КОМПЛЕКС РАЗРАБОТКИ СЛОВАРЯ СПРАВОЧНИКА В УПРАВЛЕНИИ ОНТОЛОГИЕЙ

Чекулаева Е.Н.; Скворцова Н.О.

УДК 004

КОМПЛЕКС РАЗРАБОТКИ СЛОВАРЯ СПРАВОЧНИКА В УПРАВЛЕНИИ ОНТОЛОГИЕЙ

Е.Н. Чекулаева1, Н.О. Скворцова2

Аннотация

В статье рассматривается понятие "онтология" в информационной системе, определены основные причины возникновения потребности в разработке онтологии. Отражён для разработке обучающего комплекса наиболее лучший вариант создания словаря справочника - это язык программирования Delphi, а также выделены основные форматы RDF и OWL для создания.

Ключевые слова: онтология, объект и субъект управления, интерфейс пользователя, Protégé, Delphi, формат RDF, формат OWL.

Одним из актуальных направлений является создание обучающих программ и методического обеспечения. В настоящее время известны многочисленные примеры попыток использования protégé как средства обучения. Основная роль в описании знаний отводится онтологиям, которые используются при проектировании баз знаний, создании экспертных систем и систем поддержки принятия решений, разработке сред, ориентированных на совместное использование информации не сколькими пользователями, и разработке различных поисковых систем.

Одна из важных черт компьютерного обучения - это ориентация на более высокий уровень восприятия и репродуцирования профессионального знания. Переход на современные методы обучения увеличивает роль визуальной организации среды обучения. Информационно-иллюстративное обучение способствует усвоению большого по объёму и сложного материала.

Данная программа может использоваться в различных образовательных учреждениях, а так же для самостоятельного обучения в домашних условиях и может использоваться на любом персональном компьютере.

Основными причинами возникновения потребности в разработке онтологии являются:

1.Для совместного использования людьми или программными агентами общего понимания структуры информации.

2.Для возможности повторного использования знаний в предметной области.

3.Для возможности явных допущений в предметной области.

4. Для отделения знаний в предметной области от оперативных знаний.

5. Для анализа знаний в предметной области.

В настоящее время онтология используется:

1.В электронной коммерции, как средства обмена информацией.

2.В медицине, как средства классификации и основы для построения экспертных систем.

3.В планировании и проектировании, как средства, предлагающие оптимальные решения для стандартного набора задач, и других областях

4.В области инженерии знаний онтологии являются средством формирования систем управления знаниями.

5.В области информационных систем онтологии играют важную роль, объединяя основные компоненты любой информационной системы: информационные ресурсы, интерфейс пользователя и прикладные программы.

1Чекулаева Елена Николаевна - кандидат экономических наук, доцент, Поволжский государственный технологический университет.

2Скворцова Наталья Олеговна - магистрант, Поволжский государственный технологический университет.

В настоящее время онтология так же может использоваться экспертами по предметным областям для совместного использования и аннотирования информации в любой области. Например, в области медицины созданы большие стандартные структурированные словари, а в информационных технологиях -развитие распределённых систем искусственного интеллекта, которые реализуются на основе технологии агентов.

Основное влияние на создание разнообразных языков представления онтологии и инструментальных средств оказало распространение онтологического подхода к представлению знаний, которое предназначено для их редактирования и анализа.

Выделяют традиционные языки спецификации онтологии: Ontolingua, CecL, а также языки, основанные на дескриптивных логиках (LOOM) и фреймах (OKBC, OCML, Flogic). Для обмена онтологиями через Wed специально были созданы языки: RDF(S), DAML, OIL,OWL. Semantic Web базируется на модели данных Resource Description Framework (RDF).

Единой методологии разработки онтологии на сегодняшний день не существует. На практике эта разработка может включать:

1. Определение классов в онтологии;

2. Место положения классов в таксономической иерархии.

3. Определение слотов и описание допускаемых значений этих слотов.

4. Заполнение значений слотов-экземпляров.

После этого можно будет создать базу знаний, определив некоторые экземпляры этих классов, введя в определённый слот значение и дополнительные ограничения для них в информационных технологиях.

Компьютеры обеспечивают адаптацию процесса обучения к индивидуальным характеристикам обучаемых, электронные справочники разгружают преподавателей от ряда трудоёмких и часто повторяющихся операций по представлению учебной информации и контроля знаний. Во время проведения занятий в компьютерных классах возрастают активность обучаемых, самостоятельно прорабатывающих большой объем учебной информации, и возможности преподавателя по управлению учебной деятельностью группы обучаемых.

Обучение с помощью компьютеров все больше и больше используется в образовании. Уже созданы обучающие системы по самым различным учебным курсам, причём не только по точным, но и по гуманитарным дисциплинам.

