Spécialisation et généralisation de concepts

2.6.1 La classification naturelle

L’homme organise naturellement les concepts (correspondant à des catégories d’individus) sous la forme de hiérarchies, où des concepts plus généraux dominent des concepts plus spéci-fiques (Napoli 1992). Cette classification naturelle est établie par des spécialistes (les systémati-ciens) à partir de l’étude d’un ensemble de spécimens appartenant à des niveaux taxonomiques différents. Un grand nombre de critères morphologiques sont considérés traditionnellement, par observation directe (oeil, loupe, microscope) et d’autres méthodes et examens sont utilisés plus récemment pour obtenir d’autres critères non visuels : techniques embryologiques, biochimiques, histologiques, cytologiques, génétiques ou radiologiques, etc.52

Dans les classifications naturelles, botaniques, zoologiques ou minérales, se distinguent géné-ralement six grands niveaux :

– Le Règne est animal, végétal, ou minéral. Il représente la division la plus large du monde naturel ;

– L’Embranchement est la grande division du règne, essentiellement pour les règnes végétal et animal. Un embranchement peut éventuellement avoir des sous-embranchements ;

52. Voir par exemple le projet MedLine(de Rouen 2001) pour un thesaurus hiérarchisé des différentes techniques de recherches utilisés en biologie. Notons que le modèle descriptif peut prendre en compte ces autres critères non phénétiques au sein de sous-arbre descriptifs indexés par ces points de vue.

2.6. Spécialisation et généralisation de concepts – La Classe regroupe des individus, êtres, objets, faits, en nombre indéterminé, et possédant un ou plusieurs caractères communs. Ainsi, la classe des oiseaux et celle des mammifères font partie du sous-embranchement des vertébrés. L’Ordre est la première subdivision de la classe ;

– La Famille regroupe des genres ayant des traits généraux communs ; – Le Genre regroupe des individus qui sont morphologiquement semblables ;

– L’Espèce regroupe des catégories d’êtres vivants, végétaux ou animaux, qui sont caractéri-sés par des formes bien définies et qui constituent un type héréditaire de fécondité illimitée par croisement (espèces naturelles).

A ces six catégories, certains auteurs définissent parfois une sous-catégorie de l’espèce, appelée sous-espèce ou écomorphe.

En ce qui concerne les coraux par exemple, certaines espèces présentent des écomorphes, lorsque la forme de l’espèce est très dépendante des conditions du milieu (mode, éclairement, turbidité, température)(Veron et al. 1976) et présente une forte variabilité intra-spécifique. Par exemple, l’espèce Pocillopora damicornis, « corail dur » présent dans les Mascareignes appartient aux catégories suivantes (d’après Faure 1982) :

Classe : Anthozoa (Ehrenberg, 1834)

Sous-classe : Zoantharia (De Blainville, 1830)

Ordre : Scleractinia (Bourne, 1905)

Sous-ordre : Astrocoeiina (Vaughan & Wells, 1943)

Famille : Pocilloporidae (Gray, 1842)

Genre : Pocillopora (Lamarck, 1816)

espèce : damicornis (Linné, 1758)

Elle présente une variabilité intra-spécifique importante et de ce fait peut-être spécialisée en cinq écomorphes en fonction des conditions du milieu :

Ecomorphe bulbosa (formes de mode calme à très calme) Ecomorphe acuta (récif interne, vasque de mode très calme) Ecomorphe favosa (mode calme, zone d’hper-sédimentation) Ecomorphe brevicornis (mode battu à très battu)

Ecomorphe caespitosa (biotopes à éclairement réduit) 2.6.2 Organisation verticale des concepts

L’organisation des concepts en une hiérarchie conceptuelle relève d’une dimension verticale de la structuration des connaissances, c’est-à-dire qu’elle traite de l’ordonnancement des catégories les unes par rapport aux autres (Napoli 1992), ce qui relève de l’organisation externe ou encore de la classification des catégories (Rosch et al. 1976).

Dans le modèle CoDesc, les concepts53 sont regroupés au sein d’une base de concepts qui constitue le noyau de la base de connaissances. Ils sont organisés par l’intermédiaire d’une relation

de spécialisation (ou relation d’héritage) 4 en une hiérarchie conceptuelle H. L’élément maximal de la hiérarchie est noté C₀. Chaque concept ne possède qu’un seul ascendant, l’héritage est donc simple et H forme une structure arborescente, appelée arbre de spécialisation.

La relation de spécialisation définit un ordre partiel sur l’ensemble des concepts. Un concept hérite obligatoirement de toutes les propriétés nécessaires de ses ascendants : les concepts d’ordre supérieur ou super-concepts (fig. 2.8). Les propriétés contingentes peuvent ou non être héritées. Nous détaillerons précisément ci-dessous le sens particulier que nous accordons à la spécialisation, du fait de la présence de propriétés nécessaires/contingentes.

Les propriétés sont héritées statiquement : elles sont recopiées dans les sous-concepts et spé-cialisées, c’est-à-dire que les domaines de valeurs doivent être restreints. Nous verrons plus bas que la spécialisation, et la relation inverse, la généralisation, sont transitives, réflexives et antisymétriques.

Dans l’exemple illustré par la figure 2.8, les concepts représentés sont réduits à la seule expression de deux attributs, notés a (numérique) et b (symbolique). Tout concept hérite de l’attribut a, nécessaire, alors que b, absent possible au niveau de C1, est absent de C2. Il est par contre nécessaire dans C3. Les instances (individus w1,w2 et w3) sont rattachées à un unique concept qui définit l’ensemble de leurs propriétés et sont donc incluses dans l’extension des concepts. Notons qu’une instance de C₀ ou de C₁ peut ne pas posséder la propriété b.

