воскресенье, 10 июня 2018 г.

Роли: разбор в 4Д

Роли: разбор в 4Д
Перевод Roles: A Four-Dimensional Analysis by Matthew West, 2008

Реферат. В онтологии выявляется суть, лежащая в основе природы вещей. И поэтому роли, которые вещи играют, иногда могут игнорироваться. Под ролями могут подразумеваться несколько видов вещей: места в отношениях, способы участия в деятельности, способы быть частью системы. Эти вещи рассмотрены в статье и разобраны с точки зрения 4Д-экстенсионализма. Мы нашли, что для индивидов роль означает какое-то состояние индивида, которое участвует в отношении или в деятельности, а для классов роль означает сам класс, который участвует в месте в отношении. В системах, это касается социальных и функциональных ролей, роли обозначают заменяемые части системы с назначением, которое часть играет в системе в целом. Представлена 4Д онтология ролей, которая связана с верхней онтологией, и далее это используется для того, чтобы установить ключевые свойства ролей, выявленных другими исследователями.

1.Какие роли были найдены в литературе и индустрии
Хороший обзор литературы по ролям можно найти у Steimann [11], большое исследование сделал Loebe [3].
В литературе можно найти следующие роли:
1. Отношенческие роли (например, Loebe [3], Masolo et al [3], Sowa [3])
2. Участвующие или процессуальные роли (Loebe [3], Sowa [1])
3. Социальные роли (Loebe [3], [12] Msolo et al [6], Smith [7], Mizigouchi [13])
4. Функциональные роли (например, ISO15926)
Steimann [11] определил свойства ролей, а Loebe [12] развил эти определения в виде вопросов. Результат показан в списках ниже.


Steimann
У роли есть свои свойства и поведение
Роли зависят от отношений
Объект может одновременно играть несколько ролей
Объект может играть одну роль несколько раз одновременно
Объект может занимать роль и выходить из роли
Последовательность занятия и выхода из роли может быть предметом ограничения
Объекты несвязанных типов могут играть одинаковую роль
Роли могут играть роли
Роль может передаваться от одного объекта к другому
Состояние объекта может быть привязано к роли
Свойства объекта могут быть привязаны к роли
Роли ограничивают доступ
Разные роли могут разделять структуры и поведение
Объект и его роли разделяют идентичность
Объект и его роли имеют разную идентичность


Loebe
Роль как индивид против роли как концепта [1, 14, 15]. Существуют ли индивиды ролей или роли являются особым видом концепта?
Идентичность роли [14, 15]. Есть ли у роли идентичность отличная от той, которая есть у исполнителя?
Зависимость, относительная природа ролей и контексты [2]. В каком смысле роли зависят от остальных сущностей?
Роли с собственными свойствами и поведением [1, 11]. Все ли роли обладают своими свойствами и поведением?
Динамичность и гибкость в отыгрывании ролей (dynamicity and anti-rigidity) [4, 5, 6, 9]. В каком смысле роли рассматриваются как “динамичные”? Все ли роли могут быть гибкими?
Роли, которые играют роли [8, 9]. В каких отношениях могут находиться роли в общем?
Множественность ролей [3, 4, 7, 9].
Иерархии обобщения с ролями [13]. Как можно объединить ролевые и неролевые термины в единую иерархию обобщения?
Ролевая абстракция и дополняющие роли. Почему имеют смысл абстракции в отношенческих процессуальных ролях? Что должна значить дополнительность на уровне концептов?
Чистые роли. Какая разница между ролями “ребенок” и “сын”?
Объединение ролей с помощью ква-индивидов. Должны ли индивиды ролей идентифицироваться/обозначаться ква-индивидами?

Метауровневый статус ролей. Являются ли индивиды ролей истинными сущностями с метауровня представленной модели?

Вот некоторые вопросы, по которым есть разногласия:
1. Чем являются эти разные виды ролей - индивидами или классами? И если индивидами, то абстрактными или конкретными?
2. Типы ролей являются специализацией базовых типов или нет? Например, является ли наемный сотрудник специализацией человека?
3. Идентична ли роль объекту, который играет эту роль?


