Инжиниринг онтологий. Рубрика в журнале - Онтология проектирования
Подход к моделированию процесса извлечения информации из текста на основе онтологии
Статья научная
В статье рассматриваются модели и методы представления знаний, ориентированные на задачи автоматической обработки текста и извлечения информации. В рамках предлагаемого подхода извлечение информации рассматривается как процесс пополнения онтологии информацией, представленной в виде объектов - экземпляров понятий предметной области. Для описания данного процесса предложены три базовые модели. Модель представления текста задаёт общую схему обработки текста и обеспечивает отображение полученной информации на текст. Модель представления знаний включает описание предметной лексики, жанровые модели текста и модели фактов, которые позволяют смоделировать процессы извлечения информации в терминах семантических классов предметной лексики и онтологии предметной области. Используемая атрибутивная модель представления данных обеспечивает сохранение информационных потоков данных, возникающих в процессе извлечения информации, и позволяет применять онтологические методы для решения задач снятия неоднозначности интерпретации текста и разрешение кореференции. Таким образом, предложена оригинальная методика, позволяющая пользователям проектировать систему анализа текста и моделировать процессы извлечения информации на основе онтологии предметной области.
Бесплатно
Подход к созданию онтологий на основе электронных таблиц с произвольной структурой
Статья научная
Использование семантических технологий, в том числе онтологий, является широко распространенной практикой при создании современных интеллектуальных систем. Электронные таблицы являются одним из наиболее доступных и распространенных способов представления и хранения информации, который характеризуется большим разнообразием и разнородностью компоновок, стилей и содержания, оставаясь ценным источником структурированных предметных знаний. В работе предлагается автоматизировать процесс формирования онтологий на основе анализа и преобразования электронных таблиц, обладающих произвольной структурой. Представлен подход, обеспечивающий восстановление семантики табличных данных, концептуализацию и формализацию табличного содержания в форме онтологии. Приведены основные этапы подхода и описание разработанных программных средств. Данные средства использовались при решении практической задачи формирования онтологии для диагностирования и оценки технического состояния нефтехимического оборудования. В качестве исходных данных использовались электронные таблицы, извлечённые из отчётов по экспертизе промышленной безопасности нефтехимических комплексов. По результатам апробации сделан вывод о целесообразности использования предлагаемого подхода при прототипировании предметных онтологий.
Бесплатно
Поиск зависимостей в данных на основе методов удовлетворения табличных ограничений
Статья научная
Работа посвящена поиску в данных особого типа закономерностей, называемых частыми паттернами. Под частым паттерном понимается некоторая совокупность признаков, которая характеризует большое количество объектов обучающей выборки. Существующие методы выявления паттернов, как правило, не позволяют гибко учитывать необходимые требования к их виду. Изменение условий, которым должны удовлетворять искомые закономерности, приводит к трудоёмкой модификации используемых алгоритмов и снижению производительности вычислений. В статье предлагается подход на основе парадигмы программирования в ограничениях, свободный от перечисленных недостатков. Подход основан на оригинальном способе представления обучающей выборки с помощью специализированных табличных ограничений - сжатых таблиц D -типа, на авторском методе поиска с возвратами, а также на специализированных правилах редукции для табличных ограничений. Особое внимание уделяется решению задачи поиска замкнутых паттернов, которая входит как часть в решение рассматриваемых в работе задач машинного обучения и включает учёт дополнительных требований к виду искомых паттернов. В качестве дополнительных требований к виду паттерна рассматриваются ограничения на частоту встречаемости замкнутого паттерна, а также условия на вхождение некоторого элемента (признака) в паттерн. К основным правилам редукции сжатых таблиц D -типа добавляются правила, учитывающие интересующие особенности анализируемых паттернов. Преимуществом подхода является то, что учёт и анализ новых ограничений позволяет на ранних стадиях процесса поиска исключать из рассмотрения заведомо неперспективные кандидаты в паттерны, что способствует сокращению количества этапов вычислений (узлов дерева поиска) и позволяет снизить расход оперативной памяти, требуемой для реализации этих этапов.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается метод построения статистических моделей многосвязных объектов в виде многомерных регрессионных зависимостей на основе совместного использования измерительных данных и экспертных оценок. Основная идея метода заключается в преобразовании независимо полученных экспертных оценок и измерительных данных к единому виду - закону распределения непрерывной случайной величины. Это делает возможным сформировать корреляционную таблицу на основе решения обратной задачи определения закона распределения функции случайного аргумента. Сформированная корреляционная таблица служит основой построения регрессионной зависимости известными методами регрессионного анализа. Главным результатом работы является впервые предложенный метод построения многомерных регрессионных зависимостей за счѐт совместного использования экспертных оценок и измерительных данных.