Информационные возможности и быстродействие современных компьютеров дают возможность для преподавателей внедрять новые технологии и формы обучения. Можно выделить следующие классы педагогических программных продуктов:

1) компьютерные учебники

2) обучающие программы

3) электронные справочники, словари, энциклопедии

4) системы самоподготовки и самоконтроля

Необходимо так же знать, что онтология - это модель реального мира и понятие в ней должны будут отражать реальность. После этого можно будет определить начальную версию, оценить и отладить её, используя в приложениях и в методах решения задач, обсудив обязательно с экспертами в предметной области.

Совместное использование людьми обучающего комплекса позволит пользователям активно изучить понятия для возможности создания онтологии, которая упростит работу в разных областях, таких как: медицине, электронной коммерции, в области инженерии и информационных систем.

Один из перспективных способов повышения эффективности процесса обучения является создание обучающих систем на базе ЭВМ.

Объектом управления при обучении является обучаемый (студент и т.д.).

Субъектами управления выступают преподаватель и обучающая система, которая помогает преподавателю.

Рис. 1.

Целью обучения обучаемого с обучающей системой является получение:

1)знаний по конкретной предметной области

2)умений применять различные методы и алгоритмы

3)навыков решения задач

4)оценки приобретённых знаний, умений и навыков. Учебная программа должна состоит из трёх основных частей:

1)теоретической

2)тренирующей

3)контролирующей

Обучающие системы можно классифицировать на две группы:

1)селективные

2)интеллектуальные или экспертные

При проектировании электронного обучающего комплекса планируемый учебный материал разбивается на отдельные элементы.

Рис. 2. Меню Обучающей системы

В качестве учебной информации для реализации использовались материалы курса «Онтологии». Под учебным элементом понимаются объекты, понятия, методы деятельности, отобранные соответственно программе учебной дисциплины.

Учебный материал, в котором четко обозначены структурно-функциональные связи между фрагментами всегда лучше воспринимается и легче усваивается обучающимися. Имея такой учебным материал, студент имеет возможность многократно и легкого обращаться к отдельным фрагментам и в целом к системе. Необходимо учесть, что обращение к тому или иному фрагменту может осуществляться различными путями, что способствует лучшему пониманию и усвоению взаимных связей между отдельными понятиями, алгоритмами, методами и т.д. Систематизирование учебного материала подобным образом позволяет:

1)определить содержание учебного материала

2)представить содержание в наглядном виде

3)определить состав учебного комплекса

4)сформировать целостное представление содержания учебного материала у студентов

5)сформулировать требования к типу, количеству и последовательности упражнений для закрепления теоретического материала.

Можно сделать вывод, что обучающий комплекс по Онтологии представляет студенту учебный материал, систематизированный в соответствии планом учебного курса, стандарты которого требуют выработку большого количества практических навыков, связанных с решением алгоритмических методов.

Для разработке обучающего комплекса наиболее лучший вариант создания словаря справочника - это язык программирования Delphi.

В основе Delphi лежит принцип объектно - ориентированного программирования.

Delphi является продуктом для быстрого создания приложения, построение приложений включает компилятор кода, а так же средство визуального программирования. Нужно учесть, что в основе Delphi лежит язык Pascal. В основном Delphi необходим для разработки приложения архитектуры клиент-сервер, для большинства разработчиков Delphi служит для разработки продукта на продажу. Также Delphi имеет набор компонентов для работы с базами данных - это могут быть и локальные базы данных, либо промышленный сервер, поэтому в этой области основным преимуществом Delphi является возможность управлять базами данных на логическом уровне, который соответствует понятиям баз данных не используя низкоуровневый запрос к различным драйверам.

Преимущества Delphi:

1.Позволяет применять визуальные методы построения приложений.

2.Быстро разработать приложения.

3.Низкие требования уже разработанного приложения к ресурсам компьютера.

4.С помощью Delphi можно разработать новые компоненты собственными средствами.

Protégé - интегрированная инструментальная среда разработки систем, которые основаны на знаниях с использованием аппарата онтологии. Нужно учесть, что Protégé облегчает работу с классами и экземплярами. Приведем пример, один отдельный экземпляр может быть

использован на уровне описания класса, а в свою очередь класс может хранится как экземпляр. Аналогично можно сказать и про слоты, которые в других оболочках используются внутри классов.

Delphi - обеспечивает высокоэффективную работу программиста. При создании приложений не возникает сильных затруднений в написания программы, что даёт небольшое преимущество по сравнению с языком С++. Благодаря множеству стандартных инструментов можно создать различный интерфейс который будет полностью удовлетворять всех пользователей, которые будут использовать приложение созданное в Deiphi.

