ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ. Ανάπτυξη Εφαρμογής Συνεργατικών Συστάσεων Βασισμένη σε Οντολογίες για Κινητές Εμπορικές Υπηρεσίες.

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ «Επιστήμη και Τεχνολογία Υπολογιστών» Ανάπτυξη Εφαρμογής Συνεργατικών Συστάσεων Βασισμένη σε Οντολογίες για Κινητές Εμπορικές Υπηρεσίες. Κουτσόπουλος Αθανάσιος ΑΜ: 746 Επιβλέπων: Καθηγητής κ. Γαροφαλάκης Ιωάννης Πάτρα, Σεπτέμβριος 2014

2 2

3 Ανάπτυξη Εφαρμογής Συνεργατικών Συστάσεων Βασισμένη σε Οντολογίες για Κινητές Εμπορικές Υπηρεσίες. Κουτσόπουλος Αθανάσιος Μεταπτυχιακό Δίπλωμα Ειδίκευσης Επιβλέπων: Ιωάννης Γαροφαλάκης, καθηγητής, Πρόεδρος Τμήματος Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Στην Τριμελή Συμβουλευτική Επιτροπή, εκτός από τον επιβλέποντα καθηγητή συμμετείχαν οι: Αθανάσιος Τσακαλίδης, Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής, Πανεπιστήμιο Πατρών Ιωάννης Χατζηλυγερούδης, Αναπληρωτής Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής, Πανεπιστήμιο Πατρών 3

4 4

5 Ευχαριστίες Η παρούσα διπλωματική εργασία είναι αποτέλεσμα προσπάθειας μίας ολόκληρης χρονιάς και θα ήταν αδύνατο να εκπονηθεί χωρίς την βοήθεια κάποιων ανθρώπων τους οποίους και θα ήθελα να ευχαριστήσω. Αρχικά, τον Επιβλέποντα Καθηγητή κ. Ιωάννη Γαροφαλάκη, Πρόεδρο του τμήματος Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής, ο οποίος με τίμησε με την εμπιστοσύνη του και μου έδωσε τη δυνατότητα να ασχοληθώ με το θέμα αυτό και να αποκτήσω πολύτιμες εμπειρίες πάνω στον τομέα των φορητών συσκευών και των εφαρμογών τους. Ιδιαίτερα ευχαριστώ τον Διδάσκοντα Π.Δ. 407/80 κ. Ανδρέα Κομνηνό για την καθοδήγησή του και τις πολύτιμες συμβουλές του κατά την διάρκεια ενασχόλησης μου με την εργασία. Επιπλέον ευχαριστώ θερμά τον παιδικό μου φίλο Χάρη Φυτράκη καθώς χωρίς την τεχνογνωσία του και τις πολύτιμες συμβουλές του δεν θα είχα καταφέρει να υλοποιήσω την εργασία αυτή. Τέλος, να θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένειά μου για την υποστήριξη που μου παρείχαν και που εξακολουθούν να μου παρέχουν σε όλη τη διάρκεια των φοιτητικών μου χρόνων και για τις πολλές θυσίες που έκαναν προκειμένου να φτάσω έως εδώ 5

6 Περίληψη Στις μέρες μας η χρήση των κινητών συσκευών έχει σημειώσει αλματώδη ανάπτυξη και έχει γίνει αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητάς μας. Οι κινητές συσκευές με το πλήθος διαθέσιμων εφαρμογών και δυνατοτήτων που διαθέτουν, καθώς και με τη δυνατότητα πρόσβασης στο Διαδίκτυο, τείνουν να αντικαταστήσουν τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές καθώς και μια πληθώρα άλλων συσκευών. Στην παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία προτείνουμε και υλοποιούμε ένα σύστημα, το οποίο κινείται στα πλαίσια των τεχνολογιών κινητού υπολογισμού και σχεδιάστηκε για να χρησιμοποιείται από τους χρήστες προκειμένου να δέχονται προτάσεις προς επιλογή σχετικά με ταινίες. Το σύστημα αποτελείται από μία κινητή συσκευή η οποία επικοινωνεί με μια οντολογία με χρήση της τεχνολογίας των web services. Όταν ο χρήστης συνδέεται στο λογαριασμό του έχει τη δυνατότητα να πραγματοποιήσει δύο διαδικασίες οι οποίες λειτουργούν με διαφορετικό αλγόριθμο συστάσεων. Στόχος μας είναι να ελέγξουμε κατά πόσο ένα σύστημα συνεργατικών συστάσεων είναι πιο αποδοτικό από ένα σύστημα που λαμβάνει υπόψη το προσωπικό προφίλ ενός χρήστη. Στην παρούσα περίπτωση διαλέξαμε έναν συγκεκριμένο αριθμό ταινιών με παρόμοιο κριτήριο για χρονολογίες από το 2006 έως το Εφαρμόσαμε τον αλγόριθμο συνεργατικής σύστασης για ταινίες από το 2006 έως το 2010 και τον αλγόριθμο που βασίζεται στο προφίλ μόνο του συνδεδεμένου χρήστη για ταινίες από το 2011 έως το 2014 λαμβάνοντας μια αξιολόγηση για το καθένα. 6

