Πτυχιακή Εργασία του Κουτσιώρα Βασιλείου

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ - ΤΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ Αναζήτηση Εικόνων βάσει Σημασιολογικής Ομοιότητας Semantic Image Search Πτυχιακή Εργασία του Κουτσιώρα Βασιλείου Κατεύθυνση: Δίκτυα-Επικοινωνίες-Αρχιτεκτονική συστημάτων (ΑΕΜ: 1880) Επιβλέπων: Βασιλειάδης Νικόλαος, Αναπληρωτής Καθηγητής ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΙΟΥΝΙΟΣ 2018

2

3 Πρόλογος Οι μηχανές αναζήτησης αποτελούν αναμφισβήτητα ένα ανεκτίμητο εργαλείο για την αναζήτηση όγκου πληροφοριών από το διαδίκτυο. Έχουν τη δυνατότητα να επιστρέφουν μια λίστα αποτελεσμάτων, τα οποία είναι ταξινομημένα κατά σειρά και με βάση τη συνάφεια του περιεχομένου τους προς το ερώτημα. Παρόλα αυτά, αν και οι μηχανές αναζήτησης εκτελούν αρκετά καλά το ρόλο τους, δηλαδή την αναζήτηση συγκεκριμένων πληροφοριών, μπορεί να είναι λιγότερο αποτελεσματικές, εφόσον αυτές είναι ασαφείς και μη ακριβείς στη διατύπωσή τους. Όταν έχουμε δεδομένα με υποκατηγορίες και διαφορετικά νοήματα, οι μηχανές αναζήτησης μάς επιστρέφουν ένα τεράστιο όγκο πληροφοριών, που πολλές φορές κάνει δύσκολη την εύρεση των επιθυμητών αποτελεσμάτων. Τα τελευταία χρόνια, με την εξάπλωση του διαδικτύου, το εύρος της πληροφορίας που διατίθεται στον χρήστη καθιστά αναγκαία τη χρησιμοποίηση σημασιολογικών τεχνικών προσωποποίησης, προκειμένου να βελτιωθεί η ακρίβεια των αποτελεσμάτων που αναζητούνται στον παγκόσμιο ιστό. Το θέμα που πραγματεύεται η παρούσα πτυχιακή εργασία είναι η αναζήτηση εικόνων βάσει σημασιολογικής ομοιότητας. Έγινε προσπάθεια έτσι ώστε το περιεχόμενο της εργασίας να είναι κατανοητό και σαφές. Η αναζήτηση μιας εικόνας πραγματοποιείται έχοντας ως βάση την περιγραφή και το περιεχόμενό της. Η εύρεση κατάλληλων μεθόδων και τεχνικών βελτιώνει τη διαδικασία της αναζήτησης συνδυάζοντας την κειμενική αναζήτηση με το περιεχόμενο και την ονομασία μιας εικόνας. Η αναζήτηση αυτή βοηθάει για εύκολα, γρήγορα και άμεσα αποτελέσματα εικόνων μέσα από μια βάση δεδομένων. Για την εκπόνηση της παρούσας πτυχιακής οφείλω να εκφράσω τις ιδιαίτερες ευχαριστίες μου στον καθηγητή κ. Βασιλειάδη Νικόλαο καθώς και στον διδάκτορα Στράτο Κοντόπουλο, των οποίων η βοήθεια και η επίβλεψη συντέλεσαν ώστε να αποπερατωθεί αυτή η εργασία. Κουτσιώρας Βασίλειος Ημερομηνία 22/06/2018

4

5 Semantic Image Search Abstract The main purpose of this thesis is to search for images based on their semanticlogical similarity in order to provide the user with more accurate results. To achieve this goal, an online application combining textual search with the tags, categories and names of images in the database was created. Initially, it was necessary to study the Semantic Web, search engine problems and ontology with emphasis on describing the OWL language. Next, the technologies and tools used to implement the application are presented. In addition, the design of OWL file and the database as well as the pages that make up the web-based application are analyzed. Finally, the functionality of the website is described with various snapshots of its use. Περίληψη Βασικό αντικείμενο αυτής της εργασίας είναι η αναζήτηση εικόνων με βάση τη σημασιολογική τους ομοιότητα προκειμένου να παρέχει στον χρήστη μεγαλύτερη ακρίβεια αποτελεσμάτων. Για την υλοποίηση αυτού του στόχου, δημιουργήθηκε μια διαδικτυακή εφαρμογή που συνδυάζει την κειμενική αναζήτηση με τις ετικέτες, τις κατηγορίες και τις ονομασίες των εικόνων που υπάρχουν στη βάση δεδομένων. Αρχικά, χρειάστηκε να γίνει μελέτη του Σημασιολογικού Ιστού, των προβλημάτων των μηχανών αναζήτησης και της οντολογίας με έμφαση στην περιγραφή της γλώσσας OWL. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι τεχνολογίες και τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση της εφαρμογής. Επιπρόσθετα, αναλύεται ο σχεδιασμός του αρχείου OWL και της βάσης δεδομένων καθώς και των σελίδων που απαρτίζουν την διαδικτυακή εφαρμογή. Τέλος, περιγράφεται η λειτουργικότητα της ιστοσελίδας με διάφορα στιγμιότυπα από την χρήση της. -v

6 Περιεχόμενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ... III ΠΕΡΙΛΗΨΗ... V ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... VI 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΗ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗ ΕΙΚΟΝΩΝ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΣ ΙΣΤΟΣ - ΟΝΤΟΛΟΓΙΑ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΣ ΙΣΤΟΣ ΜΟΡΦΗ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ ΣΤΟΧΟΣ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΜΗΧΑΝΩΝ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΟΥ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΓΛΩΣΣΑΣ OWL Σύνταξη Κεφαλίδα Στοιχεία κλάσεων Στοιχεία ιδιοτήτων ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ - ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ - ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΟΥ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΘΗΚΑΝ HTML CSS PHP MySQL JavaScript JQuery Apache HTTP Εξυπηρετητής SPARQL ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ FUSEKI-SERVER vi-

7 4.3 ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΗΣ ΑΝΑΖΗΤΗΣΗΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΟΥ OWL ΑΡΧΕΙΟΥ Εικόνες από τη δομή του ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΒΑΣΗΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΣΗΜΕΙΑ ΤΟΥ ΚΩΔΙΚΑ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΑΣ Μορφή της Αρχικής σελίδας Το Μενού του ιστότοπου Σύνδεση και εγγραφή χρήστη Πλαίσιο εργαλείων των εικόνων Η λειτουργία της Αναζήτησης Η λειτουργικότητα ως ενεργός χρήστης Δυνατότητα επεξεργασίας Επιλογή για εισαγωγή εικόνας ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ vii

8

9 1 Εισαγωγή Ο Παγκόσμιος Ιστός (World Wide Web) έχει αλλάξει τον τρόπο επικοινωνίας των ανθρώπων, καθώς και τον τρόπο διεξαγωγής των επιχειρηματικών δραστηριοτήτων. Βρίσκεται στην καρδιά μιας επανάστασης που μεταμορφώνει σήμερα τον ανεπτυγμένο κόσμο προς μια οικονομία γνώσης και, σε γενικότερες γραμμές, προς μια κοινωνία γνώσης. Η εξέλιξη αυτή έχει αλλάξει επίσης και τον τρόπο που σκεφτόμαστε για τους υπολογιστές. Αρχικά, οι υπολογιστές χρησιμοποιούνταν για τον υπολογισμό αριθμητικών πράξεων. Στη σημερινή εποχή, η κυρίαρχη χρήση τους αφορά την επεξεργασία πληροφοριών, με τις βάσεις δεδομένων, τους επεξεργαστές κειμένου, και τα παιχνίδια να α- ποτελούν τις δημοφιλέστερες εφαρμογές. Το επίκεντρο του ενδιαφέροντος έχει πλέον μετατοπιστεί και οι υπολογιστές θεωρούνται σημεία εισόδου στις λεωφόρους των πληροφοριών. Η πλειονότητα του σημερινού περιεχομένου του Ιστού είναι κατάλληλη για ανθρώπινη κατανάλωση. Ακόμα και το διαδικτυακό περιεχόμενο που παράγεται από βάσεις δεδομένων παρουσιάζεται συνήθως χωρίς την αρχική δομική πληροφορία. Οι τυπικές χρήσεις του Ιστού από τους ανθρώπους σήμερα περιλαμβάνουν την αναζήτηση και τη χρησιμοποίηση πληροφοριών, την αναζήτηση άλλων ατόμων και την επαφή μαζί τους, την αξιολόγηση των καταλόγων δικτυακών καταστημάτων και την παραγγελία προϊόντων μέσω της συμπλήρωσης φορμών, καθώς και την προβολή υλικού για ενηλίκους. Οι δραστηριότητες αυτές δεν υποστηρίζονται επαρκώς από εργαλεία λογισμικού. Εκτός από την ύπαρξη συνδέσμων που συνδέουν έγγραφα, τα βασικά πολύτιμα και πραγματικά απαραίτητα εργαλεία είναι οι μηχανές αναζήτησης (search engines). Οι μηχανές αναζήτησης που βασίζονται σε λέξεις-κλειδιά, όπως οι Yahoo και Google, είναι τα κύρια εργαλεία χρήσης του σύγχρονου Ιστού. Είναι σαφές πως ο Ιστός δεν θα είχε την τεράστια επιτυχία που έχει χωρίς τη συμβολή των μηχανών αναζήτησης. Ωστόσο, υπάρχουν σοβαρά προβλήματα που σχετίζονται με τη χρήση τους. Είναι αξιοσημείωτο το ότι, παρά τη βελτίωση της τεχνολογίας στις μηχανές αναζήτησης τα αποτελέσματα δεν μπορούν να χαρακτηριστούν θεαματικά. Φαίνεται πως ο -1-

10 ρυθμός αύξησης της ποσότητας του περιεχομένου του Παγκόσμιου Ιστού υπερβαίνει το ρυθμό ανάπτυξης της τεχνολογικής προόδου. Αλλά ακόμα και αν μια αναζήτηση είναι επιτυχής, ο χρήστης είναι αυτός που πρέπει να φυλλομετρήσει το επιλεγμένο υλικό για να εξάγει τις πληροφορίες που ψάχνει. Η έλλειψη ιδιαίτερης υποστήριξης για την ανάκτηση τυχόν πληροφοριών απαιτεί μια χρονοβόρα διαδικασία σε μια εποχή που ο χρόνος για όλους θεωρείται πολύτιμος. Το νόημα του περιεχομένου των δεδομένων του διαδικτύου δεν είναι, προς το παρόν, προσπελάσιμο από τους υπολογιστές (machine accessible) και αυτό αποτελεί βασικό πρόβλημα στην παροχή ακριβέστερης υποστήριξης στους χρήστες. Ο Σημασιολογικός Ιστός προωθείται από την Κοινοπραξία Παγκόσμιου Ιστού (World Wide Web Consortium, W3C), ένα διεθνή οργανισμό προτυποποίησης για τον Ιστό. Ο Tim Berners-Lee ο εφευρέτης του παγκόσμιου Ιστού και εμπνευστής της πρωτοβουλίας για τον Σημασιολογικό Ιστό προσδοκά από την τελευταία πρωτοβουλία την υλοποίηση του αρχικού οράματός του, ενός οράματος όπου η έννοια της πληροφορίας έπαιζε πολύ πιο σημαντικό ρόλο από αυτόν που διαδραματίζει στον σημερινό Ιστό. Σύμφωνα με την παραπάνω λογική η πληροφορία θα αποθηκεύεται σε μορφή που θα μπορεί να διαβαστεί από τις σημερινές μηχανές, επιτρέποντας στους υπολογιστές να διαχειριστούν τα δεδομένα με πιο αποτελεσματικούς τρόπους. Ο υπολογιστής θα μπορεί να εντοπίσει την πληροφορία που περιέχει ένα ψηφιακό κείμενο, αλλά και να ξεχωρίσει τη σημασία που της αποδίδει ο χρήστης, ταξινομώντας τις πληροφορίες με τρόπους που δεν έχουμε γνωρίσει ως σήμερα. Με άλλα λόγια στόχος του Σημασιολογικού Διαδικτύου είναι το διαδίκτυο να εξελιχτεί σε μια παγκόσμια πλατφόρμα ανταλλαγής και επεξεργασίας δεδομένων μέσα από ετερογενείς πηγές πληροφορίας. Το Σημασιολογικό Διαδίκτυο θα προσφέρει «λογική δόμηση», οργάνωση και σημασιολογία στα δεδομένα, ώστε να είναι αντιληπτά σε επίπεδο μηχανής. Η γνώση θα είναι οργανωμένη σε εννοιολογικές περιοχές, ανάλογα με τη σημασία της και τα αυτοματοποιημένα εργαλεία θα υποστηρίζουν τη συντήρηση της γνώσης, ελέγχοντας για ασυνέπειες και εξάγοντας νέα γνώση. Θα υποστηρίζεται επίσης η απάντηση ερωτημάτων σε περισσότερα από ένα έγγραφα και θα υπάρχει δυνατότητα πρόσβασης σε συγκεκριμένα τμήματα πληροφοριών. Επιπλέον η αναζήτηση με λέξειςκλειδιά θα αντικατασταθεί από απαντήσεις ερωτημάτων και η αιτηθείσα γνώση θα α- νακτάται, θα εξάγεται και θα παρουσιάζεται με τρόπο φιλικό προς τον άνθρωπο. -2-

