Автореферат (Математическое и программное обеспечение для управления базами знаний на основе многоуровневых семантических моделей гетерогенных информационных ресурсов), страница 2

Диссертация состоит из введения,трех глав, заключения, списка литературы из 106 наименований, списка сокращений и условных обозначений, 1 приложения, содержит 71 рисунок и 3таблицы. Основной текст работы составляет 140 страниц, общий объем 143страницы.Основное содержание работыВо введении обоснована актуальность выполненных в диссертации исследований, сформулированы цель и задачи работы, рассмотрены научнаяновизна, практическая ценность результатов, приведены сведения об апробации и реализации основных положений диссертации, изложена структурадиссертационной работы.Первая глава содержит анализ современного состояния области проектирования и реализации веб-информационных систем, в том числе методологии проектирования и технологий разработки информационных систем, результаты которого позволили сделать обоснованный вывод оцелесообразности использования в качестве средств обеспечения процессаразработки и сопровождения программных систем специальной интеллектуальной информационной системы проектирования (ИИСП), обеспечивающейсредства визуального проектирования и инструменты автоматизации, единуюинформационную среду коммуникаций и хранения данных, возможности интеграции с существующими программными системами в рамках общей информационной среды.

На основе проведённого обзора литературы определены цель и основные задачи диссертационной работы.Во второй главе рассмотрены методы и технологии управления знаниями с точки зрения их применимости к решению задач проектирования и реализации ИС. Обоснована возможность рассмотрения процесса разработки исопровождения ИС как последовательности преобразований модели разрабатываемой (целевой) системы SApp некоторой обеспечивающей системой SОб:SОб=<SApp, SDomain, STask, SInfo, SComp, SGui ,SNav, >,где SApp  целевая система, в рамках которой производится согласование; SDomain  система, управляющая знаниями о предметной области; SInfo  системауправления информационной моделью; SComp  система управления программными компонентами; SGui  система управления представлением информации; SNav  система управления коммуникациями; на различных стадиях жизненного цикла системы SApp, включающий в себя стадиифункциональной декомпозиции требований к ИС и сопоставления каждойфункции ИС некоторого аппаратного или программного элемента.Предложено описывать трансформацию ИС на соответствующих этапахЖЦ с помощью рекурсивной функции FОбС: ПрО→SApp, преобразующей модели предметной области ПрО в модель ИС SApp; а также при согласованиигрупп систем использовать системный подход и в соответствие с методом7архитектурных согласований стандарта ISO 42010 «Рекомендованная практика архитектурного описания программноемких систем» следующие системообразующие факторы: архитектуру системы, требования заинтересованных лиц и подход.

