Проект веб-сервера онтологий в стиле Веб 2.0

Размещено на http://allbest.ru

Российский государственный гуманитарный университет

Проект веб-сервера онтологий в стиле Веб 2.0

Е.М. Бениаминов

В.А. Лапшин

Д.В. Перов

Москва

Введение

Последнее десятилетие отмечено бурным ростом числа пользователей сети Интернет, развитием связанных с ним технологий и появлением принципиально новых видов взаимодействия пользователей сети друг с другом. Одним из таких новых способов взаимодействия являются так называемые социальные сети. В таких системах пользователям предоставляется электронная среда в сети Интернет для организации объединения пользователей по интересам, для ввода разнородных данных и доступа к данным. Наполнение системы данными производится самими пользователями. Технология создания таких систем получила название технологии Веб 2.0 [Веб 2.0, 2010].

Для каждого объединения людей в таких системах определяется область интересов, лежащих в основе их объединения, и целей объединения. Степень точности описания области интересов может быть различной и иметь в различной степени развитую онтологию и словарь, которыми владеют участники группы.

Обычно под онтологией подразумевают некую теорию, представляющую собой формальное описание непроцедурных знаний некоторого фрагмента Мира, описываемого в соответствие с целями задачи, для решения которой производится данное моделирование. Понятие онтологии можно рассматривать в различных контекстах: в контексте взаимодействия интеллектуальных систем между собой и человеком [Gruber, 1993], в контексте описания свойств окружающей Реальности [Guarino, 1998] и во многих других. В данной работе онтологии рассматриваются в контексте объединения людей в социальные группы.

В социальном контексте, онтология - это формальное описание договоренностей группы людей о том, что и как у них называется, какими свойствами может обладать, в каких отношениях участвует и каким ограничениям удовлетворяет. Онтология группы может уточняться в процессе формирования. Более того, по мере определения онтологии предметной области социальной группы, в этой группе формируется свой язык, на котором выражается данная онтология, и выражаются способы ее использования. Содержание этого языка, также как и степень точности его описания (формальности) зависит от традиций группы, формирующей данную онтологию, от особенностей описываемого содержимого и от целей, с которыми было предпринято это описание.

С этой точки зрения, онтология представляет собой фиксацию на формальном открытом языке договоренностей пользователей о том, что как называется в их области, какими свойствами обладает, и каким ограничением удовлетворяет. Предполагается, что открытый формальный язык, на котором описываются онтологии, также коллективно формируется пользователями по мере пополнения системы онтологиями и синтаксическими шаблонами языка, добавленных при формировании онтологий.

В системе коллективного построения онтологий должна поддерживаться модульность, версионность разработки онтологий, управление доступом к версиям онтологий и словарям системы, а также средства поиска и отладки онтологий и языка системы.

В этой работе описывается система построения онтологий в стиле Веб 2.0. Содержимое онтологий формируется пользователями системы коллективно - это налагает на систему дополнительные ограничения и особенности. Далее описан опыт авторов в построении Веб-сервера, позволяющего пользователям коллективно формировать онтологии, а также языки этих онтологий, наиболее удобным для пользователей способом отражающих содержимое формируемых онтологий.

Проект построения Веб-сервера онтологий

В этом разделе описывается проект http://www.ezop-project.ru, разрабатываемый авторами этой статьи. В проекте предлагается построить Веб-сервер в стиле Википедия [Википедия, 2010] с использованием технологий Веб 2.0 для библиотек онтологий.

Проектируемая система предназначена для коллективного формирования библиотек взаимодействующих онтологий и языков работы с ними. В соответствии с принципами Веб 2.0 система обеспечивает удобную среду в Интернет для объединения пользователей системы по интересам, распределению ролей между пользователями и формированию библиотек онтологий самими пользователями на формальном языке, который они формируют в процессе построения библиотеки.