Бесплатно
Применение графовых моделей в проектном управлении
Статья научная
Исследуется возможность применения графовых моделей в проектном управлении для решения задачи формирования проектной группы и распределения работ проекта между потенциальными исполнителями. Выделены возможные направления применения онтологического моделирования в проектном управлении. Средствами редактора онтологий Protégé реализована онтология проекта. Исследуется возможность построения векторных представлений элементов простых графов и графов знаний в задаче формирования проектной группы. Задачи исследования: построение графовых моделей проектов - простого графа и графа знаний; применение векторных представлений вершин и отношений графовых моделей для решения задачи распределения работ проекта. Рассматривается возможность применения мер семантической близости в онтологии. Новизна предложенного подхода заключается в использовании при формировании проектной группы данных об участниках реализованных проектов, что повышает вероятность успешной реализации проекта. Представление элементов графа в виде числовых векторов позволяет применить к исследованию предметной области методы машинного обучения. Приводится пример решения задачи формирования рабочей группы проекта, в котором осуществлён выбор исполнителей проектной работы. Все расчёты осуществлены средствами языка Python .
Бесплатно
Статья научная
Описывается применение онтологического подхода к решению задачи генерации событийных данных, поступающих из журналов имитационных экспериментов. В настоящее время в рамках научного направления «Интеллектуальный анализ процессов» развиваются методы и алгоритмы, позволяющие решать задачи машинного обучения применительно к событийным данным. Имитационное моделирование в данном случае может играть важную роль для формирования обучающих выборок. Однако экспериментальные результаты имитации в виде журналов определённой структуры необходимо приводить к виду событийных журналов так, как они понимаются в интеллектуальном анализе процессов. В данной работе приводится постановка задачи формирования онтологического ресурса, позволяющего сформировать журнал событий по результатам имитационных экспериментов с дискретно-событийной моделью, в которой заявки на обработку представлены в виде агентов. Приводится формальное описание онтологии предметной области и алгоритм её доопределения на основе данных журналов имитационной модели. В качестве объекта имитации в работе предлагается рассматривать иерархическую систему принятия решений, в которую поступают задачи различной сложности. Уровень сложности задач является определяющим для выбора уровня иерархии, на котором данную задачу требуется решать. Приводится архитектура разработанной онтологической системы, а также структура понятий с соответствующими семантическими отношениями и наборами экземпляров.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследована методика построения нечётких онтологий, а также разработана онтологическая модель оценки состояния вертолётных агрегатов. В статье приведено формальное описание нечётких онтологий и особенностей представления элементов нечётких аксиом в нотации FuzzyOWL. Согласно предложенному подходу, резюмирование состояния сложной технической системы осуществляется посредством логического вывода на базе нечёткой онтологии, объекты, свойства и аксиомы которой определяют параметры функций принадлежности и лингвистические переменные объектов анализа, представленных в виде временных рядов. Разработан программный продукт, обеспечивающий реализацию предложенного подхода. Проведены эксперименты по поиску аномальных ситуаций и поиску возможных неисправных вертолётных агрегатов с использованием разработанного подхода к интеграции нечётких временных рядов и нечёткой онтологии. Впервые получены результаты логического вывода знаний на основе интеграции нечётких временных рядов и нечётких онтологий в задачах анализа диагностики сложных технических систем. Предложенный подход интеграции нечётких временных рядов и нечётких онтологий позволил достоверно распознать аномальные ситуации и найти возможные неисправные агрегаты, соответствующие каждой аномальной ситуации.
