Разработка модуля импорта онтологий в формате OWL для системы управления базами знаний KG
Анализ развития использования онтологий в области информационных интернет-технологий. Сущность и язык описания онтологий. Базовые элементы языка OWL. Обоснование необходимости и разработка приложения для автоматического перевода OWL-онтологий в формат KG.
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 24.06.2017 |
| Размер файла | 237,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
РАЗРАБОТКА МОДУЛЯ ИМПОРТА ОНТОЛОГИЙ В ФОРМАТЕ OWL ДЛЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ЗНАНИЙ KG
Петров Александр Вячеславович
магистрант 2 курса,
Габдрахманов Ильшат Накипович
научный руководитель,
канд. техн. наук, доцент кафедры
АСОИУ ИжГТУ имени М.Т. Калашникова,
РФ, г. Ижевск
За последние два десятилетия использование онтологий в области информационных технологий значительно увеличилось. Первые попытки использования онтологий были сделаны в областях искусственного интеллекта, связанных с исследованиями в инженерии знаний, обработке естественного языка и представлении знаний. В конце 1990-х годов онтологии начали распространяться в других областях, таких как поиск информации в Интернете, управление знаниями, а позже и в электронной коммерции, Семантической паутине и др. Благодаря созданию языка описания интернет-онтологий (OWL) [4] и инструментам построения онтологий (Protege, WebODE) онтологии получили довольно широкое распространение. На сегодняшний день в интернете существует более 40 000 онтологий в формате OWL.
Под онтологией будем понимать [3] явное формальное описание понятий предметной области (концепты), свойств каждого концепта, описывающих различные функции и атрибуты концептов (слотов), и ограничений на слоты (ролевые ограничения). Онтологии могут различаться согласно их экспрессивности (выразительности), начиная с простых словарей и таксономий, и заканчивая онтологиями, содержащими формальные ограничения и сокращения [7].
Язык OWL используется для описания онтологии конкретной предметной области с помощью синтаксиса RDF/XML. OWL онтология представляет собой набор аксиом, описывающих классы, свойства и отношения между ними.
Для описания элементов онтологии язык OWL предоставляет больше возможностей чем язык RDFS [6].
На основе анализа синтаксиса языка OWL [4, 5, 6] и существующих OWL-онтологий были выделены базовые элементы OWL. В таблице 1 приведены результаты анализа. Например, конструкция OWL owl:versionInfo описывает версию конкретной онтологии, а owl:backwardCompatibleWith содержит ссылку на другую онтологию, определяющую ее как предыдущую версию онтологии и указывает, что она обратно совместима с ней.
Таблица 1.
Базовые элементы языка OWL
|
№ п.п. |
Элемент OWL |
Комментарий |
|
|
1 |
owl:Class |
Класс |
|
|
2 |
owl:ObjectProperty |
Отношение |
|
|
3 |
owl:DataProperty |
Свойство |
|
|
4 |
owl:complementOf |
Дополнение |
|
|
5 |
owl:differentF rom |
Отличие |
|
|
6 |
owl:disjointwith |
Разъединение |
|
|
7 |
owl:di stinctMembers |
Различие |
|
|
8 |
owl:equivalentOf |
Эквиваленция |
|
|
9 |
owl:intersectionOf |
Пересечение |
|
|
10 |
owl:inverseOf |
Инверсия |
|
|
11 |
owl:oneOf |
Уникальность |
|
|
12 |
owl:symmetricOf |
Симметричность |
|
|
13 |
owl:transitiveOf |
Транзитивность |
|
|
14 |
owl:unionOf |
Объединение |
|
|
15 |
owl:Thing |
Общий класс |
|
|
16 |
owl:Nothing |
Пустое множество |
В OWL-онтологии могут быть использованы RDF/RDFS элементы [9], а также одни и те же элементы онтологии могут быть описаны по-разному. На рисунке 1 показаны основные элементы языка OWL. Каждый элемент онтологии описывается с помощью синтаксиса XML. Тип элемента описан вместе с именем элемента XML, например, owl:Class, owl:DatatypeProperty, owl:ObjectProperty и т. д. После имени элемента XML следует идентификатор элемента, задаваемый пользователем. В элементе XML могут быть размещены теги с дополнительной информацией об элементе такой как, комментарий, иерархическая информация, ограничения и т. д.