Это позволило представить процесс проектирования ИС ввиде некоторой системы, состоящей из согласованных наборов групп описаний (ГО) (концептуальная ГО предметной области ИС; функциональная ГОзаинтересованных лиц, их задач и функций, реализующих эти задачи; ГО деятельности ИС на соответствующих этапах жизненного цикла ИС; ГО описаний конструкции системы), результаты анализа которой определили необходимость дополнения метода согласования ГО, представленным в стандарте,семантическим уровнем представления архитектурных описаний, отсутствующим в стандарте ISO 42010. При этом в соответствие каждой группе ГОставится некоторая онтология предметной области (ПдО):ОГО = (ОПдО, ОП, ОЗ)где ОПдО  онтология множества объектов (понятий, концептов), описывающая иерархическую структуру классов, подклассов и элементов классов; ОП онтологию процессов предметной области; ОЗ  онтология задач, которыемогут быть поставлены и решены в ПдО; а формальную модель ИС представляется в виде онтологической системы:∑О = <Ometa, {Od&t}, ∑inf >,где Ometa  онтология верхнего уровня (метаонтология), элементами которойявляются возможные предметные области, с отношениями: включение, объединение, пересечение, декомпозиция, гомоморфизм, изоморфизм, теоретико-множественная онтология, логическое описание, логическая онтология;{Od&t}  множество предметных онтологий и онтологий задач предметной области; ∑inf  модель машины вывода, ассоциированной с онтологической системой ∑О; соответственно, онтология обеспечивающей системы SОб:OОб=<Meta, ODomain, ONav, OInfo, OComp, OGui, OApp, RО,F>,где Meta  метаонтология, определяющая общий словарь; OApp  онтологияприложения, являющаяся результатом разработки; ODomain  онтологияпредметной области; OTask  онтология задач; ONav  онтология коммуникаций; OInfo  онтология информационных элементов; OComp  онтологиякомпонентов; OGui  онтология пользовательского интерфейса; RО  множество бинарных отношений между концептами и индивидуалами онтологий; F машина вывода, позволяющая интерпретировать сеть онтологий.Впервые предложена модель семантической системы G={С, R, TC,TR,T}, где C  множество узлов, R  множество связей между узлами, T  множество стандартных типов, причем каждый узел Ci имеет тип из множестватипов узлов TC={Onto, OCls, OntoInd }, а связь Ri — тип из множества связей TR={DatProp, ObjProp, ClsDatProp, ClsObjProp,IndDatProp, IndObjProp}.Тип связей ObjProp :O →O – определяет множество бинарных отношений на объектах из O.

Объекты этого типа задают классификацию типов связей:8SubClsOf – антисимметричное, транзитивное, нерефлексивное бинарное отношение наследования, задающее частичный порядок на множестве понятийC; PartOf – бинарное транзитивное отношение включения («часть-целое»); RA– конечное множество ассоциативных отношений.Типы связей ClsObjProp=OCls →O и IndObjProp=OntoInd → O определяют способ связывания узлов сети.Тип связей DatProp:O →T определяет способ связывания узлов сети спростыми типами T, объекты этого типа задают классификацию отношенийClsDatProp: OCls → T, IndDatProp: OntoInd → T и определяют для узлов сети наборы атрибутов, определенных на типах из T и служащих для специализации (уточнения) связи между объектами (аргументами отношения).Обоснована целесообразность использования для онтологического анализа системы управления базами знаний (СУБЗ), в которой знания и данныепредставлены в виде объектно-ориентированной сети с формальной объектно-ориентированной моделью данных:< ADT; O; P; SuperTypes; TypeOf; PropDomain; PropRange; Value >,где ADT множество доступных абстрактных типов; O  множество объектов, хранимых в базе данных или конструируемыми через соответствующиезапросы и имеющие уникальные идентификаторы; P  множество свойств,используемых для описания состояния каждого объекта; SuperTypes  функция, устанавливающая соответствие между супертипами и абстрактнымитипами данных, а также определяющая структуру типов, их наследование ивзаимозаменяемость; TypeOf : → —сопоставляет каждому объектусамый сильный (самый младший) в иерархии типов тип; PropDomain : → — устанавливает область определения для свойств; PropRange : → — устанавливает область значений для свойств; : × → —значение свойства объекта.