Бесплатно
Разработка диагностических интеллектуальных систем на основе онтологий
Статья научная
Создание интеллектуальных проблемно-ориентированных систем различного назначения, направленных на решение слабоструктурированных задач, остаётся актуальной проблемой, эффективность решения которой может быть повышена путём совершенствования подходов (методологий) или создания специализированного программного обеспечения. В работе описывается подход к разработке интеллектуальных диагностических систем, включая базы знаний, на основе онтологических моделей. В качестве методологической основы используется модельно-управляемый подход, в рамках которого произведено переопределение основных этапов, уточнены модели, определены правила трансформации и средства реализации. Реализация предлагаемого подхода осуществлена на примере создания диагностических систем. Под диагностированием понимается определение состояния объекта, в том числе: контроль состояния, поиск места и определение причин нарушения функционирования (отказ, неисправность), прогнозирование состояния. Объекты, подвергаемые диагностированию, описываются в виде последовательности состояний, где состояние - это множество параметров объекта и их значений в заданный момент времени. Особенностью реализации подхода является использование: онтологии в качестве вычислительно-независимой модели, описывающей особенности решаемой задачи; оригинального визуального языка моделирования правил (Rule Visual Modeling Language) для описания платформо-независимых и платформо-зависимых моделей и языка программирования C Language Integrated Production System. Описан пример применения подхода с использованием прототипов программных средств: Knowledge Base Development System и Personal Knowledge Base Designer.
Бесплатно
Разработка онтологии для интернет-ресурса поддержки принятия решений в слабоформализованных областях
Статья научная
В статье представлена онтология области знаний «Поддержка принятия решений в слабоформализованных областях». Рассматриваются вопросы, связанные с контекстом предполагаемого использования онтологии. Данная онтология разрабатывается в качестве концептуальной основы интеллектуального научного Интернет-ресурса, который содержит систематизированную информацию об этой области знаний, предоставляет содержательный доступ к информации, методам её обработки, а также к методам решения типичных задач. В статье показано, что область знаний, описываемая онтологией, является расширением классической теории принятия решений, в фокусе исследований которой находятся вопросы, связанные с формированием, оцениванием и выбором вариантов решения проблемных ситуаций, т.е. заключительными этапами принятия решений. Представленная онтология, наряду с понятиями классической теории принятия решений, описывает средства и методы, которые были получены в смежных научных дисциплинах и которые могут успешно применяться в процессе принятия решений, в том числе и на его начальных этапах. Данная онтология, содержит также понятия, позволяющие описывать программные разработки и Интернет-ресурсы, созданные в рассматриваемой области знаний, что значительно повышает ценность создаваемого ресурса.
Бесплатно
Разработка онтологии интегрированного пространства знаний
Статья научная
В статье описывается продолжение исследований, направленных на формирование интегрированного пространства знаний для информационно-аналитической поддержки научных исследований и разработок по различным направлениям деятельности научного центра. Данная работа посвящена рассмотрению принципов построения и использования онтологической модели интегрированного пространства знаний (онтологии ИПЗ) различных научных областей. Данная онтология используется в качестве базиса для создания конкретных онтологий, создающихся и/или поддерживающихся отдельными исследовательскими учреждениями или научными коллективами. В статье представлена её реализация в виде системы онтологических паттернов содержания (Ontology Content Design Patterns), которые представляют собой небольшие целостные фрагменты онтологии, формализующие обобщённые ситуации предметной области (например, участие в событии, исполнении роли, наличие частей у объекта и др.). Паттерны содержания используются в качестве строительных блоков при разработке онтологий. Рассматривается общая система паттернов онтологии, а также описан общий принцип их применения для представления знаний. Приведены основные преимущества предлагаемого подхода к разработке онтологии ИПЗ, которые заключаются в упрощении её использования и обеспечении качества онтологического описания предметных знаний в разрабатываемых на её основе онтологиях за счёт повторного использования проверенных решений, представленных содержащимися в ней паттернами.