Онтология как упоминалось ранее - это формальное описание договоренностей группы людей о том, что и как у них называется, какими свойствами может обладать, в каких отношениях участвует и каким ограничениям удовлетворяет. Онтология группы может уточняться и, как правило, уточняется в процессе объединения людей. Более того, по мере определения онтологии предметной области социальной группы, в этой группе формируется свой язык, на котором выражается данная онтология, и выражаются способы ее использования. Степень формальности такого языка зависит от традиций и особенности предметной области, лежащей в основе интересов данной группы, а также от желания и возможности использования в данной области компьютерных моделей.

Первоначально пользователям системы предоставляется некоторая базовая онтология ядра системы и язык ядра, обеспечивающие возможности формирования произвольных онтологий и введения новых конструкций языка, переопределения существующих конструкций - настраивания языка под конкретную проблемную область.

Далее, пользователи могут объявить любую построенную ими онтологию средой для построения новых онтологий. В этом случае онтология среды и конструкции языка, доступные из среды, становятся доступными для новых конструируемых онтологий.

В ядре системы имеются возможности для модульного объектного построения новых онтологий. В результате деятельности пользователей строятся библиотеки взаимосвязанных онтологий и словарей языков системы. В системе имеются средства, поддерживающие процессы обсуждения вариантов отологий, построения и хранения черновиков онтологий, версий онтологий, тестирования и отладки онтологий, а также средства управления публикацией онтологий (доступностью онтологий для различных групп пользователей).

В системе вместе с текстом онтологии на построенном формальном языке хранится некоторая вычислительная модель онтологии, автоматически построенная системой на этапе проверки правильности построения текста онтологии (откомпилированный файл онтологии). На основании этой вычислительной модели в системе производится анализ правильности построения запросов к онтологии и построение ответов на запросы. В ядре онтологии имеются некоторые языковые конструкции, управляющие вычислительной моделью онтологии, позволяющие задавать вычисления по правилам переписывания выражений в данной онтологии.

Работа системы обеспечивается взаимодействием двух подсистем:

1. Веб-сервера онтологий;

2. Веб-приложения.

Веб-сервер онтологий обеспечивает многопользовательский режим работы системы, управление пользователями системы, библиотеками онтологий и словарями. Для работы с конкретной онтологией или черновиком онтологии Веб-сервер вызывает Веб-приложение в соответствующем режиме и передает ему требуемые для работы в этом режиме параметры.

Веб-приложение выполняет все функции с отдельной онтологией или черновиком:

· анализирует запрос к онтологии, строит и выводит ответ запрос;

· анализирует текст черновика онтологии; строит и выдает сообщения об ошибках;

· строит вычислительную модель онтологии по тексту онтологии;

· результаты работы с онтологией отображает в формах пользователя и передает Веб-серверу для сохранения.

В настоящее время Beб-сервер онтологий разрабатывается с помощью программных средств технологии Drupal [Drupal, 2010] для создания Интернет-порталов. Веб-приложение разрабатывается на языке Пролог с помощью средств Visual Prolog 5.2 и SWI-Prolog. В основу Веб-приложения положены программы, разработанные на Visual Prolog 5.2 для системы представления знаний ЭЗОП, работающей под Windows [ЭЗОП под Windows, 2010]. интеллектуальный социальный онтология словарь

Основное отличие проектируемой системы от существующих серверов онтологий (например, Ontolingua [Бениаминов и др., 1999]) - это то, что в проекте предусматривается использование принципов открытого шаблонного языка для представления онтологий, позволяющего пользователям подстраивать язык представлений по мере пополнения библиотеки онтологиями и шаблонами языка пользователей, близкими к языку предметной области.

Для обмена проектируемой системы онтологиями с другими системами предполагается разработка модулей по загрузке и выводу онтологий на языках OWL [OWL, 2010] и CASL [Bidoit, 1998].

