Разработка и исследование методов и алгоритмов интерпретации баз знаний с онтологиями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.17, кандидат технических наук Хла Мьо Аунг

• Хла Мьо Аунг
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хла Мьо Аунг

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОНТОЛОГИЯХ.

1.1. ЧТО ТАКОЕ «ОНТОЛОГИЯ».

1.2. ОНТОЛОГИИ И СЕМАНТИЧЕСКИЙ ВЕБ.

1.3. ФОРМАЛЬНАЯ КОНЦЕПТУАЛИЗАЦИЯ И ФОРМАЛЬНЫЕ ОНТОЛОГИИ.

1.4. ФОРМАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ПОНЯТИЯ И КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ЯЗЫКИ

1.5. РАБОТА С ОНТОЛОГИЯМИ.

ВЫВОДЫ К ПЕРВОЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 2.

ФОРМАЛЬНЫЕ ЯЗЫКИ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ОНТОЛОГИЙ.

2.1. ЯЗЫКИ, ОСНОВАННЫЕ НА ФРЕЙМАХ.

2.2. СЕМАНТИЧЕСКИЕ СЕТИ.

2.3. ФОРМАЛИЗМ KIF.

2.4. КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ГРАФЫ.

2.5. ОБЩАЯ ЛОГИКА.

2.6. ДЕСКРИПТИВНЫЕ ЛОГИКИ.

2.7. F-ЛОГИКА.

2.8. ЯЗЫКИ RDF И RDF(S).

2.9 ЯЗЫК OWL ДЛЯ СПЕЦИФИКАЦИИ ОНТОЛОГИЙ В.

СЕМАНТИЧЕСКОМ ВЕБЕ.

2.10. ЯЗЫК SPARQL.

2.11. ЯЗЫКИ СЕМЕЙСТВА DL-Lite.

2.11.1 Язык DL-Litecore.

2.11.2 Языки БЬ-Ькек и БЬ-ЬкеР.

2.11.3. Язык ЕЬр.

2.11.4. Запросы к А-боксу.

Выводы к второй главе.

ГЛАВА 3.

БИНАРНАЯ МОДЕЛЬ ЗНАНИЙ.

3.1. СИНТАКСИС ИМЕН, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В БМЗ.

3.2. БИНАРНАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ.

3.2.1. Спецификация типов данных.

3.2.2. Конструкторы типов данных.

3.2.3. Спецификация функций.

3.2.4. Спецификация структуры объектов.

3.2.5. Синтаксис языка структурной спецификации.

3.2.6. Атрибутные условия и интервальные ограничения.

3.2.7. Структурные схемы.

3.2.8. Представление данных в БМД.

3.2.9. Логические предложения.

3.3. СИНТАКСИЧЕСКАЯ КОРРЕКТНОСТЬ ЯЗЫКА СТРУКТУРНОЙ СПЦИФИКАЦИИ.

3.3.1. Формальные языки.

3.3.2. Источники.

3.3.3. Детерминированные источники.

3.3.4. Детерминизация источников.

3.3.5. Алгоритм синтаксической корректности.

3.4. ТАБЛИЦЫ ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.

3.4.1. Таблица для структурных предложений.

3.4.2. Источник структурных предложений.

3.4.3. Таблица детерминированного алгоритма для структурных предложений.

3.4.4. Источник спецификаций примитивных типов данных.

3.4.5. Источники предложений с конструкторами типов данных.

3.4.6. Таблицы детерминированных источников для констукторов типов

Выводы к третьей главе.

ГЛАВА 4.

ЯЗЫК ЗАПРОСОВ ДЛЯ БИНАРНОЙ МОДЕЛИ ДАННЫХ.

4.1. ПРИМЕРЫ ЗАПРОСОВ.

4.2. ОПИСАНИЕ ЗАПРОСОВ.

4.3. ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМА ТРАНСЛЯЦИИ.

4.4. ПРИМЕРЫ РАБОТЫ ТРАНСЛЯТОРА.

ВЫВОДЫ К ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ.

ГЛАВА 5.

ЛОГИЧЕСКАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ ОНТОЛОГИЙ И ПРОДУКЦИОННЫЙ ВЫВОД.

5.1. ПРОСТЫЕ ОНТОЛОГИИ.

5.1.1. Аристотелевы онтологии.

5.2. ПРОДУКЦИИ.

5.3. ПРОДУКЦИИ ДЛЯ ЯЗЫКА ЯЛС-А.

5.4. ТАКСОНОМИИ. ЯЗЫК ЯЛС-Т И ПРОДУКЦИИ ДЛЯ НЕГО. ЯЗЫК ЯЛС-БАТ.