Бесплатно
Статья научная
Проектирование трубопроводных систем энергетики (тепло-, водо-, нефте-, газоснабжения и др.) представляет сложную задачу, требующую при её решении применения специализированного программного обеспечения. Предлагается использовать онтологии для структуризации знаний, которые применяются в процессах автоматизации разработки программного обеспечения, организации вычислительного процесса и информационного наполнения пользовательского интерфейса. Предложенный методологический подход включает следующие составляющие: состав онтологий, инструментальные средства реализации онтологий, методики построения онтологий (метаонтологии, онтологии конкретных классов, онтологии проектных задач, онтологии программного обеспечения). Показано, что применение онтологий позволяет получить следующие результаты: единую платформу для исследования и разработки новых методов, алгоритмов, математических моделей трубопроводных систем и их элементов; возможность автоматизации доступа к данным для разных типов систем и решаемых задач; автоматизированное построение программной системы. Представлен пример применения онтологий при разработке программного обеспечения. Приведена архитектура программной системы для решения задач проектирования трубопроводных систем различных типов и назначений.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается необходимость автоматизированного получения знаний интеллектуальными информационными системами из распределённой среды Web. Оценивается целесообразность использования онтологического анализа для представления таких знаний. Обосновывается необходимость пополнения этих знаний из более динамичных источников информации, предусматривающих автоматизированную обработку информации, к которым относятся семантические Wiki-ресурсы. Такая обработка информации требует разработки модели и методов сопоставления элементов Wiki с элементами онтологии. Проанализированы выразительные возможности технологической среды Semantic MediaWiki, которые могут использоваться для семантической разметки естественно-языковой и мультимедийной информации. Предложен метод семантической разметки Wiki-ресурсов с помощью элементов онтологическей модели предметной области, которая базируется на установлении соответствий между элементами формальной модели такой онтологии и элементами Semantic MediaWiki (категориями, семантическими свойствами, ссылками и т.п.). Разработан метод усовершенствования онтологии предметной области на основе Wiki-ресурса, семантически размеченного элементами этой онтологии. Приведена апробация разработанных моделей и методов на примере разработки электронной версии Большой украинской энциклопедии на платформе Semantic MediaWiki. Новизна работы заключается в способе сопоставления элементов онтологической модели предметной области с элементами семантического Wiki-ресурса, а также в методе усовершенствования онтологии предметной области, применяемой для семантической разметки Wiki-ресурса, на основе изменений и дополнений, которые вносятся в этот ресурс.
Бесплатно
Статья научная
Представлена концептуальная архитектура оболочки для интерактивных систем верификации математических доказательств и создаваемого с её помощью развиваемого тематического портала знаний. Описан процесс реализации всех программных и информационных компонентов оболочки на облачной платформе IACPaaS с использованием предоставляемых ею технологий и инструментальных средств их поддержки. Рассмотрен процесс разработки начального состояния портала знаний по верификации математических доказательств с использованием средств оболочки, способ использования портала знаний заинтересованными членами математического сообщества, а также механизмы изменения состояния портала его администратором. В состав начального состояния портала знаний входят: модель онтологии базы математических знаний, включающая спецификацию начального состояния языка представления математических знаний, редактор модели онтологии базы математических знаний, редактор базы математических знаний, редактор базы способов рассуждений, решатель задач оболочки, реализующий процесс конструирования доказательств в терминах модели онтологии доказательств. Также в состав начального состояния портала знаний входят начальное состояние базы математических знаний и начальное состояние базы способов рассуждений. Развитие портала знаний осуществляется по названным информационным компонентам. В этом процессе могут принимать участие все заинтересованные члены математического сообщества с помощью системы личных кабинетов платформы IACPaaS, в которых каждый пользователь может независимо развивать свою персональную копию текущего состояния общего портала знаний. Передача новых результатов в общий портал контролируется его администратором.