7 Summary Nowadays, the use of mobile devices has rapidly developed and has become an integral part of our daily lives. Mobile devices have now a great number of applications and features available, along with the internet accessibility, they tend to replace not only computers but also a variety of other devices. In this master thesis, we propose and implement a system that runs in the context of mobile computing technologies and is designed to be used in order to present to the user all the recommended for him movies. This program consists of a mobile device that communicates with an ontology through a web service. When the user signs in to his account, has the ability to hold two processes each one operating with a different recommendation engine. Our intention is to check whether a collaborative recommendation engine is more efficient than a system which takes into account only the personal profile of a user. In this case study we chose a certain number of films based on a standard for a period of time, from 2006 to We applied the collaborative recommendation engine to movies from 2006 to 2010 and the algorithm based on the profile of the user signed into movies released from 2011 to 2014 taking an assessment for each. 7

8 Περιεχόμενα Πίνακας περιεχομένων Ανάπτυξη Εφαρμογής Συνεργατικών Συστάσεων Βασισμένη σε Οντολογίες για Κινητές Εμπορικές Υπηρεσίες Ανάπτυξη Εφαρμογής Συνεργατικών Συστάσεων Βασισμένη σε Οντολογίες για Κινητές Εμπορικές Υπηρεσίες Ευχαριστίες... 5 Περίληψη... 6 Summary... 7 Περιεχόμενα... 8 Κατάλογος Εικόνων Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή Σκοπός και κίνητρο εργασίας Οργάνωση της εργασίας Κεφάλαιο 2 - Σχετική Έρευνα Συστήματα Συστάσεων Content - Based Filtering Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Collaborative Filtering Πλεονεκτήματα Μειονεκτήματα Demographic Filtering

9 2.5 Economic Filtering Knowledge-Based Filtering Related Use Cases MovieLens Unplugged (MLU) MOBICORS- Movie: A Mobile Contents Recommender System for Movie A Smart Movie Recommendation System Cinemappy Κεφάλαιο 3 - Σημασιολογικός Ιστός Οντολογίες Συστατικά οντολογίας Εργαλεία ανάπτυξης οντολογιών XML RDF (Resource Description Framework) RDF RDF Schema (RDFS) OWL (Ontology Web Language) Κατηγορίες OWL SPARQL (Simple Protocol and RDF Query Language) Κεφάλαιο 4 - Υλοποίηση Εφαρμογής Το πλαίσιο.net Το Visual Studio Η Γλώσσα Προγραμματισμού C# Web Services Τεχνικά Χαρακτηριστικά των Web Services Υπηρεσίες Web Services Η Τεχνολογία SOA (Service Oriented Architecture) Πρωτόκολλο Πρόσβασης Απλού Αντικειμένου (SOAP) Γλώσσα Περιγραφής Υπηρεσιών Διαδικτύου (WSDL) Η βιβλιοθήκη Dotnetrdf Ανασκόπηση Εφαρμογής Σχολιασμός Κώδικα Κεφάλαιο 5 - Μελέτη Περίπτωσης Χρήσης

10 5.1 Παράμετροι Πειράματος Περιγραφή Πειράματος Στάδιο 1- Συλλογή Πληροφοριών Προφίλ Συμμετεχόντων Στάδιο 2- Πείραμα Ανάλυση Αποτελεσμάτων Πειράματος Συμπεράσματα- Βελτιώσεις Συμπεράσματα Μελλοντική εργασία Βιβλιογραφία - Αναφορές Κατάλογος Εικόνων 10

11 Εικόνα 1 - Παράδειγμα συστήματος συστάσεων για άρθρα Εικόνα 2 - Δομή content - based συστήματος Εικόνα 3- Δομή ενός collaborative συστήματος Εικόνα 4 - Item-based Collaborative Filtering Εικόνα 5- παράδειγμα demographic συστήματος Εικόνα 6- Σύστημα Economic Filtering Εικόνα 7- MovieLens Εικόνα 8 - αρχιτεκτονική Mobicors Εικόνα 9- Οθόνες της εφαρμογές Εικόνα 10- αρχιτεκτονική συστήματος Εικόνα 11- διεπαφή εφαρμογής Εικόνα 12- περιβάλλον Protégé Εικόνα 13- Δομή XML Εικόνα 14- Γράφημα RDF Εικόνα 15- Γράφημα RDF Εικόνα 16- Γράφημα με εκφράσεις RDF Εικόνα 17- Παράδειγμα Γράφου RDFS Εικόνα 18- SELECT ερώτημα στη Sparql Εικόνα 19 - Αρχιτεκτονική Εφαρμογής Εικόνα 20 - Πλατφόρμα.net Εικόνα 21- Common Language Runtime Εικόνα 22- Περιβάλλον Visual Studio Εικόνα 23 - Web Service Εικόνα 24- Δομή web service Εικόνα 25- Service Oriented Architecture(SOA) Εικόνα 26- Ροή ενεργειών για τη δημιουργία και εκτέλεση μιας υπηρεσίας Εικόνα 27- ΠαράδειγμαSOA-Composite Service Εικόνα 28 - Διαδικασία SOAP μηνύματος Εικόνα 29- Σύνταξη επικεφαλίδων Content-Type και Content Length Εικόνα 30- Φάκελος SOAP Εικόνα 31- WSDL περιγραφή υπηρεσίας Εικόνα 32- WSDL Ομαδοποίηση Εικόνα 33- Αρχική Οθόνη εφαρμογής Εικόνα 34- οθόνη μετά τη σύνδεση του χρήστη Εικόνα 35- Λίστα ταινιών Εικόνα 36- Περιεχόμενα ταινίας Εικόνα 37- Ερωτηματολόγια με βασικά στοιχεία χρήστη Εικόνα 38- Φόρμα επιλογής ταινιών Εικόνα 39- Επιλογή χρηστών για το πως βλέπουν τανίες Εικόνα 40- Αγαπημένο Είδος Ταινιών Εικόνα 41- Μέσος όρος αξιολόγησης Εικόνα 42- Τυπική απόκλιση αξιολόγησης