Рисунок 1. Пример синтаксиса языка OWL
Как было сказано выше, формат OWL является одним из самых перспективных направлений развития Семантической сети и все признанные мировые онтологии представлены в этом формате, т. е. эти онтологии редактируются и пополняются.
Поэтому, для того чтобы получать новые знания и пополнять существующие, СУБЗ KG, как учебному инструменту разработки онтологий, необходим модуль для импорта онтологий в формате OWL.
СУБЗ KG предназначена для проектирования процессно-ориентированных онтологий [2]. Она ориентирована на эксперта, не владеющего программированием и содержит средства для: совместного использования людьми или программами единого описания структуры информации; возможности повторного использования знаний в предметной области; удобного представления информации для анализа знаний в предметной области. онтология информационный интернет
В метаонтологии KG [1] имеется три базовых физических конструкции для хранения информации: дерево-концепт-экземпляр и шесть семантических категорий для наполнения концептов и экземпляров: предмет, процесс, свойство, отношение, эпизод и ситуация.
СУБЗ KG содержит средства для удобного представления данных для анализа знаний; возможности неоднократного использования знаний в предметной области; общего использования единого описания структуры информации людьми или программами.
Благодаря большей степени конкретизации смысла тех или иных понятий и отношений между ними, использование KG в учебном процессе позволяет облегчить обучение студентов общим принципам проектирования онтологий и их использованию в практических задачах.
Для тестового перевода была выбрана OWL-онтология KA Methodology, описывающая концепты из предметной области научного исследования и пополнения знаний [8].
В ходе анализа онтологии KA Methodology было выявлено три вида концептов: свойства, классы (подклассы) и отношения, причем аналогом концепта классы в OWL будет являться концепт предметы в KG. Концепт процессы в терминологии OWL отсутствует.
Для понимания сути онтологии и правильного соответствия базовых элементов OWL элементам KG был осуществлен ручной перевод онтологии KA Methodology в формат KG (см. рис. 2). Импортированная онтология представлена в древовидной форме, узлами которой являются базовые элементы формата KG: предметы, отношения и свойства.
Рисунок 2. Фрагмент OWL-онтологии, переведенной в формат KG вручную
Рисунок 2. Продолжение
Для тестового автоматического перевода было создано приложение, анализирующее структуру OWL-онтологии и выделяющее основные компоненты. На рисунке 3 приведен пример работы приложения по переводу OWL-онтологии KA Methodology в формат KG.
Опишем алгоритм работы приложения:
1. Указание пути к файлу с онтологией в формате OWL.
2. Указание шаблонов объявления и закрытия элементов онтологии на языке OWL.
3. Поиск, выделение и группировка элементов по указанным шаблонам.
4. Ручное редактирование найденных элементов при необходимости.
5. Указание параметров соединения с базой данных KG.
6. Перевод выявленных элементов OWL-онтологии в соответствующие элементы KG.
Рисунок 3. Приложение для перевода OWL-онтологий в формат KG
Таким образом с помощью разработанного приложения осуществлен тестовый перевод OWL-онтологии KA Methodology в формат KG. Для перевода были использованы описания концептов в формате OWL [4] и формате KG [2]. Также в настоящей работе рассмотрены существующие подходы к описанию онтологии в формате OWL, ее классов, свойств и отношений.
Во время анализа исходной онтологии была обнаружена некоторая неполнота, связанная с использованием имен из других онтологий. Результаты автоматического преобразования показали, что есть проблемы с представлением логических операций между классами OWL. Те же проблемы возникли при представлении наследования и иерархии свойств. Обнаруженные недостатки могут быть решены с помощью дополнительных условий на их использование.