11 Η παρούσα εργασία αποτελείται από 6 κεφάλαια. Πιο συγκεκριμένα, στο κεφάλαιο 2 θα περιγράψουμε την λειτουργία της σημασιολογικής αναζήτησης των εικόνων. Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 3 θα αναλύσουμε τη σημασία του σημασιολογικού ιστού, την έννοια της οντολογίας καθώς και την περιγραφή της γλώσσας OWL. Στο κεφάλαιο 4 θα παρουσιάσουμε τις τεχνολογίες που θα χρησιμοποιήσουμε, τη λειτουργία του Fuseki- Server και την λειτουργία της αναζήτησης. Επιπρόσθετα, στο κεφάλαιο 5 θα αναλύσουμε το σχεδιασμό του OWL αρχείου, τον σχεδιασμό της βάσης δεδομένων, μερικά σημαντικά σημεία του κώδικα και την σχεδίαση της ιστοσελίδας. Τέλος, στο κεφάλαιο 6 θα παρουσιάσουμε τα συμπεράσματα που προκύπτουν από την δημιουργία της εφαρμογής και θα παρουσιάσουμε πιθανές επεκτάσεις της εφαρμογής μας. -3-

12 2 Σημασιολογική αναζήτηση εικόνων Η αναζήτηση μιας εικόνας με βάση το περιεχόμενο και τη σημασιολογία της είναι ένας πολύ σημαντικός και αναπτυσσόμενος τομέας στην ανάκτηση πολυμεσικής πληροφορίας. Εφόσον, η αποθήκευση των εικόνων σε ψηφιακά μέσα έχει γίνει μια πολύ απλή διαδικασία, λόγω της τεχνολογικής ανάπτυξης, είναι φανερό πόσο εύκολα μπορεί να προσδιοριστεί η σημασία της αναζήτησης της εικόνας. Αν αναλογιστούμε τη δυσκολία που παρουσιάζεται στην αναζήτηση μιας εικόνας σε μικρούς αποθηκευτικούς χώρους, όπως τοπικά σε κάποιον υπολογιστή, τότε μπορούμε εύκολα να φανταστούμε πόσο δύσκολο είναι να αναζητήσουμε μια εικόνα ή ένα σύνολο εικόνων σε μεγάλους α- ποθηκευτικούς χώρους. Η ανάγκη δημιουργίας μηχανών αναζήτησης για εύρεση εικόνων στο διαδίκτυο είναι μεγάλη και γίνεται ολοένα και πιο εμφανής. Σχήμα 2.1: Προοπτικές Σημασιολογικού Ιστού Τα παραδοσιακά συστήματα αναζήτησης και ανάκτησης εικόνων αξιοποιούν τα λεκτικά μεταδεδομένα, δηλαδή κείμενα σχολιασμού (annotation text) των εικόνων, ώστε να πραγματοποιήσουν την αναζήτηση. Τέτοια κείμενα σχολιασμού είναι η λεζάντα (caption), η επικεφαλίδα (headline), (keywords) κ.ά. -4-

13 Φυσικά, κάτι τέτοιο προϋποθέτει την ύπαρξη κάποιας μεθόδου εισαγωγής των μεταδεδομένων στο σύστημα. Η προσθήκη σχολίων συμβατικά είναι χρονοβόρα, επίπονη και πολύ δαπανηρή. Για το λόγο αυτό, στον τομέα του αυτόματου σχολιασμού εικόνων (automatic image annotation), έχει πραγματοποιηθεί και συνεχίζει να πραγματοποιείται εκτενής έρευνα. Η χρήση δειγμάτων εκπαίδευσης αποτελεί συνηθισμένη μεθοδολογία στα συστήματα αυτόματου σχολιασμού εικόνων, δηλαδή εικόνων των οποίων γνωρίζουμε τόσο τα feature vectors, όσο και συγκεκριμένες λέξεις-κλειδιά σχολιασμού (keywords). Με αυτό τον τρόπο το σύστημα μπορεί να αντιστοιχίσει αυτόματα νέες εικόνες σε λέξεις-κλειδιά, χωρίς καμία δική μας παρέμβαση. Εκτός όμως από τα συστήματα αυτόματου σχολιασμού, η αύξηση της δημοτικότητας των κοινωνικών δικτυακών εφαρμογών (social web applications) και του σημασιολογικού ιστού (semantic web) ενέπνευσαν τη δημιουργία πολλών δικτυακών εφαρμογών σχολιασμού εικόνων (βλέπε Flickr, Facebook κ.ά.). -5-

14 3 Σημασιολογικός Ιστός - Οντολογία Είναι γνωστό ότι ο Παγκόσμιος Ιστός (World Wide Web) έχει κάνει πραγματικότητα αυτό που κάποιοι θεωρητικοί της επικοινωνίας οραματίστηκαν πολύ παλαιότερα. Ο Σημασιολογικός Ιστός αποτελεί μια επέκταση του Παγκόσμιου Ιστού, όπου οι πληροφορίες δίνονται με ορισμένες έννοιες κι έτσι διευκολύνουν τους υπολογιστές και τους χρήστες να συνεργαστούν καλύτερα. Πρόκειται για ένα διαδίκτυο, στο οποίο η πληροφορία είναι καλύτερα ορισμένη, επιτρέποντας με αυτόν τον τρόπο την ολοκλήρωση, την αυτοματοποίηση και την επαναχρησιμοποίηση των δεδομένων. Η αντίθεση του Παγκόσμιου Ιστού σε σχέση με τον Σημασιολογικό Ιστό έγκειται στο γεγονός ότι ο πρώτος αποτελείται από αδόμητα ή ημι-δομημένα κείμενα, ενώ ο δεύτερος είναι ένα δίκτυο δεδομένων. Η βάση του Σημασιολογικού Ιστού είναι η περιγραφή των πηγών με τρόπο που γίνεται κατανοητός από τις μηχανές. Η επέκταση αυτή, όπου η πληροφορία θα έχει καλά καθορισμένο νόημα θα κάνει αποτελεσματικότερη τη συνεργασία ανθρώπου και υπολογιστών. Προκειμένου όμως, να αντιμετωπιστεί ένα μεγάλο μειονέκτημα των μηχανών αναζήτησης, προτάθηκε η ανάπτυξη του Σημασιολογικού Ιστού (Semantic Web). Το σημείο της ανεπάρκειας ήταν ότι τα αποτελέσματα που επέστρεφε η μηχανή αναζήτησης ήταν τόσα πολλά που δεν αντιστοιχούσαν σε αυτά που ζητούσε ο χρήστης. Το γεγονός αυτό οφείλεται στο ότι τα δεδομένα του Παγκόσμιου Ιστού είναι κατά κανόνα κατανοητά από τους ανθρώπους, αλλά χωρίς αυτό να σημαίνει ότι είναι πάντα επεξεργάσιμα από τις μηχανές (υπολογιστές). Για παράδειγμα, όταν υπάρχει μια εικόνα, η οποία συνδέεται με ένα κείμενο, είναι εύκολο από τον άνθρωπο να καταλάβει αν βρίσκεται σε αντιστοιχία ή όχι. Για τις μηχανές αναζήτησης όμως αυτό δεν μπορεί να είναι πάντα εφικτό. Γι αυτόν τον λόγο, λοιπόν, θεωρήθηκε αναγκαία η δημιουργία του Σημασιολογικού Ιστού. Στο κεφάλαιο αυτό θα κάνουμε λόγο για τη σημασία του Σημασιολογικού Ιστού, τη μορφή και τον στόχο του. Επίσης θα αναφερθούμε εκτενώς για τα διάφορα προβλήματα των μηχανών αναζήτησης, τη συμβολή του Σημασιολογικού Ιστού, την οντολογία και τέλος θα κάνουμε λόγο για τη γλώσσα OWL όπου θα περιγράψουμε όλα τα στάδιά της. -6-

15 3.1 Σημασιολογικός Ιστός Ο Σημασιολογικός Ιστός οραματίζεται και στοχεύει να κάνει πραγματικότητα τις τεχνολογίες για την παραγωγή «έξυπνων» κειμένων. Δηλαδή κάθε ένα από αυτά τα «έξυπνα» κείμενα θα είναι σε θέση να γνωρίζει σχετικά με το αντικείμενο του περιεχομένου του κι έτσι οι αυτόματες διαδικασίες θα μπορούν να το αξιοποιήσουν. Για την υλοποίηση του Σημασιολογικού Ιστού είναι απαραίτητος ο σημασιολογικός εμπλουτισμός της πληροφορίας μέσα από τη χρήση οντολογιών. Ο Σημασιολογικός Ιστός δεν είναι ένας διαφορετικός ιστός, αλλά μια επέκταση του υπάρχοντος Παγκόσμιου Ιστού, στην οποία η πληροφορία αποκτά καθορισμένο νόημα, δίνοντας τη δυνατότητα για πιο αποτελεσματική συνεργασία ανάμεσα σε άνθρωπο και υπολογιστή, αφού πλέον θα υπάρχει μια κοινή γλώσσα ανάμεσά τους (η σημασιολογική περιγραφή). Θα μπορούσαμε να πούμε ότι ο Σημασιολογικός Ιστός αποτελεί τη βάση για μια ολοκληρωμένη μορφή τεχνητής νοημοσύνης. Σχήμα 3.1: Προοπτικές Σημασιολογικού Ιστού Επίσης, μεγάλη είναι η προσφορά του Σημασιολογικού Ιστού όσον αφορά την ταχύτητα ως προς την πρόσβαση στην πληροφορία. Ο πολύ μεγάλος όγκος πληροφοριών που βρίσκεται στον Παγκόσμιο Ιστό είναι που καθιστά αναγκαία την ταχύτερη πρόσβαση στις πληροφορίες. Ο Σημασιολογικός Ιστός επιτρέπει στους υπολογιστές να εξάγουν αυτοματοποιημένα συμπεράσματα, μέσα από διατυπωμένους κανόνες, μιας και αποτελεί τη δομημένη μορφή αναπαράστασης του Παγκόσμιου Ιστού. -7-