12 Εικόνα 43- Σύγκριση χρόνων επιλογής ανά χρήστη Εικόνα 44- Τυπική Απόκλιση χρόνων επιλογής Εικόνα 45- ποιοτική αξιολόγηση Κεφάλαιο 1 - Εισαγωγή Σκοπός και κίνητρο εργασίας Οι φορητές συσκευές και κυρίως τα κινητά τηλέφωνα έχουν διαδραματίσει σπουδαίο ρόλο στην διαμόρφωση της καθημερινότητας τα τελευταία χρόνια. Η βελτιστοποίηση των συσκευών αυτών καθώς και η εύκολη και γρήγορη πρόσβασή τους στο διαδίκτυο τα έχουν μετατρέψει σε υπολογιστές μικρού μεγέθους με απεριόριστες δυνατότητες. Όσο εξελίσσεται η τεχνολογία των φορητών συσκευών τόσο αυξάνονται και οι απαιτήσεις των χρηστών οι οποίοι τα χρησιμοποιούν όλο και περισσότερο. Το κίνητρο συγγραφής της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας και υλοποίησης του προτεινόμενου συστήματος είναι η ανάγκη που έχουν οι χρήστες για ευκολότερη και ταχύτερη και διαρκώς πιο αποδοτική λήψη δεδομένων που θα τους διευκολύνει σε καθημερινές αποφάσεις. Εξαιτίας της υπερ πληροφόρησης οι χρήστες λαμβάνουν καθημερινά μεγάλο όγκο πληροφορίας που καθιστά δύσκολη την αλληλεπίδραση τους με την τεχνολογία [20]. Όταν θέλουμε να δούμε - νοικιάσουμε μία ταινία συνήθως βασιζόμαστε στις κριτικές που έχουμε ακούσει και την αναζητούμαι με κριτήρια όπως τους ηθοποιούς που συμμετέχουν, το σκηνοθέτη ή το είδος. Με το μηχανισμό που υλοποιείται στην παρούσα εργασία γίνονται συστάσεις στο χρήστη για ταινίες που δεν έχει δει οι οποίες είναι δημοφιλής σε άλλους χρήστες με παρόμοιο γούστο με αυτόν. Ο χρήστης δέχεται τις συστάσεις σχετικά με τις ταινίες που τον ενδιαφέρουν στη κινητή συσκευή του (smartphone). Τόσο τα smartphones όσο και τα tablets έχουν 12

13 γίνει αναπόσπαστο κομμάτι της καθημερινότητας για έναν σύγχρονο άνθρωπο. Με τη χρήση της κινητής συσκευής και την ευρεία διαθεσιμότητα του internet είτε μέσω wifi είτε με χρήση 3G - 4G μπορεί οποιοσδήποτε να είναι διαρκώς συνδεδεμένος και να αναζητά οποτεδήποτε επιθυμεί, πληροφορίες. Με τη δημιουργία λοιπόν ενός συστήματος συστάσεων για ταινίες με τη μορφή εφαρμογής για κινητές συσκευές μπορεί ο χρήστης να ελέγχει τις προτεινόμενες ταινίες που του δίνονται καθώς κατευθύνεται σε ένα video club προκειμένου να νοικιάσει μια ταινία. Επιπλέον θα μπορεί να δέχεται προτάσεις σχετικά με καινούργιες ταινίες που κυκλοφόρησαν πρόσφατα και επιλέχθηκαν από άτομα με κοινό γούστο. Ο έλεγχος αυτός θα ήταν δυνατός ακόμα και όταν βρίσκεται στην ουρά για το ταμείο στον κινηματογράφο. Οργάνωση της εργασίας Η παρούσα διπλωματική εργασία διαρθρώνεται ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στο θέμα της διπλωματικής εργασίας, όπου περιγράφεται το αντικείμενο απασχόλησης μας καθώς και ο σκοπός και τα κίνητρα που μας οδήγησαν στην συγγραφή και υλοποίηση της. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά σε σχετική βιβλιογραφία και σε προηγούμενες εργασίες που αφορούν τον τομέα των συστημάτων σύστασης. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην επιστήμη του σημασιολογικού ιστού. Ορίζονται κάποιες βασικές έννοιες αυτού του συγκεκριμένου κλάδου της πληροφορικής. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν για την υλοποίηση του συστήματος. Γίνεται παράθεση της αρχιτεκτονικής των τεχνολογιών υλοποίησης και ανάλυση κάποιων τμημάτων του κώδικα της εφαρμογής. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στην περιγραφή του πειράματος και των παραμέτρων που χρησιμοποιήσαμε, όπως επίσης στατιστική ανάλυση των δεδομένων που λάβαμε από τους χρήστες που συμμετείχαν σε αυτό. Κλείνοντας, αναφέρουμε τα συμπεράσματά μας για την χρησιμότητα της εφαρμογής, προτάσεις για περεταίρω ανάπτυξή της και ακολουθούν τα ερωτηματολόγια που χρησιμοποιήσαμε στο πείραμα που διεξήγαμε καθώς και αποτελέσματα που συλλέξαμε από τη διαδικασία του πειράματος. Κεφάλαιο 2 - Σχετική Έρευνα 13

