luận văn công nghệ thông tin nghiên cứu semantic web ứng dụng xây dựng hệ thống e-learning cho một trường đại học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN * * * * * * LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài : NGHIÊN CỨU SEMANTIC WEB – ỨNG DỤNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG E-LEARNING CHO MỘT TRƯỜNG ĐẠI HỌC SVTH : THÁI TÙNG QUANG – 00ĐTH138 NGUYỄN VĂN THÀNH – 00ĐTH155 TP. HỒ CHÍ MINH 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN * * * * * * LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài : NGHIÊN CỨU SEMANTIC WEB – ỨNG DỤNG XÂY DỰNG HỆ THỐNG E-LEARNING CHO MỘT TRƯỜNG ĐẠI HỌC GVHD : THẦY CAO TÙNG ANH SVTH : THÁI TÙNG QUANG – 00ĐTH000 NGUYỄN VĂN THÀNH – 00ĐTH155 KHÓA : 2000 TP. HỒ CHÍ MINH 2005 GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 1 LỜI CÁM ƠN    Lời đầu tiên chúng em cám ơn đến thầy Cao Tùng Anh, người đã hướng dẫn cung cấp tài liệu và đóng góp ý kiến cho chúng em hoàn thành luận văn này. Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô khoa công nghệ thông tin đã dạy dỗ và cung cấp những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập. Do lần đầu tiên tìm hiểu nên chắc hẳn đề tài này không tránh khỏi những sai sót nhất định, rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô cùng các bạn. Chúng em xin chân thành cám ơn. TP.HCM, ngày 18 tháng 01 năm 2005. Sinh viên thực hiện . Thái Tùng Quang - Nguyễn Văn Thành. GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 2 MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN 1 MỤC LỤC 2 MỞ ĐẦU 6 PHẦN 1 : TỔNG QUAN VỀ SEMANTIC WEB 8 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU VỀ SEMANTIC WEB 9 1. Semantic Web là gì ? 9 2. Phân biệt Semantic Web với Web hiện nay 9 3. Một ví dụ đơn giản về Semantic Web 11 CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ ONTOLOGY 12 1. Định nghĩa ontology 12 2. Các lĩnh vực ứng dụng ontology 12 3. Ontology và Semantic Web 12 4. OntoWeb mang lại gì ? 13 5. Các ngôn ngữ xây dựng ontology 13 6. Một số công cụ hỗ trợ xây dựng ontology 14 CHƯƠNG 3. KIẾN TRÚC CỦA SEMANTIC WEB 15 1. Mô hình kiến trúc 15 2. Các lớp trong mô hình kiến trúc của Semantic Web 15 GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 3 2.1. URI : Bộ nhận dạng tài nguyên 15 2.2. Lớp XML 17 2.3. Lớp dữ liệu RDF 19 2.4. Lớp RDFS và Ontology 20 2.5. Lớp Logic 22 2.6. Lớp Proof 22 2.7. Lớp Trust : Digital Signatures và Web of Trust 23 CHƯƠNG 4. CÁC NGÔN NGỮ SEMANTIC WEB 25 1. Giới thiệu chung 25 2. Một số ngôn ngữ Semantic Web 26 2.1. XML 26 2.2. DTDs và XML Schemas 28 2.3. RDF 29 2.4. RDF Schema 30 2.5. SHOE 31 2.6. Topic Maps 32 2.7. XOL 32 2.8. OIL 32 2.9. DAML 37 2.10. DAML + OIL 39 PHẦN 2 : TÌM HIỂU E-LEARNING VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG 41 CHƯƠNG 1. TÌM HIỂU LÝ THUYẾT VỀ ELEARNING 42 1. Khái niệm về hệ thống giáo dục ảo 42 2. Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống giáo dục ảo 42 3. Sự cần thiết của elearing 42 GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 4 4. Cơ cấu của E-learning 43 5. Một số chức năng chính yếu của elearning : 43 CHƯƠNG 2. ELEARNING VỚI SEMANTIC WEB 45 1. Giới thiệu 45 2. SEMANTIC WEB 46 3. Ứng dụng 47 CHƯƠNG 3 : VAI TRÒ TRONG CHUẨN HÓA SIÊU DỮ LIỆU CHO ELEARNING 50 1. Giới thiệu về dạng chuẩn elearning 50 2. Giải pháp cụ thể 50 2.1. Web ngữ nghĩa cho E-learning 50 2.2. Thiết kế ontology cho tài nguyên học 51 3. Các thuộc tính chuẩn 52 3.1. Thuộc tính định nghĩa thêm 53 3.2. Các thuộc tính dùng