2.Роли в отношениях
Я хочу начать с различения того, как что-то представлено и того, чем оно является. Например, вполне допустимо представить деятельность как связь, в которой роли в этой деятельности представлены местом в этой связи. Однако это не делает деятельность связью. Деятельность - это индивид, который вызывает изменение. С другой стороны отношение есть что-то статичное, существующее в течение своего срока и области применимости. Отношение может либо не может быть представлено связью, альтернативным вариантом, например, могло бы быть представление отношения классом, а роли в этом отношении связями. Здесь я больше говорю про отношения и деятельность, чем про связи.
В 4Д-экстенсионализме первичными объектами являются пространственно-временные экстенты и классы, где экстенты служат основанием идентичности. Поэтому я рассмотрю три типа отношений:
1. Отношения между индивидами
2. Отношения между индивидами и классами
3. Отношения между классами
2.1 Роли индивидов в отношениях
Я должен начать с пространственно-временной диаграммы владения как примера отношения между индивидами, рис. 1.


Рисунок 1. Пространственно-временная шкала для показа отношения между индивидами
Рисунок показывает как я владею своей машиной. Серые стрелки представляют меня в течение всей жизни и машину Х в течение всего ее существования, показано, что начало и окончание моей жизни и существования машины находится за пределами диаграммы. Черные прямоугольники на этих стрелках показывают мое состояние владения машиной и состояние машины, которой я владею. Черная рамка показывает объединение этих состояний в отношение владения. Обращаю внимание, что отношение является пространственно-временным экстентом. Стрелки показывают классификацию каждого состояния в подходящий класс, в случае закрашенных областей стрелок это классы ролей. Светло-серая вертикальная стрелка представляет период, временной частью которого является отношение. То, что обычно представляется простым отношением, по факту состоит из отношений часть-целое.
Особым случаем этой типовой ситуации является часть-целое. На рисунке 1 этот случай приведен дважды, роли владельца и владеемого являются частями отношения владения, а само отношение владения является частью периода, в котором это владение происходит.
Можно заметить, что сложные отношения между индивидами разбиваются на отношения либо классификации либо состава. Я предполагаю, что это справедливо для всех не примитивных совпадающих во времени отношений между индивидами, примером не совпадающих по времени отношений может служить отношение между учителем истории и Наполеоном, в тот момент, когда учитель рассказывает о Наполеоне. Masolo [4] и Kozaki [10] пришли к таким же выводам.
2.2 Роли в отношениях между индивидами и классами
На рисунке 1 также приведен пример отношения классификации между классом и индивидом, оно показано стрелкой. Классификация является особым случаем, т.к. она является примитивным отношением, которое нужно, чтобы вообще сказать что-либо. Однако оно показывает природу отношений между индивидами и классами. Ключевым моментом является его временный характер. Отношение существует между состоянием индивида, его ролью, для которого это отношение верно, и классом. В случае классификации это поддерживает экстенсионализм классов, т.к. состав класса меняется со временем, состояния, которые содержат в себе  период действия отношений, просто являются членами класса, который в этом случае является постоянным суждением. Несмотря на то, что классификация является особым случаем, эта схема соблюдается между остальными индивидами и классами.
2.3 Роли в отношениях между классами


Рисунок 2 приводит пример отношений между классами. Построен на примере, который показан ранее. Нотация:
- не закрашенный ромб показывает простое отношение, линии связывают связанные объекты;
- не закрашенный ромб с двойным штрихом показывает класс отношений, например, набор отношений;
- закрашенный ромб показывает отношение между классом отношений и классом роли, которые участвуют в отношениях член класса;
- пунктирная стрелка показывает следствие того, что отношение существует между ролями, относящимися к классу отношений;
- жирные линии показывают отношения специализации, подкласс на стороне жирной точки;
- молния означает выноску названия объекта;
- как и на рисунке 1 стрелка показывает отношения классификации с членом на конце стрелки.
Если мы начнем с нижней части диаграммы, мы обнаружим отношение между моим владением машиной и моей машиной. Это отношение классифицировано как отношение, составленное из отношений ownership by owned. Этот класс, в свою очередь, относится к классам ownership и owned, это показывает, что они являются классами играемых ролей в составе отношений ownership by owned.
Двигаемся по диаграмме вверх, и видим, что состав ownership by owned есть специализация состава, и что ownership есть специализация класса ролей whole, а owned есть специализация класса ролей part. Наконец, мы видим, что и whole и part есть специализация пространственно-временного экстента.
Теперь, в добавление к сказанному выше, есть отношение между классами ownership и owner, и отношение между whole и part. Их существование подразумевается наличием классов отношений, показанных началом пунктирной стрелки. Теперь, поскольку у нас есть отношения между классами, они сами начинают играть роль. Это все потому, что классы находятся вне времени, поэтому если отношение верное, то оно всегда верное. Также, как и с отношениями между индивидами, есть и класс отношений для отношений между классами. Это отношение состава по классам (composition by class), показано почти на самом верху диаграммы. Отношения выше показаны как члены класса.

