Tóm tắt Luận án Tiễn sĩ Khoa học máy tính: Nghiên cứu phương pháp chuyển đổi giữa mô hình mức khái niệm và ontology

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu và phát triển các phương pháp chuyển đổi giữa một mô hình dữ liệu mức khái niệm (như mô hình ER, EER, biểu đồ lớp UML) và OWL: chuyển đổi mô hình thực thể - mối quan hệ sang OWL ontology; chuyển đổi biểu đồ lớp UML sang OWL ontology; trích xuất mô hình dữ liệu mức khái niệm từ OWL ontology.

ĐẠI HỌC HUẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VÕ HOÀNG LIÊN MINH NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI GIỮA MÔ HÌNH MỨC KHÁI NIỆM VÀ ONTOLOGY NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ SỐ: 9.48.01.01 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH HUẾ - NĂM 2021 Cơng trình hoàn thành tại: Đại học Khoa học, Đại học Huế Người hướng dẫn khoa học: (ghi họ tên, chức danh khoa học, học vị): - PGS TS Hoàng Quang, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế; - PGS TS Hoàng Hữu Hạnh, Giám đốc Trung tâm Đào tạo Quốc tế Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Phản biện 1: PGS TS Đặng Văn Đức – Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Phản biện 2: PGS TS Trần Văn Lăng – Viện Cơ học Tin học ứng dụng Phản biện 3: TS Lê Xuân Việt – Trường Đại học Quy Nhơn Luận án bảo vệ Hội đồng chấm luận án cấp Đại học Huế họp tại: Vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: (ghi tên thư viện) MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ngành cơng nghệ phần mềm có nhiều đột phá quan trọng việc thiết kế mơ hình sở liệu, đặc biệt mơ hình mức khái niệm Do đặc điểm phản ảnh tốt giới thực, mô hình thực thể - mối quan hệ (mơ hình ER) mở rộng xem mơ hình liệu mức khái niệm Ngồi ra, để mơ hình hóa hệ thống thơng tin tập thuộc tính phương thức nhằm phản ảnh cấu trúc liệu lớp, biểu đồ lớp UML mơ hình liệu mức khái niệm sử dụng để mô tả phản ảnh tốt giới thực hệ thống thông tin Theo W3C, thông tin cung cấp trang web chiếm gần 70% lượng thông tin trao đổi toàn giới Web trở thành hệ thống liệu khổng lồ môi trường chuyển tải thông tin thiếu thời đại ngày Vấn đề đặt làm để khai thác thông tin tr n We cách hiệu quả, mà cụ thể để máy tính hiểu hỗ trợ người l tự động thơng tin Chính vậy, We ngữ ngh a đời, mà thơng tin đ nh ngh a r ràng cho người máy tính c ng làm việc với cách hiệu Ontology thuật ngữ khoa học d ng để mô tả loại thực thể giới thực mối quan hệ thực thể Ontology cung cấp cách thức để người máy nhận biết thơng tin, nhờ cải thiện hệ thống tương tác hai chiều chia sẻ kiến thức Từ giúp người máy tính làm việc, giúp máy tính “hiểu” có khả lý thông tin hiệu Một lợi ích quan trọng việc sử dụng ontology khả tìm kiếm ngữ ngh a Vì vậy, W3C thiết kế OWL ngôn ngữ mô tả lớp, thuộc tính mối quan hệ đối tượng theo cách mà máy hiểu nội dung web Tuy nhiên, hầu hết liệu mơ hình hóa lưu trữ sở liệu truyền thống (CSDL quan hệ, đối tượng) Vì liệu nằm ngồi khả nhiều ứng dụng web ngữ ngh a Với phát triển web ngữ ngh a nay, việc tích hợp ứng dụng web vào web ngữ ngh a trở nên vấn đề cấp thiết Ngoài ra, thiết kế sở liệu cho ứng dụng thường thiết kế từ mơ hình liệu mức khái niệm, web ngữ ngh a lại chủ yếu xây dựng ontology biểu diễn OWL Vì thế, nâng cấp hệ thống thơng tin cách chuyển đổi mơ hình sở liệu mức khái niệm sang ontology cho phép kế thừa cấu trúc liệu hệ thống cũ nhằm giảm chi phí việc