16 3.2 Μορφή Σημασιολογικού Ιστού Σχήμα 3.2: Μορφή Σημασιολογικού Ιστού σύμφωνα με τον Tim Berner Lee της W3C Παρατηρούμε ότι στο παραπάνω σχήμα ο σημασιολογικός ιστός σύμφωνα με το όραμα του Tim Berner Lee έχει αυτήν τη μορφή. Στο κατώτερο επίπεδο βρίσκεται το Unicode που εξασφαλίζει την επικοινωνία ανάμεσα σε διαφορετικές γλώσσες και τα URI(Uniform Resource Identifier), οι διευθύνσεις των πόρων. Στο αμέσως επόμενο επίπεδο βρίσκεται η XML, η NS και το XML Schema ως κύρια γλώσσα έκφρασης στον ιστό. Ακολουθεί η RDF(Resource Description Framework) και το RDF Schema που είναι η κύρια γλώσσα μεταδεδομένων. Αμέσως μετά υπάρχει το λεξιλόγιο οντολογιών. Στη συνέχεια το λογικό επίπεδο ακολουθούμενο από το επίπεδο απόδειξης και τέλος το επίπεδο αξιοπιστίας. Η κύρια γλώσσα έκφρασης στον ιστό είναι η XML (extensible Markup Language), όμως δεν αποτελεί μια απόλυτη λύση για το σημασιολογικό ιστό. Ο ρόλος της XML αποσκοπεί στο να δείξει μόνο κάποιες σημασιολογικές ιδιότητες μέσα από τη συντακτική δομή της. -8-

17 3.3 Στόχος Σημασιολογικού Ιστού Το σημασιολογικό διαδίκτυο επιδιώκει να επιτρέψει τόσο στους χρήστες όσο και στα πληροφοριακά συστήματα να μπορούν να κατανοούν και να επεξεργάζονται λογικά τις ίδιες πληροφορίες και τα δεδομένα. Συνεπώς η προοπτική αυτή φαίνεται να ανοίγει νέους διευρυμένους ορίζοντες, αφού τα πληροφοριακά συστήματα θα μπορούν πλέον πέρα από το να αντλούν μεγάλες ποσότητες πληροφοριών, όπως κάνουν σήμερα, επιπλέον θα τις επεξεργάζονται λογικά και θα εξάγουν αντίστοιχα συμπεράσματα. Τα αποτελέσματα μιας τέτοιας διεργασίας θα μπορούν να δημοσιεύονται και αυτά στο διαδίκτυο έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τρίτους, αυξάνοντας έτσι τη συνολική γνώση και αξία του σημασιολογικού ιστού. Μελλοντικά, θα δημιουργηθούν και θα λειτουργούν έξυπνες υπηρεσίες που θα μπορούν να εντοπίζουν και να χρησιμοποιούν η μια την άλλη, να συνεργάζονται μεταξύ τους, χωρίς όμως να έχουν προετοιμαστεί γι αυτό, και όλα αυτά αυτόματα δίχως την ανθρώπινη παρέμβαση. Σχήμα 3.3: Η έννοια του Σημασιολογικού Ιστού -9-

18 3.4 Προβλήματα Μηχανών Αναζήτησης Η μηχανή αναζήτησης πέρα από την ευκολία κινήσεων και αναζήτησης που μας προσφέρει με στόχο τα πιο γρήγορα αποτελέσματα δεν παύει να έχει και κάποια προβλήματα. Κάποια από αυτά είναι η περιορισμένη ακρίβεια, η χαμηλή ή καθόλου ανάκληση, η «ευαισθησία» στο λεξιλόγιο και το ότι δεν παύει να είναι μια απομονωμένη εφαρμογή. Αναλυτικά τα προβλήματα αυτά παρουσιάζονται παρακάτω: - Περιορισμένη ακρίβεια: σε μια μηχανή αναζήτησης εάν ένα ερώτημα επιστρέφει ένα μεγάλο όγκο αποτελεσμάτων, καθίσταται δύσκολος ο εντοπισμός της περισσότερο σχετικής πληροφορίας. - Χαμηλή ή καθόλου ανάκληση: εάν ένα ερώτημα σε μια μηχανή αναζήτησης επιστρέφει ελάχιστα ή και καθόλου αποτελέσματα. - «Ευαισθησία» στο λεξιλόγιο: τα σημασιολογικά παρόμοια ερωτήματα δεν επιστρέφουν παρόμοια αποτελέσματα αναζήτησης (κακώς ορισμένα, διφορούμενες λέξειςκλειδιά). - Είναι απομονωμένες εφαρμογές: τα αποτελέσματα δεν είναι άμεσα προσπελάσιμα από άλλα εργαλεία λογισμικού. -10-

19 Όλα τα παραπάνω προβλήματα ξεκινούν από το γεγονός πως το νόημα του περιεχομένου του Ιστού δεν είναι προσπελάσιμο από υπολογιστές. Έτσι η ερμηνεία των προτάσεων και η εξαγωγή χρήσιμων πληροφοριών είναι πολύ περιορισμένη. -11-

20 3.5 Η Συμβολή Του Σημασιολογικού Ιστού Πρέπει να σημειωθεί ότι ο Σημασιολογικός Ιστός έκανε κάτι πολύ ιδιαίτερο και πολύ διαφορετικό και ενδιαφέρον για περαιτέρω μελέτη. Αποτέλεσε την πρώτη δυνατή προσπάθεια των υπολογιστών να «σκεφτούν»! Πρόσφερε νέες δυνατότητες οργάνωσης, διαχείρισης και διάθεσης των πληροφοριών. Συμφωνούμε όλοι ότι είναι κάτι πρωτόγνωρο, κάτι νέο το οποίο φυσικά θα ερευνηθεί-αξιοποιηθεί και μελλοντικά από τις α- ντίστοιχες επιστήμες. Σχήμα 3.4: Ο κύκλος συμβολής του Σημασιολογικού Ιστού Χρήση οντολογιών σε συνδυασμό με τα επεξεργάσιμα από υπολογιστές μεταδεδομένα δημιουργούν μια πολλά υποσχόμενη προσέγγιση για τις απαιτήσεις της σύγχρονης εποχής. Ο Σημασιολογικός Ιστός, βεβαίως, μπορεί να υποστηρίξει τόσο τα σημασιολογικά ερωτήματα όσο και την εννοιολογική πλοήγηση στο εκπαιδευτικό υλικό. -12-

21 3.6 Οντολογία Ο όρος οντολογία (ontology) προέρχεται από τη φιλοσοφία και έχει εισαχθεί στο πεδίο της μηχανικής γνώσης ως ένα μέσο αναπαράστασης της γνώσης. Σχήμα 3.5: Τι είναι Οντολογία; Σύμφωνα με τις πεποιθήσεις του Αριστοτέλη «Οντολογία είναι η έρευνα σχετικά με το τι όντα υπάρχουν στον κόσμο και ποιες είναι οι μεταξύ τους σχέσεις». Ένας άλλος ο- ρισμός αναφέρει ότι «Οντολογία είναι ένα προσυμφωνημένο λεξιλόγιο που παρέχει ένα σύνολο από καλά θεμελιωμένες δομές για να χτιστεί μια γεμάτη νόημα ανώτερου επιπέδου γνώση, για τον καθορισμό της σημασιολογίας των συστημάτων ορολογίας με έναν καλά δομημένο και σαφή τρόπο. Για ένα συγκεκριμένο τομέα, η οντολογία αντιπροσωπεύει μια πιο πλούσια γλώσσα που παρέχει πιο σύνθετους περιορισμούς στους τύπους των πόρων (resources) και στις ιδιότητές τους. Συγκρινόμενη με μια ταξινόμηση, οι οντολογίες ενισχύουν τη σημασιολογία των όρων με την παροχή πλουσιότερων σχέσεων ανάμεσα στους όρους ενός λεξιλογίου». Στην Επιστήμη των Υπολογιστών οι ορισμοί των οντολογιών διατηρούν την αφηρημένη γενικότητα του φιλοσοφικού ορισμού. Η οντολογία αναπαριστά με τρόπο ιεραρχικό τις έννοιες, που αναφέρονται σε κάποιο συγκεκριμένο τομέα. Μια οντολογία πρέπει να καταγράφει κοινά αποδεκτή γνώση και να έχει καλά ορισμένη σημασιολογία και συντακτικό. Αναπαριστά εννοιολογική μορφοποίηση σε μία μορφή «κατανοητή» και επεξεργάσιμη από τους υπολογιστές (π.χ. RDFS/OWL). -13-

22 Σχήμα 3.6: Διάγραμμα Οντολογίας Η οντολογία αποτελεί έναν καινούριο, σχετικά, τομέα στην περιοχή της διαχείρισης της γνώσης. Οι οντολογίες μετατρέπουν την πληροφορία σε σημασιολογική και διευκολύνουν την ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ εφαρμογών, μέσω της αποδοχής κοινής σημασιολογίας για την περιγραφή της πληροφορίας. Με τη χρήση των οντολογιών για την καταχώριση δεδομένων στο διαδίκτυο επιλύονται προβλήματα που υπάρχουν λόγω του κενού μεταξύ της καταχωρημένης πληροφορίας και της σημασίας της. Π.χ. ο όρος «book» σημαίνει βιβλίο αλλά και κράτηση. Η ενοποίηση ετερογενούς πληροφορίας π.χ. «book» και «reservation» θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την έννοια της «κράτησης» και να τη διαχωρίσει ρητά (disjointness) από την άλλη σημασία του «book» που περιγράφεται από την έννοια «βιβλίο». Εάν το νόημα των σχέσεων ορισθεί με τυπικό τρόπο θα μπορούσε και μια μηχανή να τις αναγνωρίσει, να τις καταλάβει, να τις επεξεργαστεί και βάση αυτών των σχέσεων να βγάλει τα ίδια συμπεράσματα που θα έβγαζε και ένας άνθρωπος. Δεν αποκτά φυσικά -14-

23 η μηχανή νόηση, αυτό που γίνεται είναι πως η γνώση του ανθρώπου κωδικοποιείται με τέτοιο τρόπο που η μηχανή μπορεί να τον επεξεργαστεί και να «συμπεράνει» μέσα από κάποιες λογικές διαδικασίες. Η διαδικασία ανάπτυξης μιας οντολογίας είναι παρόμοια με το χτίσιμο ενός προγράμματος σε μια αντικειμενοστραφή γλώσσα προγραμματισμού. Για το πως θα χτίσουμε μια οντολογία μπορεί να υπάρξει διαφορετικός τρόπος προσέγγισης, ανάλογα με τον προγραμματιστή. Η τεχνητή νοημοσύνη διαθέτει μεγάλη παράδοση στη χρήση και στην ανάπτυξη και γλωσσών οντολογιών. Μέχρι σήμερα οι σημαντικότερες γλώσσες οντολογιών για τον Σημασιολογικό Ιστό είναι: RDF RDF Schema OWL -15-

24 3.7 Περιγραφή της γλώσσας OWL Η OWL (Web Ontology Language) είναι μια γλώσσα οντολογίας Ιστού και έχει αναπτυχθεί ως πρότυπο, από το World Wide Web Consortium (W3C). Παρακάτω θα περιγράψουμε την σύνταξη της, την κεφαλίδα, τα στοιχεία των κλάσεων και τα στοιχεία ιδιοτήτων Σύνταξη Η OWL βασίζεται στις γλώσσες RDF και RDF Schema και χρησιμοποιεί τη σύνταξη της RDF που βασίζεται στην XML. Η σύνταξη RDF/XML θα χρησιμοποιηθεί και εδώ, αφού είναι η κύρια σύνταξη της OWL, παρόλο που δεν είναι ιδιαίτερα ευανάγνωστη. Για το λόγο αυτό, έχουν οριστεί και άλλες συντακτικές μορφές για την OWL: Μια σύνταξη που βασίζεται στην XML5, η οποία δεν ακολουθεί τις συμβάσεις της RDF και είναι συνεπώς πιο ευανάγνωστη από τους ανθρώπους-χρήστες. Μια αφηρημένη σύνταξη που χρησιμοποιείται στο έγγραφο προδιαγραφών της γλώσσας, η οποία είναι πολύ πιο συμπαγής και ευανάγνωστη από τη σύνταξη XML αλλά και από τη σύνταξη RDF/XML. Μια γραφική σύνταξη που βασίζεται στις συμβάσεις της UML (Unified Modeling Language, Ενοποιημένη Γλώσσα Μοντελοποίησης), η οποία χρησιμοποιείται ευρέως και αποτελεί έτσι έναν εύκολο τρόπο εξοικείωσης των ανθρώπων με την OWL. Η γλώσσα OWL κατασκευάζεται βάσει ενός RDF και RDF schema και προσθέτει περισσότερο λεξιλόγιο για την περιγραφή των ιδιοτήτων και των κλάσεων, όπως οι σχέσεις ανάμεσα στις κλάσεις, ο πληθάριθμος, η ισότητα, οι ιδιότητες των κλάσεων κλπ. Η ανάπτυξη της OWL γλώσσας οφείλεται στις αδυναμίες του RDF schema. Παρόλα αυτά, η OWL γλώσσα, διατηρεί το βασικό χαρακτηριστικό του RDF schema που είναι ένα σύνολο από πηγές. Επομένως, τα OWL κείμενα είναι RDF περιγραφές, με τη -16-