3.Роли индивидов в деятельности

Рисунок 3 показывает, как роли появляются в деятельности. Этот пример показывает замену лопаток насоса. Использована та же нотация, что и на рисунке 1. Вначале кто-то в инженерном отделе создает запрос кому-то в отделе закупок на новые лопатки. Потом отдел закупок организации заказчика размещает заказ в отдел продаж организации поставщика. Отдел продаж затем запрашивает поставку лопаток в организацию заказчика у отдела поставок, который выполняет поставку, которую получает организация заказчика. Затем лопатки устанавливаются, подробности опущены.
Роли в этой деятельности есть состояния объектов во время этой деятельности. Деятельность состоит из ролей, которые участвуют в ней. Можно заметить, что схема ролей в деятельности такая же, как и схема отношений между индивидами. Различие между ними в том, что деятельность приводит к изменениям, а отношения - это про что-то неизменное.


4.Роли как заменяемые части системы
Как мы увидим с помощью анализа 4Д, социальные и функциональные роли описываются одинаковой схемой, поэтому, хотя они и рассматриваются по отдельности, я их объединил в один раздел.
4.1 Социальные роли
Социальная роль в человеческих отношениях определяется отдельно от человека, выполняющего эту роль, и время от времени человек, выполняющий эту роль, может меняться. Например, мэр Москвы, президент США или ректор МГУ.
Анализ социальных ролей в 4Д был представлен в [11]. Описанный здесь пример приведен на рисунке 4.


Рисунок показывает как Билл становится президентом на какой-то срок, т.о. состояние Билла также является состоянием президента США. Когда Билл покидает офис, его заменяет Джордж, и теперь он является президентом в течение определенного срока, т.о. состояние Джорджа есть также состояние президента США. В этом примере нужно отметить  4 вещи:
1. Социальная роль состоит из временной/темпоральной части тех, кто играет роль, пока они ее играют;
2. Социальная роль может изменить все свои части разом и пережить это изменение, и в этом ее отличие от физического объекта;
3. Социальная роль может проходить периоды, в которых она не существует, например, если есть промежуток времени, когда один человек покидает офис, а другой еще не вступил в должность;
4. Если нет США, то нет и президента США, т.е. социальная роль зависит от социальной системы, частью которой является. Mizigouchi [13] также распознает эту зависимость социальных ролей, но привязывает ее к контексту, не указывая явное отношение социальной роли как части социальной системы.
Следствием этого является наличие смысла у выражения “пожать руку президенту”, потому что президент реальный физический объект, хотя и не совсем обычный.
4.2 Функциональные роли
Функциональная роль это часть функционального объекта, которую можно полностью заменить, и при этом сохранить идентичность. Примерами могут служить колесо машины, двигатель самолета, или откачивающая помпа дистилляционной колонны обрабатывающего завода.

Последний пример, который я взял из [8] и [9], показан на рисунке 5.