thiết kế có ý ngh a khoa học ứng dụng thực tiễn Động lực nghiên cứu Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu đề xuất việc chuyển đổi mơ hình sở liệu mức khái niệm ontology như: chuyển đổi mơ hình ER, biểu đồ lớp UML sang OWL ontology, chuyển đổi từ OWL ontology sang mơ hình ER Trong nghiên cứu công ố, tác giả đề xuất chuyển đổi trường hợp chung mơ hình mức khái niệm OWL ontology Nhưng thực tế, nhiều hệ thống thông tin thiết kế để đảm bảo phản ảnh ản chất giới thực, với nhiều thành phần mở rộng Nếu áp dụng quy tắc chuyển đổi nghiên cứu trước không chuyển đổi đầy đủ mơ hình Vì vậy, đề xuất quy tắc đầy đủ để chuyển đổi thành phần mơ hình mức khái niệm OWL ontology vấn đề quan trọng việc nâng cấp hệ thống thông tin cũ Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận án nghiên cứu phát triển phương pháp chuyển đổi mơ hình liệu mức khái niệm (như mơ hình ER, EER, biểu đồ lớp UML) OWL Vì luận án thực mục tiêu cụ thể gồm: (1) chuyển đổi mơ hình thực thể - mối quan hệ sang OWL ontology; (2) chuyển đổi biểu đồ lớp UML sang OWL ontology; (3) trích xuất mơ hình liệu mức khái niệm từ OWL ontology Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: OWL1, OWL2 mơ hình liệu mức khái niệm: mơ hình thực thể - mối quan hệ (ER), mơ hình ER mở rộng (EER), biểu đồ lớp UML - Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng giải pháp chuyển đổi mô hình liệu mức khái niệm ontology Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm kiếm, thu thập tài liệu cơng trình nghiên cứu công bố, ài áo đăng hội thảo tạp chí có uy tín để nghiên cứu, từ ổ sung quy tắc phương pháp chuyển đổi mơ hình sở liệu mức khái niệm ontology Tr n sở này, luận án phân tích, đánh giá ưu khuyết điểm đề xuất - Phương pháp thực nghiệm: Thực việc cài đặt thuật toán chuyển đổi luận án nhằm minh chứng tính khả thi phương pháp chuyển đổi Cấu trúc luận án Nội dung luận án tổ chức thành bốn chương sau: Chƣơng trình bày tổng quan mơ hình sở liệu mức khái niệm mơ hình thực thể - mối quan hệ, biểu đồ lớp UML, khái niệm web ngữ ngh a ngơn ngữ OWL ontology; khảo sát, phân tích số cơng trình nghiên cứu li n quan đến tốn chuyển đổi mơ hình sở liệu mức khái niệm OWL ontology; phân tích chi tiết đặc điểm tương đương mơ hình sở liệu mức khái niệm OWL ontology; Từ luận án đ nh hướng bổ sung quy tắc chuyển đổi mơ hình sở liệu mức khái niệm OWL ontology Chƣơng tổng hợp phân tích kết chuyển đổi mơ hình ER, EER OWL ontology số cơng trình nghiên cứu, quy tắc hóa thống quy tắc chuyển đổi theo quy ước luận án; đề xuất quy tắc bổ sung chuyển đổi thành phần mơ hình EER sang OWL ontology; trình bày kết thực nghiệm chuyển đổi Chƣơng tổng hợp phân tích kết chuyển đổi biểu đồ lớp UML OWL ontology số cơng trình nghiên cứu, quy tắc hóa thống quy tắc chuyển đổi theo quy ước luận án; đề xuất bổ sung quy tắc chuyển đổi biểu đồ lớp UML sang OWL ontology dựa vào đặc điểm tương đồng biểu đồ lớp UML OWL ontology; trình bày kết thực nghiệm chuyển đổi Chƣơng đề xuất quy tắc trích xuất mơ hình liệu mức khái niệm từ OWL ontology cho trước Vấn đề trích xuất mơ hình sở liệu mức khái niệm từ OWL ontology xem việc ác đ nh ánh xạ ngược ánh xạ chuyển đổi từ mơ hình sở liệu mức khái niệm sang ontology, cho phép "điều tra" mơ hình liệu mức khái niệm sử dụng để thiết kế ontology Mỗi phương pháp trích xuất minh họa để kiểm chứng kết CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU MỨC KHÁI NIỆM VÀ ONTOLOGY 1.1 Giới thiệu 1.2 Giới thiệu mơ hình sở liệu mức khái niệm 1.3 Giới thiệu Web ngữ nghĩa Ontology 1.4 Tổng quan nghiên cứu chuyển đổi mơ hình 1.4.1 Các kết đề xuất chuyển đổi mơ hình thực thể - mối quan hệ sang OWL Từ năm 2005, có nhiều nghiên cứu đề xuất phương pháp chuyển đổi từ mô hình ER EER sang OWL [1] [2] [3] [4] Tất đề xuất này, để đưa quy tắc chuyển đổi, ác đ nh thành phần tương ứng mơ hình ER OWL Các cơng trình nghiên cứu trước đề xuất quy tắc chuyển đổi sau: Chuyển đổi tập thực thể; Chuyển đổi thuộc tính đơn; Chuyển đổi mối quan hệ: Mối quan hệ kế thừa (Is-A); Mối quan hệ nh nguyên; Mối quan hệ đa nguy n Tuy nhiên nghiên cứu chưa đề xuất đầy đủ quy tắc chuyển đổi tất thành phần mơ hình EER, cụ thể: Chuyển đổi tập thực thể yếu mối quan hệ đ nh danh; Chuyển đổi thuộc tính đa tr phức hợp lồng nhau; Phân loại chuyển đổi mối quan hệ phản xạ; Chuyển đổi yếu tố thời gian mơ hình ER mở rộng Về nguyên tắc, thực việc cài đặt chương trình chuyển đổi, khơng ét đầy đủ trường hợp xảy bên mơ hình đầu vào, khơng thể ác đ nh mơ hình đầu Tr n sở nghiên cứu có, luận án đề xuất số quy tắc chuyển đổi bổ sung từ mơ hình ER sang OWL nhằm thiết kế ontology theo mục đích tr n 1.4.2 Các kết đề xuất chuyển đổi biểu đồ lớp UML sang OWL Đã có nhiều cơng trình nghiên cứu việc chuyển đổi từ biểu đồ lớp UML sang OWL để sử dụng lại hệ thống cũ trước [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Các tác giả phân tích khác ản, từ đề xuất quy tắc chuyển đổi: Chuyển đổi lớp; Chuyển đổi thuộc tính: thuộc tính có kiểu liệu ngun thủy, thuộc tính có kiểu liệu liệt kê, thuộc tính có kiểu liệu lớp; Chuyển đổi quan hệ lớp: quan hệ kết hợp, quan hệ kết hợp có lớp kết hợp, quan hệ kết tập, quan hệ phụ thuộc, quan hệ tổng quát hóa/chuyên biệt hóa Xét mặt tổng thể, nghiên cứu trước trình ày quy tắc chuyển đổi cho trường hợp biểu đồ lớp UML, nhiên nghiên cứu chưa phân tích đề xuất chuyển đổi trường hợp chi tiết biểu đồ lớp UML, bao gồm: Chuyển đổi thuộc tính có kiểu liệu lớp; Chuyển đổi thuộc tính có cấu trúc; Chuyển đổi quan hệ kết hợp có lớp kết hợp; Chuyển đổi quan hệ kết hợp đệ quy; Chuyển đổi quan hệ kết hợp có yếu tố hạn đ nh; Chuyển đổi quan hệ phụ thuộc 1.4.3 Các kết đề xuất trích xuất mơ hình sở liệu mức khái niệm từ OWL Các tác giả [24] [25] tập trung vào việc phát triển tập quy tắc chuyển đổi OWL thành mô hình ER EER cách ác đ nh thành phần ản mơ hình ER EER OWL cho trước, như: Trích xuất tập thực thể; Trích xuất thuộc tính; Trích xuất mối quan hệ Các nghiên cứu trước đề xuất trường hợp ánh xạ từ OWL sang mơ hình EER Tuy nhiên, có số trích xuất thành phần đầu chưa đề cập đến, bao gồm: Trích xuất thuộc tính phức hợp; Trích xuất mối quan hệ phản xạ; Trích xuất mối quan hệ đa nguy n Bài tốn trích xuất biểu đồ lớp UML từ OWL có tác giả đề xuất chưa trích xuất ản chất biểu đồ lớp UML 1.5 Tổng kết chƣơng Trong chương trình ày l thuyết mơ hình sở liệu mức khái niệm an đầu, web ngữ ngh a OWL… Chương phác thảo cách tiếp cận luận án, giới thiệu tổng quan kết tác giả để chuyển đổi mơ hình sở liệu mức khái niệm OWL thách thức đặt cho cách tiếp cận Các chương trình bày kết nghiên cứu luận án nội dung CHƢƠNG CHUYỂN ĐỔI MƠ HÌNH THỰC THỂ - MỐI QUAN HỆ SANG OWL 2.1 Giới thiệu Việc chuyển đổi mơ hình mức khái niệm sang OWL gồm hai giai đoạn: tiền xử lý chuyển đổi Giai đoạn tiền xử lý chuyển đổi