Математическая модель интеграции данных на основе дескриптивной логики

• Автор: Бездушный, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 100 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Обзор методов интеграции данных
1.1. Проблематика интеграции данных
1.2. Классификация подходов к интеграции данных
1.3. Архитектура систем интеграции данных по принципу посредников
Глава 2. Технологии Семантического Веб и дескриптивная логика
2.1. Технологии Семантического Веб
2.2. Математический аппарат дескриптивной логики
2.3. Трансляция языка веб-онтологий OWL в дескриптивную логику
2.4. Сопоставление диалектов дескриптивной логики
2.5. Языки запросов и ответ на запросы относительно онтологии
Глава 3. Математическая модель системы интеграции данных
на основе онтологий
3.1. Система определений и формализация задачи
3.2. Семантика ответа на запросы в системе интеграции данных на основе онтологий
Глава 4. Интеграция больших объемов данных на основе онтологий
4.1. Переформулировка запросов относительно системы интеграции данных
4.2. Анализ существования точной переформулировки
4.3. Дескриптивная логика DLtrio
4.4. Трансляция языка веб-онтологий OWL в дескриптивную логику DLmo
4.5. Нормализация онтологий DL,rlo
4.6. Вычисление ответов на запросы относительно онтологий DLtrl0
Глава 5. Алгоритм переформулировки запросов для систем интеграции данных
на основе онтологий
5.1. Рассматриваемый класс задач
5.2. Алгоритм построения переформулировки
5.2.1. Этап 1. Переформулировка запроса относительно аксиом глобальной онтологии
5.2.2. Этап 2. Переформулировка запроса относительно отображений
5.2.3. Этап 3. Переформулировка запроса относительно аксиом онтологий источников
5.2.4. Этап 4. Миншшзациязапроса
5.3. Корректность и анализ алгоритма
Г лава 6. Анализ и применение полученных результатов
6.1. Анализ выразительных возможностей рассматриваемого класса систем интеграции данных
6.2. Сравнение со смежными работами
6.3. Направления дальнейших исследований
6.4. Методология построения систем интеграции данных на основе
полученных результатов
6.5. Применение полученных результатов
Заключение
Список использованных источников
Список иллюстраций
Список таблиц
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы следует из возросшего интереса к проблеме интеграции данных в различных сферах деятельности, связанных с накоплением и эффективным использованием информации.
Интеграция данных является одним из наиболее востребованных направлений в современной информационной индустрии. Интенсивное развитие информационных технологий и сети Интернет привело к накоплению огромных объемов данных в различных источниках, разнородных, автономно разработанных, представляющих информацию различными способами, содержащих взаимосвязанные и взаимно противоречивые сведения. Интеграция и совместное использование информации из множества таких источников данных является сложной задачей, остающейся неизменно актуальной на протяжении последних десятилетий.
Интеграция данных необходима для крупных организаций, в которых информация разбросана по различным специализированным системам, построенным в разное время и для разных целей, для повышения эффективности внутриведомственного и межведомственного взаимодействия государственных органов, для предоставления более качественных поисковых сервисов в сети Интернет, обеспечивающих получение согласованной информации из множества структурированных источников данных. Интеграция данных играет сегодня ключевую роль и для научной деятельности. В настоящее время всё большие объемы научной информации становятся в том или ином виде доступны в сети Интернет. В то же время, возможности существующих поисковых систем общего назначения не позволяют обеспечить эффективный поик научной информации, что ставит вопрос о разработке специализированных поисковых систем, интегрирующих интересующие научных сотрудников сведения.
Задача интеграции данных в настоящее время в той или иной степени исследована для различных условий, преимущественно, в контексте реляционных баз данных. В то же время предложенные подходы к решению задачи имеют недостатки и ограничения, и многие актуальные вопросы остаются открытыми.
Актуальным направлением исследований в этой области является применение к задаче интеграции данных аппарата дескриптивной логики, прежде всего в контексте Семантического Веб (Semantic Web).
Технологии Семантического Веб являются молодым и перспективным направлением развития современной информационной индустрии. Утвержденные World Wide Web Консорциумом (W3C) в 2004 году модель описания информационных ресурсов RDF (Resource Description Framework) и язык веб-онтологий OWL (Web Ontology Language) определили стандартный способ семантически богатого описания распределенной в сети Интернет информации. В этой связи представляется целесообразным рассматривать их применение в контексте современных систем интеграции распределенных данных.
гласно приведенному определению множества точных ответов на запрос, требуется вычислить ответ на запрос относительно моделей глобальной онтологии, то есть таких глобальных интерпретаций, которые соответствуют всем аксиомам %. Соответственно, во-первых, данные в источниках могут быть не полными, и требуется проводить логический вывод для вычисления всех производных фактов на основе исходных фактов, получаемых из источников, и аксиом %. Таким образом, вновь встает проблема неполноты информации. Во-вторых, данные в источниках могут противоречить аксиомам, соответственно возникает проблема противоречивости информации. Таким образом, аксиомы в глобальной онтологии порождают сложные концептуальные и вычислительные задачи, тем более существенные, чем более выразителен диалект дескриптивной логики, на котором выражена глобальная онтология. Чтобы охарактеризовать сложности, вносимые учетом аксиом дескриптивной логики, отметим, задача ответа на конъюнктивные запросы относительно отдельно взятой онтологии (без интеграции данных) для дескриптивной логики БНОІМ [30], соответствующей диалекту языка веб-онтологий (ЖЬ-БЬ, на момент подготовки диссертации не решена, и вопрос ее разрешимости остается открытым.
3.2. Семантика ответа на запросы в системе интеграции данных на основе онтологий
В предыдущем разделе мы дали определение множества точных ответов на запрос относительно системы интеграции данных на основе онтологий, но не указали никакого способа вычисления такого множества. В этом разделе мы предложим способ сведения такой задачи к задаче ответа на запрос относительно отдельной онтологии. Приводимый метод предназначен прежде всего для определения семантики ответа на запросы в системе интеграции данных на основе онтологий, а не для практических задач. Приемлемый на практике метод мы рассмотрим в следующем разделе.
Вычисление множества точных ответов на запрос требует предварительного проведения логического вывода с учетом отображений источников и терминологических аксиом глобальной онтологии. Очевидно, мы можем производить это вычисление в два этапа:
1) На первом этапе произведем вычисление всех производных фактов, следующих из онтологий источников и отображений системы интеграции данных, без учета аксиом глобальной онтологии (как если бы глобальная онтология не содержала ни одной аксиомы). Результатом этапа является множество извлеченных фактов Ат, заданное над алфавитом глобальной онтологии г>]г.
2) На втором этапе рассмотрим онтологию От = {%, у1гг1}, составленную из множества аксиом глобальной онтологии и множества извлеченных фактов Для получения множества точных ответов на запрос О относительно системы интеграции данных, вычислим ответ на запрос О относительно 0!а. Полученный результат и будет искомым множеством.