[论文解读] Mereosemiotic physicalism: A paradigm for foundational ontologies

Martin Horsch, Silvia Chiacchiera+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 27, 2020

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一句话总结

本文提出了一种名为'mereosemiotic physicalism'的本体论范式，用于基础本体论，通过整合mereotopology与Peirce的符号学，实现计算工程与研究数据基础设施中的稳健语义互操作性。该文基于四个关键本体论选择，提出一个包含144种可能的顶层本体设计空间，其中欧洲材料与建模本体（EMMO）作为特定实例，优先考虑mereology而非符号学统一。

ABSTRACT

It is explored how foundational ontologies based on physicalist materialism, nominalism, and Peircean semiotics can be applied to represent signs, models of physical systems, and their use in engineering modelling and simulation practice. It is argued that to conceptualize modelling of physical systems in such a framework, various kinds of Peircean semiotic triads need to be combined. Thereby, a sign (representamen) and a represented object either yield an interpretant, <em>i.e.</em>, another representamen of the same object, or the representation is transferred to another object by semantic change through metonymization or metaphorization, retaining the same symbol. Multiple conceivable ways of implementing this ontological paradigm are compared, and a demonstrator implementation is discussed.

研究动机与目标

• 建立一个统一的本体论范式，以实现在计算工程与研究数据基础设施中的语义互操作性。
• 解决分子与多尺度建模领域中缺乏社区级语义互操作性标准的问题。
• 形式化基于mereosemiotic原则的顶层本体设计空间，结合mereotopology与Peirce的符号学。
• 评估不同本体论选择——模态逻辑、同一性、复制与统一——在构建稳健、可扩展的研究数据基础设施中的适用性。

提出的方法

• 本文基于四个本体论决策构建了一个四维的顶层本体设计空间：(1) 模态逻辑（可能性 vs. 必然性），(2) 同一性（本质性 vs. 偶然性），(3) 模态性（模态命题 vs. 非模态命题），(4) 复制与统一（通过普遍性统一、无统一或通过符号学统一）。
• 该框架被应用于分析欧洲材料与建模本体（EMMO），确定其在设计空间中的位置为S1I2M3U4——非模态、偶然同一性、无模态命题、通过普遍性统一。
• 该方法使用Peirce的三元符号学（符号、对象、解释项）来建模指称与模式匹配，特别是在副本检测与等价性评估的语境中。
• 比较了mereosemiotic原则的不同实现方式，评估了在等价性问题上，实在论（柏拉图主义）、唯名论与解释性方法之间的权衡。
• 该框架基于描述逻辑（DL）与RDF/OWL的正式本体论，实现知识表示，支持机器可处理的语义资产。
• 本文映射了完整的乘积空间{P1, S1} × {E2, I2} × {M3, N3} × {A4, S4, U4}，识别出144种本体论选择的组合。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何系统地结合mereotopology与符号学，以形成工程与科学数据基础设施中顶层本体的稳健基础？
• RQ2 定义可能的mereosemiotic顶层本体空间的关键设计选择是什么？它们如何影响语义互操作性？
• RQ3 EMMO本体在多大程度上符合Peirce的符号学框架？其设计与纯粹的Peircean解释有何不同？
• RQ4 是否可以构建一个不依赖模态逻辑与本质主义的顶层本体，同时仍能支持可靠的数据集成与元数据交换？
• RQ5 通过普遍性、时空同一性或符号学模式匹配实现的副本统一策略，如何影响研究数据基础设施的一致性与可扩展性？

主要发现

• 本文基于四个独立的本体论选择——模态逻辑、同一性、模态性与复制统一——正式确立了一个包含144种可能的顶层本体设计空间。
• EMMO本体被识别为S1I2M3U4类型的实例——非模态、偶然同一性、无模态命题、通过普遍性统一——使其与Peircean实在论解释相区别。
• 作者证明，mereosemiotic本体论可以在不依赖模态逻辑或本质主义的前提下构建，从而为科学数据建模提供一种物理基础坚实、非形而上学的本体论基础。
• 无模态命题（N3）与偶然同一性（I2）的使用，使得本体更具灵活性与经验基础，与工程科学中对物理现实的理解相一致。
• 本文表明，符号学模式匹配（S4）为外部预设统一提供了一种可行且可解释的替代方案，支持动态与上下文敏感的等价性评估。
• 该框架支持对研究数据基础设施中顶层本体的系统性比较与选择，促进跨多样化科学领域的FAIR合规、互操作系统的开发。