Інформаційна система формування семантичних даних про слабоструктуровану предметну область

Abstract

Онтологічні моделі за час досліджень в цій області зазнали значного розвитку. В даний час для створення і підтримки онтологій існує цілий ряд інструментів, які крім загальних функцій редагування та перегляду виконують підтримку документування онтологій, імпорт і експорт онтологій різних форматів і мов, підтримку графічного редагування, керування бібліотеками онтологій. Метою даної роботи є розроблення інформаційної системи формування семантичних даних про слабоструктуровану предметну область на основі онтологій. Для досягнення мети необхідно розв’язати такі задачі: 1. Виконати аналіз предметної області для створення та накопичення бази знань на основі онтологій; 2. Розробити методи та засоби для створення та накопичення бази знань онтологіями та створення зв’язків між ними; 3. Розробити модель інтелектуальної системи для створення та накопичення бази знань. Об’єктом дослідження є процеси онтологічного моделювання з використанням семантичних мереж. Предметом дослідження є інформаційна система формування семантичних даних про слабоструктуровану предметну область на основі онтологій. Онтології – одне із сучасних напрямків у галузі штучного інтелекту. У загальному вигляді онтології визначають як базу знань спеціального виду, або як «специфікацію концептуалізації» предметної області. Це означає, що в предметної області на основі класифікації базових термінів виділяються основні поняття (концепти) і встановлюються зв'язки між ними. Цей процес називають концептуалізацією. Однією з головних цілей даної магістерської роботи є проектування функціональної моделі інформаційної системи накопичення та збереження знань на базі семантичної мережі. В процесі проектування моделі ІС після дослідження принципів збереження, накопичення та подання забезпечив взаємодію системи з користувачем, у якій користувач задає необхідні вхідні дані, отримуючи при цьому результат у вигляді концептів та онтологій. В ході виконання даного проекту була досягнута основна мета роботи – розроблена програмна модель, яка демонструє роботу створеної інтелектуальної системи. Для здійснення розробки були використані наступні технології: • Embarcadero RAD Studio Delphi XE5; • Framework Firemonkey; • Protege; • Для створення бази даних координат зупинок громадського транспорту було використане середовище SQL Server. SQL Server відрізняться хорошою швидкістю роботи, надійністю і широким застосуванням в проектах різної величини. Було опрацьовано та проаналізовано літературні джерела та джерела Інтернет, що вказують на актуальність розв’язання проблеми та задачі, поставленої в дипломі. Було проведено аналіз існуючих розробок на ринку програмного забезпечення України. Було описано їх можливості та функціонал. Було проведено аналіз предметної області та технологій вирішення задачі. На основі методології моделювання онтологій на основі семантичних мереж, було обрано алгоритми для пошуку в графах вшир та вглиб. Було побудовано діаграми цілей та рольові діаграми. На основі цих даних та схем можна вести подальшу розробку системи у площині її практичної реалізації. Для розробки програми застосовуватимуться найновіші засоби, які дозволять побудувати рішення, яке задовольнить потреби користувачів. Використано SQL Server та Protege для реалізації онтології. Дана система може використовуватися як інструмент накопичення та збереження знань в експертних системах. Дана система може зберігати знання описового характеру. Має можливість для модифікування, що дасть змогу зберігати знання не тільки на основі семантичної мережі і бути основаною на онтологіях, але й на основі логічних, продукційних і фреймових моделей. Було описано логічну структуру проекту, архітектуру, компоненти програми та їх взаємодію. Було описано структуру бази знань, бази даних та вказано призначення кожної з таблиць. Було вказано використовувані технічні засоби та програмне забезпечення для роботи зі створеною системою, як викликається та завантажується система. Було описано вхідні та вихідні дані, які використовуються системою, та як вони взаємодіють. Також було описано контрольний приклад виконання програми. Він підтвердив, що додаток працює цілісно та безвідмовно. Тому створена система відповідає поставленій меті.Ontological models have undergone significant development during research in this area. Currently, there are a number of tools for creating and maintaining ontologies that, in addition to general editing and viewing functions, support ontology documentation, import and export of ontologies in various formats and languages, support graphic editing, and manage ontology libraries. The purpose of this work is to develop an information system for the formation of semantic data about the loosely structured subject area based on ontologies. To achieve the goal, it is necessary to solve the following tasks: 1. Perform domain analysis to create and accumulate a knowledge base based on ontologies; 2. Develop methods and means for creating and accumulating a knowledge base of ontologies and creating connections between them; 3. Develop a model of an intelligent system for creating and accumulating a knowledge base. The object of research is the processes of ontological modeling using semantic networks. The subject of the research is an information system for the formation of semantic data about the loosely structured subject field based on ontologies. Ontologies are one of the modern directions in the field of artificial intelligence. In general, ontologies are defined as a knowledge base of a special kind, or as a "specification of conceptualization" of a subject area. This means that in the subject area, based on the classification of basic terms, the main concept (concepts) are distinguished and connections between them are established. This process is called conceptualization. One of the main goals of this master's thesis is the design of a functional model of the information system for the accumulation and preservation of knowledge based on the semantic network. In the process of designing the IS model, after researching the principles of storage, accumulation and presentation, it ensured the interaction of the system with the user, in which the user sets the necessary input data, while receiving the result in the form of concepts and ontologies. During the implementation of this project, the main goal of the work was achieved – a software model was developed that demonstrates the operation of the created intelligent system. The following technologies were used for development: • Embarcadero RAD Studio Delphi XE5; • Firemonkey framework; • Protege; • The SQL Server environment was used to create a database of coordinates of public transport stops. SQL Server is distinguished by good speed of operation, reliability and wide application in projects of various sizes. Literary and Internet sources were developed and analyzed, indicating the relevance of solving the problem and task set in the diploma. An analysis of existing developments in the software market of Ukraine was carried out. Their capabilities and functionality were described. An analysis of the subject area and problem solving technologies was carried out. Based on the methodology of modeling ontologies based on semantic networks, algorithms were chosen for searching in breadth-first and depth-first graphs. Goal charts and role charts were constructed. Based on these data and schemes, it is possible to conduct further development of the system in terms of its practical implementation. The latest tools will be used to develop the program, which will allow us to build a solution that will meet the needs of users. SQL Server and Protege were used to implement the ontology. This system can be used as a tool for accumulating and preserving knowledge in expert systems. This system can store descriptive knowledge. It has the possibility for modification, which will allow to store knowledge not only on the basis of the semantic network and be based on ontologies, but also on the basis of logical, production and frame models. The logical structure of the project, architecture, program components and their interaction were described. The structure of the knowledge base and database was described and the purpose of each of the tables was indicated. The hardware and software used to work with the created system, how the system is called and loaded, were specified. The inputs and outputs used by the system and how they interact were described. A control example of program execution was also described. He confirmed that the application works completely and without errors. Therefore, the created system meets the set goals.