14 2.1 Συστήματα Συστάσεων Τα τελευταία χρόνια τα online συστήματα συστάσεων συνήθως χρησιμοποιούνται είτε για να προβλέψουν αν ένας χρήστης ενδιαφέρεται για κάποιο συγκεκριμένο αντικείμενο, είτε για να προσδιορίσουν μια ομάδα Ν αντικειμένων τα οποία ενδεχομένως να ενδιαφέρουν έναν χρήστη. Παραδείγματα αυτών των εφαρμογών είναι τα διαδικτυακά καταστήματα και τα διαδικτυακά μουσικά δισκοπωλεία. Από τα γνωστότερα online καταστήματα είναι τα: Recommender, Firefly, Ripper και το Ringo. Τα συστήματα συστάσεων λειτουργούν έτσι ώστε να προτείνουν και επιπλέον να παρέχουν πληροφορία στους χρήστες τους προκειμένου οι τελευταίοι να κάνουν ευκολότερα τις αγορές τους. Για την πραγματοποίηση των αγορών αυτών τα αντικείμενα προς πώληση είναι ταξινομημένα με διάφορους τρόπους ανάλογα με την προηγούμενη διαδικτυακή συμπεριφορά του χρήστη ή με βάση τα προσωπικά χαρακτηριστικά του. Εικόνα 1 - Παράδειγμα συστήματος συστάσεων για άρθρα 2.2 Content - Based Filtering Τεχνικές οι οποίες αντιμετωπίζουν την υπερφόρτωση πληροφορίας συχνά, χρησιμοποιούν το content - based φιλτράρισμα ή αλλιώς cognitive filtering [1]. Το φιλτράρισμα αυτό βασίζεται στον ακριβή προσδιορισμό των χαρακτηριστικών του περιεχομένου των αντικειμένων και οποιαδήποτε πληροφορίας έτσι ώστε να ταιριάζει το κάθε αντικείμενο με πιθανούς μελλοντικούς χρήστες του συστήματος. Σύμφωνα με αυτή την τεχνική συστήνονται αντικείμενα τα οποία ταιριάζουν με τα αντικείμενα για τα οποία ενδιαφέρεται κάποια συγκεκριμένη ομάδα χρηστών. Αυτή η τεχνική φιλτραρίσματος χρησιμοποιεί ταξινομητές ή μεθόδους όπως αυτή του κοντινότερου γείτονα (Κ- nearest neighbor). Όσον αφορά τους ταξινομητές κάθε χρήστης 14

15 σχετίζεται με έναν από αυτούς και έτσι δημιουργείται το προφίλ του. Ο εκάστοτε ταξινομητής δέχεται σαν είσοδο κάποιο αντικείμενο και στη συνέχεια συμπεραίνει με βάση τα περιεχόμενα του αν κάποιος χρήστης μπορεί να ενδιαφέρεται για αυτό [4]. Τεχνικές που χρησιμοποιούν σήμερα ταξινομητές είναι τα Νευρωνικά δίκτυα, τα δέντρα απόφασης καθώς και τα Μπευσιανά Δίκτυα (Bayesian Networks). Σε αντίθεση με τους ταξινομητές η τεχνική φιλτραρίσματος η οποία βασίζεται στην μέθοδο του κοντινότερου γείτονα λειτουργεί ως εξής: Αρχικά αποθηκεύει στο προφίλ του χρήστη όλα τα αντικείμενα τα οποία θεωρεί ενδιαφέροντα για αυτόν. Στη συνέχεια για να καθορίσει αν ένα αντικέιμενο μπορεί να ενδιαφέρει τον χρήστη στο μέλλον ελέγχει το περιεχόμενο των αντικειμένων τα οποία είναι αποθηκευμένα στο προφίλ του χρήστη. Αν το περιεχόμενο κάποιου αντικειμένου στο προφίλ του χρήστη είναι παρόμοιο ή κοντά στο περιεχόμενο του αντικειμένου που θέλουμε να εξετάσουμε, τότε το κατατάσσουμε ως ενδιαφέρον για τον χρήστη [5] Πλεονεκτήματα Εικόνα 2 - Δομή content - based συστήματος Τα κύρια πλεονεκτήματα του content-based συστήματος είναι πρώτον ότι το περιεχόμενο των αντικειμένων είναι γνωστό και έτσι ο χρήστης μπορεί πλήρως να κατανοήσει γιατί τα αντικείμενα αυτά επιλέχθηκαν για αυτόν [5]. Επιπλέον, πλεονέκτημα είναι ότι οι τεχνικές φιλτραρίσματος επηρεάζονται λιγότερο από το cold-start problem, το οποίο είναι το κυριότερο μειονέκτημα του collaborative filtering. 15