В установке фильтрации нефти есть насос на дне дистилляционной колонны, с номером Р101. Насос с серийным номером изготовителя, Pump 1 установлен как Р101, и как таковой используется и обслуживается операторами завода. Они обеспечивают работу Р101, а не конкретного насоса, который установлен в эту позицию. Однако инженеры по обслуживанию регистрируют обслуживание Pump 1. В какой-то момент времени Pump 1 ломается и заменяется Pump 2. Операторы продолжают использовать замену насоса как Р101. Инженеры по обслуживанию ремонтируют Pump 1 и возможно устанавливают его в другое место на заводе выполнять другую функцию.
Как и с социальной ролью, необходимо заметить, что:
1. Функциональная роль состоит из временной/темпоральной части физического объекта, которая играет эту роль, в тот момент, когда он ее играет;
2. Функциональная роль может изменить все свои части в один момент и пережить это изменение, в отличие от физических объектов;
3. Функциональная роль может проходить периоды, в которых она не существует, например, если есть промежуток времени, когда один физический объект был убран, удален, а другой еще не был установлен;
4. Существование функциональной роли (Р101) зависит от существования установки фильтрации нефти.

Особо сложным является прийти к соглашению касательно периодов несуществования. Как что-то может не существовать, если я могу об этом говорить? Но достаточно просто осознать в чем дело, если сравнить это с обсуждением исторических фактов, которые сейчас не существуют. Возможно, будет понятнее на практическом примере. Если вы оператор завода и от вас требуют запустить насос Р101 в тот момент, когда на его место ничего не установлено, вы не сможете это сделать. И причина, по которой вы не можете это сделать - это то, что в этот момент эта вещь не существует.
4.3 Схожесть и различия функциональных и социальных ролей
Общая схема социальных и функциональных ролей очевидно одинаковая. Различие лишь в уровне реальности, в котором работает система. Можно посмотреть на разные уровни реальности и увидеть, что и на них могут существовать системы с заменяемыми частями. Например, в живых организмах орган может быть заменяемой частью.


5.4Д-онтология верхнего уровня для ролей
Мы разобрали схемы для различных ролей, и теперь можем представить онтологию, которая описывает результаты анализа и является расширением онтологии верхнего уровня. Она приведена на рисунке 6. 

Толстые линии показывают подтипы и надтипы отношений. Подтипы отличаются закрашенным кружком на конце связи. Тонкие линии показывают связи, где сплошные линии показывают обязательность на стороне без кружка. Имена связей читаются от конца без кружка к концу с кружком.
Вещь - это все, что существует, реальное и воображаемое. Вещь может быть абстрактным объектом или экстентом, и не может быть и тем и тем. Абстрактный объект может быть либо отношением либо классом. Экстент здесь - это любой пространственно-временной экстент, т.е. произвольно определяемая часть пространства-времени, не обязательно даже непрерывная.
Индивид - это экстент, который сохраняет целостность на протяжении своей жизни, обычные объекты и деятельность, которую мы распознаем. Здесь показаны следующие подтипы индивидов:
- система, которая состоит из организованных или соединенных групп объектов, и может быть физической системой, биологической системой или социальной системой;
- заменяемая часть, которая есть часть как минимум одной системы, и может быть функциональной ролью, органом или социальной ролью;
- деятельность, которая вызывает изменения;
- отношение, суть неизменное состояние как минимум двух индивидов.
Состояние индивида есть временная часть индивида, и поэтому индивид сам по себе есть подтип состояния индивида, его максимального состояния. Индивид в роли есть состояние индивида, который играет роль.  Это может быть частью отношения или временной частью заменяемой части. Индивид в роли классифицируется по классу роли, который суть подтип абстрактного объекта.
Участие в деятельности есть любой индивид в роли, который также есть деятельность и есть часть деятельности. Это индивид т.к. принимает участие в деятельности.