В целях повышения качества работы приложения и уменьшения количества ошибок планируется автоматический перевод еще нескольких онтологий в формате OWL.
Список литературы:
1. Кучуганов В.Н., Габдрахманов И.Н. Система визуального проектирования баз знаний. Информационные технологии в инновационных проектах: Труды III междунар. науч.-техн. конф. Ижевск, 2001 г. -- с. 140--143.
2. Кучуганов В.Н. Концептуальное проектирование информационных систем. Учебное пособие. Ижевск: Издательство ИжГТУ, 2009 г. -- 130 с.
3. Ной Н.Ф., МакГиннесс Д.Л. Разработка онтологий 101: руководство по созданию Вашей первой онтологии [текст]: руководство. Стэнфордский университет, 2001 г. -- 23 с.
4. Щербина Д. OWL, язык веб-онтологий. Краткий обзор // Рекомендация W3C. -- 2004. [Электронный ресурс] -- Режим доступа. -- URL: http://sherdim.rsu.ru/pts/semantic_web/REC-owl-features-20040210_ru.html (дата обращения 02.12.2013).
5. Щербина Д. OWL, язык веб-онтологий. Руководство // Рекомендация W3C. -- 2004. [Электронный ресурс] -- Режим доступа. -- URL: http://sherdim.rsu.ru/pts/semantic_web/REC-owl-guide-20040210_ru.html (дата обращения 09.12.2013).
6. Lacy L.W. OWL: Representing Information Using the Web Ontology Language. Trafford Publishing, 2005.
7. Lassila O., McGuinness D. The Role of Frame-Based Representation on the Semantic Web // In: Electronic Transactions on Artificial Intelligence, Vol. 5, 2010.
8. Protйgй. Protйgй Ontology Library // OWL ontologies. -- 2013. [Электронный ресурс] -- Режим доступа. -- URL: http://protegewiki.stanford.edu/wiki/Protege_Ontology_Library#OWL-ontologies (дата обращения 16.12.2013).
9. Vysniauskas E., Nemuraite L. Transforming Ontology Representation from OWL to Relational Database. // In: Information Technology and Control, -- Vol. 35A, -- № 3, -- 2006, -- p. 333--343.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Анализ существующих программных средств для автоматического отображения онтологий, их практического применения в зависимости от поставленной задачи и сложности входных онтологий. Отображение сложных онтологий с помощью алгоритма повышенной точности.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 14.06.2012Система классов и свойств языка RDFS. Реификация или материализация утверждений. Возможности RDF, RDF Schema в представлении онтологий. Способы представления RDF-описаний. Структура и базовые элементы OWL-онтологии. Языки запросов к RDF-хранилищам.
презентация [312,1 K], добавлен 01.09.2013Проблема выбора товара в Интернете. Типы и свойства онтологий как части концепции Semantic Web. Разработка web-приложения для выбора музыкального инструмента: создание иерархии онтологий для предметной области "Гитара", формирование SPARQL-запроса.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 20.04.2012Построение баз знаний для семантической сети. Цели создания и язык представления онтологий. Структура исследований в области многоагентных интеллектуальных информационных систем, архитектура агента. Экономическое обоснование разработки базы знаний.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 29.09.2013Оценка качества поисковых систем. Индексирование по ключевым словам. Внутренние представления запросов и документов на информационно-поисковом языке. Способы улучшения поиска при помощи тезаурусов и онтологий. Ранжированный поиск (vector-space model).
лекция [31,5 K], добавлен 19.10.2013Формализации в онтологии областей знаний с помощью концептуальной схемы. Определение атрибутов класса и свойств экземпляров. Создание экземпляров класса и DL-Query запросов. Методика использования для разработки онтологии среды разработки Protege.