16 2.2.2 Μειονεκτήματα Η συγκεκριμένη μέθοδος φιλτραρίσματος παρουσιάζει ωστόσο και ορισμένα μειονεκτήματα. Αρχικά μειονέκτημα αποτελεί η λάθος επιλογή κριτηρίων για τον χρήστη. Για παράδειγμα η επιλογή μπορεί να βασιστεί στη τιμή ενός προϊόντος ενώ ο χρήστης θεωρεί πιο σημαντική την ποιότητα του προϊόντος αυτού. Ένα άλλο μειονέκτημα που παρουσιάζει η μέθοδος αυτή είναι ότι προτείνει στον χρήστη προϊόντα τα οποία έχει δει ενώ πολλές φορές ο χρήστης ενδιαφέρεται για κάτι διαφορετικό (over specialization problem) [6]. Επίσης στο content based filtering τα αντικείμενα αναπαρίστανται σε τέτοια μορφή έτσι ώστε η σημασιολογία των διαφόρων χαρακτηριστικών να μην μπορεί να κατηγοριοποιηθεί εύκολα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα χαρακτηριστικά αυτά να πρέπει να ομαδοποιηθούν χειροκίνητα [7][8]. Τέλος, παρατηρείται πολλές φορές ανακρίβεια των συστάσεων για χρήστες που έχουν λίγες προτιμήσεις έως τώρα και έτσι δεν μπορούν να συλλέγουν τα κατάλληλα χαρακτηριστικά από τα αντικείμενα που ήδη βρίσκονται στο προφίλ τους. 2.3 Collaborative Filtering Το collaborative filtering ή αλλιώς social filtering είναι ευρέως γνωστό για τη χρήση του σε διαδεδομένα e-commerce sites όπως το Amazon.com το IMDB.com ή το Netfix.com. Ένα σύστημα σαν τα παραπάνω κάνει συστάσεις στους χρήστες του βασιζόμενο στη γνώμη και στις προτιμήσεις άλλων χρηστών με παρόμοια γούστα και ενδιαφέροντα [9] Πλεονεκτήματα Σε σχέση με άλλες τεχνικές φιλτραρίσματος έχει τρία σημαντικά πλεονεκτήματα. Πρώτον, δέχεται ως είσοδο αντικειμενικές πληροφορίες για το εκάστοτε αντικείμενοπροιόν, βασίζεται στα χαρακτηριστικά του αντικειμένου όπως το στυλ, η ποιότητα κτλ πετυχαίνοντας έτσι καλύτερη ποιότητα συστάσεων [5]. Δεύτερον, λαμβάνοντας υπόψη τα ενδιαφέροντα άλλων χρηστών με τις ίδιες προτιμήσεις προτείνει μεγαλύτερη ποικιλία αντικειμένων τα οποία μπορεί να μην είναι ήδη γνωστά στον χρήστη [5]. Τρίτον, λειτουργεί πολύ καλά για αντικείμενα με περίπλοκο περιεχόμενο και χαρακτηριστικά όπως η μουσική και οι ταινίες [10]. Τα πιο διαδεδομένα collaborative συστήματα αποφάσεων είναι τα Tapestry και Grouplens. 16

17 Εικόνα 3- Δομή ενός collaborative συστήματος Μειονεκτήματα Το πρώτο και κύριο μειονέκτημα τους είναι ότι επηρεάζονται πολύ από το cold-start problem, το οποίο χωρίζεται σε δύο υποκατηγορίες: την new system cold-start problem και τη new-user cold-start problem. Στην πρώτη υποκατηγορία το πρόβλημα υφίσταται όταν κάποιο καινούργιο σύστημα έχει λίγα προφίλ χρηστών με αποτέλεσμα να μην μπορεί να αναλύσει χρήστες με παρόμοιες προτιμήσεις έτσι ώστε να κάνει μια ακριβή σύσταση σε κάποιον άλλο χρήστη. Στην δεύτερη υποκατηγορία το πρόβλημα υφίσταται όταν κάποιος καινούργιος χρήστης εισέρχεται στο σύστημα. Ο χρήστης αυτός έχει λίγες προτιμήσεις και έτσι δεν μπορεί να αξιολογηθεί κατάλληλα ώστε το σύστημα να μπορέσει να του κάνει κάποια σύσταση [11]. Ένα άλλο μειονέκτημα των συστημάτων που χρησιμοποιούν collaborative filtering είναι το "early-rater problem". Σε αυτό το πρόβλημα αν κάποιο αντικείμενο εισαχθεί στο σύστημα δεν μπορεί να προταθεί σε κάποιον χρήστη αν κάποιος άλλος χρήστης πρώτα το αξιολογήσει και το θεωρήσει ενδιαφέρον ή όχι. Επιπλέον μειονέκτημα αποτελεί το "sparsity problem" όπου προκύπτει όταν υπάρχουν πολλά αντικείμενα που δεν βρίσκονται στο προφίλ κάποιων χρηστών με συνέπεια να μην μπορούν να προταθούν στη συνέχεια. Τέλος, "το scalability problem" αποτελεί κύριο πρόβλημα των συστημάτων collaborative filtering. Για να έχουμε σωστές και απόλυτα ακριβείς συστάσεις στο σύστημα απαιτείται μεγάλος αριθμός χρηστών αλλά και αντικειμένων στα προφίλ των χρηστών. 17