Свойство в качестве значения может иметь типданных.Впервые предложен набор компонентов хранения баз знанийCADT={Ontology, OntoClass, DataProperty, ObjectProperty, ClasssDataProperty,ClassObjectProperty, OntoIndividual, IndDataProperty, IndObjectProperty},обеспечивающий отображение высказываний, представленных в семантической сети в сеть объектов:Ontology =<OCls, DP, OP,OI>— онтологический модуль, представляющий семантическую сеть и агрегирующий множество элементов DP  множество элементов типа DataProperty, определяющих сорта описания данных;P  множество элементов типа ObjProperty, определяющих сорта связей;OCls— множество элементов типа OntoClass; OI — множество элементовтипа OntoIndividual;OntoClass=< ClsDP, ClsOP> компонент, представляющий класс онтологии, и агрегирующий множества элементов, где ClsDP и ClsOP— множество элементовClassDataProperty и ClassObjectProperty соответственно,определяющие связи класса с узлами сети;9DataProperty  компонент, определяющий характер связи элемента сетис элементом сети, представляющим простой тип данных, определяет верхний уровень в иерархии элементов типа ClassDataProperty ;ObjectProperty  компонент, определяющий тип связи элемента сети сэлементами, не принадлежащими множеству простых типов данных, определяет верхний уровень в иерархии элементов типа ClassObjectProperty:ClassDataProperty  компонент, определяющий связь элемента сети, стипом компонента OntoClass с элементами, принадлежащими множествупростых типов данных;ClassObjectProperty —компонент, определяющий связь элемента сетитипом компонента OntoClass с элементами, не принадлежащими множествупростых типов данных;OntoIndividual =< IndDP, IndOP> компонент, представляющий экземпляр класса онтологии и агрегирующий множество элементов IndOP— множество элементов IndDataProperty и IndOP — множество элементов IndObjectProperty соответственно, определяющие связи экземпляра класса с узламисети ;IndDataProperty  элемент сети, определяющий связь элемента сети типом OntoIndividual с элементами, принадлежащими множеству простых типов данных;IndObjectProperty — компонент, определяющий связь элемента сети типом OntoIndividual с элементами, не принадлежащими множеству простыхтипов данных.Точная семантика представленных компонентов описана в диссертации.Для формального описания объектно-ориентированной сети и знанийразработан язык моделирования абстрактной семантической сети, в которомвведено понятие терм σ(T1, T1,…, Tn), где σ ϵ Σ – это имя операции, а T1,T2,…, Tn – это либо переменные соответствующих типов, либо термы, сформированные из имен операций данной сигнатуры тем же способов (терм @используется для представления высказывания «любой из множества», терм«.» —для разделения терма имени класса или объекта от имени атрибута,терм «:» — для указания типа значения, терм {} — определяет множествоэлементов), и определены: множества типов языка S={TC, TR}, множествоопераций Σ и типы классовTC={Onto, OCls, Ind, XMLSchemeDatetype },где Onto предназначен для определения онтологии; OCls  определение понятия онтологии; Ind — экземпляр понятия онтологии, XMLSchemeDatetyp множество типов значений:XMLSchemeDatetype ={string, int, float,..};типы связей TR= {DatProp, ObjProp, ClsDatProp, ClsObjProp, IndDatProp, IndObjProp}; а также термы, определяющие некоторые общие атрибуты классов и объектов: @TC.title:string - имя узла или связи сети; @{OCls,Ind}.id:string – идентификатор узла; @{OCls, Ind}.url:string – адрес, идентифицирующий положение узла в сети.

Для представления не доопределённых10классов и объектов предусмотрены понятия пустой класс EmptyClass и пустой объект EmptyInd.Представленный формализм позволяет определять выражения, определяющие ограничения, например, ограничение на область определения связей:@{DatProp,ClsDatProp, IndDatProp}.Range=@XMLSchemeDatetype;@{ObjProp. ClsObjProp, IndObjProp}.Range=@OCls;@{DatProp, ObjProp}.Domain=@OCls;и выражения, определяющие структуру сети:@Onto={@OCls}@OCls.SubClsOf.@OCls – описание отношения тип-подтип;@Ind.IsInstanceOf.@OCls – отношение класс-объект класса;@TR.SubPropOf.@TR – описание отношения между связямиДля описания операций над семантической сетью введен класс Операция, с помощью которого, например, операция создания узла записываетсякакCreateNode(parent:@OCls, id:string, title:string, url:string)→ Node(Node.id=id,Node.title=title,Node.url=url,Node.SubClsOf=parent)Также определены операции добавления и удаления узлов сети, установления и удаления связей между узлами, создания экземпляров и установления связей между ними, что позволяет определять более сложные операции как композицию базовых операций.