Автореферат (Математическое и программное обеспечение для управления базами знаний на основе многоуровневых семантических моделей гетерогенных информационных ресурсов)

1На правах рукописиГрегер Сергей ЭдуардовичМАТЕМАТИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯУПРАВЛЕНИЯ БАЗАМИ ЗНАНИЙ НАОСНОВЕ МНОГОУРОВНЕВЫХ СЕМАНТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙГЕТЕРОГЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ РЕСУРСОВ05.13.11 — Математическое и программное обеспечениевычислительных машин, комплексов и компьютерных сетейАвторефератдиссертации на соискание ученойстепени кандидата технических наукЕкатеринбург  20162Работа выполнена на кафедре радиоэлектроники и информационных системфедерального государственного автономного образовательного учреждениявысшего образования «Уральский федеральный университет имени первогоПрезидента России Б.Н. Ельцина»Научный руководитель:Поршнев Сергей Владимирович, доктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты:Ведущая организация:Защита состоитсяС диссертацией можно ознакомитьсяАвтореферат разосланУченый секретарьдиссертационного совета2016 г.3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность исследования.

Особенностью современных вебориентированных информационных систем (ИС) является широкое использование разнородных, в том числе, распределённых, объектов, сервисов иинфраструктур (например, технологии облачных вычислений). В результатесовременная веб-ИС представляет собой сложную систему, отдельные подсистемы которой (программные модули ИС) разрабатываются независимодруг от друга и функционируют автономно, то есть, по сути, являются независимыми системами.В этой ситуации одной из наиболее важных становится проблема сохранения целостности описания ИС.

Различные подходы к решению частных задач разработки веб-ИС исследовались в работах Д.Г. Колб, В.В. Грибовой,Ю.А. Загорулько и др. Анализ известных подходов к решению данной проблемы показывает, что одним из наиболее перспективных является подход,основанный на использовании семантические моделей (СМ)  декларативных описаний данных, средств их обработки и конфигураций, которыйупрощает интеграцию различных информационных ресурсов.

Однако дляширокого практического использования СМ в практике проектирования, разработки и сопровождения веб-ИС необходима научно обоснованная комплексная технология компонентного проектирования семантически совместимых ИС различного назначения и разработка соответствующихпрограммных инструментов.Степень разработанности. Универсальные СМ представления и обработки знаний, варианты их технической реализации семантических моделейбыли исследованы в работах А.С. Клещевым, И.Л. Артемьевой, В.В.Голенкова, В.Ф. Хорошевского, Т.А. Гавриловой. и др. Однако по-прежнемуостается нерешенным целый ряд проблем, связанных с практическим использованием СМ, которые обусловлены отсутствием: методов представления,хранения и управления многоуровневыми СМ, обеспечивающих единообразное управление разнородными информационными ресурсами; методов построения и интеграции архитектурных моделей ИС, разработанных в рамкахразличных методологических подходов; инструментальных средств, обеспечивающих использование СМ при проектировании и реализации ИС.Целью исследования является разработка научно-обоснованных моделей, методов и языков, позволяющих согласовывать проектные описания ИС,представленные в виде СМ, с помощью единой формальной объектноориентированной модели.Задачи исследования:1.

Анализ существующих методов анализа и проектирования ИС, способов обеспечения целостности описания ИС, выявление областей применения методов семантической формализации и СМ для управления ИС на каждом этапе ее жизненного цикла .42. Теоретическое обоснование методов использования СМ при проек-тировании ИС.3. Разработка инструментальных средств, обеспечивающих использование СМ при проектировании и реализации ИС (глава 3).Объектом исследования являются методы разработки информационных систем.Предметом исследования являются семантические методы разработкиинформационных систем.Методы исследования. В работе использовались дескриптивная логика,методологии объектно-ориентированного анализа и моделирования информационных систем, онтологический анализ, методы системной инженерии.Научная новизна.1. Предложен объектно-ориентированный метод представления, хранения и управления многоуровневыми СМ, позволяющий организовать единообразное управление разнородными информационными ресурсами.2.