18 Item-Based Collaborative Filtering Για την αποφυγή προβλημάτων όπως το scalability και το sparsity στα collaborative filtering συστήματα αποφάσεων δημιουργήθηκε ένα νέο μοντέλο συστήματος, το "item-based collaborative filtering" [12][13][14]. Το σύστημα αυτό ερευνά τα αντικείμενα που κάποιος χρήστης έχει αξιολογήσει και εξετάζει την ομοιότητα των αντικειμένων αυτών με αντικείμενα που δεν έχει αξιολογήσει κανένας χρήστης στη δεδομένη στιγμή. Στην ουσία το σύστημα αυτό καθορίζει αν δύο αντικείμενα είναι παρόμοια το ένα με το άλλο με βάση παρόμοιους βαθμούς αξιολόγησης. Μια παραλλαγή του συστήματος αυτού βασίζεται όχι στις ομοιότητες των αντικειμένων αλλά στις διαφορές μεταξύ τους σε συνδυασμό με το rating. Για παράδειγμα αν έχουμε δύο αντικείμενα Α και Β το σύστημα αυτό εξετάζει πιο από τα δύο αντικείμενα έχει υψηλότερο rating. Αν υψηλότερο rating έχει το Α τότε οι χρήστες του συστήματος που έχουν δηλώσει ενδιαφέρον για το Β πιθανόν να ενδιαφέρονται επίσης για το Α. Εικόνα 4 - Item-based Collaborative Filtering Ο κύριος λόγος που δημιουργήθηκε το σύστημα αυτό είναι η αποφυγή προβλημάτων όπως του scalability και του sparsity. Αυτό στη πράξη συμβαίνει γιατί υπάρχουν περισσότερα αντικείμενα που αξιολογούνται από πολλούς χρήστες παρότι χρήστες που αξιολογούν πολλά αντικείμενα. Επιπλέον η σχέση μεταξύ των αντικειμένων θεωρείται ως στατική σε αντίθεση με το πέρασμα του χρόνου, γεγονός που βοηθάει στην σύγκριση των αντικειμένων offline χωρίς τη συμμετοχή χρηστών. 18

19 2.4 Demographic Filtering Τα συστήματα αποφάσεων τα οποία στηρίζονται στο δημογραφικό φιλτράρισμα χρησιμοποιούν ως βάση τους τα διάφορα δημογραφικά χαρακτηριστικά των χρηστών όπως πχ η ηλικία, το επάγγελμα, η χώρα ως παράγοντες σύστασης των αποφάσεων. (εικόνα 5) Στις μέρες μας δεν υπάρχουν πολλά συστήματα αποφάσεων τα οποία χρησιμοποιούν τη μέθοδο του demographic filtering για το λόγω ότι τέτοιου είδους πληροφορία είναι δύσκολο να συλλεχθεί. Ο κάθε χρήστης είναι επιφυλακτικός στο να μοιραστεί πληροφορίες όπως το τηλέφωνο του ή η διεύθυνση κατοικίας του σε ένα τέτοιο σύστημα και στο διαδίκτυο γενικότερα. Παρόλα αυτά υπάρχουν διάφορα εμπορικά συστήματα τα οποία χρησιμοποιούν τις πιστωτικές κάρτες των χρηστών για παραγγελίες στο διαδίκτυο τα οποία ξεπερνούν το παραπάνω πρόβλημα. Εικόνα 5- παράδειγμα demographic συστήματος 19

20 Ένα κύριο πρόβλημα του συστήματος είναι η αναξιοπιστία των συστάσεων οι οποίες βασίζονται μόνο στα δημογραφικά χαρακτηριστικά του κάθε χρήστη τα οποία δεν μπορούν να αναλύσουν ακριβώς τα ενδιαφέροντα του. Επιπλέον στο σύστημα αυτό υπάρχει η αδυναμία ελέγχου των αλλαγών προτιμήσεων των χρηστών με το πέρασμα του χρόνου. Με άλλα λόγια ο χρήστης δεσμεύεται με τις αρχικές του προτιμήσεις λόγω της στατικότητας των μεταβλητών με βάση των οποίων το σύστημα κάνει συστάσεις. 2.5 Economic Filtering Αυτού του είδους τα φίλτρα σε ένα σύστημα συστάσεων ειδικεύονται στο φιλτράρισμα πληροφορίας μεταξύ δύο χρηστών οι οποίοι επικοινωνούν μεταξύ τους. Τα συστήματα που χρησιμοποιούν τα φίλτρα αυτά εισάγουν την έννοια του κόστους ανάλογα με το μέγεθος της σύστασης υποθέτοντας ότι ο ένας χρήστης συστήνει κάποιο αντικείμενο σε κάποιον άλλο. Η τεχνική αυτή δεν εφαρμόζεται συχνά για το λόγο ότι οι χρήστες πρέπει να αποκτούν κίνητρα για να κάνουν μόνοι τους συστάσεις και όχι να αποτρέπονται από αυτές. Κίνητρα για την μορφή των συστάσεων αυτών μεταξύ των χρηστών μπορεί να είναι κάποια μορφή αμοιβής για παράδειγμα ένα είδος ηλεκτρονικού χρήματος για πληρωμή και επιβράβευση όπως χρησιμοποιεί το σύστημα Knowledge Pump το οποίο καλεί την αμοιβή αυτή "chit" [15] Εικόνα 6- Σύστημα Economic Filtering 20