25 διαφορά ότι μερικά αναγνωριστικά διαθέτουν σταθερές ερμηνείες. Το πρότυπο OWL ορίζει τρεις υπογλώσσες, κάθε μία από τις οποίες διαθέτει διαφορετική δύναμη έκφρασης. Η περισσότερο δυνατή OWL υπογλώσσα δεν θέτει κανένα περιορισμό στη χρήση των OWL πηγών. Οι υπόλοιπες υπογλώσσες περιλαμβάνουν περιορισμούς, η ύπαρξη των οποίων εξασφαλίζει μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα στην ορθότητα και τη λογική. Αντίθετα με το RDF schema, η OWL επιτρέπει τον ορισμό των περιγραφών των κλάσεων. Με τον τρόπο αυτό κάποιος μπορεί να δημιουργήσει κλάσεις απαριθμητές, κλάσεις με περιορισμούς στις ιδιότητες, ή κλάσεις που ορίζονται σαν τομή, ένωση ή συμπληρώματα άλλων κλάσεων. Στην OWL, οι ιδιότητες των αντικειμένων και οι ιδιότητες των τύπων δεδομένων μπορούν να διαχωριστούν. Οι ιδιότητες αντικειμένων συνδέουν άτομα με άτομα, ενώ οι ιδιότητες των τύπων δεδομένων συνδέουν άτομα με τιμές. Η OWL δεν επιτρέπει τον ορισμό των σύνθετων ιδιοτήτων. Αντίθετα, η έκφραση της γνώσης για κάποιες ιδιότητες μπορεί να πραγματοποιηθεί με την χρησιμοποίηση αξιωμάτων. Εκτός από τις δομές που χρησιμοποιούνται στο RDF schema, η OWL επιτρέπει την ισότητα των ιδιοτήτων ή ότι μία ιδιότητα είναι αντίστροφη κάποιας άλλης. Επιπλέον, είναι δυνατόν να οριστεί ένα πλήθος περιορισμών και χαρακτηριστικών ιδιοτήτων όπως η μετάβαση και η συμμετρία. Μια σημαντική εφαρμογή της OWL είναι ο ορισμός των Σημασιολογικών Υπηρεσιών Διαδικτύου (Semantic Web Services). Η οντολογία OWL-S είναι ένα σύνολο από OWL κείμενα τα οποία περιγράφουν τις πιο σημαντικές ιδέες και σχέσεις στο πεδίο των Web Services. Η OWL επεκτείνει το RDF και το RDF Schema με επιπρόσθετες αντιπροσωπευτικές δομές, οι οποίες, για παράδειγμα, επιτρέπουν δύο κλάσεις να είναι ασυνεχείς, ή ο αριθμός τιμών κάποιας ιδιότητας είναι περιορισμένος κ.ο.κ. Η γλώσσα βασίζεται στη Περιγραφική Λογική (Description Logics) και στην αναπαράσταση γνώσης. Η περιγραφική λογική υποστηρίζει την ταξινόμηση των δομικών περιγραφών των οντοτήτων. -17-

26 3.7.2 Κεφαλίδα Τα έγγραφα OWL αποκαλούνται συνήθως οντολογίες OWL και είναι έγγραφα RDF. Το στοιχείο-ρίζα μιας οντολογίας OWL είναι ένα στοιχείο rdf: RDF, το οποίο καθορίζει επίσης έναν αριθμό από χώρους ονομάτων: <rdf:rdf xmlns:owl =" xmlns:rdf ="http: //www. w3. org/1999/02/22- rdf-syntax-ns#" xmlns:rdfs=" xmlns:xsd ="http: //www. w3. org/2001/xmlschema#"> Μια οντολογία OWL μπορεί να ξεκινάει με μια συλλογή ισχυρισμών (assertions) για λόγους «νοικοκυρέματος». Οι ισχυρισμοί αυτοί ομαδοποιούνται σε ένα στοιχείο owl: Ontology, το οποίο περιέχει σχόλια, έλεγχο εκδόσεων, και προσθήκη άλλων οντολογιών. Για παράδειγμα, <owl: Ontology rdf: about=" "> <rdfs: comment>παράδειγμα οντολογίας OWL</rdfs: comment> <owl :priorversion rdf:resource=" <owl:imports <rdf:resource=" <rdfs:label>university Ontology</rdfs:label> </owl:ontology> Μόνο ένας από τους ισχυρισμούς αυτούς έχει συνέπειες για το λογικό νόημα της οντολογίας: το owl:imports, που απαριθμεί άλλες οντολογίες, το περιεχόμενο των ο- ποίων υποτίθεται ότι είναι μέρος της τρέχουσας οντολογίας. Παρατηρούμε ότι, ενώ οι χώροι ονομάτων χρησιμοποιούνται για την εξάλειψη της αμφισημίας, οι εισαγόμενες οντολογίες παρέχουν ορισμούς που μπορούν όντως να χρησιμοποιηθούν. Συνήθως, θα -18-

27 υπάρχει ένα στοιχείο εισαγωγής για κάθε χώρο ονομάτων που χρησιμοποιείται, αλλά είναι εφικτό να εισαχθούν πρόσθετες οντολογίες, π.χ. οντολογίες που παρέχουν ορισμούς, χωρίς να εισάγουν καινούρια ονόματα. Αξιοσημείωτο είναι ότι το owl: imports είναι μεταβατική ιδιότητα: αν η οντολογία A εισάγει την οντολογία Β και η οντολογία Β εισάγει την οντολογία C, τότε η οντολογία Α εισάγει επίσης την οντολογία C Στοιχεία κλάσεων Οι κλάσεις ορίζονται με τη χρήση ενός στοιχείου owl:class. Για παράδειγμα, μια κλάση associateprofessor (αναπληρωτής καθηγητής) μπορεί να οριστεί ως εξής: <owl:class rdf:id="associateprofessor"> <rdfs:subclassof rdf: resource="#academicstaffmember /> </owl:class> Μπορούμε επίσης να δηλώσουμε ότι η κλάση αυτή είναι ξένη ως προς τις κλάσεις assistantprofessor (επίκουρος καθηγητής) και professor (καθηγητής), με χρήση στοιχείων owl: disjointwith. Τα στοιχεία αυτά μπορούν να περιέχονται στον προηγούμενο ορισμό ή να προστεθούν με αναφορά στο ID, χρησιμοποιώντας το χαρακτηριστικό rdf: about. Ο μηχανισμός αυτός κληρονομείται από την RDF. <owl:class rdf :about="#associateprofessor"> <owl :disjointwith rdf:resource="#professor"/> <owl :disjointwith rdf:resource="#assistantprofessor"/> </owl:class> Η ισοδυναμία κλάσεων μπορεί να οριστεί μέσω του στοιχείου owl:equivalentclass: <owl:class rdf:id="faculty"> -19-

28 <owl: equivalentclass rdf: resource="#academicstaffmember"/> </owl:class> Τέλος, υπάρχουν δύο προκαθορισμένες κλάσεις, οι owl: Thing και owl: Nothing. Η πρώτη είναι η πιο γενική κλάση, που περιέχει τα πάντα (τα πάντα είναι και αυτά ένα «πράγμα») και η τελευταία είναι η κενή κλάση. Επομένως, κάθε κλάση είναι υποκλάση της owl :Thing και υπερκλάση της owl: Nothing Στοιχεία ιδιοτήτων Στην OWL, υπάρχουν δύο είδη ιδιοτήτων: Ιδιότητες αντικειμένου, οι οποίες συσχετίζουν αντικείμενα με άλλα αντικείμενα. Παραδείγματα αποτελούν οι ιδιότητες istaughtby (διδάσκεται από) supervises (επιβλέπει). Ιδιότητες τύπου δεδομένων, οι οποίες συσχετίζουν αντικείμενα με τιμές ενός τύπου δεδομένων. Παραδείγματα αποτελούν οι ιδιότητες phone, title, και age. H OWL δεν έχει προκαθορισμένους τύπους δεδομένων, ούτε και παρέχει ειδικές λειτουργίες ορισμού. Αντιθέτως, επιτρέπει τη χρήση των τύπων δεδομένων της γλώσσας XML Schema, αξιοποιώντας έτσι τη διαστρωματωμένη αρχιτεκτονική του Σημασιολογικού Ιστού. -20-

29 4 Τεχνολογίες - Υλοποίηση - Εργαλεία Σε αυτό το κεφάλαιο θα γίνουν γνωστές και θα αναλυθούν οι τεχνολογίες που χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση της ιστοσελίδας, η λειτουργία του fuseki-server και η λειτουργία της αναζήτησης. -21-

30 4.1 Τεχνολογίες που χρησιμοποιήθηκαν Το σύστημα έχει υλοποιηθεί χρησιμοποιώντας τις τεχνολογίες HTML, CSS, PHP, MYSQL, JAVASCRIPT, JQUERY, SPARQL, PROTEGE, JAVA. Επίσης χρησιμοποιήσαμε και τα προγράμματα Wamp Server και Fuseki Server. Το Wamp Server βοηθά στην επικοινωνία του συστήματος με τον χρήστη μέσω του πρωτοκόλλου HTTP ενώ με το Fuseki Server επιτυγχάνεται η αλληλεπίδραση των OWL αρχείων με την SPARQL γλώσσα προγραμματισμού HTML 5 Την ίδια περίπου εποχή που ξεκίνησε να λειτουργεί το διαδίκτυο, μια ομάδα φυσικών στο CERN, το Ευρωπαϊκό Εργαστήριο Φυσικής Σωματιδίων, κυκλοφόρησε ένα σύστημα γλώσσας συγγραφής και διανομής που αναπτύχθηκε για τη δημιουργία και την κοινή χρήση πολυμέσων με δυνατότητα ολοκληρωμένων ηλεκτρονικών εγγραφών μέσω του Διαδικτύου. Έτσι γεννήθηκε η HTML (Hypertext Markup Language) ή αλλιώς Γλώσσα Σήμανσης Υπερκειμένου, το λογισμικό πρόγραμμα περιήγησης και το World Wide Web (Παγκόσμιος Ιστός). Οι συγγραφείς δεν χρειαζόταν πλέον να διανέμουν την δουλειά τους ως κατακερματισμένες συλλογές εικόνων, ήχων και κειμένου. Η HTML ένωσε όλα αυτά τα στοιχεία. Σχήμα 4.1: Η γλώσσα HTML 5 H HTML είναι μια γλώσσα διάταξης εγγράφου και προδιαγραφών υπερκειμένου. Καθορίζει την σύνταξη και την τοποθέτηση των ειδικών αλλά και των ενσωματωμένων οδηγιών που δεν εμφανίζονται από το πρόγραμμα περιήγησης στο οποίο επίσης υποδει- -22-

