Vojtěch Svátek a Ondřej Zamazal, odborníci na ontologické inženýrství z Vysoké školy ekonomické, se se svým týmem díky tzv. hop-on mechanismu zapojili do běžícího projektu Horizontu Evropa s názvem Onto-DESIDE. Jejich zkušenosti v oblasti vývoje a transformace ontologií by měly pomoci rozvíjet cirkulární ekonomiku díky pružnější výměně dat mezi partnery cirkulárních řetězců, kterou ontologie podporují.
Co vás osobně přitahuje k tématu ontologie? Proč jste si vybrali tento obor?
Zamazal: Ontologie mě zaujaly proto, že je to v umělé inteligenci všestranně použitelný prostředek pro reprezentaci znalostí. Navíc lze ontologie používat jak v jednoduché podobě, tak také v komplexní podobě s možností odvozování. Díky tomu je lze uplatnit v mnoha oblastech. V dnešní době v umělé inteligenci dominuje generativní směr a především velké jazykové modely. Reprezentace znalostí, ontologie či případně znalostní grafy mají však stále co nabídnout.
Svátek: Já bych si dovolil svůj vztah k ontologiím vyjádřit ještě vzletněji. Asi všichni jsme se totiž s pojmem ontologie setkali ve filozofickém kontextu, kde jde, velmi zjednodušeně a nepřesně řečeno, o zkoumání otázek „bytí“ – co je podstatou světa, jaké typy v něm existují, a podobně. A výzkum ontologií v kontextu informatiky si – pokud to dokážeme vnímat – mnoho z těchto hlubokých filozofických aspirací zachovává. Konkrétně v našem výzkumu se dotýkáme otázek, kdy může určitý pojem být chápán jako „jednotlivina“, něco, co existuje zcela unikátně, a kdy je to naopak „typový“ pojem, který pod sebou zahrnuje své „instance“. Nebo jestli je určitá vlastnost objektu, třeba to, že se jedná o výrobek, jeho stálou vlastností, nebo tento objekt může dotyčnou vlastnost ztratit, například když se stane materiálem pro výrobu nového výrobku, přestože se z vnějšího pohledu nezměnil.
Pro mě je vlastně náš specifický podobor informatiky nazývaný ontologické inženýrství takovou „královnou“ mezi počítačovými a vůbec inženýrskými disciplínami, protože vedle inženýrských přístupů (které jsou také potřebné – pracujeme totiž s ontologiemi i jako s datovými strukturami kódovanými ve formálním, strojově zpracovatelným jazyce) ve velké míře zahrnuje i aspekty matematicko-logické a filozofické.
To neznamená, že by nutně šlo jen o myšlenková cvičení k uspokojení hloubavého ducha. Dopad na realitu může být značný. Dovolím si vypůjčit příklad, který s oblibou ve svých přednáškách používá jeden z nejznámějších vědců v oblasti informatických ontologií, Giancarlo Guizzardi z Nizozemí. Po útoku na budovy WTC v New Yorku v roce 2001 se otevřela právní otázka, na jejíž odpovědi závisel rozdíl v objemu pojistného plnění v řádu několika miliard dolarů: zda byly nárazy letadel do jedné a pak druhé věže dvěma samostatnými pojistnými událostmi, nebo událostí jedinou. A k posouzení takové otázky neposkytují samotné zákony a regulace dostatečný podklad – je nutno se, ať už vědomě nebo implicitně, ponořit právě do ontologické analýzy s pojmy jako je identita, jednota, kauzalita atd.
Ontologie a ontologické inženýrství
Ontologie jako disciplína se zabývá tím, jak uspořádat a popsat znalosti o světě – například jaké objekty existují, jaké mají vlastnosti a vztahy mezi sebou. V informatice se ontologie jako pokročilá datová schémata využívají k jasnému popisu informací, aby jim mohli porozumět nejen lidé, ale i počítače. Díky ontologiím je strojům umožněno rozumět významům dat a efektivně s nimi pracovat. Cílem je vytvořit přehledné struktury, které usnadňují sdílení znalostí, propojení různých systémů a zpracování dat. A to například i v oboru cirkulární ekonomiky, která je podstatou projektu Onto-DESIDE.