mơ hình CSDL mức khái niệm thành tài liệu XML/XMI Giai đoạn chuyển đổi áp dụng thuật toán để chuyển tài liệu XML/XMI thành OWL ontology Mơ hình CSDL mức khái niệm XMI document Các thuật tốn chuyển đổi OWL ontology Hình 2.1 Kiến trúc bước chuyển đổi mơ hình CSDL mức khái niệm sang OWL 2.2 Các nghiên cứu trƣớc 2.3 Các quy tắc chuyển đổi bổ sung 2.3.1 Chuyển đổi tập thực thể yếu mối quan hệ định danh Công trình [6] cho khơng có khác chuyển đổi tập thực thể mạnh tập thực thể yếu, ngoại trừ việc bổ sung vào lớp biểu diễn tập thực thể yếu thuộc tính liệu biểu diễn khóa tập thực thể chủ Cách làm không đảm bảo ngữ ngh a thực việc chuyển đổi Để khắc phục vấn đề này, luận án đề xuất bổ sung thêm cặp thuộc tính đối tượng ngược để biểu diễn mối quan hệ đ nh danh Quy tắc EER12 Xét mối quan hệ đ nh danh R tập thực thể yếu W tập thực thể chủ E Giả sử W có khố phận keyW khố E keyE: Bổ sung lớp đ nh danh C(W), thuộc tính attW tập thực thể yếu W chuyển đổi thành thuộc tính liệu DP(attW) tương ứng lớp C(W); Bổ sung thêm hai thuộc tính đối tượng ngược E_R (có miền C(E) phạm vi C(W)) W_R (có miền C(W) phạm vi C(E)) thể quan hệ lớp C(E) lớp C(W); thiết lập tính chất hàm ràng buộc cực tiểu cho thuộc tính đối tượng W_R; Thiết lập ràng buộc số lượng cực tiểu/cực đại tương ứng vào thuộc tính đối tượng E_R; Khóa lớp C(W) bao gồm thuộc tính liệu DP(keyW) DP(keyE) 2.3.2 Chuyển đổi thuộc tính đa trị phức hợp lồng Một thuộc tính đa tr tập thực thể biểu diễn mối quan hệ đ nh danh tập thực thể yếu tập thực thể chủ nó, chuyển đổi thuộc tính đa tr phức hợp có khóa phận thành mối quan hệ đ nh danh mơ hình ER Quy tắc EER13 Xét tập thực thể E (hoặc thuộc tính đa tr phức hợp E) có thuộc tính attE thuộc tính đa tr phức hợp, thuộc tính phức hợp attE có tập thuộc tính thành phần sub_attE khoá phận K_attE Thuộc tính đa tr attE ánh xạ thành mối quan hệ đ nh danh S_attE tập thực thể chủ E tập thực thể yếu W_attE Trong đó, tập thực thể yếu W_attE có tập thuộc tính sub_attE khoá phận K_attE - Bổ sung lớp đ nh danh C(W_attE), thuộc tính sub_attE thuộc tính đa tr phức hợp attE chuyển đổi thành thuộc tính liệu sub_attE lớp C(W_attE); - Bổ sung thêm hai thuộc tính đối tượng ngược E_W_attE W_attE_E thể quan hệ lớp C(E) lớp C(W_attE) có đ nh danh, miền, phạm vi Bảng; Thiết lập tính chất hàm ràng buộc cực tiểu vào thuộc tính đối tượng W_attE_E; Tùy thuộc vào số thứ hai mối quan hệ đ nh danh, thêm ràng buộc số lượng cực tiểu/cực đại tương ứng vào thuộc tính đối tượng E_W_attE; Khóa lớp C(W_attE) tạo cách kết hợp khóa phận K_attE với khóa KE lớp C(E) Bảng 2.1 Cặp thuộc tính thêm vào chuyển đổi thuộc tính đa trị phức hợp lồng 2.3.3 Định danh Miền Phạm vi E_W_attE C(E) C(W_attE) W_attE_E C(W_attE) C(E) Chuyển đổi mối quan hệ phản xạ Cho mối quan hệ phản xạ R tập thực thể E Khi đó, R gọi có tính chất đối xứng nếu:  e1, e2  E, (e1, e2)  R => (e2, e1)  R Và R gọi có tính chất bất đối xứng, nếu:  e1, e2  E, (e1, e2)  R (e2, e1)  R Luận án xét hai trường hợp là: mối quan hệ phản xạ đối xứng mối quan hệ phản xạ bất đối xứng 2.3.3.1 Mối quan hệ phản xạ đối xứng khơng có thuộc tính Quy tắc EER14 Xét mối quan hệ phản xạ đối xứng R khơng có thuộc tính tập thực thể E với vai trị role, đó: Bổ sung thuộc tính đối tượng có đ nh danh tên vai trị role, có miền phạm vi lớp C(E); Thiết lập tính chất phản xạ cho thuộc tính đối tượng role với cú pháp ReflexiveProperty; Thiết