31 κνύει πώς να εμφανίζει τα περιεχόμενα του εγγράφου, συμπεριλαμβανομένων των κειμένων, εικόνων και άλλων μέσων υποστήριξης. Η γλώσσα επίσης υποδεικνύει πώς να κάνεις ένα έγγραφο διαδραστικό μέσω ειδικών συνδέσμων υπερκειμένου, τα οποία συνδέουν τα έγγραφα μας με άλλα έγγραφα στην συλλογή μας ή στην συλλογή άλλων, καθώς και με άλλους πόρους του Internet, όπως το FTP και Gopher. Η τρέχουσα έκδοση της HTML καθώς και η πιο πρόσφατη είναι η HTML5. Η HTML5 περιλαμβάνει λεπτομερή μοντέλα επεξεργασίας για να ενθαρρύνουν περισσότερο διαλειτουργικές εφαρμογές: επεκτείνεται, βελτιώνει και εκλογικεύει τη σήμανση που διατίθεται για τα έγγραφα, και εισάγει τη σήμανση και την εφαρμογή διεπαφών προγραμματισμού (API) για σύνθετες εφαρμογές web. Ο σκοπός είναι η μείωση της ανάγκης για ιδιόκτητα plug-in και πλούσιες διαδικτυακές εφαρμογές (RIA) όπως το Adobe Flash, το Microsoft Silverlight, το Apache Pivot, και η Sun JavaFX CSS 3 Η CSS (Cascading Style Sheets) ή αλλιώς Διαδοχικά Φύλλα Στυλ είναι μια γλώσσα που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο εμφάνισης ενός εγγράφου γραμμένο σε HTML. Προορίζεται για να αναπτύσσει στυλιστικά μια ιστοσελίδα δηλαδή να διαμορφώνει περισσότερα χαρακτηριστικά, χρώματα, στοίχιση και δίνει περισσότερες δυνατότητες σε σχέση με την HTML. Με λίγα λόγια η χρήση της CSS κρίνεται απαραίτητη για τη δημιουργία μιας όμορφης και καλοσχεδιασμένης ιστοσελίδας. Η CSS έχει σχεδιαστεί κυρίως για να επιτρέψει το διαχωρισμό του περιεχομένου εγγράφου από την παρουσίαση του εγγράφου, συμπεριλαμβανομένων πτυχών όπως η διάταξη, τα χρώματα και οι γραμματοσειρές. Αυτός ο διαχωρισμός μπορεί να βελτιώσει την προσβασιμότητα του περιεχομένου, παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία και έλεγχο των προδιαγραφών των χαρακτηριστικών παρουσίασης. Επίσης επιτρέπει σε πολλές σελίδες HTML να μοιραστούν τη μορφοποίηση, καθορίζοντας τη σχετική CSS σε ένα ξεχωριστό αρχείο με κατάληξη.css και να μειώσει την πολυπλοκότητα και την επανάληψη του διαρθρωτικού περιεχομένου. Η τελευταία έκδοση, CSS3, επιτρέπει στους χρήστες να δημιουργήσουν εκπληκτικές ιστοσελίδες με σκιές, κινούμενα σχέδια και άλλα εργαλεία χωρίς να χρειάζεται να χρησιμοποιούν πολύπλοκες δέσμες ενεργειών. H CSS3 είναι συμβατή με παλαιότερες -23-

32 εκδόσεις CSS και χωρίζεται σε πολλά ξεχωριστά έγγραφα που ονομάζονται modules. Έτσι η αλλαγή τμημάτων ξεχωριστά είναι απλή και γρήγορη και χωρίς να επηρεάζει τα άλλα στοιχεία που δεν απαιτούν αλλαγές PHP Σχήμα 4.2: Η γλώσσα PHP Η ιστορία της PHP ξεκινά από το 1994, όταν ένας φοιτητής, ο Rasmus Lerdorf δημιούργησε χρησιμοποιώντας τη γλώσσα προγραμματισμού C ένα απλό script με όνομα php.cgi, για προσωπική χρήση. Το script αυτό είχε σαν σκοπό να διατηρεί μια λίστα στατιστικών για τα άτομα που έβλεπαν το online βιογραφικό του σημείωμα. Αργότερα αυτό το script το διέθεσε και σε φίλους του, οι οποίοι άρχισαν να του ζητούν να προσθέσει περισσότερες δυνατότητες. Η γλώσσα τότε ονομαζόταν PHP/FI από τα αρχικά Personal Home Page/Form Interpreter. H PHP (HyperText Preprocessor) είναι γλώσσα προγραμματισμού για τη δημιουργία σελίδων web με δυναμικό περιεχόμενο. Μια σελίδα PHP περνά από επεξεργασία μέσω ενός συμβατού διακομιστή του Παγκόσμιου Ιστού (π.χ. Apache), ώστε να παραχθεί σε πραγματικό χρόνο το τελικό περιεχόμενο, που είτε θα σταλεί στο πρόγραμμα περιήγησης των επισκεπτών σε μορφή κώδικα HTML ή θα επεξεργαστεί τις εισόδους δίχως να προβάλλει την έξοδο στο χρήστη, αλλά θα τις μεταβιβάσει σε κάποιο άλλο PHP script. Η PHP αποτελεί μια από τις πιο διαδεδομένες τεχνολογίες στο Παγκόσμιο Ιστό, καθώς χρησιμοποιείται από πληθώρα εφαρμογών και ιστοτόπων. Η ευρύτητα στη χρήση -24-

33 της είναι απόρροια της ευκολίας που παρουσιάζει ο προγραμματισμός με αυτή αλλά και στο γεγονός πως είναι μια γλώσσα η οποία βρίσκεται σχεδόν σε κάθε διακομιστή MySQL H MySQL δημιουργήθηκε από μια σουηδική εταιρεία, την MySQL AB, η οποία ι- δρύθηκε από τον David Axmark, Allan Larsson και τον Michael Monty Widenius. Η αρχική της ανάπτυξη ξεκίνησε από τους Widenius και Axmark το Η πρώτη έκδοση της MySQL εμφανίστηκε στις 23 Μαΐου Αρχικά δημιουργήθηκε για προσωπική χρήση από την msql με βάση το χαμηλό επίπεδο γλώσσας ISAM, την οποία οι δημιουργοί θεώρησαν αρκετά άκαμπτη. Δημιούργησαν μια νέα διεπαφή SQL, διατηρώντας το ίδιο API όπως της msql. Με την διατήρηση του API της msql, πολλοί προγραμματιστές ήταν σε θέση να χρησιμοποιήσουν την MySQL αντί της προγενέστερες της msql. Σχήμα 4.3: Η γλώσσα MySQL για τη βάση δεδομένων Η MySQL είναι ένα σύστημα διαχείρισης σχεσιακών βάσεων δεδομένων που μετρά εκατομμύρια εγκαταστάσεις. Το πρόγραμμα τρέχει σε έναν εξυπηρετητή (server) παρέχοντας πρόσβαση πολλών χρηστών σε μια βάση δεδομένων. Χρησιμοποιείται από κάποιες από τις πιο διαδεδομένες υπηρεσίες, όπως YouTube, Wikipedia, Google, και Facebook. Η MySQL είναι γραμμένη C και C++. Ο SQL parser της είναι γραμμένος σε yacc, αλλά χρησιμοποιεί έναν λεκτικό αναλυτή. Η ΜySQL λειτουργεί σε πολλές πλατφόρμες συστημάτων συμπεριλαμβανομένων των AIX, BSDi, FreeBSD, HP-UX, ecomstation, i5/os, IRIX, Linux, OS X, Microsoft Windows, NetBSD, Novell NetWare, OpenBSD, OpenSolaris, OS / 2 Warp, QNX, Oracle Solaris, Symbian, SunOS, SCO OpenServer, -25-

34 SCO UnixWare, Sanos και Tru64. Ένα port της MySQL υπάρχει επίσης στο OpenVMS JavaScript Σχήμα 4.4: H γλώσσα JavaScript Η γλώσσα προγραμματισμού JavaScript (JS) δημιουργήθηκε αρχικά από τον Brendan Eich της εταιρείας Netscape με την επωνυμία Mocha. Αργότερα, η Mocha μετονομάστηκε σε LiveScript, και τελικά σε JavaScript, κυρίως επειδή η ανάπτυξή της επηρεάστηκε περισσότερο από τη γλώσσα προγραμματισμού Java. LiveScript ήταν το επίσημο όνομα της γλώσσας όταν για πρώτη φορά κυκλοφόρησε στην αγορά σε βήτα (beta) εκδόσεις με το πρόγραμμα περιήγησης στο Web, Netscape Navigator εκδοχή 2.0 τον Σεπτέμβριο του LiveScript μετονομάστηκε σε JavaScript σε μια κοινή ανακοίνωση με την εταιρεία Sun Microsystems στις 4 Δεκεμβρίου, 1995, όταν επεκτάθηκε στην έκδοση του προγράμματος περιήγησης στο Web, Netscape εκδοχή 2.0B3. Η JavaScript έχει γίνει μία από τις πιο δημοφιλείς γλώσσες προγραμματισμού ηλεκτρονικών υπολογιστών στον Παγκόσμιο Ιστό (Web). Αρχικά, όμως, πολλοί επαγγελματίες προγραμματιστές υποτίμησαν τη γλώσσα διότι το κοινό της ήταν ερασιτέχνες συγγραφείς ιστοσελίδων και όχι επαγγελματίες προγραμματιστές. Με χρήση της τεχνολογίας Ajax, η JavaScript επέστρεψε στο προσκήνιο και έφερε πιο επαγγελματική προσοχή προγραμματισμού. Το αποτέλεσμα ήταν καινοτόμο στην εξάπλωση των πλαισίων και των βιβλιοθηκών, τη βελτίωση προγραμματισμού με JavaScript, καθώς και την αυξημένη χρήση της JavaScript έξω από τα προγράμματα περιήγησης στο Web. H JavaScript είναι διερμηνευμένη γλώσσα προγραμματισμού. Στην αρχή αποτέλεσε μέρος της υλοποίησης των φυλλομετρητών Ιστού, ώστε τα σενάρια από την πλευρά του πελάτη να μπορούν να επικοινωνούν με τον χρήστη, να ανταλλάσσουν δεδομένα ασύγ- -26-

35 χρονα και να αλλάζουν δυναμικά το περιεχόμενο του εγγράφου που εμφανίζεται. Είναι μια γλώσσα σεναρίων που βασίζεται στα πρωτότυπα, είναι δυναμική, με ασθενείς τύπους και έχει συναρτήσεις ως αντικείμενα πρώτης τάξης. Βασίζεται σε διαφορετικά προγραμματιστικά παραδείγματα υποστηρίζοντας αντικειμενοστρεφές, προστακτικό και συναρτησιακό στυλ προγραμματισμού JQuery Το Jquery είναι μια ελαφριά βιβλιοθήκη της JavaScript, συμβατή με όλους τους φυλλομετρητές, η οποία απλοποιεί την εκμάθηση και την χρήση της γλώσσας JavaScript (που χρησιμοποιείται για την δημιουργία ιστοσελίδων και web εφαρμογών). Με το JQuery μπορούμε να προσθέσουμε κίνηση-animation, να αυξήσουμε την διαδραστικότητα του χρήστη, να αλλάξουμε το περιεχόμενο της σελίδας χωρίς ο χρήστης να πρέπει να μεταφερθεί σε νέα σελίδα, να δημιουργήσουμε διάφορα εφέ και άλλα πολλά. Επίσης εξαλείφει το πρόβλημα συμβατότητας της JavaScript με τους διάφορους browsers της αγοράς. Κυκλοφόρησε το 2006 από τον John Resig και είναι ένα ελεύθερο λογισμικό ανοιχτού κώδικα, αυτό σημαίνει ότι ο καθένας μπορεί να το χρησιμοποιήσει κατεβάζοντας μία από τις εκδόσεις από την επίσημη ιστοσελίδα του jquery στην μορφή.js αρχείων Apache HTTP Εξυπηρετητής Σχήμα 4.5: Apache HTTP Server -27-