Ontologiemi se zabýváte i v rámci výzkumného projektu Onto-DESIDE. Jaký byl pro vás hlavní impulz pro podání žádosti o zapojení do tohoto projektu? Jaká byla vaše motivace do takového výzkumného projektu vstoupit?
Svátek: O existenci projektu Onto-DESIDE jsme již věděli dříve, a to díky kontaktu přímo s koordinátorkou projektu Evou Blomqvist z univerzity ve švédském Linköpingu. Připravovali jsme s ní totiž o necelé dva roky dříve společný projekt pro Erasmus+, který měl mít vlastně do určité míry podobnou náplň, zaměřoval se na zdokonalování výuky metod ontologického inženýrství, přičemž věcná oblast cirkulární ekonomiky měla sloužit jako modelová – předpokládali jsme, že by pro současné studenty, zejména ty s ekologickým mindsetem, mohla být atraktivní a výuku jim zpestřit. Projekt Erasmus+ tehdy nevyšel – a ani ve snu by nás tehdy nenapadlo, že bychom mohli do světa ontologií pro cirkulární ekonomiku zakrátko vstoupit jinými dveřmi, těmi vědeckými namísto pedagogickými! Ale když se tyto dveře s evropským štítkem pootevřely, bylo zcela přirozené sáhnout po klice.
Do projektu jste vstoupili pomocí tzv. hop-on mechanismu. Co vás k tomu vedlo a jaké byly hlavní výhody tohoto přístupu?
Svátek: Přiznám se, že tento mechanismus byl pro nás nový, a když jsem o něm poprvé slyšel na obecné rovině, byl jsem spíše skeptický. V běžícím projektu (jakými jsme si už v minulosti několikrát prošli v programu Horizont 2020 a předtím FP6 a FP7) mají už partneři rozdělené role, navzájem si nasdíleli řadu poznatků a také absolvovali náročné procedury kolem uzavírání grantové smlouvy a konsorciální dohody. Zařazení dalšího partnera je nutně spojené s velkou režií a domníval jsem se, že o to ti stávající málokdy budou výrazně stát. Nicméně když nám celouniverzitní podpůrný projektový tým zcela nezávisle vytipoval možné projekty Horizontu Evropa pro hop-on zapojení a hned na prvním místě stál právě projekt Onto-DESIDE, nedalo se tomu odolat!
A přestože jsem se v náročnosti přístupových procedur o moc nemýlil (trvaly dokonce o několik měsíců déle, než se předpokládalo), v určitém smyslu se nevýhody staly i výhodami. Projekt už byl totiž za svou polovinou, díky čemuž byly prozkoumány a opuštěny některé slepé uličky a naopak už pro potřeby výzkumu existovala datová základna, na kterou se naše nově vyvíjené metody daly rovnou nasadit.
Hop-on mechanismus
Hop-on mechanismus umožňuje zapojení nových partnerů do již probíhajících projektů financovaných z evropských grantů, zejména v rámci programu Horizont Evropa. Jeho cílem je zvýšit zapojení zemí a organizací, které jsou v těchto projektech tradičně méně zastoupené (tzv. widening countries). Díky tomu se podporuje širší spolupráce, sdílení znalostí a rovnoměrnější rozvoj výzkumu napříč Evropskou unií.
Zmínili jste už spolupráci se švédskou univerzitou Linköpings. Jakou roli hrála při začlenění VŠE do projektu Onto-DESIDE?
Zamazal: Hrála klíčovou roli, a to jak ve fázi přípravy návrhu přistoupení VŠE do projektu, tak ve fázi zapojení se do aktivit. Velký dík za to patří zejména koordinátorce projektu Evě Blomqvist. Určitě nám v přistoupení k projektu výrazně pomohly naše kontakty na tuto univerzitu z minulosti, které už zmínil kolega.