5.5. ЯЗЫК ЯЛС-Б БУЛЕВЫХ ОТНОШЕНИЙ И ПРОДУКЦИИ ДЛЯ НЕГО

5.6. ЯЗЫК ЯЛС-ИС ЛОГИЧЕСКОЙ СПЕЦИФИКАЦИИ С ИЕРАРХИЕЙ

СЕЛЕКТОРОВ.

Выводы к пятой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование методов и алгоритмов интерпретации баз знаний с онтологиями»

В последние годы экспоненциально растет объем информации, представленной в Интернете. Эта информация используется как людьми, так и компьютерами. Поэтому возникает необходимость представления знаний в формах, которые не только естественны для восприятия людьми, но и «понятны» компьютерам. Наиболее перспективный путь решения этой проблемы - использование в информационных системах баз знаний, основанных на онтологиях. Онтология представляет собой формальную концептуальную модель приложения, разрабатываемого экспертами с использованием соответствующих формальных языков. Для того чтобы облегчить разработку таких информационных систем предлагается применять семантический поиск информации. Системы семантического поиска составляют основу Семантического веба, который рассматривают как новое поколение Веба («всемирной паутины»). Онтологии играют центральную роль в Семантическом вебе. В связи с этим большое теоретическое и практическое значение получили исследования и разработки инструментальных программных систем, автоматизирующих создание онтологий. Эти системы интерпретируют онтологии и позволяют вычислять ответы на запросы к базам знаний, включающим эти онтологии. Диссертация посвящена вопросам разработки и исследованию методов и алгоритмов интерпретации языков онтологий. Поэтому тема диссертации является актуальной^

Замечание. Работы в области, к которой относится диссертация, в настоящее время ведутся почти исключительно за рубежом. Наиболее близкие работы были выполнены С. Абитбулем (S. Abiteboul), Д. Кальванезе (D. Calvánese), M. Ленцерини (М. Lenzerini), И. Хорроксом (I. Horrocks), Г.С. Плесневичем, Р.В. Кончаковым, Е.А. Харламовым, В.М. Захарычевым. (Последние три русских специалиста работают за рубежом, заканчивали Новосибирский госуниверситет.)

Объектом исследования являются информационные системы, использующие онтологии и языки спецификации онтологий.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы для интерпретации языков онтологий и для вычисления ответов на запросы к базам знаниям, включающим онтологии, а также методы и алгоритмы вывода в онтологиях.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка средств представления знаний, в частности, исследование и разработка методов, алгоритмов и соответствующих программ, реализующих вычисление запросов и выполнение дедуктивного вывода для онтологий, представленных в БМЗ. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи.

Решаемые задачи:

• составление обзора языков для спецификации онтологий;

• изучение способов интерпретации баз знаний, включающих онтологии;

• разработка языка запросов к базам знаний с онтологиями; •разработка методов трансляции и алгоритма трансляции в язык SQL запросов к базам знаний, включающих онтологии;

• разработка методов логического вывода в базах знаний с онтологиями;

• программная реализация разработанных алгоритмов.

Для достижения поставленной в работе цели использовались следующие методы исследования: методы дискретной математики, методы прикладной математической логики и методы теоретического программирования.

Достоверность научных результатов подтверждена теоретическими выкладками, данными компьютерного моделирования, а также сравнением полученных результатов с результатами, приведенными в научной литературе.

Научная результаты и их новизна.

1) Разработан язык запросов к базам данных, представленных в системе «Бинарная Модель Знаний» (БМЗ).

2) Разработан транслятор этого языка в язык SQL. Транслятор используется в системе интерпретации языка запросов.

3) Разработан продукционный метод вывода в языке булевых онтологий. Этот метод приводит к алгоритму вывода с квадратичной оценкой вычислительной сложности.

4) Разработан язык логической спецификации в системе БМЗ. Дан метод трансляции этого языка в язык ELF дескриптивной логики.

Все эти результаты являются новыми.

Практическая значимость результатов диссертационной работы заключается в создании транслятора в язык SQL с языка запросов в системе БМЗ. Этот транслятор планируется включить (как существенную часть) в разрабатываемой «дружественный» интерфейс к системе БМЗ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

• VI-ой Международной научно-практической конференции «Интегрированные модели и мягкие вычисления в искусственном интеллекте» (Коломна, май 2011 г);

• Международной научной конференции "Интеллектуальный анализ информации "ИАИ-2012 (Киев, май 2012 г.);

• XVII-ой и XVIII-ой Международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» в НИУ «МЭИ» (Москва, 2011 - 2012 г.).

Публикации. Основные результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, опубликованы в 5 печатных работах, включая статью в журнале из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Диссертация содержит 202 страниц машинописного текста (без приложений).

Заключение диссертации по теме «Теоретические основы информатики», Хла Мьо Аунг

Выводы к пятой главе

• Исследованы простые онтологии, у которых понятия не содержат атрибутов, а связи между понятиями представляются отношением ISA включения классов, отношением DISJ непересекаемости классов и отрицаниями -ISA и -DISJ этих отношений, а также булевыми отношениями.