21 2.6 Knowledge-Based Filtering Τα συστήματα αυτά χρησιμοποιούν την εκ των προτέρων γνώση στο "πάντρεμα" των αντικειμένων που συστήνονται με τις ανάγκες του κάθε χρήστη. Το κύριο πλεονέκτημα των συστημάτων αυτών είναι η αποφυγή του προβλήματος εκκίνησης bootstrapping problem Στα συστήματα αυτά δεν χρειάζεται κάποιος χρόνος μάθησης των αντικειμένων προκειμένου να γίνει μια καλή και αξιόπιστη σύσταση αφού τα αντικείμενα αξιολογούνται πριν εισαχθούν στο σύστημα. Κύριο μειονέκτημα των συστημάτων αυτών είναι η αδυναμία δημιουργίας μη τυποποιημένων συστάσεων οι οποίες δεν προσαρμόζονται κατάλληλα στον κάθε χρήστη ξεχωριστά 2.7 Related Use Cases MovieLens Unplugged (MLU) To MovieLens [19] χρησιμοποιεί μια τεχνολογία που ονομάζεται συνεργατικό φιλτράρισμα [16][17] για τη δημιουργία συστάσεων για ταινίες. Λειτουργεί ομαδοποιώντας χρήστες με παρόμοιες απόψεις σχετικά με ταινίες. Κάθε μέλος του συστήματος έχει μια «γειτονιά» από άλλους ομοϊδεάτες του χρήστες. οι βαθμολογίες από τους γείτονες χρησιμοποιούνται για να δημιουργήσουν εξατομικευμένες συστάσεις για τον χρήστη-στόχο [18]. To MovieLens Unplugged είναι μια εφαρμογή συστάσεων που αφορά ταινίες για φορητές συσκευές και πιο συγκεκριμένα για PDA τα οποία συνδέονται περιστασιακά στο διαδίκτυο. Στόχος της ανάπτυξης της εφαρμογής για φορητή συσκευή ήταν η μελέτη των διεπαφών προκειμένου οι συσκευές να γίνουν όσο το δυνατό πιο εύχρηστες. Για το σχετικό πείραμα της εφαρμογής εξετάστηκαν δύο σενάρια, ένα που αφορούσε ταινίες που παίζονται στους κινηματογράφους και ένα που αφορούσε ταινίες σε DVD που ο χρήστης επιθυμούσε να νοικιάσει - αγοράσει. Επίσης οι χρήστες είχαν τη δυνατότητα να χρησιμοποιήσουν και την desktop έκδοση της εφαρμογής. 21

22 Εικόνα 7- MovieLens Τα συμπεράσματα της εν λόγω έρευνας έδειξαν ότι οι χρήστες έμειναν ικανοποιημένη από το μηχανισμό συστάσεων καθώς είχε θετικά αποτελέσματα, ωστόσο η αδυναμία μη συνεχόμενης πρόσβασης στο διαδίκτυο είχε σαν αποτέλεσμα την περιορισμένη πληροφόρηση σχετικά με τις συστάσεις MOBICORS- Movie: A Mobile Contents Recommender System for Movie Το Mobicors σχεδιάστηκε για να μειώσει τις προσπάθειες των χρηστών στην αναζήτηση επιθυμητών ταινιών σε φορητές συσκευές. Το Mobicors αποτελείται από τρεις παράγοντες. Το συνεργατικό φιλτράρισμα (collaborating filtering), την αναζήτηση βάση του περιεχομένου (Content-Based information Retrieval) και της ανατροφοδότησης συνάφειας (relevance feedback). Αυτοί οι παράγοντες συνεργάζονται μεταξύ τους για να υποστηρίξουν έναν χρήστη στην εξεύρεση μιας επιθυμητής ταινίας δημιουργώντας εξατομικευμένες συστάσεις [21]. Όταν ο χρήστης συνδέεται στο σύστημα μέσω του κινητού του εμφανίζεται μια λίστα με τις best seller ταινίες ή μία λίστα με περιεχόμενο πολυμέσων από τις πιο πρόσφατες κυκλοφορίες. Ο χρήστης επιλέγει μια καταχώρηση και ελέγχει το περιεχόμενο της. Αν του αρέσει πραγματοποιεί αγορά αλλιώς επαναλαμβάνει τη διαδικασία είτε μέχρι να βρει κάτι ενδιαφέρον ή να εγκαταλείψει τη προσπάθεια. 22

23 Εικόνα 8 - αρχιτεκτονική Mobicors Για την επαλήθευση της απόδοσης της εφαρμογής πραγματοποιήθηκε ένα πείραμα. Τα αποτελέσματα του πειράματος έδειξαν πως μειώνεται σημαντικά η προσπάθεια αναζήτησης του χρήστη και πως μπορεί να είναι μια ρεαλιστική λύση για τη σύσταση ταινιών σε κινητό περιβάλλον[22] A Smart Movie Recommendation System Πρόκειται για ένα σύστημα σύστασης ταινιών που βασίζεται στη συσχέτιση των κατηγοριών των ταινιών[23] και υλοποιήθηκε σαν εφαρμογή σε φορητή συσκευή Android. Ο χρήστης εισάγει το αγαπημένο του είδος στο σύστημα χειροκίνητα και το σύστημα υπολογίζει τα προτεινόμενα σημεία. Επιπλέον το σύστημα χρησιμοποίει σαν είσοδο λίστες ταινιών από τις οποίες προμηθεύεται τα είδη των ταινιών και κατ' επέκταση τις προτιμήσεις των χρηστών. Υποτίθεται πως οι χρήστες θα προτιμούσαν τα εμφανιζόμενα είδη σε σχέση με άλλα. Επιπλέον υπολογίζεται ο αριθμός εμφάνισης κάθε είδους και τοποθετείται ένα αντίστοιχο βάρος. Η εφαρμογή ανακτά πληροφορίες για την ταινία από διάσημες ιστοσελίδες με τη χρήση API. Τέλος, με τη χρήση του google search παρέχεται υπηρεσία με τις ώρες προβολής των ταινιών στους χρήστες[24]. Οι χρήστες μπορούν να γνωρίζουν ακριβώς σε ποιον κινηματογράφο παίζονται οι ταινίες καθώς αξιοποιείται το στίγμα του GPS που διαθέτει η συσκευή. 23