Svátek: Já bych k tomu ještě explicitně připojil skvělou organizaci catch-up dvoustranného meetingu, který pro nás zajistili. Těsně po zahájení naší účasti v projektu jsme se totiž takto ve dvou vypravili do Linköpingu, kde jsme byli velmi srdečně přijati, navzájem jsme si s kolegy z týmu Evy Blomqvist i s jejich dalšími seniorními kolegy odprezentovali témata z aktuálního výzkumu a domluvili jsme konkrétní dvoustrannou spolupráci. I díky tomu jsme už půl roku poté prezentovali na evropské konferenci v Amsterdamu první hmatatelné výsledky spolupráce – šlo o experimenty s využíváním velkých jazykových modelů pro generování názvů pro nové pojmy automaticky vytvořené v ontologiích.
A jakou konkrétní odbornost do projektu Onto-DESIDE přináší tedy výzkumný tým VŠE?
Zamazal: VŠE do projektu vhodně doplnila odbornost z oblasti mapování a transformace ontologií. Obě tyto specifické oblasti se snaží vypořádat s problémem, který v dnešním globálním prostředí běžně nastává: data, která publikují nebo zpracovávají různé subjekty, mívají odlišnou strukturu nebo používají odlišnou terminologii, přestože věcně pojednávají o tomtéž. První téma, mapování ontologií neboli vzájemné propojení pojmů používaných různými subjekty, bylo v projektu zastoupeno zejména ze strany švédské univerzity a zapojení VŠE umožnilo oboustranně užitečnou mezinárodní spolupráci. Druhé téma, transformace ontologií, při které máme pouze jediný systém pojmů (ontologii), ale upravujeme ji tak, aby seděla pro řešení nového problému nebo popis nezávisle vzniklých dat, v projektu dosud zastoupeno nebylo a je především doménou týmu VŠE.
Svátek: To je přesně to, co považuji za klíčové pro takové zapojení do běžícího projektu: když v něčem máme s partnerem nebo partnery velký překryv, od začátku si rozumíme (terminologicky i ohledně stavu poznání) a můžeme pracovat jako jeden úzký tým a zároveň jsme v něčem naopak komplementární, můžeme se vzájemně obohatit. Konkrétně v případě transformace ontologií to bylo tak, že v Onto-DESIDE byla vnímána její potřebnost – pokud totiž jsou ontologie svou strukturou rigidní a nepřizpůsobují se potřebám konkrétní aplikace, mohou se stát některá data špatně dosažitelnými nebo jejich zobrazování pro uživatele nepřehledné. Transformační aktivity byly ale před naším vstupem do projektu prováděny jen ručně a nesystematicky, bez podložení formálním aparátem. My jsme s automatickou transformací založenou na formálních modelech měli určitou zkušenost již z dřívějšího národního projektu podporovaného GA ČR. Modely jsme pro potřeby Onto-DESIDE oprášili, výrazně rozšířili a revidovali a hlavně zahrnuli využití zcela nového prvku, který v době minulého projektu ještě vůbec neexistoval – velkých jazykových modelů.
Toto je věc, která mimochodem stojí za zvláštní zmínku, obzvlášť pro ty, kdo se rádi zamýšlejí nad budoucností umělé inteligence. Ontologie totiž primárně spadají do myšlenkového světa tzv. symbolické umělé inteligence, která je často vnímána jako již překonaný konkurent umělé inteligence založené na hlubokém učení neuronových sítí, zejména velkých jazykových modelů. V projektu Onto-DESIDE se ale stejně jako v mnoha jiných projektech po světě stále více ukazuje, že se oba přístupy vhodně doplňují a mám za to, že stále větší část projektů využívajících umělou inteligenci bude v příštích letech sahat po některé variantě hybridního, neuro-symbolického řešení.