• Разработана система продукционного вывода для простых онтологий.

• Введен язык логической спецификации с предложениями вида С.5с D. Т, где С и D - понятия, a S и Т - селекторы в онтологии, записанной в языке ЯСС структурной спецификации БМЗ. Дан метод трансляции этого языка логической спецификации в язык ELF. Установлена полиномиальная разрешимость этого языка логической спецификации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе были получены следующие результаты.

1. Сделан аналитический обзор современного состояния исследованияй по онтологиям и формальным языкам для спецификации онтологий.

2. Разработан язык запросов ЯЗ к базам данных (фактов), согласованных с онтологиями, записанных в языке структурной спецификации в системе «Бинарная Модель Знаний».

3. Разработан метод и алгоритм трансляции ЯЗ в язык SQL. Алгоритм трансляции был программно реализован.

4. Исследованы простые онтологии, у которых понятия не содержат атрибутов, а связи между понятиями (классами) представляются отношением ISA включения классов, отношением DISJ непересекаемости классов и отрицаниями -ISA и -DISJ этих отношений, а также булевыми отношениями. Разработана система продукционного вывода для простых онтологий.

5. Введен язык логической спецификации с предложениями вида C.S — D.T, где С и D - понятия, a S и Т - селекторы (т.е. итерации применения атрибутов) в онтологии, записанной в языке ЯСС структурной спецификации БМЗ. Дан метод трансляции введеного языка логической спецификации в язык ELF. Установлена полиномиальная разрешимость этого языка логической спецификации.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хла Мьо Аунг, 2013 год

1. Г.С. Плесневич, Хла Мьо Аунг, Кью Сейн Вин. Дедукция вбинарной модели знаний// Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2011. - №3. - С.105-117. (Из списка ВАК.)

2. Г.С. Плесневич, Хла Мьо Аунг. Продукционный вывод в простых онтологиях // Международная научная конференция "Интеллектуальный анализ информации "ИАИ-2012 (Киев, май 2012 г.). Сб. научных трудов. -Киев: Просвгга, 2012.-С. 121-126.

3. Хла Мьо Аунг. Браузинг для Бинарной Модели Данных и Знаний. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Семнадцатая международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Тезисы докладов. -Т.1. -М.: НИУ «МЭИ», 2011. -С. 383-384.

4. Б. Цитированная литература Плесневич, 2003. Плесневич Г.С. Понятийно-ориентированные языки винженерии знаний // Новости искусственного интеллекта, №6, 2003.

5. Plesniewicz, 2004. Plesniewicz G.S. Binary Data and Knowledge Model. Proceedthings of the 6 Joint Conference on Knowledge-based Software Engineering, IOS Press, 2004.

6. Плесневич, 2006. Полиномиальный алгоритм вывода для бинарных моделей знаний // Сб. трудов Всероссийской научной конференции "Нечеткие системы и мягкие вычисления" (НСМВ-2006, Тверь, 20-22 сентября 2006 г.).- М: Физматлит, 2006.

7. Minsky, 1975. Minsky, M. (1975). A framework for representing knowledge. In P. Winston, Ed., The Psychology of Computer Vision. New York: McGraw-Hill, pp. 211-277. Русский перевод: П. Уинстон. Психология машинного зрения. М.: Мир, 1978.

8. RIF W3C, 2010. RIF Basic Logic Dialect W3C Recommendation 22 June 2010 -http://www.w3 .org/TR/2010/REC-rif-bld-20100622/.

9. Handbook DL, 2003. F. Baader, D. Calvanese, D. McGuinness, D. Nardi, P. Pa-tel-Schneider (eds.). The description logic handbook: theory, implementation and application.- Cambridge University Press, 2003.

10. Sowa, 1984. J.F. Sowa. Conceptual structures: information processing in mind and machine.- Addison Wesley, 1984.

11. Hayes, 1980. P.J. Hayes, P. J. (1980). The logic of frames. In D. Metzing, Ed.,

12. Frame Conceptions and Text Understanding. Berlin: deGruyter, pp. 46-61.

13. SWRL, 2004. A Semantic Web Rule Language Combining OWL and RuleML

14. W3C Member Submission 21 May 2004http://www.w3.org/Submission/2004/SUBM-SWRL-0040521/.

15. Карнап, 1959. P. Карнап. Значение и необходимость. М.: ИЛ, 1959.

16. Guarino et al., 2004. N. Guarino, D. Oberle, S. Staab. What is an ontology. In: S.

17. Staab, R. Studer (eds.) Handbook on ontologies. Springer, 2004.

18. Manola et al., 2004. F. Manola, E. Miller. RDF Primer, W3C Recommendation,2004. http://www.w3.org/TR/rdf-primer/.