Общая информация для работы в Protégé хранится в документе diction-ary.owl, создавать и открывать различные проекты можно с помощью данного файла. Так же стоит учесть, что если версия Protégé поддерживает другие форматы, то эти форматы так же будут отображены в списке.

Общая информация для работы в Delphi где прописаны все понятия которые необходимо отобразить в окне интерфейса хранятся в текстовом документе dictionary. В данный текстовый документ со временем можно как добавлять так и удалят информацию.

При разработке данного проекта в Protégé, была поставлена задача выбрать формат который сохраняет созданную онтологию лучше для дальнейшей работы с ней другим программам.

Существует два наиболее популярных и наиболее востребованных формата сохранения онтологии это RDF и OWL. Как RDF так и OWL формат являются описанием онтологии представляющую собой модель обмена данными в сети они работают со всеми текстовыми страницами и графиками. Нужно учесть что основополагающим как для RDF формата, так и для OWL формата является понятие модели данных, что является набором фактов и семантических связей между ними, который задан конкретным документом RDF.

Из всего выше перечисленного можно сделать вывод, что применение специально разработанных схем формата PDF и формата OWL в качестве средства описании онтологии предметной области, способствует представлению информации относящуюся к различным разделам знаний.

Способ сохранения в Protégé формата RDF и OWL после создания онтологии представлен на рис. 3.

Select an ontology format X

Choose a format to use when saving the 'untitled-ontology-14' ontology.

!

[If you are unsure as to what format to choose r we recommend that you use the standard RDF/MML format, or a widely supported format such as Turtle)

RDF/^ML Syntax V

RDF/XML Syntax

Turtle Syntax

OWL/JM- Syntax

OWL Functional Syntax

Manchester OWL Syntax

OBO Format

LaTeX Syntax

JSON-LD

Рис. 3. Форматы RDF и OWL

После сохранения двух форматов, можно их проанализировать и сделать вывод о том, что использование формата OWL в разработке данного обучающего комплекса является наиболее оптимальным, потому что при сохранении онтологии в данном формате наиболее понятно прописана связь между классами и объектами, а так же информация которая хранится в каждом объекте. Ниже приведены данные форматы.

<NamedIndividual IRI=™frCpefla_ProtegeV> 4 40 «Namedlndividual Ш1="(НГредства_Ргоседе™/>

4 41 </SameIndividual>

4 42 <SameIndividual>

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

4 46 <SameIndividual>

<AnnotationPropeEty IRI="#Information™/> <IRI>#FLogic</IRI>

-«Literal datatypeIRI="http://www-w3.org/1999/02/22-rdf-3vntax-n3#PlainLiteral">1995 дед. ELogic (Дд^идщ Jpg^g^) ggg </AnnotatiопАзsertion> 459 -iftnnQtatioEiAaaertioni

-«Literal datatypeIRI="http://www.w3,org/1999/02/22-rdf-3vntax-ri3#PlairiLiteral">1992 дед. 5

4 63 </AnnotationA33ertioii>

-iftnnQtatioEiAaaertioni

<Literal datatypeIRI="http://ww.w3 .org/1999/Q2/22-Edf-3ynxax-n3#PlairiLiteral">1992 5

Рис. 4. Формат OWL

Рис. 5. Формат RDF

Основные команды используемые для реализации программы и данного интерфейса

1.TextFile- позволяет объявлять файловую переменную. F1: TextFile;

matrix: array of array of integer;

2.Setlength- создаем строку, увеличивает размер динамического массива.

setlength(tmp,length(instanses));

setlength(tmp[0], length(instanses[0]));

setlength(tmp[1], length(instanses[0]));

setlength(tmp[2], length(instanses[0]));

3.AssignFile- процедура для открытия файла, данная процедура открывает файл 'dictionary.owl, который был создан в Protégé где хранится вся информация.

AssignFile(F1, 'dictionary.owl'); FileMode := fmOpenRead; reset(F1);

4. Eof - процедура способствующая отображению содержимого файла, читаем построчно, проверяем строку и находим класс «ClassAssertion», после этого читаем еще строку.

while not eof(F1) do

begin

readln(F1, buf);

if pos('<ClassAssertion>', buf) > 0 then

5.Length- процедура показа длинны массива

For I := 0 to length(matrix)-1 do

begim

Основная задача учебного курса по дисциплине: «Онтология» является формирование знаний студента с помощью компьютерных технологий в сфере информатики и вычислительной техники, программной инженерии и информационной безопасности. Данный учебный курс является инструментом, который помогает преподавателю организовать учебный процесс, и средством заинтересованности студентов в их познавательной деятельности.

Необходимо отметить, что данный обучающий комплекс может использоваться в средних школах, различных научно-учебных центрах, в вузах, в различных курсах по обучении работы в Protégé и Delphi, а так же при самостоятельной работе пользователя.