6.Обсуждение
В разделе 1 я привел список свойств и вопросов, которые Steimann и Loebe подняли в отношении ролей. Теперь, когда я рассмотрел 4Д онтологию ролей, я могу вывести из нее следствия, и приведу следующие суждения.
1. Роль, индивид в роли, суть состояние индивида, которое является отдельным объектом с отдельной от индивида, играющего роль, идентичностью. Поэтому у него есть свои свойства и поведение. Steimann [1, 10, 11, 14, 15], Loebe [1, 2, 4, 10, 11, 12].
2. Существование роли, индивида в роли, зависит и от индивида, который играет эту роль, и от отношения, деятельности или системы, частью которой является роль. Steimann [2], Leobe [5].
3. Т.к. нет никаких ограничений на то, чтобы одно состояние индивида перекрывалось с другим, объект может играть одну роль много раз или разные роли одновременно. Steimann [3, 4], Loebe [3].
4. Роль, индивид в роли, суть временная часть индивида, играющего роль. Steimann [5], Loebe [5].
5. Последовательность, в которое можно получать и освобождаться от ролей, можно ограничить. Steimann [6].
6. Индивиды несвзяанных типов могут играть одну роль. Steimann [7], Loebe [7].
7. Роли, индивиды в в роли, могут играть роли. Ничто не мешает одному индивиду в роли быть временной частью другого индивида в роли, что в 4Д означает, что одна роль играет другую. Steimann [8], Loebe [7].
8. Для заменяемых частей, все части могут быть заменены, и они могут проходить через периоды не существования. Steimann [13], Loebe [7].
9. Один тип роли может быть подтипом другой, и поэтому может разделять структуру и поведение. Steimann [13], Loebe [8, 9].
10. Деятельность или отношение построены из индивидов в ролях, которые участвуют в деятельности или отношениях. Loebe [9].
Особенно хочется заметить, что на множество вопросов удалось ответить в результате понимания, что роль суть состояние индивида, играющего роль.


7. Заключительная часть
С помощью 4Д были разобраны 4 типа ролей - отношенческие, участвующие, социальные и функциональные. Мы обнаружили, что роли состоят из состояний индивидов, играющих эти роли. Социальные, функциональные и участвующие роли могут изменить все входящие в них части разом и при этом сохранить свою идентичность, в этом их отличие от физических объектов Мы также показали, что классы ролей являются не специализацией класса вещей, которые играют эти роли, а специализацией состояний этих вещей. Наконец, мы показали как разработанная нами онтология отвечает на вопросы, поставленные Steimann и Loebe.

8.Литература
[1] Sider, Theodore Four Dimensionalism - An Ontology of Persistence and Time 2001 Oxford University Press, ISBN 0-19-926352-3
[2] Hawley, Katherine How things persist Oxford: Clarendon Press 2001
[3] Loebe, F. 2003. An Analysis of Roles. Toward Ontology-Based Modelling. Master's Thesis, University of Leipzig.
[4] Masolo, C. and Guizzardi, G. and Vieu, L. and Botazzi, E. and Ferrario, R. (2005) Relational roles and qua-individuals. In: AAAI Fall Symposium on Roles, an Interdisciplinary Perspective, 2005, Virginia, USA. pp. 103-112. American Association for Artificial Intelligence (AAAI). ISBN 978-1-57735-254-9
[5] Sowa, J.F. Knowledge Representation: logical, philosophical and computational foundations Brooks/Cole - Thomson Learning, 2000, ISBN 0-534-94965-7
[6] Masolo, C., Vieu, L., Bottazzi, E., Catenacci, C., Ferrario, R., Gangemi, A., and Guarino, N., 2004. Social roles and their descriptions. In Ninth International Conference on the Principles of Knowledge Representation and Reasoning, Whistler Canada.
[7] B. Smith, Social Objects http://ontology.buffalo.edu/socobj.htm 2002
[8] ISO 15926-2:2003, Industrial automation systems and integration - life cycle data for process plant - Part 2: Data model.
[9] West, Matthew Some Industrial Experiences in the Development and Use of Ontologies EKAW04 Workshop on Core Ontologies, 2004
[10] Kozaki, K., Sunagawa, E., Kitamura, Y., Mizoguchi, R.,Fundamental Consideration of Role Concepts for Ontology Evaluation, Proc. of Evaluation of Ontologies for the Web (EON2006) 4th EON Workshop, Edinburgh, United Kingdom, May 22, 2006
[11] Steimann, F. On the representation of roles in object-oriented and conceptual modelling. Data & Knowledge Engineering, 35(1), 83–106, 2000
[12] Loebe, F. Abstract vs. social roles – Towards a general theoretical account of roles, Applied Ontology 2 (2007) 127–158, IOS Press
[13] Mizoguchi, R. et al The model of roles within an ontology development tool: Hozo, Applied Ontology 2 (2007) 159–179, IOS Press

Комментариев нет:

Отправить комментарий