lập tính chất đối xứng cho thuộc tính đối tượng role với cú pháp SymmetricProperty Với mối quan hệ 1-1, thêm ràng buộc số lượng cực đại 1; Với ràng buộc số nhỏ (1, 1) thêm ràng buộc số lượng cực tiểu lên thuộc tính đối tượng thêm vào 2.3.3.2 Mối quan hệ phản xạ đối xứng có thuộc tính Quy tắc EER15 Xét mối quan hệ phản xạ đối xứng R có thuộc tính attR tập thực thể E, ta có quy tắc chuyển đổi sau: Bổ sung lớp có đ nh danh C(R), thuộc tính attR mối quan hệ chuyển thành thuộc tính liệu attR lớp C(R); Bổ sung hai thuộc tính đối tượng E_R, R_E tham gia vào mối quan hệ R số thuộc tính thể ràng buộc thời gian tùy thuộc vào loại yếu tố thời gian XX Bảng 1.3 Ngược lại khóa lớp C(R) bao gồm thuộc tính đối tượng vừa thêm có phạm vi lớp tương ứng với tập thực thể phía nhiều số thuộc tính thể ràng buộc thời gian tùy thuộc vào loại yếu tố thời gian XX Bảng 2.3 2.4.5 Chuyển đổi thuộc tính có yếu tố thời gian mối quan hệ Quy tắc EER21 Với thuộc tính attR có yếu tố thời gian XX mối quan hệ R: Bổ sung lớp có đ nh danh C(attR_XX), thuộc tính attR chuyển thành thuộc tính liệu lớp C(attR_XX); Bổ sung hai thuộc tính đối tượng ngược thể quan hệ lớp C(R) lớp C(attR_XX) có ràng buộc số lượng cực tiểu 1: attR_has_XX có miền lớp C(R) có phạm vi lớp C(attR_XX), XX_of_attR có miền lớp C(attR_XX) có phạm vi lớp C(R), đồng thời XX_of_attR có tính chất hàm; Khóa lớp C(attR_XX) bao gồm thuộc tính XX_of_attR số thuộc tính thể ràng buộc thời gian tùy thuộc vào loại yếu tố thời gian XX Bảng 2.3 2.5 Kết thực nghiệm Luận án thực nghiệm hai mơ hình sở liệu mẫu mơ hình thư mục trích dẫn [33] mơ hình Elmasri [2] Luận án chuyển đổi sang OWL tính độ xác [34] sau chuyển đổi phương pháp Luận án đề xuất đề xuất trước đây, Sujatha R Upadhyaya [6], M Fahad [7], Igor Myroshnichenko [8], Pasapitch Chujai [10] 0,51 0,50 0,50 0,49 0,49 0,48 0,48 0,47 0,47 0,46 0,46 0,50 0,49 0,48 0,48 0,47 Sujatha R Upadhyaya, P Sreenivasa Kumar M Fahad Igor Pasapitch Chujai Myroshnichenko Tiếp cận chúng tơi Hình 2.27 So sánh hiệu suất chuyển đổi mơ hình thư mục trích dẫn Với mơ hình thư mục trích dẫn [15], phương pháp đề xuất [6], [7], [8], [10] chuyển đổi hầu hết trường hợp, mơ hình khơng chứa thành phần Mục Error! Reference source not found Nhưng với mơ hình Elmasri [2] với nhiều trường hợp tổng qt phương pháp [6], [7], [8], [10] khơng chuyển đổi Từ kết thực nghiệm phương pháp chuyển đổi minh chứng tính đầy đủ phương pháp đề xuất toán chuyển đổi mơ hình ER mở rộng sang OWL 0,52 0,50 0,50 0,48 0,46 0,46 0,44 0,44 0,43 0,44 0,42 0,40 0,38 Sujatha R Upadhyaya, P Sreenivasa Kumar M Fahad Igor Pasapitch Chujai Myroshnichenko Tiếp cận chúng tơi Hình 2.18 So sánh hiệu suất chuyển đổi mơ hình Elmasri 2.6 Tiểu kết Chƣơng Chương trình ày phương pháp chuyển đổi mơ hình ER mở rộng sang OWL Luận án bổ sung quy tắc chuyển đổi: tập thực thể yếu mối quan hệ đ nh danh; thuộc tính đa tr phức hợp lồng nhau; mối quan hệ phản xạ; yếu tố thời gian mơ hình TimeER Trong đó, li n quan đến mối quan hệ phản xạ, luận án phân loại để ác đ nh trường hợp chuyển đổi thích hợp phân loại Tr n sở quy tắc chuyển đổi đó, luận án đề xuất phương pháp chuyển đổi mơ hình TimeER, mơ hình ER mở rộng có yếu tố thời gian, sang OWL [CT1] [CT3] [CT4] CHƢƠNG CHUYỂN ĐỔI BIỂU ĐỒ LỚP UML SANG OWL 3.1 Các nghiên cứu trƣớc 3.2 Các quy tắc chuyển đổi bổ sung 3.2.1 Chuyển đổi thuộc tính có cấu trúc Tác giả [22] đề xuất