để mô tả tài nguyên 53 4. Sử dụng phân loại ACM CCS 53 CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG MINH HỌA 55 1. Mô tả bài toán 55 2. Bảng chú giải 55 3. Xác định yêu cầu 56 3.1. Yêu cầu chức năng 56 3.2. Yêu cầu phi chức năng 56 GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 5 4. Ontology cho elearning 57 4.1. Mô tả ontology 57 4.2. Sử dụng Protégé thiết kế ontology 57 5. Cơ sở dữ liệu cho elearning 62 5.1. Mô hình quan niệm 62 5.2. Đặc tả dữ liệu và từ điển dữ liệu 62 6. Mô hình Use-Case 63 6.1. Danh sách các Actor 64 6.2. Danh sách các Use-Case 64 6.3. Lược đồ chính của mô hình Use-Case 64 7. Thiết kế màn hình 67 7.1. Màn hình trang chủ của giáo viên 67 7.2. Màn hình thêm một tài nguyên 68 7.3. Màn hình hiển thị một tài nguyên 69 7.4. Màn hình upload dữ liệu lên server 69 7.5. Màn hình liệt kê môn học 70 7.6. Màn hình cập nhật thông tin 71 7.7. Màn hình sinh viên tham gia môn học 72 TỔNG KẾT 73 1. Các kết quả đạt được 73 2. Các mặt hạn chế 73 3. Hướng phát triển 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC A : CÀI ĐẶT CHƯƠNG TRÌNH 76 GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 6 MỞ ĐẦU Ngày nay công nghệ thông tin đã và đang phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới. Nó đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống kinh tế, xã hội, học tập …Nhắc tới công nghệ thông tin chúng ta không thể bỏ qua công nghệ web. Công nghệ này đóng vai trò rất quan trong trong việc trao đổi thông tin giữa con người với nhau trên thế giới. Nó giúp chúng ta tiết kiệm được cả về thời gian cũng như tiền bạc so với cách cũ mà ta vẫn thường làm. Hiện nay việc cải tiến các công cụ phục vụ trong công nghệ web rất quan trọng và được nhiều cá nhân, tổ chức quan tâm. Với những thông tin có sẵn và tỉ lệ gia tăng người dùng hiện nay, có thể khẳng định rằng Web là một công nghệ thành công gây ấn tượng nhất. Hiện nay, Web thâm nhập vào hầu hết mọi lĩnh vực trong đời sống. Thành công của Web là dựa trên tính đơn giản, dễ hiểu của nó. Không may, tính đơn giản này có thể cản trở việc phát triển Web sau này. Những gì mà chúng ta đang xem xét chỉ là phiên bản đầu tiên của Web. Phiên bản tiếp theo sẽ lớn hơn và mạnh mẽ hơn - nhưng chúng ta vẫn đang tìm hiểu làm thế nào để đạt được việc nâng cấp này. Web khởi đầu như giải pháp cục bộ cho một nhóm nhỏ người sử dụng. Chẳng bao lâu sau, Web đã chính thức đi vào phương tiện truyền thông diện rộng cho hơn 10 triệu người. Trong vài năm nữa, Web sẽ gắn bó với hàng tỷ người và thâm nhập không chỉ vào máy tính mà cả các thiết bị khác. Tuy nhiên, tình trạng hiện nay của công nghệ Web tạo ra trở ngại nghiêm trọng cho sự phát triển của nó sau này. Số người sử dụng Web gia tăng quá nhanh, sự phát triển theo cấp số mũ số lượng các trang Web, cùng với tính đơn giản của công nghệ đã gây nên hiện tượng cổ chai làm cản trở việc tìm kiếm, rút trích, duy trì và tạo ra thông tin. Máy tính chỉ được sử dụng như các thiết bị gửi và nhận thông tin – chúng không có cách truy cập đến nội dung thực sự. Do đó, chúng chỉ có thể hỗ trợ một cách hạn chế trong việc truy cập và xử lý thông tin này. Vì thế, gánh nặng chính không chỉ ở việc truy cập và xử lý thông tin mà còn ở việc rút trích và diễn dịch thông tin.Nội dung của Web chỉ dành cho người sử dụng đọc chứ không cho phép các chương trình máy tính có thể thao tác một cách đầy đủ ý nghĩa. Semantic Web là sự mở rộng của Web hiện tại trong đó thông tin được định nghĩa rõ ràng, cho phép con người và máy tính có thể làm việc cộng tác