Дослідження логічної моделі мови OWL – Ontology Web Language

 

ЗАТВЕРДЖЕНО

Наказ Міністерства освіти і науки,

молоді та спорту України

29 березня 2012 року №  384

 

Форма № Н-6.01

 

 

____Харківський національний університет радіоелектроніки____

(повне найменування вищого навчального закладу)

 

_____________________Кафедра штучного інтелекту______________________

(повна назва кафедри, циклової комісії)

 

 

 

КУРСОВА РОБОТА

з дисципліни: __ «Формальні системи та математичні основи представлення_   знань» ___________________________________________________________________________________

(назва дисципліни)

на тему: «Дослідження логічної моделі мови OWL – Ontology Web Language»_______________________________________________________________________________

 

 

 

Студента (ки) _3_ курсу _КН-10-4 групи

напряму підготовки_______КН________

спеціальності_______СШІ____________

 __________Козлової А. Є._________

(прізвище та ініціали)

 

Керівник __ _к.т.н., доц. Рябова Н. В.___

____________________________________

(посада, вчене звання, науковий ступінь, прізвище та ініціали)  

 

 

Національна шкала ________________   

Кількість балів: __________Оцінка: ECTS _____

 

                                                                     Члени комісії   ________________  ____Рябова Н. В._____

                                                                                                                                             (підпис)                       (прізвище та ініціали)

                                                                                                      ________________ ______Чала Л. Е.______

                                                                                                                                              (підпис)                        (прізвище та ініціали)

                                                                                                                               ________________  ____Терзіян В. Я._____

                                                                                                                                              (підпис)                         (прізвище та ініціали)

 

 

                                                                        м. _Харків_ - 2012 рік

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

 

Пояснительная записка  содержит 37 с., 1 табл.,  4 источника.

Темой курсовой работы является теоретические исследования логической модели языка OWL.

Целью курсовой работы является исследование логической модели языка и углубление знаний о языке OWL.

В данной работе раскрывается построение и описание языка OWL, а также его свойства и применение на практике. Описаны диалектики OWL, структура онтологий, рассмотрены основные элементы и версии онтологий.

 

ЯЗЫК OWL, OWL LITE, OWL DL, OWL FULL, SEMANTIC WEB, ТЭГИ, КЛАССЫ, ТИПЫ ДАННЫХ. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………..6

1 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ВОЗМОЖНОСТИ…………………….............8

2 ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ……………...…………………………………10

     2.1 Применение в химии и биоинформатике……………………………….10

     2.2  Интеграция баз данных………………………………………………….11

     2.3 Описание классификаций для Web-порталов……………………….…11

     2.4 Описание целостности данных………………………………………….12

3 ДИАЛЕКТИКИ OWL………………………………………………………….14

4 СТРУКТУРА ОНТОЛОГИЙ……..……………………………………..…….17

      4.1 Пространства имён……......…………………………………….……….17

      4.2 Заголовки онтологии………………………………………………...…..19

5 СВЯЗЫВАНИЕ ДАННЫХ В OWL………………………………….……….22

6 ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ……………………………………………………23

     6.1 Простые классы и индивиды……………………………………...……..23

     6.2. Простые именованные классы……………………………………….....23

     6.3 Индивиды…………………………………………………………….…...25

     6.4 Простые свойства………………………………………………………...25

     6.5 Определение свойств…………………………………………………….26

     6.6 Свойства и типы данных…………………………………………………26

7. КАРТИРОВАНИЕ ОНТОЛОГИЙ…………………………………………...28

8. ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ МЕЖДУ  КЛАССАМИ И СВОЙСТВАМИ………29

     8.1 Идентичность и различность между индивидами………………….…..29

9. СЛОЖНЫЕ КЛАССЫ…………………………………………………….….31

     9.1 Операторы множеств………………………………………………….…31

     9.2 Непересекающиеся классы…………………………………………..…..32

10. ВЕРСИИ ОНТОЛОГИЙ……………………………………………….…….34 ВЫВОДЫ………………………………………………………………………...36

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Сегодня трудно было бы создать  веб-агента, который смог бы выполнить точный поиск в Сети, удовлетворяющий тому запросу что нужно.