Fig. 2.8 – Hiérarchie de concepts dans CoDesc.

Inversement, en considérant la relation opposée de la spécialisation, tout concept généralise, par union, la totalité des descripteurs de ses sous-concepts. Ainsi, dans la figure 2.8, le concept C₁ généralise les propriétés de ses sous-concepts C₂ et C₃. b est une propriété absente possible dans C1, car elle est absente de la définition de C2.

2.6. Spécialisation et généralisation de concepts composant, l’origine des propriétés qui définissent un concept provient :

– De l’ensemble des propriétés nécessaires, héritées de son ascendant. Ce qui correspond à la logique de la spécialisation des systèmes à objets. Toute propriété est cependant héritée statiquement pour être éventuellement spécialisée, par restriction des domaines.

– De l’union généralisée de toutes les propriétés de ses sous-concepts. Les propriétés qui ne sont pas communes à tous les sous-concepts54, sont contingentes.

Notons que la conception d’une taxonomie de concepts dans CoDesc s’effectue de préférence par une approche ascendante. Un concept est construit par généralisation des concepts qu’il subsume (en utilisant l’opérateur d’union généralisé), plutôt que par spécialisations successives des concepts. Il est en effet très difficile de définir a priori, à un niveau de granularité élevé, l’ensemble des caractères pouvant intervenir dans les descriptions.

2.6.3 Nécessité, contingence et subsomption

Un concept hérite de toutes les propriétés de son ascendant, qu’il peut éventuellement spé-cialiser : une propriété contingente (marquées d’un signe - dans l’exemple de la figure 2.8) peut ne pas exister ou au contraire devenir nécessaire. Par exemple, le concept C₂ n’hérite pas de l’attribut b défini dans C₁, alors que b est nécessaire dans C₃. Les domaines de valeurs peuvent être restreints : dom(b) = {bleu,rouge,jaune} dans C0 et dom(b) = {bleu,rouge} dans C3. Pour éviter toute confusion, nous pouvons préfixer les attributs par le nom du concept auquel il est at-taché, de la façon suivante : C₀.b et C₂.b. Les propriétés nécessaires se retrouvent obligatoirement dans les sous-concepts et ne peuvent devenir contingentes. De même, les domaines de valeur des attributs ne peuvent étendre le domaine de l’attribut hérité.

Inversement, en poursuivant un ordre ascendant, un concept généralise toutes les propriétés de ses sous-concepts. Une propriété nécessaire à un niveau donné peut-être nécessaire ou contingente au niveau supérieur.

Pour résumer, nous donnons un aperçu des règles de transformation du statut d’une propriété, selon le sens de la spécialisation et celui de la relation inverse, la relation de généralisation :

Spécialisation

Les règles suivantes relient le statut d’une propriété d’un concept au statut de la même propriété spécialisée dans les sous-concepts.

1. <nécessaire> −→ <nécessaire>

2. <contingente> −→ <contingente> | <nécessaire> | <absente> 3. <absente> −→ <absente>

La figure 2.9 illustre les règles de transformation des trois états possibles des descripteurs, par spécialisation.

Fig. 2.9 – Automate fini des 3 états possibles des descripteurs et de leur transformations par spécialisation.

Généralisation

Les règles suivantes relient le statut d’une propriété définie dans un concept à la même propriété généralisée dans son super-concept.

4. <nécessaire> −→ <contingente> | <nécessaire> 5. <contingente> −→ <contingente>

6. <absente> −→ <absente> | <contingente>

La figure 2.9 peut être interprétée pour la généralisation, en inversant le sens des relation de changement d’état. En effet, les règles 4, 5 et 6 sont simplement obtenues en inversant les règles 1, 2 et 3. En inversant 1, 2 et 3, on obtient : 1’. <nécessaire> −→ <nécessaire> 2’. <contingente> −→ <contingente> 3’. <nécessaire> −→ <contingente> 4’. <absente> −→ <contingente> 5’. <absente> −→ <absente>

Ainsi, [1’ et 3’ produisent 4], [2’ produit 5] et [4’ et 5’ produisent 6]. Justification et interprétation des règles :

1. Un concept possède obligatoirement les propriétés nécessaires du concept qui le subsume. En effet, si l’on dit que tous les oiseaux ont des plumes est une condition nécessaire du concept Oiseau, on ne peut définir de sous-concept (sous-catégorie) d’oiseaux qui n’ont pas de plumes, cela reviendrait à dire que ce « drôle d’oiseau » n’est pas vraiment un oiseau (comme le grand pingouin). Dans ce cas, il est préférable de préciser que cette propriété est contingente, et de l’exprimer par la plupart des oiseaux ont des plumes. 2. La propriété contingente la plupart des oiseaux ont des plumes peut se spécialiser en « cette

sorte d’oiseaux a des plumes » (regroupe la plupart des oiseaux) et « cette sorte d’oiseau n’a pas de plume » (les pingouins) et donc absence de la propriété. Elle peut également rester contingente.

3. Une nouvelle propriété ne peut pas être introduite dans un sous-concept. L’espace de des-cription des concepts est délimité par celui du super-concept.

4. Une propriété nécessaire dans un sous-concept peut devenir contingente dans un super-concept. En effet, si deux concepts C₁et C₂possèdent la même propriété cette sorte d’oiseau