курсовая работа [2,0 M], добавлен 18.06.2014Язык запросов SPARQL. Система классов и свойств языка RDFS. Интенсионал и экстенсионал. Парадокс Рассела. Списки, коллекции и контейнеры ресурсов, текстовые комментарии для создания удобных для чтения примечаний. Утверждение об авторстве утверждения.
презентация [355,8 K], добавлен 19.10.2013Разработка web-сервиса как услуги, предоставляемой пользователю. Продажа товара (автомобилей) в Интернете, проблема выбора. Онтологии как часть концепции Semantic Web. Применение онтологий, их основные типы и свойства. Особенности реализации онтологии.
курсовая работа [57,4 K], добавлен 17.04.2012Тезаурус для автоматического концептуального индексирования как особый вид тезауруса. Подходы к описанию отношений при разработке онтологий. Родовидовое отношение выше-ниже. Семантическое смещение. Формальная онтология. Сравнение поисковых механизмов.
презентация [721,9 K], добавлен 19.10.2013Построение онтологии предметной области для анализа глобальных процессов на основе информации, получаемой из новостных лент. Средства разработки онтологий, используемых для поиска событий, фактов, извлечённых из СМИ; моделирование экономических рисков.
курсовая работа [3,4 M], добавлен 27.08.2017Классификация информационных технологий. Автоматизированные системы управления. Технологическое программное обеспечение. Системы управления базами данных. Операционные системы и платформы виртуализации. Бизнес-приложения. Свободные проекты и услуги.
контрольная работа [32,4 K], добавлен 11.01.2014Описание системы управления реляционными базами данных MySQL. Изучение факторов влияющих на пропускную способность в беспроводных сетях. Особенности применения языка Java Script. Методы тестирования web-приложений. Разработка пользовательского интерфейса.
дипломная работа [2,1 M], добавлен 24.06.2015Краткая характеристика встроенного языка. Формат исходных текстов программных модулей. Комментарии, формат операторов, зарезервированные слова. Структура программного модуля. Базовые типы данных, правила их преобразования. Оператор объявления переменных.
реферат [30,3 K], добавлен 23.01.2011Постановка задач и требований к проектируемому интернет-приложению. Обоснование выбора системы управления базы данных и языков программирования. Разработка архитектуры заданного интернет-приложения, технико-экономическое обоснование его эффективности.
дипломная работа [461,3 K], добавлен 24.02.2013Основные инструменты построения Web-приложения. Язык сценариев PHP. Системный анализ предметной области базы данных. Коды SQL запросов на создание таблиц. Разработка Web-приложения. Описание функциональности модулей. Система управления содержимым статей.
курсовая работа [4,8 M], добавлен 28.04.2014Обоснование проектных решений по автоматизированному решению экономико-информационных задач, оценка необходимости и эффективности данного процесса. Разработка системы интернет-магазина, определение и значение необходимых экономических показателей.
дипломная работа [96,4 K], добавлен 09.06.2014Использование информационных технологий в учебном процессе. Тестирование как средство контроля знаний. Разработка компьютерной системы тестирования знаний. Описание языка программирования. Вредные факторы воздействия компьютера на здоровье человека.
дипломная работа [562,2 K], добавлен 06.06.2014Анализ предметной области, функциональные части и этапы создания web-приложения, которое будет осуществлять интернет-торговлю по схеме "Предприятие – клиенты". Разработка вспомогательного web-приложения, необходимое для работы с базой данных основного.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 05.06.2011Анализ существующих программных решений для обучения студентов и контроля их знаний. Обзор лингвопроцессорных средств и обоснование их выбора. Алгоритмы решения и проверки упражнений на именную часть русского языка. Применение правил преобразования.
курсовая работа [97,0 K], добавлен 29.01.2015Основы языка программирвоания C++. Элементы управления в Microsoft Visual C++. Алгоритмические конструкции языка программирования Visual C++ и базовые элементы управления. Глобальные константы и переменные. Управление программой с помощью клавиатуры.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 08.04.2015