Для поддержки такого рода вычислений необходимо пойти дальше ключевых слов и описать содержание ресурсов, доступных в Сети. Этот дополнительный уровень интерпретации  имеет дело с семантикой данных.

Язык веб-онтологий OWL - это язык для определения и  представления веб-онтологий. Онтология - термин, заимствованный из философии, который обозначает науку, описывающую  формы бытия и то, как они  относятся между собой. Веб-отнология  может включать описания классов, свойств и их примеры. Формальная семантика OWL описывает, как получить логические следствия, имея такую онтологию, т.е. получить факты, которые не представлены в онтологии буквально, но следуют из ее семантики. Эти следствия могут быть основаны на одном документе или множестве распределенных документов, которые комбинируются с использованием определенных механизмов OWL.

Вопрос, который волнует больше всего когда начинаешь изучать еще один XML/Web стандарт, - это "Что это дает мне, что не могут дать XML и XML Schema?" Есть два ответа на этот вопрос.

Онтология отличается от схемы XML тем, что это представление  знания, а не формат сообщений. Большинство  веб-стандартов состоят из комбинации форматов сообщений и спецификаций протоколов. Этим форматам дали эксплуатационную семантику, типа, "По получении сообщения «заказ на покупку», перевести количество рублей со «счет покупателя» на «счет продавца» и отпустить товар." Но спецификация не создана для поддержки операций вне контекста данной транзакции. Например, у нас нет, как правило, механизма, чтобы заключить, что из-за того, что Товар имеет название Кока-Кола, он должен также быть чёрным напитком.

Одним из преимуществ OWL онтологий будет доступность  инструментов, которые могут рассуждать о них. Инструменты обеспечат общую поддержку, которая не является специфической для данной предметной области, что было бы тем случаем, когда надо построить систему, чтобы рассуждать в пределах одной стандартной для данной индустрии XML схеме. Построение четкой и работоспособной системы рассуждения - непростое дело. Строительство онтологии намного более доступно.

OWL - это логический  язык для формального описания  онтологий. Применительно к OWL под онтологиями понимаются иерархические  структуры понятий (классов), связанных отношениями (свойствами). OWL предоставляет средства для логического описания семантики (т.е. смысла) понятий, благодаря чему последние могут согласованно использоваться как людьми, так и приложениями в различных информационных системах (Web-сайтах, базах данных, экспертных системах, системах поддержки принятия

решений и т.д.).

 

1 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ВОЗМОЖНОСТИ

 

Выражаясь неформально, OWL позволяет гарантировать, что  в условиях высокой гетерогенности современных информационных систем (ИС), термины, объявленные в одной системе будут корректно интерпретированы в другой системе, причем независимо от технических особенностей систем и сценариев работы с ними. Важность подобной согласованности легко представить на примере двух медицинских ИС - электронных медицинских карточек и системы помощи в постановке диагнозов. Обе системы оперируют медицинскими терминами, в частности, симптомами, наименованиями болезней, тестов и медикаментов. При этом если "симптом Х", указанный в карточке пациента, будет неверно интерпретирован системой постановки диагноза, то последствия (как для пациента, так и для врача) могут оказаться самыми нежелательными.

OWL предоставляет данные  возможности благодаря своим  логическим основам, а именно, описательной логике (Description Logic или DL). Одним из ключевых преимуществ логики является формальная семантика (смысл) логических утверждений. Проще говоря, это означает, что семантика логический утверждений (или смысл понятий в OWL) не зависит от того, как, кем и в каком контексте они используются. Смысл описывает декларативным образом, не оставляя возможностей для неоднозначной интерпретации.