Cirkulární ekonomika
Cirkulární ekonomika je model hospodářství, který usiluje o minimalizaci odpadu a efektivní využívání materiálových zdrojů. Místo tradičního přístupu „vyrobit, použít, vyhodit“ se zaměřuje na opětovné využívání materiálů, opravy, recyklaci a prodlužování životního cyklu výrobků. Tento přístup podporuje udržitelnost tím, že snižuje potřebu těžby nových surovin, omezuje environmentální zátěž a přispívá k ochraně přírodních zdrojů. Cirkulární ekonomika propojuje ekologické cíle s ekonomickými, protože pomáhá firmám šetřit náklady a přitom chránit a nezatěžovat životní prostředí.
Když se vrátíme zpět k tématu cirkulární ekonomiky, jak tedy může projekt Onto-DESIDE a ontologie přispět k lepšímu pochopení a rozvoji cirkulární ekonomiky? Jak konkrétně tomuto cíli napomůže i tým z VŠE?
Svátek: Cirkulární ekonomika je příkladem systému, ve kterém spolupracuje, popřípadě si konkuruje, velký počet nezávislých ekonomických subjektů. Tyto subjekty si vyměňují data – o produktech, materiálech, technologických postupech apod. Hodnotové řetězce (tradičně se jim říkalo dodavatelsko-odběratelské) mohou být, právě díky principu cirkularity, velmi dlouhé a košaté. Zároveň mezi stakeholdery často nebude přítomen hegemon, který by ostatním vnutil svou podobu dat, ale jde prozatím o prostředí relativně demokratické. Tyto faktory vytvářejí příznivé podmínky pro sdílení dat a metadat popsaných pomocí ontologií. Oproti striktně strukturovaným databázovým modelům a výměnným datovým formátům poskytují ontologie jako schémata pro grafová data větší stupeň volnosti a usnadňují vzájemné pochopení datových formátů používaných jednotlivými subjekty. Účastníci cirkulárního tržiště přepoužívaných komponent a recyklovaných materiálů tudíž nemusí najít vzájemnou shodu ve všech detailech struktury dat, a přesto si je mohou mezi sebou vyměňovat, a zajistit tak, že předávané komodity skutečně splňují to, co se od nich očekává.
A právě zmíněné metody transformace a mapování ontologií, kterým se tým VŠE věnuje, potenciálně představují jeden z nejpokročilejších nástrojů pro takovou flexibilní výměnu dat. Jak jsem říkal, ontologie – a to i bez transformací a mapování – do určité míry dovolují tvarovat data tak, jak se zrovna hodí. Pokud ale dodáme tuto pružnost i ontologiím samotným, můžeme získat data, která skutečně potečou, jak je potřeba, nesvázána krystalovou mřížkou pevně daných schémat. Současně ale – a v tom je síla symbolické reprezentace oproti neurální, numerické – jsou transformace precizně zdokumentované. Na druhou stranu, zapojení jazykových modelů zajistí uživatelskou přívětivost a současně i určitou kreativitu při generování názvů a popisků nově navrhovaných ontologických pojmů. Samozřejmě s určitým rizikem vzniku chyb, takzvaných halucinací, které se ale v tomto případě dají odstranit lépe než u mnoha jiných úloh, na které se generativní umělá inteligence dnes používá, protože jde o poměrně malé a jasně zacílené sekvence textových dat.
A jak očekáváte, že se zapojení do projektu Onto-DESIDE odrazí na rozvoji know-how vašeho výzkumného týmu? Jaké profesní nebo vědecké příležitosti a obohacení očekáváte z tohoto partnerství s mezinárodním konsorciem?
Zamazal: Obecně mezinárodní spolupráce posouvá výzkumné pracovníky dopředu, a to jak profesně, tak vědecky. Stejně tak je tomu i v tomto případě. Konkrétně jsme se podíleli například na společném publikačním výstupu s univerzitou v Linköpingu a také jsme s nimi spoluorganizovali mezinárodní soutěž v oblasti mapování ontologií. Ve vazbě na nejbližší projektovou schůzku, která se koná v belgickém Gentu u jiného akademického partnera, institutu IMEC, také plánujeme podrobnější dvoustrannou diskusi s místním týmem, která by mohla v budoucnu přinést další společné publikace se zahraničím. Obecně lze určitě říct, že zkušenosti z běhu našeho prvního projektu Horizontu Evropa pro nás budou cenným vkladem do příštích snah o zapojení do evropských projektů.