36 Η πρώτη του έκδοση, γνωστή ως NCSA HTTPd, δημιουργήθηκε από τον Robert McCool και κυκλοφόρησε το Θεωρείται ότι έπαιξε σημαντικό ρόλο στην αρχική επέκταση του παγκόσμιου ιστού. Ήταν η πρώτη βιώσιμη εναλλακτική επιλογή που παρουσιάστηκε απέναντι στον εξυπηρετητή HTTP της εταιρείας Netscape και από τότε έχει εξελιχθεί στο σημείο να ανταγωνίζεται άλλους εξυπηρετητές βασισμένους στο Unix σε λειτουργικότητα και απόδοση. Από το 1996 ήταν από τους πιο δημοφιλείς ό- μως από τον Μάρτιο του 2006 έχει μειωθεί το ποσοστό της εγκατάστασής του κυρίως από τον Microsoft Internet Information Services και την πλατφόρμα.net. Τον Οκτώβριο του 2007 το μερίδιο του ήταν ποσοστό 47.73% όλων των ιστοτόπων. Ο Apache είναι ένας από τους δημοφιλέστερους εξυπηρετητές του παγκόσμιου ι- στού και χρησιμοποιείται σε τοπικά δίκτυα σαν διακομιστής συνεργαζόμενος με συστήματα διαχείρισης Βάσης Δεδομένων όπως για παράδειγμα τη MySQL. Όσον αφορά τη λειτουργία του, όταν ένας χρήστης επισκέπτεται έναν ιστότοπο, το πρόγραμμα πλοήγησης που χρησιμοποιεί επικοινωνεί με έναν διακομιστή μέσω του πρωτόκολλου HTTP. Έτσι ο διακομιστής παράγει τις ιστοσελίδες και τις αποστέλλει στο πρόγραμμα πλοήγησης. O Apache είναι ένας από τους δημοφιλέστερους εξυπηρετητές ιστού, εν μέρει γιατί λειτουργεί σε διάφορες πλατφόρμες όπως τα Windows, το Linux, το Unix και το Mac OS X. Κυκλοφόρησε υπό την άδεια λογισμικού Apache και είναι λογισμικό ανοιχτού κώδικα. Συντηρείται από μια κοινότητα ανοικτού κώδικα με επιτήρηση από το Ίδρυμα Λογισμικού Apache (Apache Software Foundation) SPARQL Σχήμα 4.6: Η γλώσσα SPARQL -28-

37 Για την εκμετάλλευση των δυνατοτήτων του μοντέλου-γράφου του RDF, σχεδιάστηκε μία νέα γλώσσα ερωτημάτων, η SPARQL. H SPARQL χρησιμοποιεί πολλά στοιχεία από τον στενό συγγενή της, την SQL, ωστόσο έχει μία άλλη φιλοσοφία, η οποία βασίζεται στο RDF μοντέλο δεδομένων. Τα ερωτήματα SPARQL υποβάλλονται σε ειδικές διευθύνσεις που λέγονται τερματικά σημεία (endpoints) ή επεξεργαστές (processors) και οι οποίοι υλοποιούν το πρωτόκολλο SPARQL. Οι SPARQL επεξεργαστές δέχονται σαν είσοδο το ερώτημα, το επεξεργάζονται και επιστρέφουν τα αποτελέσματα μέσω του HTTP πρωτοκόλλου. Κατηγοριοποιούνται σε δύο τάξεις: στους γενικούς SPARQL επεξεργαστές οι οποίοι δέχονται και επεξεργάζονται ερωτήματα πάνω σε οποιαδήποτε πηγή δεδομένων σε RDF και στους ειδικούς SPARQL επεξεργαστές που περιορίζονται στην υποβολή ερωτημάτων πάνω σε συγκεκριμένα σύνολα δεδομένων. Υπάρχουν 4 είδη SPARQL ερωτημάτων μέχρι στιγμής: SELECT: ομοιάζει με την αντίστοιχη εντολή της SQL, μόνο που αντί για εγγραφές και πίνακες, κρύβονται από πίσω τριπλέτες και γράφοι. CONSTRUCT: έχει ίδιο συντακτικό με τη SELECT, με τη διαφορά που αντί να επιστρέφει ένα σύνολο τριπλετών, επιστρέφει ένα γράφο. DESCRIBE: μπορούμε με αυτήν να μάθουμε ότι μπορούμε για συγκεκριμένο URI ASK: μας δίνει τη δυνατότητα να κάνουμε ερωτήματα που έχουν απάντηση ναι ή όχι. Η δομή ενός SPARQL ερωτήματος έχει ως εξής: Δηλώσεις προθέματος: ορίζονται οι διάφοροι χώροι ονόματος των πόρων ή/και των λεξιλογίων που χρησιμοποιεί το ερώτημα, έτσι ώστε να γίνει με συντομία η αναφορά στα στοιχεία τους. Εδώ χρησιμοποιείται η λέξη κλεί δί PREFIX. Ορισμός του συνόλου δεδομένων: δηλώνονται οι RDF γράφοι πάνω στους ο- ποίους θα τεθούν τα ερωτήματα. Για τον ορισμό τους χρησιμοποιείται η λέξη κλειδί FROM. -29-

38 Πρόταση αποτελεσμάτων: ορίζει τη πληροφορία που θα επιστραφεί από το ερώτημα. Για τον ορισμό της χρησιμοποιείται η λέξη κλειδί SELECT. Το πρότυπο του ερωτήματος: είναι ένα σύνολο προτύπων γράφου οι οποίοι θα αναζητηθούν στις τριπλέτες του συνόλου δεδομένων. Για τον ορισμό του χρησιμοποιείται η λέξη κλειδί WHERE. Μετατροπείς ερωτήματος (query modifiers): επεξεργασία του συνόλου αποτελεσμάτων π.χ. ταξινόμηση. -30-

39 4.2 Λειτουργία του fuseki-server Αρχικά ανοίγουμε το terminal των Windows (CMD) και στη συνέχεια τρέχουμε τις εξής εντολές με τη σειρά που παρουσιάζονται: # cd "C:\jena-fuseki-1.0.1" Με την εντολή αυτή εισερχόμαστε στον φάκελο όπου βρίσκεται το πρόγραμμα fusekiserver. (Η έκδοση που χρησιμοποιήθηκε είναι η 1.0.1) # start Στη συνέχεια, ανοίγουμε στον περιηγητή τον παραπάνω σύνδεσμο με σκοπό τη φόρτωση του OWL αρχείου που έχουμε δημιουργήσει. # fuseki-server --update --mem /ds Τέλος, με αυτή την εντολή φορτώνουμε στη μνήμη του υπολογιστή όλες τις συσχετίσεις που δημιουργήσαμε και ο Server εκκινείται. Πλέον είμαστε έτοιμοι να τον χρησιμοποιήσουμε για HTTP Request. -31-

40 4.3 Λειτουργία της αναζήτησης Πολλές είναι οι καινοτομίες που ο σημασιολογικός ιστός έχει να προσφέρει στον τομέα των μηχανών αναζήτησης. Χωρίς να φορτώνουν τόσο πολύ το δίκτυο, μέσω θησαυρών και οντολογιών μπορούν να παρέχουν πιο καλά και ποιοτικά αποτελέσματα με την προϋπόθεση βέβαια της καλής οργάνωσης της πληροφορίας. Όσον αφορά τον χρήστη η μηχανή αναζήτησης θα τον καθιστά ικανό να διαμορφώσει πιο ελεύθερα ερωτήματα, όχι απαραίτητα λέξεις-κλειδιά κ.λπ. και να του φέρει ικανοποιητικά αποτελέσματα, αφού πλέον η μηχανή αναζήτησης είναι σε θέση να τα κατανοήσει. Αυτή τη στιγμή οι μηχανές αναζήτησης στον ιστό έχουν δύο προσεγγίσεις, αυτή των μηχανών μεγάλης κλίμακας που στηρίζονται σε έξυπνους πράκτορες και αυτή των μηχανών μικρής κλίμακας που στηρίζονται στην ανασκόπηση σελίδων. Στην πρώτη περίπτωση έχουμε μεγάλη ανάκτηση αλλά μικρή ακρίβεια. Αυτή οφείλεται στο γεγονός ότι στην ουσία έξυπνοι πράκτορες συλλέγουν ιστοσελίδες και τις α- ποθηκεύουν σε μια μεγάλη κεντρική βάση δεδομένων (οι πράκτορες μπορούν να συλλέξουν σχεδόν όλες τις σελίδες του web) αλλά ο μεγάλος αριθμός των ιστοσελίδων μειώνει τον αριθμό των σχετικών αποτελεσμάτων, επομένως η ακρίβεια είναι σε χαμηλά επίπεδα. Στην δεύτερη περίπτωση, ακριβώς επειδή έχει γίνει ανασκόπηση της κάθε σελίδας, τα αποτελέσματα φανερώνουν μεγάλη σχετικότητα, άρα υψηλή ακρίβεια. Όμως, όπως είναι λογικό, αυτή η δουλειά γίνεται σε περιορισμένο όγκο ιστοσελίδων, επομένως έ- χουμε μικρό ποσοστό ανάκτησης. Και τα δύο είδη μηχανών αναζήτησης είναι βασισμένα σε λέξεις-κλειδιά, πράγμα που σημαίνει ότι και στις δύο περιπτώσεις παρουσιάζεται πρόβλημα, όσον αφορά στο ερώτημα που διατυπώνεται, λόγω των πολλαπλών σημασιών που μπορεί να έχει μια λέξη. Έχουν αναπτυχθεί διάφορες τεχνικές για να ξεπεράσουν αυτό το πρόβλημα, για παράδειγμα αλγόριθμοι που προσπαθούν να καθορίσουν τις συνώνυμες λέξεις, αλλά υπάρχει πάντα το πρόβλημα ότι πολλές λέξεις με άσχετη σημασία μπορούν να προέρχονται από κοινή ρίζα. Η λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι προφανώς να υπάρχουν semantics στις ιστοσελίδες ώστε να καθορίζεται το νόημά τους, αλλά δεν έχει επικρατήσει κάποια γλώσσα που να καθιερώνει κάποιες σταθερές HTML ετικέτες. Η XML φαίνεται πολλά υποσχό- -32-

41 μενη αφού κρατάει το περιεχόμενο, την δομή και την παρουσίαση χωριστά και είναι πολύ πιο επαρκής για την αναπαράσταση γνώσης. Η συντακτική δομή της όμως την περιορίζει καθώς μπορεί να παρουσιάσει μόνο κάποιες σημασιολογικές ιδιότητες. Η διαδικασία της αναζήτησης που υλοποιήσαμε λειτουργεί προγραμματιστικά όπως περιγράφεται παρακάτω. Αρχικά διαβάζει το OWL αρχείο μέσω του fuseki server, στη συνέχεια κάνει έλεγχο για τυχόν σημασιολογικά συνώνυμες ή παραπλήσιες λέξεις σύμφωνα με τις δοθείσες και αφού κάνει τις απαραίτητες συγκρίσεις επιστρέφει μια ουρά με αυτές. Αυτό γίνεται με τη χρήση και εφαρμογή του καρτεσιανού γινομένου. Το επόμενο στάδιο είναι ο έλεγχος κάθε στοιχείου της ουράς με το όνομα, την κατηγορία και το tag της κάθε εικόνας. Η σύγκριση γίνεται απευθείας με τα στοιχεία της OWL βάσης μας. Αφού γίνει η σύγκριση και υπάρξει αντιστοιχία, αποθηκεύονται σε μια νέα ουρά με τα αναγνωριστικά id των εικόνων. Στη συνέχεια με τη χρήση και τη βοήθεια της mysql τυπώνονται οι αντίστοιχες εικόνες. Πιο κάτω θα αναλυθεί ένα παράδειγμα εικόνων από μια τυχαία αναζήτηση. Παρατηρείται ότι εκτός από τα ακριβή αποτελέσματα εικόνων που θα εμφανίσει, θα εμφανίσει και κάποια παρόμοια αποτελέσματα, σύμφωνα πάντα με το σημασιολογικό κείμενο που δόθηκε αρχικά. Σχήμα 4.1: Παράδειγμα αναζήτησης -33-