Рассмотрим пример описания термина НесчастныйРебенок в  виде сын или дочь инженера и врача (заранее прошу прощения, если кому-то шутка покажется неуместной в современных реалиях!). Итак, налицо двусмысленность: кто-то скажет, что имеются в виду дети, у которых один родитель - врач, а другой - инженер, а кому-то покажется, что речь идет о детях, у которых хотя бы один родитель и врач и инженер одновременно. Это может вызвать улыбку, но если бы речь шла об описании специфических болезней, то некорректная интерпретация симптомов могла бы легко привести к неверному диагнозу.

OWL позволяет определить  термин следующим образом: НесчастныйРебенок  SubClassOf ребенок some (Инженер and Врач) (синтаксис будет рассматриваться ниже), что недвусмысленно означает, что один из родителей должен быть инженером и врачом одновременно (другой вариант тоже легко описывается, но несколько длиннее). Таким образом, все клиенты (пользователи или приложения), использующие корректные средства для работы с OWL, будут одинаково интерпретировать термины.

 

2 ВАРИАНТЫ ПРИМЕНЕНИЯ

 

Варианты применения OWL весьма разнообразны, поэтому ниже приведены лишь наиболее классические сценарии. В целом, будучи языком представления знаний, OWL может быть полезен в любой информационной системе, которой требуется явное описание метаинформации (т.е. информации или знаний о структуре данных). При этом, чем сложнее и разнообразнее подобные знания, тем лучше подходит OWL для этой задачи.

 

2.1 Применение в медицине, химии и биоинформатике.

 

Эти области активно  развиваются и непрекращающиеся исследования приводят к появлению  все большего объема данных и знаний. При этом основная проблема заключается  в том, что накапливаемые знания зачастую описываются неформальными образом и содержатся во множестве различных, неинтегрированных источников. Одной из актуальных проблем являются трудности в проверке согласованности результатов научных исследований. Например, разные исследовательские проекты могут прийти к заключениям, что "протеин Х взаимодействует с протеином Y при условии Z1" и "не взаимодействует при условии Z2". При этом автоматически проанализировать и сопоставить эти результаты можно только в том случае, если, в частности, термины "условия Z1 и Z2" описаны формально, скажем, в виде классов OWL. В этом случае несовместимость (disjointness) классов УсловияZ1 и УсловияZ2 будет означать полную согласованность результатов, включение УсловияZ1 в УсловияZ2 (или наоборот) — несогласованность (противоречивость) результатов, а отсутствие какого-либо отношения может говорить о том, что необходимо дополнительное исследование взаимодействия протеинов в случае, если условия Z1 и Z2 наблюдаются одновременно. Последний случай может служить примером того, как существующие знания могут использоваться для выбора направления исследований.

 

2.2 Интеграция баз данных

 

Во многих областях наблюдается  ситуация, при которой важная информация распределяется по множеству баз  данных. Основная проблема заключается в том, что эти базы данных, как правило, создавались разными людьми, в разное время и с использованием разных технологий, поэтому схемы данных также оказываются весьма различными. В результате крайне осложняется задача интеграции данных, которая необходима, в частности, для прозрачного выполнения запросов над всеми имеющимися данными.

Онтологии в целом, и OWL в частности, могут использоваться в этой ситуации для формального  описания и интеграции схем баз данных (тех самых метаданных). Это позволяет организовать дополнительный метауровень, который создает интегрированную картину данных для внешних клиентов. Таким образом, клиенты могут использовать запросы к интегрированному представлению данных, которые затем разделяются на части, выполняются над отдельными БД, после чего результаты вновь объединяются в соответствии с интеграцией схем.

К сожалению, насколько  я знаю, полностью готовых решений  на данный момент не существует, поэтому  подобная метаинтеграция в каждом конкретном случае разрабатывается отдельно.

 

2.3 Описание классификаций для Web-порталов.