Кроме того, существенной особенностью разрабатываемой системы является использование вместе с текстами онтологий откомпилированных по этим текстам внутренних представлений онтологий (вычислительных аппроксимаций онтологий). Внутреннее представление онтологии используется при семантическом анализе выражений языка, при формировании ответов на запросы к онтологии и ее отладке, при межмашинном обмене онтологиями в некотором стандартном формате и при использовании онтологий в приложениях. Внутренние представления онтологий предполагается строить с использованием современных алгебраических средств и модульной организации построения онтологий на основании подхода, близкого к подходу языка спецификаций CASL [CASL, 2010]. Эти средства обладают достаточными возможностями для моделирования сложных онтологий и проведения вычислений на основе построенных моделей.

В соответствии с принципами Веб 2.0 авторы проекта не предполагают сами разрабатывать онтологии, а собираются разработать программную среду в Веб и ядро системы, в которой пользователям было бы удобно коллективно разрабатывать и отлаживать библиотеки онтологий и сопутствующие им языки. Однако, некоторые примеры библиотек онтологий авторы предполагают разрабатывать совместно с некоторыми группами пользователей на этапе отладки системы и создания демонстрационных примеров.

Процесс формирования сложных и больших библиотек онтологий в настоящее время сдерживается сложностью формального языка представления онтологий. Сложность языка (несоответствие его языку прикладной области) ограничивает понимание этих текстов специалистами в прикладных областях и, следовательно, затрудняет процессы проверки, формирования и тестирования онтологий. На преодоления этих недостатков нацелен предлагаемый проект. Основой для решения перечисленных проблем предлагаются разработанные членами коллектива принципы открытого языка представления знаний. Эти принципы обеспечат многослойность представления онтологий:

· на пользовательском уровне онтологии представляются на языке, близком к языку предметной области;

· на уровне межмашинного обмена знаниями онтологии представляются на стандартном языке машинного представления онтологий;

· на внутреннем уровне для задач тестирования онтологий и построения ответов на вопросы к миру построенной онтологии используется алгебраический язык и средства алгебраических вычислений.

В настоящее время в соответствии с проектом создается экспериментальный сервер онтологий [Веб-сервер онтологий, 2010] с использованием технологий Веб 2.0. На сервере можно зарегистрироваться. Пользователям могут быть присвоены различные роли. Система работает в многопользовательском режиме. Пользователи могут искать документацию на сервере, просматривать ее, оставлять комментарии к документам, открывать новые форумы для обсуждений и участвовать в старых, открывать блоги для отражения работы над онтологиями.

Для формирования онтологии в открытом языке шаблонных выражений, ее отладки и построения ответов на вопросы к онтологии разработана специальная программа (Веб-приложение). Программа работает на сервере с интерфейсом в Веб-браузере и вызывается пользователем с сервера опциями:

· «Задать вопрос» для построения запроса на доступном из текущей онтологии языке, сформированном пользователями, и для получения ответов на запросы к онтологии. Ответы формируются на основании внутреннего представления онтологии, правил переписывания, введенных в онтологии, и алгебраических вычислений.

· «Сделать средой» и «Создать новую онтологию» для создания новых онтологий с возможностью сохранения недоделанных онтологий в виде черновиков.

· «Создать новую версию онтологии» для создания и отладки новых версий существующих онтологий.

· «Удалить онтологию» по желанию пользователей, если она не используется другими онтологиями.

Взаимодействие сервера онтологий и программы работы с текущей онтологией находится в стадии отладки.

Сервер онтологий разрабатывается программными средствами системы управления сайтом Drupal 5. Система имеет большое количество модулей и удобную организацию для быстрой разработки серверов, использующих технологии Веб 2.0. В дальнейшем предполагается переход на более свежую версию CMS Drupal

Разработаны программа грамматического анализа для открытого языка шаблонных выражений, на котором описываются онтологии и задаются вопросы к онтологии, написана на языке Пролог, программа вычисления ответов на запросы к онтологии также разрабатывается на языке Пролог. Основу этих программ составляет система ЭЗОП под Windows [Бениаминов и др., 2001]. Система ЭЗОП разработана программными средствами Visual Prolog 5.2. В настоящее время в качестве программного средства для разработки программ грамматического анализа и логических вычислений выбран SWI Prolog.