42 Πληκτρολογώντας το σημασιολογικό κείμενο που μας ενδιαφέρει happy people και πατώντας ENTER στη μπάρα της αναζήτησης μπορούμε να δούμε διάφορες εικόνες των οποίων οι περιγραφές περιέχουν ακριβώς τους όρους που ψάχνουμε (Σχήμα 4.1). Επίσης θα εμφανιστούν και παρόμοιες εικόνες που έχουν σχέση είτε με τη λέξη-κλειδί happy είτε με την λέξη κλειδί people. Σχήμα 4.2: Tag εικόνας Στο Σχήμα 4.2 παρατηρούμε πως ανάμεσα στα tag της εικόνας υπάρχει η λέξη love η οποία έχει καταγραφεί ως συνώνυμη της happy στο OWL αρχείο και γι αυτό εμφανίζεται. Αυτό συμβαίνει σε κάθε περίπτωση όταν αναγνωρίζει συνώνυμες λέξεις με αυτές που ψάχνουμε. -34-

43 5 Σχεδιασμός και Υλοποίηση Ένας προγραμματιστής, προκειμένου να δημιουργήσει μια λειτουργική ιστοσελίδα, πρέπει να επικεντρωθεί κυρίως στην υλοποίηση του σχεδιασμού της. Με αυτό τον τρόπο, οι επισκέπτες θα έχουν τη δυνατότητα να αξιοποιήσουν στο μέγιστο και να περιηγηθούν ευχάριστα στο περιεχόμενο της ιστοσελίδας. Σε αυτό το κεφάλαιο θα αναλύσουμε όλα τα στάδια του σχεδιασμού και της υλοποίησης της ιστοσελίδας. Αρχικά θα περιγράψουμε τη σχεδίαση του OWL αρχείου, κάνοντας αναφορά στη δομή του και σε κάποια σημαντικά σημεία του κώδικα. Τέλος θα περιγράψουμε με λεπτομέρεια την εμφάνιση της ιστοσελίδας και τις λειτουργίες της. -35-

44 5.1 Σχεδιασμός του OWL αρχείου Εικόνες από τη δομή του Στο Σχήμα 5.1 που ακολουθεί, υπάρχει αναλυτικά η δομή του OWL αρχείου και παρακάτω θα σχολιάσουμε την οντολογία του. Παρατηρούμε τις βασικές κλάσεις και υποκλάσεις. Στην οντολογία «Thing» εμπεριέχονται οι κλάσεις «activities», «animals», «color», «feelings», «people» και «size». Παρατηρούμε ότι στην κλάση «color» εμφανίζονται οι υποκλάσεις «black», «blue», «brown» κ.λ.π., δηλαδή τα διαθέσιμα χρώματα της κλάσης «color». Επίσης σε κάθε χρώμα διακρίνουμε τις συσχετίσεις του με κάποιο παραπλήσιο χρώμα όπως για παράδειγμα το κόκκινο χρώμα συσχετίζεται με το ροζ με το μωβ και το καφέ. Παρατηρούμε ότι και σε άλλες κλάσεις όπως η «feelings» συμβαίνει το ίδιο («love» ισοδύναμο με το «happy»). -36-

45 Σχήμα 5.1: Οντολογία βασικές κλάσεις και υποκλάσεις. -37-

46 Σχήμα 5.2: Κλάσεις - υποκλάσεις ισοδυναμίες Στην παραπάνω εικόνα (Σχήμα 5.2) παρατηρούμε την περιγραφή για το κόκκινο χρώμα (red).παρατηρούμε, πιο αναλυτικά τους συνδυασμούς του, δηλαδή τα χρώματα ροζ, καφέ και μωβ, όπως επίσης και την κλάση στην οποία ανήκει (στην κατηγορία «color»). -38-

47 Σχήμα 5.3: Δέντρο κλάσεων υποκλάσεων Στο Σχήμα 5.3 παρατηρούμε τη διάκριση των κλάσεων και υποκλάσεων της οντολογίας Thing στη μορφή δένδρου. Πιο συγκεκριμένα παρατηρούμε τις κατηγορίες («color», «size», «feelings», «animals», «people») καθώς και τα παρακλάδια (υποκατηγορίες) που μπορούν να προκύψουν από κάθε μια κατηγορία. Για παράδειγμα στην κατηγορία «animals» εμφανίζονται οι εξής υποκατηγορίες: «pet», «kitten», «wild», «dog», «cat», «insects», «fish», «puppy» και «bird». Οι εικόνες (Σχήμα 5.1, Σχήμα 5.2 και Σχήμα 5.3) είναι στιγμιότυπα του προγράμματος PROTÉGÉ. -39-

48 5.2 Σχεδιασμός βάσης δεδομένων Σχήμα 5.4: Βάση δεδομένων Προκειμένου να μπορεί να λειτουργήσει η εφαρμογή χρειάστηκε η αποθήκευση των στοιχείων των χρηστών της, των κατηγοριών καθώς και των εικόνων που την απαρτίζουν. Για την αποθήκευση και τη διαχείριση αυτών των στοιχείων δημιουργήθηκε μια βάση δεδομένων η οποία αποτελείται από 3 πίνακες, κάθε ένας από τους οποίους είναι ζωτικής σημασίας και επιτελεί διαφορετικό έργο (Σχήμα 5.5). Ο πίνακας persons αποτελεί τον πίνακα που περιέχει τα βασικά στοιχεία των χρηστών της εφαρμογής. Συγκεκριμένα, ο πίνακας persons περιέχει 7 πεδία : PersonID LastName FirstName Address City Mail Password Αρχικά το «PersonID» αποτελεί τον κωδικό αριθμό κάθε χρήστη της εφαρμογής (πρωτεύον κλειδί). Στη συνέχεια στα υπόλοιπα πεδία αποθηκεύονται κάποιες προσωπικές πληροφορίες των χρηστών όπως Επώνυμο (LastName), Όνομα (FirstName), Διεύθυνση (Address), Πόλη (City), Ηλεκτρονική διεύθυνση (Mail) και Συνθηματικό (Password). -40-

49 Στη συνέχεια στον πίνακα «images» περιέχονται οι εικόνες της εφαρμογής. Συγκεκριμένα, υπάρχουν τα παρακάτω 8 πεδία: ImageID PersonID Name Tag Category File_location Stars Popular Ξεκινώντας από το πεδίο «ImageID» είναι το πρωτεύον κλειδί αυτού του πίνακα. Το πεδίο «PersonID» είναι ο κωδικός του χρήστη που ανέβασε την εικόνα. Στη συνέχεια, στην μεταβλητή «Name» αποθηκεύουμε το όνομα της κάθε εικόνας και στο πεδίο «Tag» αποθηκεύονται οι ετικέτες της κάθε εικόνας που έχουν άμεση σχέση με το περιεχόμενο το οποίο εικονίζεται. Έπειτα, στο πεδίο «Category» αποθηκεύονται οι κατηγορίες στις οποίες ανήκει κάθε εικόνα και στο πεδίο File_location αποθηκεύεται η διαδρομή της εικόνας στο φάκελο της εφαρμογής. Στα πεδία Stars και Popularity αποθηκεύεται η δημοτικότητα των εικόνων. Τέλος ο πίνακας «categories» περιέχει τις κατηγορίες της εφαρμογής, τη δημοφιλία τους, καθώς και τις διαθέσιμες ετικέτες τους. Ο πίνακας αυτός έχει τα εξής 4 πεδία: CatID Category Tags Popularity To «CatID» είναι το πρωτεύον κλειδί του πίνακα των κατηγοριών. Στη συνέχεια, στο πεδίο «Category» αποθηκεύεται το όνομα της κατηγορίας, στο πεδίο «Tags» απο- -41-

50 θηκεύονται οι διαθέσιμες ετικέτες της κάθε κατηγορίας ξεχωριστά και στο πεδίο «Popularity» η δημοτικότητα κάθε κατηγορίας. Σχήμα 5.5: Σχεδιασμός βάσης δεδομένων -42-

51 5.3 Σημαντικά σημεία του Κώδικα Σχήμα 5.6: Συνάρτηση συνδυασμών (combination) Στο Σχήμα 5.6 παρουσιάζεται η συνάρτηση «combinations2» που εκτελεί τη διαδικασία συνδυασμών για την παραγωγή παρόμοιων αποτελεσμάτων με παρεμφερή σημασία, υλοποιημένη σε γλώσσα PHP. Η διαδικασία αυτή, λειτουργώντας αναδρομικά, χρησιμοποιεί το στοιχείο του καρτεσιανού γινομένου και επιστρέφει τα αποτελέσματα. -43-

52 5.4 Περιγραφή της ιστοσελίδας Εδώ περιγράφουμε αναλυτικά τη μορφή της αρχικής σελίδας, το μενού του ιστότοπου, τη δυνατότητα σύνδεσης και εγγραφής των στοιχείων καταχώρησης, το πλαίσιο εργαλείων και εικόνων, τη λειτουργία αναζήτησης, ακόμη και τη λειτουργικότητα της ιστοσελίδας ενός ενεργού χρήστη. Στη συνέχεια παρουσιάζουμε τη δυνατότητα επεξεργασίας μιας εικόνας που φόρτωσε ο χρήστης καθώς επίσης και την επιλογή για την εισαγωγή μιας νέας εικόνας από τον ίδιο Μορφή της Αρχικής σελίδας Σχήμα 5.7: Μορφή αρχικής σελίδας Η μορφή της αρχικής σελίδας της διαδικτυακής εφαρμογής «αναζήτησης των εικόνων βάσει σημασιολογικής ομοιότητας» από την ματιά του χρήστη έχει την παραπάνω τυπική φόρμα (Σχήμα 5.7). -44-

53 Πιο συγκεκριμένα, αριστερά της σελίδας υπάρχει το μενού όπου μπορεί να πλοηγηθεί ο χρήστης. Στο επάνω μέρος της σελίδας παρατηρούμε το λογότυπο και τον τίτλο της ε- φαρμογής μας και λίγο πιο κάτω υπάρχει το πλαίσιο της αναζήτησης, όπου μπορεί να πληκτρολογήσει ο κάθε χρήστης λέξεις-κλειδιά προκειμένου να βρει τις σχετικές - με το θέμα που τον ενδιαφέρει - εικόνες. Τέλος, δεξιά πάνω υπάρχει το κουμπί της σύνδεσης Το Μενού του ιστότοπου Πηγαίνοντας τον κέρσορα του ποντικιού μας στο πλαίσιο αριστερά υπάρχουν οι επιλογές «ΑΡΧΙΚΗ» και «ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ». Στην περίπτωση που επιλέξουμε «ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ» εμφανίζεται ένα μενού με τις κατηγορίες («animals, «people», «activities» κλπ.), ενώ εάν μετακινήσουμε τον κέρσορα του ποντικιού πάνω σε μία λέξη των κατηγοριών εμφανίζεται ένα υπομενού, το ο- ποίο εμφανίζει τις διαθέσιμες ετικέτες (tags) για την κάθε κατηγορία (Σχήμα 5.8). Σχήμα 5.8: Κατηγορίες και υποκατηγορίες -45-

54 5.4.3 Σύνδεση και εγγραφή χρήστη Επίσης, πάνω δεξιά στην ιστοσελίδα συναντάμε το κουμπί της «σύνδεσης» από όπου ο κάθε χρήστης μπορεί είτε να κάνει εγγραφή, στην περίπτωση που συνδέεται για πρώτη φορά, είτε απλά να συνδεθεί με τα στοιχεία που είχε καταχωρήσει κατά τη διαδικασία της εγγραφής του. (Σχήμα 5.9). Σχήμα 5.9: Κουμπί σύνδεσης Πιο συγκεκριμένα, εάν πατήσουμε το κουμπί της «σύνδεσης» ανοίγει μια νέα σελίδα, η οποία διαφέρει από την προηγούμενη στις επιλογές του μενού. Πλέον κάτω από την επιλογή της αρχικής σελίδας δεν εμφανίζεται η επιλογή των κατηγοριών αλλά η επιλογή της σύνδεσης. Στο κέντρο της νέας σελίδας εμφανίζονται δύο φόρμες, στα αριστερά η φόρμα της σύνδεσης και στα δεξιά αυτή της εγγραφής (Σχήμα 5.10). Η σύνδεση χρήστη απαιτεί τη σωστή συμπλήρωση του ονόματος χρήστη (Username) και του προσωπικού του κωδικού (Password) εφόσον έχει προηγηθεί εγγραφή του στη σελίδα μας. -46-

