Разработка онтологической базы данных. Компонент персонального компьютера с помощью редактора онтологий PROTÉGÉ

В настоящее время все более актуальным становится вопрос составления онтологий различных областей. Современный человек нуждается в самых разнообразных знаниях, но не имеет достаточно времени на доскональное изучение всей области целиком. Эта проблема частично решается формализацией информации в различных областях жизнедеятельности человека.

Так, например, ПК стал неотъемлемой частью жизни большого количества людей, но лишь как пользователей. При этом в принципах работы и устройстве зачастую разбираться им не нужно. Но доступ к удобной и всесторонне описанной структуре мог бы упростить их взаимодействие с компьютером.

Постановка задачи

Основные задачи: разработка структуры иерархии комплектующих ПК, описание свойств и семантических связей между ними, изучение возможностей редактора онтологий Protégé, представление этой информации в виде онтологии с помощью редактора онтологий Protégé, демонстрация возможностей построенной онтологии, описание преимуществ по сравнению с реляционной БД.

Практическая реализация

В первую очередь была изучена литература по описанию архитектуры ПК. Большинство источников представляют схему, в центре которой лежит центральный процессор. Также встречается схема, которая основана на представлении пользователя о ПК, где на первом плане стоит внешняя конфигурация: системный блок, монитор, клавиатура. За основу иерархии комплектующих выбран именно такой вариант, поскольку предполагаемым потребителем должен быть пользователь, не обладающий информацией о внутреннем устройстве ПК. Далее были изучены возможности редакторов онтологий и принципы построения онтологий. Средствами Protégé построена полученная модель онтологии (рис. 1).

ierarhiya-komplektuyu
Рис. 1. Иерархия комплектующих ПК

 

Классы, подразумевающие наличие конкретных представителей, наполнены экземплярами. После чего установлены семантические связи между ними, а также описаны их свойства. Графически всю структуру можно представить в виде онтографа (рис. 2).

 

fragment-postroennogo-
Рис. 2. Фрагмент построенного онтографа ПК

 

Полученная онтология позволяет рассматривать компоненты ПК в самых различных видах. Выше было указано, что за основу иерархии выбрана схема, которая имеет в вершине не центральный процессор. Однако средства онтологии, независимо от выбранной основы, позволяют представить и такой вид ПК. Часть онтографа, демонстрирующая это представление, представлена на рис. 3.

 

chast-ontografa-postroennaya
Рис. 3. Часть онтографа, построенная от процессора

 

Построенная онтология позволяет проследить взаимодействие между любыми компонентами ПК с любым уровнем детализации, т. е. начать построение можно с любого элемента онтологии.

Связи между компонентами, представленные графически не информативны, поскольку при изображении используется просто стрелка, указывающая, что связь есть. Однако важную роль в онтологии имеет именно семантика этой связи. В построенной онтологии она хранится в текстовом формате. Таким же образом хранится информация о свойствах или характеристиках компонент. Средствами Protégé это представляется так, как изображение указано на рис. 4.

 

prosmotr-svyazej-i-svojstv
Рис. 4. Просмотр связей и свойств в Protégé

 

Средства онтологии позволяют выполнение SPARQL (рекурсивный акроним от англ. SPARQL Protocol and RDF Query Language) - запросов, с помощью которых можно будет подбирать замену комплектующих после наполнения базы достаточным количеством экземпляров. Также можно делать выборки, аналогичные обычным запросам выборки в реляционных базах данных.

Заключение

В результате проделанной работы построена онтологическая база данных, которая отображает комплектации двух ПК (рис. 5), с возможностью расширения до любого количества ПК.

 

komplektacii-pk-domashnij-kompyuter
Рис. 5. Комплектации ПК «домашний компьютер» и «рабочий компьютер»

 

Между их компонентами установлены семантические связи и описаны свойства. Созданная онтология позволяет всестороннее рассмотрение ПК, изучение связей между любыми компонентами, их свойств пользователем. Существует возможность графического представления данных в виде онтографа, на котором все связи будут отображаться как соединительные линии между элементами. Это позволяет визуально представить предметную область. Имеется возможность регулирования уровня детализации. База данных имеет широкие возможности расширения и усовершенствования, а также модификации.

Продемонстрированы наглядность и удобство работы с иерархическими данными. Реляционная модель не позволяет стандартными средствами строить визуальные отображения иерархий и описывать семантику связей между элементами.

Литература

  1. Гимранов Р. Д., Холкин И. Н. Изобретая информационные системы будущего. Теория и практика. Сургут, 2017. 192 с.
  2. Горшков С Введение в онтологическое моделирование. ООО «ТриниДата», 2016. 165 с.
  3. Нестеренко М. В., Игнатова О. А. Разработка OWL-онтологии образовательного процесса Сургутского государственного университета // Сб. тр. XVI Междунар. науч.-практич. конф. Сочи, 2019. С. 95-100.
  4. Симонович С. В. Информатика. Базовый курс. 3-е изд. Санкт-Петербург, 2011. 640 с.
Автор
Нестеренко М. В.
УДК
004.652.2
Summary
This paper presents the development of a hierarchical database (hereinafter referred to as a DB) in the form of an ontology, a component of a personal computer (hereinafter referred to as a PC), the semantics of links between them and properties are presented.
Аннотация
В данной работе представлена разработка иерархической базы данных (далее - БД) в виде онтологии, компонент персонального компьютера (далее - ПК), представлена семантика связей между ними и свойства.
Ключевые слова
онтология, семантика, иерархия, компьютер
Название на английском
Development of an ontological database. component of a personal computer using the PROTÉGÉ ontology editor
Организация
Сборник статей по материалам VI Всероссийской конференции молодых ученых «Наука и инновации XXI века», г. Сургут, 2020 г
Статус автора
Другое
Статья в PDF