Модель, алгоритмы и программное обеспечение интеграции данных информационных систем на основе онтологий : на примере вуза

• Автор: Бубарева, Олеся Александровна
• Шифр специальности: 05.13.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Бийск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПОДХОДОВ К ИНТЕГРАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1.1 Проблемы построения интегрированных информационных систем

1.2. Анализ интегрированных автоматизированных информационных систем вузов

1.3 Основные подходы к интеграции информационных систем

1.4 Использование онтологического подхода в качестве базиса для интеграции ИС

1.4.1 Методология построения онтологий

1.4.2 Формальная модель онтологии

1.4.3 Методы оценки семантической близости в онтологиях

1.4.4 Языки описания онтологий
1.4.5 Инструментальные средства обработки онтологий
1.4.6 Использование RDF для построения моделей ИС
1.5 Выводы по главе
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ И АЛГОРИТМ ИНТЕГРАЦИИ ДАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
2.1 Математическая модель интеграции данных информационных систем
2.2 Семантические зависимости
2.3 Метод оценки семантической близости между онтологиями информационных систем
2.4 Генетический алгоритм нахождения весовых коэффициентов
2.5 Классификация уровней близости концептов
2.6 Алгоритм интеграции информационных систем на основе онтологий
2.7 Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ ИНТЕГРАЦИИ ДАННЫХ
3.1 Структура программной системы интеграции данных
3.2 Выводы по главе
ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ДЛЯ ИНТЕГРАЦИИ ДАННЫХ В РАМКАХ ИАИС ВУЗА
4.1 Информационная система управления учебным процессом вуза
4.2 Онтологическая модель ИС управления учебным процессом
4.3 Информационная система финансового планирования
4.4 Онтологическая модель ИС финансового планирования
4.5 Онтологическая модель ИС «Успеваемость»
4.6 Интеграция ИС управления учебным процессом с ИС финансового планирования и ИС «Успеваемость»
4.7 Выполнение алгоритма интеграции онтологий ИС
4.8 Анализ эффективности метода и алгоритма на основе внедрения разработанной программной системы интеграции данных
4.9 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Онтология «Управление учебным процессом»
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Онтология «Себестоимость ОУ»
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Онтология «Успеваемость»
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. РЕЗУЛЬТИРУЮЩАЯ ОНТОЛОГИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Акт о внедрении результатов диссертационной работы
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. На сегодняшний день актуальным для организаций и учреждений является построение интегрированных автоматизированных информационных систем (ИАИС), обеспечивающих поддержку различных бизнес-процессов. Получение агрегированной информации с целью принятия управленческих решений зависит от эффективного взаимодействия входящих в структуру ИАИС информационных систем (ИС). Бизнес-процессы часто автоматизируются с использованием программных решений собственных и сторонних разработчиков без учета их взаимосвязанности, что особенно характерно для вузов. При постоянных изменениях в этих бизнес-процессах разработчики ИАИС вынуждены заниматься корректировкой программ и моделей данных, что приводит к структурной и семантической неоднородности информационных элементов и, соответственно, необходимости повторной разработки программных конвертеров данных. Использование таких решений ведет к усложнению и, следовательно, снижению надежности ИАИС.
Готовые технологии по интеграции ИС сложны и далеки от решения проблемы семантики. Анализ построения систем показал, что для решения проблемы неоднородности на семантическом уровне применяются методы, основанные на использовании единой онтологии верхнего уровня. Большой вклад в разработку таких методов внесли российские и зарубежные ученые А.Ф. Тузовский, Л.В. Найханова, А.Н. Бездушный, A.C. Клещев, В.А. Серебряков, И.С. Михайлов, Ю.А. Загорулько, К.И. Шахгельдян, N. Guarino, N. Noy, М. Ehrig, G. Nenadic, A. Maedche и другие.
Так как данные в подсистемах ИАИС представляют собой информационные объекты, моделирующие некоторые фрагменты предметной области, которым соответствует своя понятийная система (онтология), то для решения проблемы семантической неоднородности

RDF. В нем содержится средства для определения классов, свойств и правил [189].
Преимущества использования RDF:
• RDF ориентирован на работу в web-сети и является хорошо масштабируемым;
• RDF - онтологии публикуются любым пользователем в web-сети для того, чтобы расширить существующие понятия (взаимосвязями) с новыми понятиями, если это требуется;
• идентификаторы URI используются в качестве глобальных идентификаторов для всех понятий, что облегчает управление глобальным пространством имен URI (global URI namespace) путем использования Системы Доменных Имен (Domain Name System, DNS).
Таким образом, описание онтологии с использованием технологии OWL и RDF/RDFS позволяет лучше выразить семантику всех сущностей и их внутренних, и внешних связей. В результате их можно использовать для эффективного функционирования разрабатываемых алгоритмов интеграции онтологий.
1.5 Выводы по главе
Основные итоги данной главы:
1. При интеграции информационных систем возникает ряд конфликтов, в частности: использование различных терминов для обозначения одних и тех же понятий; различного рода семантические конфликты.
2. На основе анализа функционирования и развития ИАИС вуза выявлено:
а) в вузе эксплуатируются ИС от разных разработчиков, при этом с трудом решаются некоторые задачи без совместного использования данных сразу нескольких ИС;