chuyển thuộc tính có cấu trúc thành lớp liên kết thuộc tính đối tượng Tuy nhiên, thuộc tính liệu OWL có hỗ trợ cấu trúc phân cấp, việc chuyển đổi thuộc tính có cấu trúc thành thuộc tính biểu diễn ngữ cảnh hơn, không cần thiết tạo lớp thuộc tính đối tượng có liên quan Quy tắc UML10 Thuộc tính có cấu trúc attU lớp U với tập thuộc tính thành phần sub_attU chuyển đổi thành thuộc tính kiểu liệu DP(attU) lớp C(U) Các thuộc tính thành phần sub_attU chuyển đổi thành thuộc tính kiểu liệu DP(sub_attU) thuộc tính thuộc tính kiểu liệu DP(attU), có tính chất hàm, miền thuộc tính liệu DP(attU) phạm vi kiểu liệu tương ứng OWL 3.2.2 Chuyển đổi quan hệ kết hợp phản xạ Tác giả [22] đề xuất quy tắc chuyển đổi quan hệ kết hợp phản xạ, nhi n chưa phân loại mối quan hệ kết hợp phản xạ, việc chuyển đổi chưa phản ảnh ản chất mối quan hệ Việc kiểm tra vai trò cho phép phân loại tất quan hệ kết hợp phản xạ Quy tắc UML11 Xét quan hệ kết hợp phản xạ đối xứng lớp đối tượng A với vai trò role, quy tắc chuyển đổi sau: Bổ sung thuộc tính đối tượng có đ nh danh tên vai trò role mối quan hệ, có miền phạm vi lớp C(A), thiết lập tính chất đối xứng với cú pháp ReflexiveProperty cho thuộc tính đối tượng trên; Nếu số quan hệ đệ quy 1-1, thêm ràng buộc số lượng cực đại 1; Với ràng buộc số nhỏ 1-1 thêm ràng buộc số lượng cực tiểu lên thuộc tính đối tượng thêm vào Quy tắc UML12 Xét quan hệ kết hợp phản xạ bất đối xứng lớp đối tượng A với tên hai vai trò role1 role2: Bổ sung cặp thuộc tính đối tượng ngược có đ nh danh tên hai vai trò role1 role2 quan hệ, có miền phạm vi lớp C(E); Ràng buộc số lớp đối tượng UML hốn đổi v trí hai vai trò chuyển đổi sang OWL Với vai trị có ràng buộc số min/max khác khác N, bổ sung ràng buộc số lượng cực tiểu/cực đại tương ứng vào thuộc tính đối tượng ứng với vai trị 3.2.3 Chuyển đổi quan hệ kết tập chia sẻ Quan hệ kết tập chia sẻ quan hệ mà phía phận tham gia vào phía tổng thể mà phía phận tương ứng “phía 1” tổng thể tương ứng “phía nhiều” Với tính chất đó, ta nhận thấy rằng: - Quan hệ kết tập kết hợp lớp không đối xứng, chuyển đổi phải thiết lập tính chất không đối xứng với cú pháp ASymmetricProperty - Quan hệ kết tập khơng có tính chất phản xạ, tức lớp khơng quan hệ kết tập với nó, chuyển đổi phải thiết lập tính chất không phản xạ với cú pháp IrReflexiveProperty Cú pháp ngăn cá thể liên quan với thuộc tính đối tượng mà biểu diễn cho quan hệ kết tập Quy tắc UML13 Xét lớp tổng thể A quan hệ kết tập với lớp phận F, ta có quy tắc chuyển đổi sau: Tạo lớp C(A) C(F); Bổ sung thêm hai thuộc tính đối tượng ngược thể quan hệ lớp C(A) lớp C(F): A_F có miền lớp C(A), phạm vi lớp C(F); F_A có miền lớp C(F), phạm vi lớp C(A); Thiết lập tính chất khơng phản xạ cho thuộc tính đối tượng F_A với cú pháp IrReflexiveProperty; Thiết lập tính chất bất đối xứng cho thuộc tính đối tượng F_A với cú pháp ASymmetricProperty Ràng buộc số lớp đối tượng UML hốn đổi v trí hai vai trị chuyển đổi sang OWL; 3.2.4 Chuyển đổi quan hệ kết hợp có yếu tố hạn định Quy tắc UML14 Trong UML, xét quan hệ kết hợp có yếu tố hạn đ nh Q lớp tổng thể A với lớp phận F, ta có quy tắc chuyển đổi sang OWL sau: Yếu tố hạn đ nh Q chuyển đổi thành thuộc tính kiểu liệu Q lớp C(F), có miền lớp C(F) phạm vi kiểu liệu tương ứng OWL; Bổ sung thêm hai thuộc tính đối tượng ngược thể quan hệ lớp C(A) lớp C(F): thuộc tính đối tượng A_F có miền lớp C(A), phạm vi lớp