Предложен объектно-ориентированный метод построения и интеграции архитектурных моделей ИС, разработанных в рамках различных методологических подходов, основанный на адаптации СМ целевой системы к семантическим моделям обеспечивающей системы.3. Разработаны формальные модели, методы и алгоритмы разработкисложных инструментальных средств (ИнС), образующих инструментальнуюсреду ИнС, на основе их формальных моделей.Практическая значимость исследования.На основе предложенной научной концепции автором разработаны:1.

Формальные модели, обеспечивающие процесс проектирования вебориентированных ИС, и соответствующий редактор концептуальных моделей.2. Агенты: запросов к базе знаний, формирования инструментальнойсреды, визуализации баз знаний.3. Веб-информационная система управления знаниями OntoEditor.4. Веб информационная система проектирования PloneModeler.5. Предложен способ интеграции разработанных программных средств ссуществующими ИС, обеспечивающий их адаптацию к изменяющимся впроцессе эксплуатации требованиям.Разработанные программные продукты использованы при создании ивнедрении «Интеллектуальной системы проектирования веб-приложений» и«Интеллектуальной система управления учебным процессом» и подтверждены актами о внедрения результатов диссертационной работы.Теоретическая значимость исследования состоит в разработке формальных моделей целевой и обеспечивающих систем и обосновании методовадаптации семантических моделей целевой системы к семантическим моделям обеспечивающей системы, обеспечивающие процесс проектированиявеб-ориентированных ИС и их адаптацию к изменяющимся в процессе эксплуатации требованиям на стадии эксплуатации.5Положения, выносимые на защиту:1.

Методология и технология построения веб-ориентированных ИС наоснове адаптации семантических моделей целевой системы к семантическиммоделям обеспечивающей системы, позволяющие единым образом организовать сетевой доступ к разнородным информационным ресурсам (соответствует п. 1 паспорта специальности «Модели, методы и алгоритмы проектирования …программ и программных систем…»; п. 3 «Модели, методы,алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем»).2. Методы, модели и программные реализации инструментальныхсредств,обеспечивающиесозданиеиуправлениеобъектноориентированными базами знаний, объединенных в веб-приложение инструментальной среды проектирования OntoEditor (соответствует п. 1 паспортаспециальности «Модели, методы и алгоритмы проектирования …программи программных систем…»; п.

3 «Модели, методы, алгоритмы, языки и программные инструменты для организации взаимодействия программ и программных систем»; п. 4 «Системы управления базами данных и знаний»).Внедрение результатов диссертационного исследования. Результатыдиссертационного исследования используются в ФГАОУ ВПО «Уральскийфедеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина» вучебных курсах «Теория информационных процессов и систем» и «Методы исредства проектирования информационных систем» в качестве виртуальныхлабораторий разработки информационных систем.Апробация работы диссертации. Результаты работы докладывались иобсуждались на следующих научных конференциях и семинарах: Международная научно-методической конференция «Новые образовательные технологии в вузе», Екатеринбург, февраль 2010 г.; Всероссийская научнопрактическая конференция «Актуальные вопросы использования инновационных технологий в образовательном процессе», Нижний Тагил, январь,2010г.; Международная научно-практическая конференция «Объектные системы – 2010», Ростов-на-Дону, май, 2010 г.; Региональная научнопрактическая конференция «Молодежь и наука», Нижний Тагил, май, 2010 г.;VIII Международная научно-методическая конференция «Новые образовательные технологии в вузе».

Екатеринбург, февраль, 2011г.; III Международная научно-практическая конференция «Объектные системы – 2011», Ростовна-Дону, май 2011 г.; V Международная научно-практическая конференция«Объектные системы – 2011(Зимняя сессия)», Ростов-на-Дону, декабрь, 2011г.; VI Международная научно-практическая конференция «Объектные системы – 2012», Ростов-на-Дону, май 2012 г.; VII Международная научнопрактическая конференция «Объектные системы – 2013», Ростов-на-Дону,май 2013 г.; Региональная научно-практическая конференция «Молодежь инаука», Нижний Тагил, май, 2014 г.; VIII Международная научнопрактическая конференция «Объектные системы – 2014», Ростов-на-Дону,6май 2014 г.; X Международная научно-практическая конференция «Объектные системы – 2015», Ростов-на-Дону, май 2015 г.Структура и объём диссертации.