55 Σχήμα 5.10: Φόρμες σύνδεσης και εγγραφής Η φόρμα εγγραφής νέου χρήστη απαιτεί την συμπλήρωση ενός νέου ονόματος χρήστη, όπως επίσης και τη συμπλήρωση ενός ισχυρού συνθηματικού και την επιβεβαίωση του. Τέλος απαιτείται η εισαγωγή της διεύθυνσης ηλεκτρονικού ταχυδρομείου του μέλους προς εγγραφή Πλαίσιο εργαλείων των εικόνων Με μια πρώτη ματιά ο επισκέπτης παρατηρεί στην αρχική μας σελίδα ένα σύνολο από τις πιο πρόσφατες εικόνες που έχουν προστεθεί από τους τελευταίουςπροηγούμενους χρήστες. Εάν τοποθετήσουμε τον κέρσορα του ποντικιού πάνω σε ο- ποιαδήποτε από τις εικόνες αυτές, εμφανίζεται στο επάνω τμήμα της κάθε μίας ένα πλαίσιο. Εκεί αναγράφεται το όνομα της εικόνας, οι κατηγορίες στις οποίες ανήκει και οι λέξεις-κλειδιά ή αλλιώς «ετικέτες» (Tags) με τις οποίες μπορεί να αναζητήσει την εικόνα ο χρήστης. Ακόμη, στην επάνω δεξιά πλευρά της εικόνας υπάρχει το κουμπί της μεγέθυνσης (Zoom), που με το πάτημά του ανοίγει σε μια νέα σελίδα η εικόνα στο αρχικό της μέγεθος (Σχήμα 5.11). -47-

56 Σχήμα 5.11: Ετικέτα εικόνας Η λειτουργία της Αναζήτησης Εξερευνώντας τη λειτουργία της ιστοσελίδας παρατηρείται πως στην επιλογή των κατηγοριών μπορεί να επιλεχθεί η κατηγορία της εικόνας προς αναζήτηση (για παράδειγμα δραστηριότητες-activities) και από εκεί η υπο-κατηγορία (για παράδειγμα τρέξιμο-running), μέσω της οποίας γίνεται πιο συγκεκριμένη η λίστα επιλογής. Αφού ο επισκέπτης διαλέξει κατηγορία και υπο-κατηγορία και πατήσει εισαγωγήenter μεταφέρεται σε νέο παράθυρο με ορατές εικόνες που σχετίζονται με τις ετικέτες που ζητήθηκαν. Η σελίδα έχει όσα είχε και η αρχική, με τη διαφορά ότι πλέον παρουσιάζονται τα συγκεκριμένα αποτελέσματα εικόνων για τα οποία δόθηκε εντολή μέσω των λέξεωνκλειδιών. Ίδιες ή παρόμοιες εικόνες εμφανίζονται λίγο πιο κάτω με παρόμοια αποτελέσματα. Αξίζει να σημειώσουμε πως ο επισκέπτης δεν περιορίζεται μονάχα στην επιλογή των κατηγοριών και αντίστοιχα των υπο-κατηγοριών για να αναζητήσει τις εικόνες που επιθυμεί. Μπορεί να πληκτρολογήσει στο πλαίσιο της αναζήτησης την ετικέτα με βάση την οποία ο ίδιος επιθυμεί να κάνει αναζήτηση και να βρει αυτό που θέλει. Συγκεκριμενοποιώντας, έχει τη δυνατότητα να κάνει ανεύρεση εικόνων απλά γράφοντας λέξεις με ακριβές περιεχόμενο προσδιορίζοντας έτσι το «ψάξιμο». Απλούστερα, ο κάθε επισκέπτης που θα μπει να αναζητήσει κάτι το συγκεκριμένο θα έχει τα επιθυμητά αποτελέσματα είτε πληκτρολογώντας λέξεις-κλειδιά από την ονομασία της κάθε εικόνας είτε επιλέγοντας μέσω των κατηγοριών που δίνονται. Δεν χρειάζεται απαραίτητα η καταγραφή ολόκληρης της ονομασίας της εικόνας ή ένα μεγάλο μέρος της για να γίνει η α- -48-

57 ναζήτησή της. Η διερεύνηση μπορεί να γίνει γράφοντας απλά και μόνο έστω και μία από τις λέξεις της ονομασίας της Η λειτουργικότητα ως ενεργός χρήστης Η πιο συνηθισμένη εξήγηση λειτουργικότητας μιας ιστοσελίδας είναι αλληλεπίδρασή της με τους χρήστες (interaction). Ο σκοπός ύπαρξής της είναι και η λειτουργικότητά της. Η καλή λειτουργία εξαρτάται από το πόσο καλά πετυχαίνει το σκοπό της μια ιστοσελίδα, αν φέρνει δηλαδή το επιθυμητό αποτέλεσμα. Μπορεί μια ιστοσελίδα να είναι τεχνικά πολύ ανεπτυγμένη, με χρήση σύγχρονων τεχνολογιών, με πολλούς έλεγχους, με παράθυρα που ανοίγουν-κλείνουν με εντυπωσιακά εφέ. Αν δεν έχει επισκεψιμότητα δεν μπορούμε να την θεωρήσουμε ως λειτουργική. Αν ο επισκέπτης δυσκολεύεται να πλοηγηθεί από τη μία σελίδα στην άλλη, θα απογοητευτεί και θα φύγει από την ιστοσελίδα. Και η πιθανότητα να την επισκεφτεί ξανά είναι μικρή. Πρέπει να υπάρχει σαφής ένδειξη σε ποια ενότητα-σελίδα βρίσκεται ο χρήστης. Ακόμη, η λειτουργικότητα μιας σελίδας χαρακτηρίζεται πετυχημένη όταν ο χρήστης οδηγείται στο τελικό σημείο γρήγορα, άμεσα και με όσο λιγότερα clicks γίνεται. Τέλος, η ιστοσελίδα πρέπει να είναι εύκολη και για τον διαχειριστή της. Το σύστημα διαχείρισης περιεχομένου (CMS) πρέπει να είναι απλό και κατανοητό στη διαχείριση. Δεν χρειάζεται να βάλουμε πολλές και περιπλοκές λειτουργίες για να κάνουμε εντύπωση στον διαχειριστή γιατί αυτά μπορεί να τον δυσκολεύουν και ίσως να μην τα χρησιμοποιήσει ποτέ. Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, μετά τη διαδικασία της εγγραφής ενός νέου χρήστη η ιστοσελίδα είναι διαμορφωμένη όπως ακριβώς την βλέπει ο επισκέπτης, δηλαδή βλέποντας στην αρχική σελίδα μερικές από τις πιο πρόσφατες εικόνες. Αυτό που διαφέρει είναι ότι πλέον ο χρήστης εκτός από την επιλογή της αρχικής σελίδας και των κατηγοριών έχει ακόμη μία επιλογή, τη μεταφορά του στην σελίδα όπου υπάρχουν συγκεντρωμένες οι εικόνες που έχουν ανέβει από τον ίδιο τον χρήστη. Είναι δηλαδή κάτι σαν προσωπική θυρίδα των δικών του εικόνων. -49-

58 Σχήμα 5.12: Οι εικόνες μου Ένα άλλο καινούριο στοιχείο είναι αυτό της αναγνώρισης της εισαγωγής του καθενός εγγεγραμμένου μέλους. Στο επάνω δεξιό τμήμα της ιστοσελίδας, στο προηγούμενο σημείο της σύνδεσης εμφανίζεται το όνομα του χρήστη και ακριβώς δίπλα η εντολή της αποσύνδεσης. Ο χρήστης, όπως και ο κάθε επισκέπτης, έχει τη δυνατότητα να αναζητήσει εικόνες είτε πληκτρολογώντας στο πλαίσιο της αναζήτησης, είτε επιλέγοντας μέσω των κατηγοριών που του δίνονται. Ακόμη, μπορεί να δει και να επεξεργαστεί τις δικές του εικόνες, εκείνες που είχε ανεβάσει σε μια προηγούμενη σύνδεσή του. Στην περίπτωση που ο χρήστης είναι νέο μέλος και δεν έχει προσθέσει κάποια εικόνα τότε το προσωπικό του αρχείο είναι άδειο. Αναλυτικότερα, ο ενεργός χρήστης μεταφερόμενος στην προσωπική σελίδα των εικόνων του βλέπει καταρχήν συγκεντρωμένες μόνο τις δικές του εικόνες, αυτές που έχει ανεβάσει ο ίδιος από τον δικό του λογαριασμό. Στρέφοντας τον κέρσορα του ποντικιού του πάνω σε οποιαδήποτε από αυτές εμφανίζεται στο επάνω μέρος το κοινό άσπρο πλαίσιο όπου και αναγράφεται το όνομα, οι κατηγορίες στις οποίες ανήκει και οι ετικέτες-λέξεις κλειδιά της κάθε εικόνας. Στη δεξιά επάνω γωνία υπάρχουν τρία κουμπιά εντολής. Το πρώτο από τα αριστερά απεικονίζει ένα μολύβι και είναι υπεύθυνο για την επεξεργασία της εικόνας, το δεύτερο που απεικονίζει έναν μεγεθυντικό φακό εμφανίζει -50-

59 την εικόνα στο αρχικό της μέγεθος και το τρίτο κουμπί είναι αυτό της διαγραφής της εικόνας (Σχήμα 5.12) Δυνατότητα επεξεργασίας Πατώντας το κουμπί της επεξεργασίας ο χρήστης μεταφέρεται σε ένα άλλο παράθυρο όπου μπορεί να αλλάξει εξ ολοκλήρου όλα τα στοιχεία μιας εικόνας ή κάποια από αυτά. Εδώ μπορεί να γίνει επεξεργασία του ονόματος της εικόνας, να γίνει επιλογή της κατηγορίας ή και των κατηγοριών στις οποίες θα ανήκει και να καταγραφούν και οι υ- ποκατηγορίες της. Οι κατηγορίες όπως και οι υποκατηγορίες δίνονται και ο χρήστης μπορεί απλά να τις επιλέξει και να τις αντιστοιχίσει ανάλογα με τα στοιχεία των εικόνων που θα ανεβάσει. Κάθε έτοιμη περασμένη εικόνα έχει μαρκαρισμένες τις κατηγορίες και τις υποκατηγορίες στις οποίες ανήκει. Σχήμα 5.13: Επεξεργασία εικόνας Σε οποιαδήποτε πιθανή αλλαγή στοιχείων η εικόνα ενημερώνεται άμεσα πατώντας το κουμπί της εντολής «OK». Η ενημέρωση αυτή εμφανίζεται αυτόματα. Το ενεργό μέλος της ιστοσελίδας μπορεί να κάνει οποιαδήποτε τροποποίηση θέλει και όσες φορές -51-

60 επιθυμεί. Να επισημανθεί πως επεξεργασία επιτρέπεται μόνο στις προσωπικές εικόνες του χρήστη και όχι σε όποια εικόνα είναι ορατή στη σελίδα (Σχήμα 5.13) Επιλογή για εισαγωγή εικόνας Συνεχίζοντας αναφέρουμε πως προχωρώντας στον χώρο των εικόνων του, ο χρήστης μπορεί να κάνει εισαγωγή εικόνας μέσω του αντίστοιχου κουμπιού είτε από τον δίσκο του είτε από κάποια διεύθυνση ενός πόρου του παγκόσμιου ιστού. Σχήμα 5.14: Ανέβασμα εικόνας Τέλος, για να ολοκληρωθεί η περιγραφή της λειτουργίας και χρήσης της ιστοσελίδας από την πλευρά του χρήστη, υπάρχει και η σελίδα των κατηγοριών των εικόνων του μέλους, από όπου μπορεί να επιλέξει μέσα από τις κατηγορίες και να του εμφανίσει τη λίστα μόνο από τις δικές του εικόνες (Σχήμα 5.14). -52-