Svátek: Myslím, že úplně zásadní jsou tato mezinárodní partnerství zejména pro naše doktorandy. I kdybychom jim stokrát vyprávěli na základě našich minulých zkušeností, jak to v takových projektech chodí, nemůže to nahradit to, když osobně přijedou na meeting, dostanou od vedoucího pracovní balíček s úkoly na tělo, okoukají, jak po organizační a mezilidské stránce funguje zahraniční laboratoř a tak dále.
Kdybyste měli projekt Onto-DESIDE zhodnotit i ze společenského dopadu, jaké výsledky a výstupy projektu byste jmenovali jako nejdůležitější pro společnost, případně podnikatelskou sféru? Co bude de facto praktickým přínosem projektu?
Svátek: Neumím teď odhadnout, v jakém časovém horizontu budou výsledky projektu bezprostředně použitelné pro podnikatelskou sféru. S ohledem na krátkou dobu trvání projektu (a toto platí pro část výzkumu řešenou VŠE v ještě zvýšené míře než pro ostatní partnery), budou výstupy projektu spíše dílčí technologie ověřené na drobných případových studiích. Praktické využití očekávám hlavně u zmíněné sítě ontologií cirkulární ekonomiky, která může být – jak je to pro ontologie typické – využívána i způsoby, které v tuto chvíli vůbec nepředjímáme. Pokud jde o naše prvotní výsledky kolem metod transformace ontologií, beru to, že jsme zatím spíše na začátku cesty. K robustnosti potřebné pro průmysl mají zatím daleko. Naše prezentace na listopadové evropské konferenci sice vzbudily pozornost zástupců několika větších korporací, ale jako mezikrok bychom zřejmě potřebovali navázat spolupráci s některým startupem, ať už českým nebo zahraničním, který by zřejmě postupy do praxe přenesl adekvátněji, než my jako čistě akademické pracoviště.
Co v takto abstraktním oboru může znamenat transformace do praxe? Jak konkrétně mohou být výstupy zajímavé pro firmy?
Zamazal: Praktickým dopadem může být například redukce nákladů firem, což lze očekávat v situaci, kdy firmy (například aktéři cirkulární ekonomiky) používající různé ontologie pro svá grafová data a potřebují je propojit s jinými grafovými daty vyjádřenými podle jiné ontologie. Aplikace techniky mapování ontologií zajistí systematické, zdokumentované a znovupoužitelné řešení. V případě změn samotné ontologie nastupuje technika transformace ontologie, která rovněž umožní úsporu nákladů díky svému systematickému řešení.
Máte pro čtenáře na závěr nějakou výzvu, např. související právě s ontologiemi?
Svátek: Rád bych využil této příležitosti k vybídnutí začínajících vědců v oblasti informatiky, aby se ontologiím nevyhýbali, jako by to bylo něco mystického, co do vědy nepatří, ale aby je zase na druhé straně neztotožňovali s běžnými předpisy pro tvar dat, které si může kdokoli vymyslet jakkoli bez ohledu na realitu. Jsou něčím velmi bohatým a hlubokým, ale současně pro způsob našeho lidského uvažování vlastním. Analyzovat svět ontologicky je vzrušující!
Autorka: Žaneta Mrkvičková s copywritingovou podporou redakce
Ondřej Zamazal je docentem na katedře informačního a znalostního inženýrství VŠE. Jeho hlavní výzkumnou oblastí je mapování a transformace ontologií. V pedagogické činnosti se zaměřuje na umělé neuronové sítě.
Vojtěch Svátek, profesor a zástupce vedoucího katedry informačního a znalostního inženýrství VŠE. Jeho hlavní oblastí odbornosti je aplikace ontologií a ontologického „stylu myšlení” v různých sférách informatiky, jako je návrh datových schémat, datová a textová analytika, nebo vizualizace informací.
- Autor článku: ne
- Zdroj: Vysoká škola ekonomická v Praze
