Построение онтологической модели «Астрономия» средствами программного обеспечения Protege | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 2 октября, печатный экземпляр отправим 6 октября.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Информационные технологии

Опубликовано в Молодой учёный №26 (368) июнь 2021 г.

Дата публикации: 22.06.2021

Статья просмотрена: 9 раз

Библиографическое описание:

Раюшкин, Э. С. Построение онтологической модели «Астрономия» средствами программного обеспечения Protege / Э. С. Раюшкин, В. О. Колесникова, Н. Н. Канубриков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 26 (368). — С. 27-32. — URL: https://moluch.ru/archive/368/82710/ (дата обращения: 21.09.2021).



В данной статье рассмотрено использование программного обеспечения Protégé для построения онтологической модели на тему «Астрономия» для дальнейшего использования с целью формализации информации. Определены возможности данных моделей, а также их преимущества и недостатки.

Ключевые слова: онтология, моделирование, Protege, астрономия.

This article discusses the use of Protege to build an ontological model for «Astronomy» for further use in order to generate information. The capabilities of these models, as well as their advantages and disadvantages, have been determined.

Keywords: ontology, modeling, protege, astronomy.

Астрономия — это наука о небесных объектах (таких как звезды, планеты, кометы и галактики) и феноменах, которые происходят за пределами атмосферы Земли (таких как, солнечное сияние и космическая радиация). Она сосредоточена на эволюции, физике, химии, метеорологии и движении небесных тел, равно как и на вопросах формирования и развития вселенных. В переводе с греческого астрономия — это «закон звезд». Астрономия — одна из старейших наук [1].

Основными задачами астрономии являются:

  1. Изучение видимых, а затем и действительных положений, и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.
  2. Изучение строения небесных тел, исследование химического состава и физических свойств (плотности, температуры и т. п.) вещества в них.
  3. Решение проблем происхождения и развития отдельных небесных тел и образуемых ими систем.
  4. Изучение наиболее общих свойств Вселенной, построение теории наблюдаемой части Вселенной — Метагалактики.

Люди, изучающие небесные тела делятся на две категории: астрономы и космонавты. Астрономы наблюдают за небесными телами с Земли, используя различные приборы. Космонавты же летают на Луну, и в будущем на близлежащие планеты и напрямую исследуют их.

Для того формализации знаний об астрономии, необходимо построить онтологическую модель с помощью Protege. Protégé — это свободный, открытый редактор онтологий и фреймворк для построения баз знаний. Платформа Protégé поддерживает два основных способа моделирования онтологий посредством редакторов Protégé-Frames и Protégé-OWL [2].

Непосредственно сама онтология — это формальное явное описание понятий в рассматриваемой предметной области (классов), свойств каждого понятия, описывающих различные свойства и атрибуты понятия (свойств), и ограничений, наложенных на слоты (фацетов). Онтология вместе с набором индивидуальных экземпляров классов образует базу знаний [3].

Онтологическая модель строится на классах. Классы — абстрактные группы, коллекции или наборы объектов. Они могут включать в себя экземпляры, другие классы, либо же сочетания и того, и другого. Классы описывают понятия предметной области.

Глоссарий и тезаурус, как правило, являются первым шагом, который инженер по знаниям совершает при составлении онтологии. Оформленные специальным образом онтологические словари позволяют существенно сократить время и трудозатраты дальнейшей разработки онтологии.

Для начала необходимо составить таксономию. Таксономия — это классификация и систематизация объектов, обычно, путем представления их в виде дерева. Она представлена на рис. 1.

Таксономия

Рис. 1. Таксономия

Для создания онтологии в системе Protégé необходимо создать классы. Классы — абстрактные группы, коллекции или наборы объектов. Они могут включать в себя экземпляры, другие классы, либо же сочетания и того, и другого. Классы описывают понятия предметной области. Создадим классы на основании спроектированной онтологии средствами Protégé. Созданные классы представлены на рис. 2.

