РАЗРАБОТКА  МОДУЛЯ  ИМПОРТА  ОНТОЛОГИЙ  В  ФОРМАТЕ  OWL  ДЛЯ  СИCТЕМЫ  УПРАВЛЕНИЯ  БАЗАМИ  ЗНАНИЙ  KG

Петров  Александр  Вячеславович

магистрант  2  курса,  кафедра  АСОИУ  ИжГТУ  имени  М.Т.  Калашникова,  РФ,  г.  Ижевск

E-mail:  petrovialex@mail.ru

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

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; удобного  представления  информации  для  анализа  знаний  в  предметной  области.

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.Protégé.  Protégé  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.