], онтология предметной области определяет:

  • систему понятий действительности;

  • систему понятий знаний;

  • связь между системой понятий знаний и системой понятий действительности.

В настоящее время построены онтологии некоторых разделов молекулярной биологии, которые описывают терминологию для определения множества химических элементов, описания процессов внутри клетки. Онтология TAMBIS (TaO) [2] описывает биоинформатику и определяет основные понятия молекулярной биологии и биоинформатики: макромолекулы, их предназначение, структуру, функции, клеточное расположение и процессы, в которых они взаимодействуют. ТаО онтология построена с использованием языка OIL.

Существует также экспериментальная онтология для бионеорганических центров, известная под именем СОМЕ (http://www.ebi.ac.uk/~kirill/come/COME.xml). СОМЕ состоит из сущностей трех видов: Молекула (MOL), Бионеорганический Мотив (BIM) и Бионеорганические Протеины(PRX).

Также построены онтологии, представляющие понятия и отношения в таких областях как химические кристаллы, керамические материалы, биоэнергетические центры. Примером таких онтологий может служить онтология Chemical-Crystals (www-ksl-svc.stanford.edu:5915/doc/hpkb/query-results/real-ontolingua/chemical-crystals). Онтология Chemical-Crystals описывает различные типы кристаллической структуры веществ. Эта онтология построена с использованием методологии, известной как МЕТОДОЛОГИЯ [3].

Одним из представителей онтологии химии является Plinius [4] – онтология керамических материалов. Онтология Plinius толкует материалы как абстракцию от образца. Каждый образец является уникальным. При анализе входного текста Plinius интерпретирует каждую ссылку на материал как ссылку на образец и связывает с ним уникальную метку. Эта метка сама интерпретируется как характеристика образца.

Другим примером онтологии является онтология чистых веществ [5]. Для чистых веществ определяется химический состав и структурные правила, при помощи которых чистые вещества определяются в терминах химических веществ.

В работах [6-10] описана онтология и ее модель для физической химии. Эта модель является модульной. Она определяет множество разделов предметной области и связи между ними, описывает систему понятий каждого раздела и задает связи между понятиями разделов. Онтология физической химии состоит из восьми связанных друг с другом разделов: «Элементы», «Вещества», «Реакции», «Основы термодинамики», «Термодинамика. Химические свойства», «Термодинамика. Физические свойства», «Термодинамика. Связь физических и химических свойств», «Химическая кинетика». Средством представления модели онтологии физической химии является расширяемый многосортный язык прикладной логики [11-13].

Но модель физической химии определяет только часть понятий и законов органической химии. Свойства элементов, веществ и реакций, рассматриваемых в онтологии физической химии, в основном позволяют определить физические характеристики элементов, веществ и реакций. Помимо этого, упомянутая онтология не содержит терминов, описывающих классификации химических веществ и реакций, что является неотъемлемой частью органической химии. Поэтому можно считать, что ни одна из упомянутых работ не покрывает представления и законы органической химии.

Онтология органической химии и ее модель будет определена в серии работ. Данная работа является первой в этой серии. Ее цель состоит в описании структуры онтологии и части модулей, в которых определяются понятия, используемые при описании свойств химических элементов. При определении онтологии органической химии используются некоторые определения физической химии. Модель онтологии органической химии также представлена средствами расширяемого многосортного языка прикладной логики [11-13].