Αποδοτική Αναγνώριση Υπονοούμενων Ιεραρχικών Σχέσεων σε OWL Οντολογίες

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη ενός συστήματος υπολογισμού όλων των σχέσεων ιεραρχίας που υπονοούνται μεταξύ των εννοιών (κλάσεων) μιας οντολογίας με εκφραστικότητα περιορισμένη στο τμήμα (profile) EL της γλώσσας αναπαράστασης OWL με χρήση μόνο ενός σχεσιακού Συστήματος Διαχείρισης Βάσεων Δεδομένων (DBMS), παρακάμπτοντας δηλαδή τη Μηχανή Συλλογιστικής Ανάλυσης (Reasoner), και χρησιμοποιώντας έναν περισσότερο αποδοτικό αλγόριθμο στον οποίο το μέγεθος της μνήμης που παραχωρείται μπορεί να παραμετροποιηθεί από τον χρήστη. Η λειτουργία του υποσυστήματος που προστέθηκε στο DBRS βασίζεται στην μέθοδο της Δομικής Υπαγωγής (Structural Subsumption), μια τεχνική εξαγωγής υπονοούμενων σχέσεων βασισμένη σε κανόνες (rules). Η διαδικασία της Δομικής Υπαγωγής διαιρείται σε δύο διακριτά στάδια. Αρχικά, απαιτείται μια προεπεξεργασία της οντολογίας μέσω της λεγόμενης διαδικασίας κανονικοποίησης (normalization) των αξιωμάτων της. Σε αυτό το στάδιο τα αξιώματα της οντολογίας «αποσυντίθεται» σε ένα σύνολο κανονικοποιημένων μορφών έτσι ώστε να αποτελέσουν τις αρχικές σχέσεις βάσει των οποίων θα υπολογιστεί η πλήρης ιεραρχία των κλάσεων στο επόμενο στάδιο, γνωστό και ως ταξινόμηση (classification). Το τελευταίο περιλαμβάνει την εξαντλητική (fix-point) εφαρμογή ενός αριθμού επαγωγικών κανόνων, οι οποίοι εξάγουν τις υπονοούμενες σχέσεις βασιζόμενοι στη σημασιολογία των αξιωμάτων της οντολογίας. Στη δική μας περίπτωση, τόσο η αποθήκευση και διαχείριση της κανονικοποιημένης οντολογίας όσο και η εφαρμογή των επαγωγικών κανόνων γίνεται εξολοκλήρου από το DBMS.

The purpose of this thesis was to design and develop a system for calculating all the hierarchy relations implied between the concepts (classes) of an ontology with limited expressiveness in EL profile of OWL knowledge representation language using only a relational Database Management System (DBMS), bypassing the Machine Reasoning Analysis (Reasoner), and using a more efficient algorithm in which the size of memory allocated can be customized by the user. The subsystem added to the existent DBRS is based on method of Structural Subsumption, a technique of exporting implied relationships based on rules. The process of Structural Subsumption divided into two distinct stages. Initially, there is a pretreatment of the ontology through the so-called normalization procedure of the axioms. At this stage the axioms of the ontology "decompose" in a set of normalized forms in order to form initial relationships on which to compute the full hierarchy of classes to the next stage, known as classification. The latter includes an exhaustive (fix-point) implementation of a number of inductive rules, which derive implicit relationships based on the semantics of the axioms of the ontology. In our case, both the storage and management of the normalized ontology and the application of inductive rules is entirely covered by the DBMS.