Реализация трехмерной классификации с помощью Protege

1.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ
ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(НИУ «БелГУ»)
ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНЫХ И ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
РЕАЛИЗАЦИЯ ТРЕХМЕРНОЙ КЛАССИФИКАЦИИ
С ПОМОЩЬЮ PROTEGE
Выпускная квалификационная работа
обучающегося по направлению подготовки
___09.04.02 «Информационные системы и технологии»______
(код, наименование направления подготовки)
очной формы обучения,
группы _12002009___
_____Николенко Ивана Викторовича________
(Фамилия, имя, отчество)
Научный руководитель
_ст. пр_____
Гончаров Д.В
(ученая степень, звание,
фамилия, инициалы)
БЕЛГОРОД 2024

2.

Актуальность темы исследования
Понятие онтологии в области инженерных знаний порождает множество
обсуждений, в ходе которых каждый автор старается предложить своё определение. Это
можно частично объяснить новизной изучаемой области, с другой стороны,
разнообразием решаемых практических задач с использованием онтологий.
В ходе изучения различных статей и научных работ, была определена одна явная
проблема для направления онтологического инжиниринга - отсутствие общепринятой
методологии, а также инструмента, с помощью которого можно было бы
спроектировать эти самые онтологии.
После изучения различных методов создания онтологий, был выбран метод
трехмерной классификации. С его помощью будет реализована онтология
чрезвычайных ситуаций.
Актуальность данной работы подтверждается тем, что выбранное направление
активно развивается и применяется на практике, поэтому требует детального изучения.
Особенно учитывая специфичность выбранной тематики онтологии.
2

3.

Объект и предмет исследования
Объект исследования – онтология, с помощью которой можно
будет систематизировать знания по различным чрезвычайным
ситуациям
Предмет исследования – чрезвычайные ситуации
Методы исследования – Трехмерная классификация с
помощью редактора онтологий PROTÉGÉ.
3

4.

Цели и задачи исследования
Целью выпускной квалификационной работы является демонстрация
преимущества выбранного метода перед другими, а также реализация
онтологии в инструментах, которые существуют на данный момент.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи:
Изучение предметной области;
Анализ отнологий, существующих инструментов и методологий;
Проектирование онтологии;
Классификация чрезвычайных ситуаций на основе созданной
онтологии.
4

5.

Научная новизна и
практическая значимость
Научная новизна выпускная квалификационная работа
состоит в разработке онтологии на специфическую тематику,
малоизученным методом.
Практическая значимость проделанной работы заключается в
возможности систематизировать знания во многих областях, что
будет упрощать взаимодействие с информацией.
5

6.

Онтология
“Онтология есть спецификация концептуализации,
формализованное представление основных понятий
и связей между ними. Ранее этот философский
термин означал учение о бытии, затем он
переместился в область точных наук, где полуформализованные концептуальные модели всегда
сопутствовали математически строгим моделям.”,Томас Грубер 1997 год.
6

7.

Трехмерная классификация
Теория систем, основанная на системно-объектном подходе, рассматривает
систему как триединую конструкцию «Узел-Функция-Объект». Подход «Узел —
Функция — Объект» (УФО-подход) позволяет рассматривать любую систему или
предметную область как совокупность взаимодействующих УФО-элементов, так как
любое явление действительности представляет собой структурную часть еще более
целого (взаимодействует с другими явлениями); функционирует определенным
образом и при этом является каким-то объектом.
7

8.

Пример плоскостей классифицирования
Важным обстоятельством является очевидная ортогональность трех аспектов УФО-подхода,
так как они обладают свойствами непересекаемости и неперекрываемости содержимого
элементов, образующих целостную систему. В нашем же случае будут использоваться три
ортогональные плоскости, в каждой из которых расположена классификация одной и той же
предметной области по признаку, соответствующему одному из аспектов УФО-подхода.
8

9.

Пример плоскостей классифицирования
Каждая классификация в плоскости классифицирования обладает следующими
особенностями, соответствующими идее построения классификаций с признаками
естественности. Во-первых, классификация иерархическая, то есть представляет собой граф
типа дерево. Во-вторых, граф классификации имеет одну вершину. При этом данная вершина
у всех трех классификаций общая, так как осуществляется классифицирование одной и той же
предметной области по трем различным (ортогональным) основаниям. В-третьих, классы в
классификации представляют собой системы и отношения между ними не формальные, а
содержательные, системные. Без привязки к конкретным предметным областям исследуемая
графовая структура выглядит так:
9

10.

ТРЕХМЕРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ В PROTEGE
Классификация на тему “Чрезвычайные ситуации”,созданные методом
трехмерной классификации, представлены на рисунке ниже:
10

11.

ТРЕХМЕРНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ В PROTEGE
На рисунке представлены явления, внешние и внутренние
детерминанты, которые связаны с классами свойств.
11

12.

Разработка плоскостей
Перед реализации классификации в Protege были разработаны плоскости.
Отдельно система-явления, внешней детерминанты, а также внутренней
детерминанты. Пример одной из плоскостей представлен на рисунке ниже.
12

13.

Результаты
Основные результаты работы заключаются в следующем:
1. Были представлены основные понятие по выполняемой теме.
2. Показано, в чем логика выбранного метода, как он работает. Также
разработаны классификации по теме “Чрезвычайные ситуации”.
3. На основе метода и разработанных классификаций, была реализована
онтология в редакторе Protege. Представлен рабочий вариант со всеми
связами и зависимостями. Также каждому классу было присвоено
свойство, согласно классификации.
4. В результате работы была получена онтология, на основе которой можно
представлять чрезвычайные ситуации различного типа.
13

14.

Выводы
В процессе анализа выбранной области, стало очевидно отсутствие
общепринятой методологии и инструмента для реализации онтологий. Все это
связано в том числе с новизной данного направления.
Для реализации ВКР был выбран инструмент Protege, который хорошо
себя зарекомендовал среди разработчиков. Благодаря Protege можно
создавать удобные пользовательские интерфейсы для работы с трехмерными
моделями и упрощать процесс анализа и визуализации данных.
Также в ходе разработки онтологии, стало ясно, что трехмерная
классификация
позволяет
систематизировать
большое
количество
информации и упростить процесс ее классификации в трехмерном
пространстве.
14

15.

15