Бесплатно
Семантическое ядро цифровой платформы
Статья научная
Дано обобщённое описание интегрированного комплекса декларативных и процедурных средств, в совокупности обеспечивающих согласованное информационное (семантическое) представление сложных объектов на всех этапах их жизненного цикла. Знания (факты) представляются системой онтологий разного уровня, а структура - таксономиями и классификациями. Онтология определяется как система трёх взаимосвязанных систем (функциональной, понятийной и знаковой), а система таксономий представляет классы объектов и процессов, характерных для основных «координат» деятельности. Информационный поиск, как компонент семантического ядра, рассматривается как сложный самосогласованный процесс конструирования нового знания, где знание - это информация (тексты находимых документов), связываемая с контекстом задачи и представлениями пользователя. Такой контекст целенаправленно или косвенно задаётся пользователем посредством предопределённых семантических структур (таксономий, онтологий) либо посредством динамически формируемых компонентов (словников, выборок и т.д.). Это составляет существо семантического когнитивного поиска, когда система не только реализует отбор документов традиционными методами поиска, но и формирует образ информационной потребности, что, в свою очередь, позволит системе синтезировать комплексные, аспектно-ориентированные ответы. Предлагаются автоматизированные технологии поддержки лингвистического обеспечения, основанные на дистрибутивно-статистическом анализе как потоков объектного знания и неявного знания (извлекаемого системой в процессе взаимодействия), так и компонентов понятийно-терминологических систем. Представленные в статье средства апробированы в рамках разработанного программного комплекса xIRBIS-ML, предназначенного для организации семантического поиска в массивах данных сложных инженерных объектов.
Бесплатно
Статья научная
В последние годы становится актуальной проблема освоения дополненной и виртуальной реальностей в широком спектре человеческой деятельности. В работе выполнен анализ необходимости, требований и возможностей метадисциплинарного конструирования в обобщённом пространстве, сопрягающем реальное и виртуальное для нужд образовательной сферы. Сложность совмещения миров, объёмность данных, учёт динамики рассматриваются как проблемы, доступные для расчётного решения и практической реализации на базе сетевой платформы. В рамках предлагаемой концепции предусмотрен вход в сетевое подпространство, содержащее сетевые отпечатки обобщённого реально-виртуального мира, согласование в нём множественных компонентов и возвращение в единый образ смешанного мира, воспринимаемый через разработанное приложение. Сетевая платформа включает как сетевые элементы онтологии, так и представление, хранение и обработку данных с использованием графовых нереляционных баз данных и инструментов анализа и визуализации сетей. Архитектура с сетевым компонентом обработки данных даёт возможность продвинуться в направлении совершенствования платформы - конструктора множественных реальных и виртуальных миров. Особый акцент на сетевую парадигму обусловлен практической ценностью «сетевой» смешанной реальности (особенно в образовательной сфере) и заключается в том, что информация представлена в хорошо структурированной форме. Можно ожидать, что инструменты, способные выполнять такое структурирование не только технологически (что необходимо для распознавания, трекинга и визуализации), но и на пользовательском уровне, явятся удачным способом поддержки образовательного пространства.
Бесплатно
Синтез схем баз данных на основе онтологии
Статья научная
Рассматривается задача автоматического синтеза схемы реляционной базы данных по описанию онтологии предметной области в дескрипционной логике. Предлагается алгоритм экспликации и анализа сведений о связях концептов, релевантных задаче генерации схемы базы данных. Приводится пример генерации схемы фрагмента базы данных производственной организации. Отличие предлагаемого алгоритма от уже существующих алгоритмов генерации схем баз данных для онтологий предметной области, описанных на языке дескрипционной логики, заключается в том, что он ориентирован на создание базы данных для хранения информации (фактов) о состоянии предметной области, которая пригодна не только для решения логических запросов со стороны базы знаний (основанной на дескрипционной логике и логическом выводе), но и для обработки обычных SQL запросов со стороны любых других инженерных приложений (информационных систем), работающих с этой информацией. Полученная в результате логического анализа онтологии схема базы данных достаточна для хранения информации о любом не противоречащем онтологии состоянии предметной области, гарантирует ссылочную целостность данных и позволяет организовать эффективный доступ к ним.