với nhau. Ý tưởng của Tim Berners-Lee là xây dựng một Semantic Web có thể cung cấp cách thức truy cập thông tin một cách tự động nhờ vào các ngữ nghĩa của dữ liệu và các heuristic (khám phá ra, tìm ra) sử dụng những siêu dữ liệu này mà máy tính có thể xử lý được. Biểu diễn ngữ nghĩa dữ liệu rõ ràng, cùng với thuyết lĩnh vực (đó là ontology), sẽ cho phép Web cung cấp chất lượng dịch vụ mới. Nó sẽ nối kết với một mạng tri thức nhân loại rất lớn và sẽ bổ sung nó với khả năng xử lý của máy. Nhiều dịch vụ tự động sẽ giúp người sử dụng đạt được các mục đích bằng việc truy cập và cung cấp GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 7 thông tin theo một dạng máy có thể hiểu. Quá trình này cuối cùng có thể tạo ra một hệ tri thức với nhiều dịch vụ suy luận chuyên gia - những hệ mà có thể hỗ trợ chúng ta trong gần như tất cả mọi mặt của đời sống và sẽ trở nên rất cần thiết cho chúng ta. Điều này cho chúng ta một viễn cảnh hoàn toàn mới của việc thu nhận và xây dựng tri thức và việc giao tiếp biểu diễn tri thức Semantic Web sẽ là một sự ra đời tất yếu của quá trình nghiên cứu với ý tưởng không ngừng phát triển để phù hợp với yêu cầu thực tế của con người. Do đây là một xu hướng mới còn đang được nghiên cứu và tiếp tục phát triển nên luận văn này giới hạn trong việc nghiên cứu các kiến thức cơ sở của Semantic Web, đi vào nghiên cứu chi tiết về việc ứng dụng vào xây dựng hệ thống e-learning như là một ứng dụng minh họa. Với mục tiêu đề ra như trên, luận văn được tổ chức thành hai phần với nội dung tóm tắt như sau: Phần 1 : Tổng quan về Semantic Web. Phần này cung cấp kiến thức tổng quát về Semantic Web như khái niệm, sức mạnh của Semantic Web; các ngôn ngữ, công cụ, cách thức xây dựng một Semantic Web và các ứng dụng của Semantic Web. Phần 2 : Ứng dụng của Semantic Web vào xây dựng hệ thống e learning. Phần này gồm có lý thuyết và chi tiết cài đặt ứng dụng e learning - một Website đào tạo trực tuyến - với mục đích minh họa. Các kết quả nghiên cứu của luận văn là những kiến thức cơ sở giúp tìm hiểu về Semantic Web và bắt đầu xây dựng các ứng dụng của Semantic Web. GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 8 PHẦN 1 : TỔNG QUAN VỀ SEMANTIC WEB [...]... Anh Xây dựng hệ thống E-Learning CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ SEMANTIC WEB  1 Semantic Web là gì ? Semantic Web (Web ngữ nghĩa) là một mạng lưới thông tin được kết ghép trong một phương pháp sao cho có thể xử lí dễ dàng bởi máy tính trên sự cân bằng toàn diện Bạn có thể nghĩ về nó giống như một phương pháp trình bày dữ liệu hiệu quả trên World Wide Web, hoặc như là một cơ sở dữ liệu liên kết toàn diện Semantic. .. ontology 2 Các lĩnh vực ứng dụng ontology Ontology được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như: tích hợp thông tin thông minh, các hệ thống thông tin cộng tác, phục hồi thông tin, thương mại điện tử, quản lý tri thức và trong kỹ thuật tri thức, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, và biểu diễn tri thức, E-learning, Web Portals Search engines, Các ứng dụng Metadata-driven, Rút trích thông tin, Data Text Web Mining, Information... Xây dựng hệ thống E-Learning  Tìm kiếm chủ yếu dựa vào ngữ nghĩa Do có những công cụ tự động cập nhật nên thông tin luôn được đồng bộ và kịp thời Một cách phân biệt khác :  HTML : Web trực quan (visual Web)  XML : Web theo cú pháp (syntactic Web)  Logic : Web theo ngữ nghĩa (semantic Web) Từ WWW sang Semantic Web : Typed resources, relational and typed links Hình 1 Từ WWW sang Semantic