C(F); thuộc tính đối tượng F_A có miền lớp C(F), phạm vi lớp C(E) ràng buộc số ma QualifiedCardinality thiết lập Thiết lập khóa lớp C(F) bao gồm thuộc tính kiểu liệu Q thuộc tính đối tượng F_A; Ràng buộc số lớp đối tượng UML hốn đổi v trí hai vai trị chuyển đổi sang OWL; 3.3 Kết thực nghiệm Luận án đánh giá quy tắc chuyển đổi đề xuất cách áp dụng phương pháp chuyển đổi hai biểu đồ lớp UML mẫu đầu vào mơ hình Purchase Order Application [35] Elmasri [2] Từ ác đ nh kết đầu so sánh kết với phương pháp trước 0,60 0,50 0,47 0,47 0,47 0,49 0,50 Gherabi Iman Jessper Oussama Tiếp cận 0,40 0,30 0,20 0,17 0,10 0,00 Sara Brocman Hình 3.13 So sánh hiệu suất chuyển đổi biểu đồ lớp UML Purchase Order Application 0,60 0,50 0,40 0,46 0,45 0,45 0,46 Gherabi Iman Jessper Oussama 0,5 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Sara Brocman Tiếp cận chúng tơi Hình 3.14 So sánh hiệu suất chuyển đổi biểu đồ lớp UML Elmasri Luận án tính độ xác [34] sau chuyển đổi phương pháp Luận án đề xuất đề xuất trước đây, S.Brockmans [13], Noreddine Gherabi [16], Imnas Zarembo [18], Jesper Zedlitz [19] [20] [21], Oussama [22] Số liệu so sánh từ Hình 3.13 3.14 cho thấy phương pháp chuyển đổi đề xuất chưa đầy đủ, phương pháp Luận án đề xuất cao so với phương pháp khác 3.4 Tổng kết Chƣơng Kế thừa nghiên cứu trước đây, luận án phân tích ổ sung quy tắc chuyển đổi cho trường hợp: chuyển đổi thuộc tính có cấu trúc, chuyển đổi quan hệ kết hợp phản xạ, Chuyển đổi quan hệ kết tập chia sẻ, chuyển đổi quan hệ kết hợp có yếu tố hạn đ nh Tính đầy đủ phương pháp đề xuất luận án thể rõ qua kết thực nghiệm trình bày cuối chương [CT2] [CT7] CHƢƠNG TRÍCH XUẤT MƠ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU MỨC KHÁI NIỆM TỪ OWL ONTOLOGY Vấn đề trích xuất mơ hình sở liệu mức khái niệm từ OWL ontology cho trước xem việc ác đ nh ánh xạ ngược ánh xạ chuyển đổi từ mơ hình sở liệu mức khái niệm sang OWL Đầu vào đầu ài toán xác đ nh sau: - Đầu vào: OWL ontology - Đầu ra: mơ hình sở liệu mức khái niệm Quy tắc nhận dạng thành phần đầu thực theo nguyên tắc chung sau: Xây dựng điều kiện nhận dạng cho thỏa mãn thuật toán “chuyển đổi thuận” thành phần này, không thỏa mãn thành phần cịn lại Điều cho phép chứng minh tính đắn quy tắc theo phương pháp loại trừ.Trích xuất mơ hình EER từ OWL 4.1.1 Các quy tắc trích xuất đề xuất 4.1.2 Các quy tắc trích xuất bổ sung 4.1.2.1 Trích xuất thuộc tính phức hợp Trong OWL, thuộc tính kiểu liệu xây dựng từ nhiều thuộc tính con, biểu diễn cú pháp rdfs:subPropertyOf Quy tắc OWL7 Thuộc tính kiểu liệu sub_dpC khai báo cấu trúc , có miền thuộc tính dpC phạm vi kiểu liệu nguyên thủy trích xuất thành thuộc tính thành phần sub_dpC thuộc tính phức hợp dpC 4.1.2.2 Trích xuất mối quan hệ phản xạ Quy tắc OWL8 Với thuộc tính đối tượng OP có miền phạm vi lớp C, có thiết lập tính chất ReflexiveProperty trích xuất thành mối quan hệ phản xạ khơng có thuộc tính tập thực thể E(C) Nếu thuộc tính đối tượng OP có thiết lập tính chất SymmetricProperty ánh xạ thành mối quan hệ phản xạ đối xứng tập thực thể E(C) Tên vai trò mối quan hệ phản xạ tên thuộc tính đối tượng, số phụ thuộc vào minQualifiedCardinality maxQualifiedCardinality Quy tắc OWL9 Với cặp thuộc tính đối tượng ngược role1 role2 có miền phạm vi lớp C, có thiết lập tính chất ReflexiveProperty AsymmetricProperty trích xuất thành mối quan hệ phản xạ bất đối xứng tập thực thể E(C), hai