Класс онтологии «Астрономия»

Рис. 2. Класс онтологии «Астрономия»

Теперь необходимо создать свойства-отношения. Свойства-отношения определяют некоторые отношения между двумя индивидами (экземплярами классов), т. е. субъектом и объектом RDF-тройки будут индивиды. Свойства-отношения, построенные в Protégé изображены на рис. 3.

Свойства-отношения

Рис. 3. Свойства-отношения

Далее необходимо создать свойства-данные. Свойства-данные определяют некоторые фактические характеристики индивидов (экземпляров классов), т. е. субъектом RDF-тройки будет индивид, а объектом значение характеристики в виде строки, числа, даты и т. п. Разработанные в Protégé свойства-данные представлены на рис. 4.

Свойства-данные

Рис. 4. Свойства-данные

На основе построенной онтологии выведем онтологический граф. Полученный онтологический граф представлен на рис. 5.

Онтологический граф

Рис. 5. Онтологический граф

Далее необходимо заполнить онтологию экземплярами классов. Экземпляры классов в онтологии называются индивидами. Аналогичным понятием в объектно-ориентированных моделях является объект, но в RDF оно зарезервировано за одним из элементов RDF-тройки. В RDF-тройке индивид указывается в качестве субъекта, класс — объекта. Связь между индивидом и классом, представителем которого он является, задается предикатом «rdf:type». Разработанные экземпляры классов представлены на рис. 6.

Экземпляры классов

Рис. 6. Экземпляры классов

По аналогии с базами данных для RDF и OWL онтологических моделей возможно выполнение запросов с целью извлечения знаний, содержащихся в них.

Запрос начинается с ключевого слова «SELECT», после которого указываются:

– переменные, отображаемые в результатах запроса;

– условие «WHERE», задающее ограничения (правила) на выборку результатов.

Переменные, используемые в запросе, должны начинаться со знака «?».

Условие может включать в себя несколько RDF-троек (подусловий), после каждой из которых ставится «.». Считается, что такие подусловия соединены конъюнкцией (логическим И). В условие могут включаться дополнительные конструкции (графовые шаблоны):

– FILTER — ограничение на значения переменных;

– OPTIONAL — допущение отсутствия значения для переменной в RDF-тройке;

– UNION — объединение результатов нескольких частей запроса (объединение дизъюнкцией (логическим ИЛИ)).

В запросе можно указать дополнительные параметры (модификаторы) [4].

Выберем Космонавтов, по году рождения. Данный запрос представлен на рис. 7.

Второй запрос

Рис. 7. Второй запрос

Таким образом, спроектированная онтологическая система «Астрономия» должна позволяет отслеживать космические объекты и ученых (космонавтов и астрономов), причастных к их исследованию и открытию.

Литература:

  1. Астрономия — наука о небесных объектах. [Электронный ресурс] // АКНИИПО. — Режим доступа: http://www.akniipo.ru/info/1.htm (дата обращ 30.05.2021).
  2. Protege [Электронный ресурс] // Autograndad. — Режим доступа: https://amp.ru.autograndad.com/2315985/1/protege.html (дата обращ 30.05.2021).
  3. Королева, Л. А. Онтологическая модель предметной области «технология швейных изделий» / Л. А. Королева, А. В. Подшивалова, О. В. Панюшкина // Фундаментальные исследования. — 2013. — № 10–5. — С. 986–990.
  4. Краткие сведения о спецификациях семантической паутины [Электронный ресурс] // Cyberpedia. — Режим доступа: https://cyberpedia.su/9x147ab.html (дата обращ 30.05.2021).
Основные термины (генерируются автоматически): класс, RDF, экземпляр классов, онтологическая модель, FILTER, OPTIONAL, OWL, UNION, онтологический граф, предметная область.


Ключевые слова

моделирование, онтология, астрономия, Protege
Задать вопрос