Документация к проекту выставлена на специально разработанном средствами CMS Drupal 6 сайте http://www.ezop-project.ru. На сайте проекта также выложены работы авторов на данную и подробная библиография работ по алгебраическому подходу к определению онтологий.

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 09-07-00079-a).

Список литературы

1. [Бениаминов, 1990] Бениаминов Е.М. Система представления и обработки понятий, основанная на алгебраическом (категорном) подходе // II Всесоюзн. конф. "Искусственный интеллект - 90", Минск, 1990.

2. [Бениаминов и др., 1999] Бениаминов Е.М., Болдина Д.М. Система представления знаний Ontolingua - принципы и перспективы // НТИ. Сер.2. 1999. № 10.

3. [Бениаминов и др., 2000] Бениаминов Е.М., Манушина М.Ю. Принципы построения открытого языка шаблонных выражений в системе представления знаний // НТИ. Сер.2. 2000. № 7.

4. [Бениаминов и др., 2001] Бениаминов Е.М., Болдина Д.М. Система представления и обработки знаний ЭЗОП // Материалы конференции Диалог'20001. Прикладные проблемы, 2001.

5. [Бениаминов, 2003] Бениаминов Е.М. Алгебраические методы в теории баз данных и представлении знаний. М.:"Научный мир", 2003.

6. [Веб 2.0, 2010] Страница Веб 2.0 на сайте Википедия. - http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B5%D0%B1_2.0.

7. [Веб-сервер онтологий, 2010] Экспериментальный Веб-сервер онтологий - http://ezop-project.ru/drupal5.

8. [Википедия, 2010] Свободная энциклопедия Википедия. - http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%97%D0%B0%D0%B3%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%86%D0%B0.

9. [Лапшин, 2010] Лапшин В.А. Онтологии в компьютерных системах. М.: Научный мир, 2010.

10. [ЭЗОП под Windows, 2010] Страница ЭЗОП под Windows. - http://sourceforge.net/projects/ezop-project/files.

11. [Bidoit, 1998] Bidoit M., Mosses P.D. CASL User Manual. Introduction to Using the Common Algebraic Specification Language. - N.Y: Springer, 1998.

12. [CASL, 2010] The Common Framework Initiative for algebraic specification and development - http://www.informatik.uni-bremen.de/cofi/wiki/index.php/CoFI.

13. [Drupal, 2010] Drupal - open source content management platform. - http://drupal.org.

14. [Gruber, 1993] Gruber T.R. Toward principles for the design of ontologies used for knowledge sharing // Knowledge Systems Laboratory, Stanford University, Technical report KSL-93-21, August 23, 1993.

15. [Guarino, 1998] Guarinio N. Formal Ontology and Information Systems // Proceedings of FOIS'98, Trento, Italy, 6-8 June 1998, Amsterdam, IOS Press, 1998.

16. [OWL, 2010] OWL Web Ontology Language. - http://www.w3.org/TR/owl-features.

Аннотация

Проект веб-сервера онтологий в стиле Веб 2.0. Е.М. Бениаминов (ebeniamin@yandex.ru); В.А. Лапшин (mefrill@yandex.ru); Д.В. Перов (dperov2005@gmail.com). Российский государственный гуманитарный университет, Москва

В работе описывается система построения библиотеки онтологий, разрабатываемая в виде Веб-сервера в стиле Веб 2.0. Основной особенностью систем этого стиля является то, что их содержимое формируется пользователями.

Реализация этого принципа для построений онтологий имеет свои трудности и особенности, которые также описаны в данной работе. Подробно с проектом можно познакомиться на сайте http://www.ezop-project.ru.

Размещено на Allbest.ru