A theory for ontological modeling of events based on systems

Abstract

In Informatics, an ontology is the specification of a system of categories accounting for a certain view of the world. It usually includes categories for the things that are in time, which are commonly called continuants and include things such as a person, a piece of rock, or a machine. An ontology may also include categories for the things that hap pen in time as a transition through successive situations (i.e., instantaneous snapshots of part of the world). Those entities are usually called events or processes and include, e.g., a meeting, the erosion of a mountain, or the manufacturing of a good. Despite the usual priority given to continuants, in practical terms, a good model of events can support several ontology-based reasoning activities, such as pre- and post-condition inference or inference of temporal relations. Accordingly, current ontologies offer powerful modeling constructs that allow us to rep resent a rich variety of types of events. In contrast, they provide much weaker constraints over the possible models that can be constructed. In special, there are several shortcom ings in the current criteria to determine what sequence of situations suitably characterizes the unfolding of a given event and which continuants participate in the event at each of these situations. This lack of clear restrictions on how to model events compromises the ability of such ontologies to guide the modeling process and allows a higher degree of ambiguity in the resulting models. Hence, stricter constraints over the notion of events can be useful to empower modelers to convey the intention behind their models more ef fectively. Besides that, they can help us to uncover novel relations between events and types of events to account for relevant modeling scenarios. In view of that, this work presents a theory for ontological analysis and modeling of events based on the notion of systems as the invariant element that delimits an event. Under this perspective, an event would be a transition through instantaneous snapshots of an invariant system. We argue that such a constraint captures the observed cohesion among the situations that compose the course of an event. Furthermore, it renders a clearer criterion to decide which objects can be said to participate in an event at each instant as well as which succession of situations can adequately trace out the unfolding of an event. Thus, in this work, we introduce the notion of system-invariant events as a type of event whose instances are delimited by systems and derive sub-types according to the type of the system that delimits their instances. Following, we propose an ontological account for the notion of auxiliary events, i.e., events that interfere with other events (e.g., by causing the entry/exit of participants into/from other events, by affecting the dynamics of other events), and derive a taxonomy of auxiliary events based on the type of effect they have on other events. Finally, based on the referred taxonomies and on the principle of onto logical conservation we propose some general guidelines for the modeling of events. We demonstrate this approach with a case study in the domain of Geology (namely, the case of turbidity currents and associated processes such as erosion and deposition).

Em Informática, uma ontologia é a especificação de um sistema de categorias que representa determinada visão do mundo. Normalmente, uma ontologia inclui categorias para as coisas que existem no tempo, comumente chamadas de continuantes, tais como como uma pessoa, um pedaço de rocha ou uma máquina. Uma ontologia também pode incluir categorias para as coisas que acontecem no tempo na forma de uma transição através de situações sucessivas – ou seja, uma transição através de uma série de configurações instantâneas de parte do mundo. Essas entidades geralmente são chamadas de eventos ou processos e incluem, por exemplo, uma reunião, a erosão de uma montanha ou a fabricação de um produto. Apesar da prioridade usualmente dada aos continuantes, em termos práticos, um bom modelo de eventos pode apoiar várias atividades de raciocínio baseadas em ontologia, tais como a inferência de condições pré e pós-evento ou a inferência de relações temporais. Nesse sentido, as ontologias atualmente disponíveis oferecem construtos de modelagem poderosos, que nos permitem representar uma grande variedade de tipos de eventos. Em contraste, tais ontologias fornecem muito menos restrições sobre os possíveis modelos que podem ser construídos.Em especial, existem deficiências nos critérios atuais para determinar que sequência de situações caracteriza adequadamente o desenrolar de deter minado evento e quais continuantes participam do evento em cada uma dessas situações. Essa falta de restrições claras sobre como modelar eventos compromete a capacidade dessas ontologias em orientar o processo de modelagem e permite um grau maior de am biguidade nos modelos resultantes. Portanto, restrições mais rígidas sobre a noção de eventos podem ser úteis para capacitar os modeladores a transmitir a intenção por trás de seus modelos de forma mais eficaz. Além disso, restrições adicionais também podem ajudar a descobrir novas relações entre eventos e novos tipos de eventos que permitam representar cenários de modelagem relevantes que não são adequadamente tratáveis com os recursos atuais. Diante disso, este trabalho apresenta uma teoria para a análise ontológica e modelagem de eventos baseada na noção de sistema como o elemento invariante que delimita um evento. Sob essa perspectiva, um evento seria uma transição através de diferentes configurações instantâneos de um mesmo sistema. Tal restrição permite captar a coesão que se observa entre as situações que compõem o curso de um evento. Além disso, ela proporciona um critério mais claro para decidir quais objetos podem ser considerados participantes de um evento em cada instante, bem como qual sucessão de situações pode traçar adequadamente o desenrolar de um evento. Assim, este trabalho introduz a noção de eventos de sistema invariante como um tipo de evento cujas instâncias são delimitadas por sistemas. Com base nisso, são derivados subtipos evento de acordo com o tipo do sistema que delimita suas instâncias. Este tra balho também propõe um caracterização ontológica para a noção de eventos auxiliares, i.e., eventos que interferem em outros eventos (e.g., causando a entrada/saída de parti cipantes em/de outro evento ou afetando sua dinâmica) e apresenta uma taxonomia de eventos auxiliares baseada no tipo de efeito que um evento de certo tipo pode ter sobre outros eventos. Por fim, a partir das taxonomias propostas e do princípio de conservação ontológica, este trabalho propõe algumas diretrizes gerais para guiar a tarefa de modela gem conceitual de eventos. A aplicação da teoria proposta é demonstrada em um caso de estudo no domínio de Geologia – mais especificamente, o caso de correntes turbidíticas e seus processos associados, tais como erosão e deposição).