Бесплатно
Статья научная
В отличие от реляционных СУБД, ориентированных на поддержку ссылочной целостности интенсивно меняющихся данных, при использовании RDF-репозиториев для хранения онтологий нет необходимости оперировать такими атомарными структурами, как элементарный кортеж таблицы, а можно использовать более подходящие структуры для группирования и обобщения информации. В статье онтология рассматривается как совокупность отношений (унарных и бинарных), выраженных с помощью специализированных матрицеподобных структур - С -систем, что позволяет ставить и решать задачи вывода на онтологии как задачи удовлетворения ограничений. Рассматриваемая в статье задача априорного анализа и упрощения SPARQL-запросов решается для онтологий, которые разработаны с применением онтологических паттернов содержания, что обеспечивает предсказуемость структуры потенциальных запросов. Каждому паттерну сопоставляется совокупность шаблонов SPARQL-запросов. Разработан метод априорного анализа и преобразования шаблонов SPARQL-запросов в форму, позволяющую ускорить последующее исполнение конкретизированных пользовательских запросов. Метод основан на совместном применении методов структурной декомпозиции и авторских методов удовлетворения нечисловых ограничений. Применение методов структурной декомпозиции дает возможность разбивать шаблон SPARQL-запроса на части, распараллеливать выполнение подзадач, что особенно актуально при обращении к RDF-репозиториям большого объёма. Для соединения отношений, выраженных в виде совокупности С -систем, применяются авторские методы удовлетворения нечисловых ограничений, которые представляют собой модификации известных методов достижения совместности в вершинах и по дугам. Предлагаемый подход к представлению онтологии, а также к организации процедур вывода на онтологиях, позволяет снизить потребный объём памяти на хранение онтологии и обеспечить приемлемую скорость выполнения SPARQL-запросов.
Бесплатно
Статья научная
Доступ к данным на основе онтологий - один из известных подходов к построению систем, основанных на знаниях. Он подразумевает комбинирование онтологии, представляющей понятийную систему предметной области, и реляционной базы данных, используемой для хранения данных, соответствующих заданным в онтологии понятиям. При этом онтология используется в качестве основы для формирования пользовательских запросов, а база данных - для получения результатов их выполнения. В статье предложена технология повышения производительности выполнения запросов к таким системам за счёт предварительной подготовки базы данных с учётом того, что применяемая онтология разработана с использованием онтологических паттернов содержания. Данные паттерны представляют собой небольшие целостные фрагменты онтологии, формализующие обобщённые ситуации предметной области (например, участие в событии, исполнении роли, наличие частей у объекта и др.). Новизну данной технологии определяет возможность ее применения для целого класса онтологий, основанных на онтологических паттернах. Рассматривается общий принцип работы системы с доступом к данным на основе онтологий. Приведено описание предлагаемой технологии, а также её реализация на примере конкретной онтологии и экспериментальная оценка полученных результатов.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке структурного представления о технологических процессах изготовления деталей машиностроения на основе онтологии и объектно-ориентированных баз данных. На основе общности объектно-фреймового стиля представления знаний для формальных онтологий и для объектно-ориентированных баз знаний, рассмотрен автоматизированной перевод с языка онтологий в объектно-ориентированные базы данных с помощью программного средства ANTLR. Построена онтология технологических процессов в машиностроении на основе анализа диаграммы бизнес-процессов разработки технологии и её декомпозиции. Онтология представлена на языке RIF, разновидности XML. Создана грамматика языка RIF и класс EMITTER для генерации кода на языке объектно-ориентированной базы данных db4o. Такая методика позволяет, описывая технологический процесс изготовления деталей на языке онтологий, исполнять запросы как методы классов db4o, что даёт сокращение временных затрат и повышает эффективность такой комбинированной системы по сравнению с раздельным использованием редактора OntoStudio или db4o.
Бесплатно
Фрактальный подход к структурированию знаний и примеры его применения
Статья научная
Статья описывает предложенный автором фрактальный подход к структурированию знаний, активно используемый для разработки онтологического пространства знаний, в первую очередь, в области энергетики. Вводится методологическое понятие фрактального информационного пространства и понятие фрактальной стратифицированной модели. Приводятся математическое описание этой модели и пример определения её фрактальной размерности. Рассматриваются примеры применения фрактального подхода и фрактальной стратифицированной модели в работах, выполненных под руководством автора.
Бесплатно