Web SVTH:... máy tính, thông tin cần thiết để tạo một quyết định sẽ có sẵn qua Web of Trust SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 24 GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning CHƯƠNG 4 CÁC NGÔN NGỮ SEMANTIC WEB  1 Giới thiệu chung Trong những năm gần đây nhiều ngôn ngữ định dạng đã được phát triển với quan điểm tạo dựng ngôn ngữ thích hợp cho việc hiện thực hóa Semantic Web Việc xây dựng các ngôn... hiển nhiên là một ứng viên cho một biểu diễn để SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 29 GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning lựa chọn Đặc tả của mô hình dữ liệu gồm việc mã hóa dựa trên XML cho RDF Như với XML, một mô hình RDF không định nghĩa (độ ưu tiên) ngữ nghĩa của bất kỳ lĩnh vực ứng dụng nào hoặc đảm nhận trách nhiệm về một lĩnh vực ứng dụng nào cả Nó chỉ cung cấp một cơ chế... triển riêng cho tác vụ nào đó Cú pháp này được gọi là cú pháp “Resource Description Framework” (khung mô tả tài nguyên) 2 Phân biệt Semantic Web với Web hiện nay  Web hiện nay : lưu trữ thông tin (store things)  Trình bày thông tin  Tìm kiếm chủ yếu dựa vào từ khóa  Thông tin không đồng bộ và nhanh chóng bị lạc hậu  Semantic Web : thao tác trên thông tin (does things)  Trình bày thông tin nhưng... giúp tìm kiếm và rút trích thông tin từ một mạng tăng trưởng theo hàm mũ  Tổ chức các hội thảo phổ biến, các nhóm quan tâm đặc biệt, một biên bản khoa học và các khoá học huấn luyện hoặc giáo dục đặc biệt với các ứng dụng dựa trên Web, thương mại điện tử, quản lý tri thức và tích hợp thông tin Làm thế nào để có sự trao đổi giữa lĩnh vực nghiên cứu và công nghiệp về các công nghệ dựa trên sự xuất hiện... các công cụ chú SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 13 GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning thích và các công cụ suy luận cho ontology DAML (DARPA Agent Markup Language) cũng đang được phát triển nhắm đến mục tiêu biểu diễn quan hệ ngữ nghĩa mà có khả năng tương thích với các công nghệ hiện tại và tương lai Trong khi SHOE (Simple HTML Ontology Extension) cho phép tác giả trang Web. .. sẻ và thông thường, các ontology giúp cho người và máy thông tin một cách chính xác - hỗ trợ việc trao đổi ngữ nghĩa chứ không chỉ cú pháp Vì vậy sự thành công và phát triển của Semantic Web phụ thuộc vào việc cấu trúc các ontology trên lĩnh vực đặc trưng một cách nhanh chóng và ít tốn kém SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 12 GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning 4 OntoWeb mang... Ontology Inference Layer Bảng 2 Các ngôn ngữ Semantic Web chọn lọc 2 Một số ngôn ngữ Semantic Web 2.1 XML XML (eXtensible Markup Language) là một đặc tả cho các tài liệu máy tính có thể đọc Markup nghĩa là chuỗi các ký tự nào đó trong tài liệu chứa SVTH: Thái Tùng Quang – Nguyễn Văn Thành Trang 26 GVHD: Cao Tùng Anh Xây dựng hệ thống E-Learning thông tin cho biết vai trò của nội dung tài liệu Markup . TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN * * * * * * LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài : NGHIÊN CỨU SEMANTIC WEB – ỨNG DỤNG XÂY. ĐẠI HỌC DÂN LẬP KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGÀNH HỆ THỐNG THÔNG TIN * * * * * * LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài : NGHIÊN CỨU SEMANTIC WEB – ỨNG DỤNG XÂY DỰNG. sống kinh tế, xã hội, học tập …Nhắc tới công nghệ thông tin chúng ta không thể bỏ qua công nghệ web. Công nghệ này đóng vai trò rất quan trong trong việc trao đổi thông tin giữa con người với