vai trò mối quan hệ phản xạ tên hai thuộc tính đối tượng T y thuộc vào minQualifiedCardinality maxQualifiedCardinality thuộc tính đối tượng role1 role2 mà thiết lập số tương ứng cho mối quan hệ phản xạ bất đối xứng 4.1.2.3 Trích xuất mối quan hệ đa nguyên Quy tắc OWL10 Lớp C có cặp thuộc tính đối tượng ngược OP có miền lớp C, tập thuộc tính khóa lớp C tập thuộc tính đối tượng có miền lớp C; tập thuộc tính đối tượng có miền lớp C có thiết lập ràng buộc số trích xuất thành mối quan hệ đa nguyên R(C) với tất tập thực thể (1-1) Tùy theo thiết lập số minQualifiedCardinality maxQualifiedCardinality thuộc tính đối tượng ngược OP mà thiết lập số mối quan hệ đa nguy n Các quy tắc để trích xuất thành phần mơ hình EER từ OWL2 biểu diễn sơ đồ phân tích trường hợp sau Owl:class (lớp) Xét OWL DatatypeProperty (thuộc tính đơn/ khóa/ đa trị/phức hợp) rdfs:subClassOf (lớp con) owl:disjointClasses owl:complementOf (chuyên biệt hóa phân ly ) Khơng khai báo minCardinality>1 (thuộc tính đa trị) owl:unionOf (chun biệt hóa chồng lấp) FunctionalProperty (thuộc tính đơn trị) owl:hasKey (thuộc tính khóa) rdfs:subPropertyOf miền dpC (thuộc tính phức hợp) OP thuộc tính đối tượng ngược OP (mối quan hệ nhị nguyên) ObjectProperty (quan hệ nhị nguyên/đa nguyên/phản xạ) OP có domain/range C tính chất ReflexiveProperties (mqh phản xạ đối xứng/bất đối xứng) Các cặp OP thuộc tính đối tượng ngược OP keyC=OP{domain=C} (mối quan hệ đa nguyên) Tính chất SymmetricProperty (mối quan hệ phản xạ đối xứng) Tính chất AsymmetricProperty (mối quan hệ phản xạ bất đối xứng) Figure 3.2 Sơ đồ phân tích trường hợp trích xuất thành mơ hình EER 4.1.3 Ví dụ minh họa hasName LibraryMember LibraryService hasName (1,1) hasName (1,1) Use d d Student Adminstaff Faculty Research Scholar GuestUser d PGStudent InternetAnd WifiService CurrentAware nessService NewsPaper Service Reference Service Reprographic Service TempTransferBookTo Utilize UGStudent Lending Service Browse LibraryResource Refer d LibraryPersonnel Return Journal Book CD NewSpaper OnlineJournal Thesis d d Borrow GeneralBook ReferenceBook TextBook hasTitle AsstLibrarian Librarian Technicial AssociateWith d PGTextBook JrAssistant hasTitle AssociateWith (0, 1) hasTitle UGtextBook AssociateWith Hình 3.3 Mơ hình EER trích xuất Để minh họa phương pháp trích uất, luận án thực nghiệm ontology Library mẫu [36], kết mơ hình EER thể Hình 3.3 4.2 Trích xuất biểu đồ lớp UML từ OWL Vấn đề trích xuất biểu đồ lớp UML từ OWL cho trước xem việc ác đ nh ánh xạ ngược ánh xạ chuyển đổi từ biểu đồ lớp UML sang OWL Luận án kế thừa phân tích để thực trích xuất cấu trúc OWL sang biểu đồ lớp UML Luận án phân tích hai cấu trúc OWL1 OWL2 để tổng qt hóa quy tắc chuyển đổi 4.2.1 Trích xuất lớp Quy tắc OWL1 Lớp lớp C khai báo cú pháp owl:class rdfs:subClassOf chuyển đổi thành lớp U(C) biểu đồ lớp UML 4.2.2 Trích xuất thuộc tính Quy tắc OWL2 Thuộc tính kiểu liệu dpC có miền lớp C kiểu liệu nguyên thủy OWL2 chuyển đổi thành thuộc tính U(dpC) lớp U(C), có kiểu liệu tương ứng UML 4.2.2.1 Trích xuất thuộc tính khóa Quy tắc OWL3 Thuộc tính kiểu liệu đơn keyC có miền C phạm vi kiểu liệu nguyên thủy OWL khai báo cú pháp owl:hasKey, chuyển đổi thành thuộc tính U(keyC) lớp U(C), có ràng buộc OCL thiết lập kiểu liệu tương ứng UML 4.2.2.2 Trích xuất thuộc tính có cấu trúc Quy tắc OWL4 Trong OWL, thuộc tính kiểu liệu sub_dpC khai báo cú pháp