Программный комплекс может работать в среде Windows XP, Windows 7, Windows 8, Windows 8.1, Windows 10.

Интерфейс для работы пользователя запускается через приложение написанное на языке Delphi, файл формата OWL для просмотра и исправления информации открывается через Protégé, после его запуска.

После запуска приложения, пользователь может начинать работу и изучение данного курса «Онтологии». Структура и содержание данного приложения сформирована таким образом, что не создает затруднения в ее использовании, как при самостоятельной работе, так и при представлении обучающегося комплекса во время проведении лекций, семинаров и различных конференций.

Электронный, обучающий комплекс базируется на нескольких разделах, каждый раздел разбит на определенные темы, каждый раздел выводит результат по запросу пользователя. Для удобства всех пользователей проект разработан таким образом, что студенту или простому пользователю, который хочет обучится по данному курсу, невозможно будет запутаться в большом количестве разделов. Каждый раздел, отделен от предыдущего.

В ходе работы с обучающим комплексом пользователю встретятся список представленных терминов, определения которых можно увидеть в следующих разделах, в так же данное приложение показывает связанные термины и определение этого термина.

Существует два наиболее популярных и наиболее востребованных формата сохранения онтологии это RDF и OWL. Как RDF так и OWL формат являются описанием онтологии представляющую собой модель обмена данными в сети они работают со всеми текстовыми страницами и графиками. Нужно учесть что основополагающим как для RDF формата, так и для OWL формата является понятие модели данных, что является набором фактов и семантических связей между ними, который задан конкретным документом RDF. Из всего выше перечисленного можно сделать вывод, что применение специально разработанных схем формата PDF и формата OWL в качестве средства описании онтологии предметной области, способствует представлению информации относящуюся к различным разделам знаний.

Был создан интерфейс с помощью Deiphi XE4, весь материал был разбит на учебные элементы с учетом методики обучения, а так же обучающий курс предоставляет все определения и понятия онтологии, которые необходимы для обучения и создания своего проекта в Protégé.

Данный обучающий комплекс был разработан с помощью Protégé, в котором были связаны все классы и объекты и описываются виды онтологий, отношения между ними, рассматриваются подходы к разработке данных видов он-тологий.

Проект представлен в виде интерфейса, что позволяет эффективно и удобно организовать просмотр и работу с данным материалом.

Список литературы:

1. Системы искусственного интеллекта: учебное пособие / И.Г.Сидоркина.-М.: КНОРУС, 2014.-246 с.

2. Программирование искусственного интеллекта в приложениях [Электронный ресурс] / М.Т.Джонс.- М.:ДМК Пресс, 2011.-312 с.

3. Разработка приложений в среде Delphi. В 2 частях. Часть 1. Общие приемы программирования: учебное пособие / Ю.С.Соколова, С.Ю.Жулева.- М.:Горячая линия - Телеком, 2013.-142 с.

4. Разработка приложений в среде Delphi. В 2 частях. Часть 2. Общие приёмы программирования: учебное пособие / Ю.С.Соколова, С.Ю.Жулева.- М.:Горячая линия - Телеком, 2013.-144 с.

5. Основы программирования в Delphi XE/ Н.Б.Культин.- СПб.:БХВ-Петербург, 2011.-416 с.

6. Delphi и Turbo Pascal на занимательных примерах / С.В. Мельников.- СПб.:БХВ-Петербург, 2006.- 448 с.

UDC004

COMPLEX DICTIONARY DEVELOPMENT DICTIONARY MANAGEMENT ONTOLOGY

E.N. Chekulaeva, N.O. Skvortsova

Abstract. The article discusses the concept of "ontology" in the information system, identifies the main causes of the need for development of ontology. Recorded for training complex the best option is to create the dictionary directory is the programming language Delphi, and the basic formats RDF and OWL to create.

Keywords: ontology, object and subject control, user interface, Device, Del-phi,RDF,OWLformat.

КОМПЛЕКС РАЗРАБОТКИ СЛОВАРЯ СПРАВОЧНИКА В УПРАВЛЕНИИ ОНТОЛОГИЕЙ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Чекулаева Е.Н., Скворцова Н.О.

Похожие темы научных работ по компьютерным и информационным наукам , автор научной работы — Чекулаева Е.Н., Скворцова Н.О.

COMPLEX DICTIONARY DEVELOPMENT DICTIONARY MANAGEMENT ONTOLOGY

Текст научной работы на тему «КОМПЛЕКС РАЗРАБОТКИ СЛОВАРЯ СПРАВОЧНИКА В УПРАВЛЕНИИ ОНТОЛОГИЕЙ»