24 Εικόνα 9- Οθόνες της εφαρμογές η διεπαφή της εφαρμογής, αριστερά φαίνεται η λίστα με τις ταινίες. Στο κέντρο το αποτέλεσμα των συστάσεων. Αριστερά εμφανίζεται η λίστα με τις ταινίες που παίζονται τώρα στους κινηματόγραφους[] Cinemappy Το Cinemappy είναι μια εφαρμογή για κινητές συσκευές που υλοποίει έναν μηχανισμό συστάσεων βασισμένο στο περιεχόμενο [26]. Ο σκοπός του είναι να προτείνει ταινίες και κινηματογ ραφους στους χρήστες με βάση το προφίλ τους και την τρέχουσα θέση τους. (τόσο χωρικά όσο και χρονικά). Το τμήμα του contextaware συστήματος υλοποιείται με την υιοθέτηση των προσεγγίσεων PreF και PoF. Για την ανάκτηση όλων των δεδομένων που για να αξιολογηθούν τα γεωγραφικά κριτήρια αξιοποιούνται πληροφορίες από άλλες ελεύθερες διαθέσιμες πηγές όπως το google places και το Trovacinema. Επιπλέον, το Content-Based μέρος του μηχανισμού συστάσεων εκμεταλλεύεται τη δομή του DBgraph για να υπολογίσει ομοιότητες στοιχείων. 24

25 Εικόνα 10- αρχιτεκτονική συστήματος Το cinemappy έχει εφαρμοστεί σαν μια εφαρμογή για συσκευές Android. όταν ο χρήστης τη χρησιμοποιεί του εμφανίζεται μια λίστα με ταινίες σύμφωνα με το τρέχον περιεχόμενο στο προφίλ του, με χρήση οντολογιών[27]. Η εφαρμογή είναι σε θέση να προτείνει ταινίες που βασίζονται αποκλειστικά σε συναφείς πληροφορίες. Για κάθε ταινία στη λίστα εμφανίζονται το είδος και η απόσταση της τοποθεσίας του χρήστη από έναν προτεινόμενο κινηματογράφο. Επιλέγοντας μια ταινία ο χρήστης έχει δυνατότητα να δει περισσότερες πληροφορίες όπως το trailer και να εκφράσει το αν θα την έβλεπε ή όχι. Επιπροσθέτως, ο χρήστης μπορεί να λάβει πληροφορίες σχετικά με κοντινούς κινηματόγραφους στους οποίους προβάλλεται η ταινία που επιθυμεί με βάση τη τοποθεσία του. Τέλος σύμφωνα με την τοποθεσία του κινηματόγραφου προβάλλονται πληροφορίες και για άλλα κοντινά σημεία ενδιαφέροντος. Εικόνα 11- διεπαφή εφαρμογής 25

26 Κεφάλαιο 3 - Σημασιολογικός Ιστός Η διαδικασία αναζήτησης αποτελεί μεγάλο μέρος της αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός χρήστη και του παγκόσμιου ιστού. Η διαδικασία αυτή είναι αρκετά επίπονη καθώς το περιεχόμενο του παγκόσμιου ιστού δεν είναι προσανατολισμένο σε εφαρμογές αλλά προορίζεται μόνο για τον άνθρωπο. Αν και υπάρχουν αρκετές εφαρμογές για επεξεργασία κειμένου η νοηματική ερμηνεία και η κατανόηση μιας πρότασης είναι ιδιαίτερα περιορισμένη. Το πρόβλημα της κατανόησης του κειμένου προϋποθέτει την ανάπτυξη πολύ εξειδικευμένων τεχνικών τεχνητής νοημοσύνης και ανάλυσης της φυσικής γλώσσας. Προς την κατεύθυνση αυτή, έχουν γίνει κάποια βήματα ωστόσο προς το παρών η επιλογή φαίνεται μη ρεαλιστική. Έτσι υιοθετείται μια προσέγγιση επίλυσης του προβλήματος που αντί για την κατανόηση του καθεαυτού κειμένου από τις εφαρμογές στηρίζεται στον εμπλουτισμό των εγγράφων με στοιχεία τα οποία να είναι κατανοητά από τις εφαρμογές. Αυτή η προσέγγιση είναι γνωστή ως η πρωτοβουλία για το σημασιολογικό ιστό. Ο σημασιολογικός ιστός δεν αναμένεται να αποτελέσει ένα διαφορετικό ιστό από το σημερινό αλλά απλά μια εξέλιξη του. Σύμφωνα με τον Tim Berners Lee[28], εμπνευστή του παγκόσμιου ιστού το 1989 και στη συνέχεια ιδρυτή του W3C (World Wide Web Consortium, κοινοπραξίας για τον παγκόσμιο ιστό), ο σημασιολογικός ιστός (Semantic Web) θα φέρει δομή στο νοηματικό περιεχόμενο των σελίδων του υπάρχοντος ιστού (Syntactic Web), δημιουργώντας ένα περιβάλλον όπου εξειδικευμένα προγράμματα θα εκτελούν πολύπλοκες διεργασίες για τους χρήστες τους με αυτόματη περιαγωγή από ιστοσελίδα σε ιστοσελίδα και συλλογή των απαραίτητων πληροφοριών. Τα ειδικευμένα αυτά προγράμματα δε θα απαιτείται να έχουν τεχνητή νοημοσύνη μεγάλης κλίμακας. Ο σημασιολογικός ιστός δεν είναι ένας ξεχωριστός ιστός αλλά αποτελεί την επέκταση του ήδη υπάρχοντος ιστού, με έναν τρόπο όπου η πληροφορία θα είναι πιο καθορισμένη νοηματικά, επιτρέποντας σε ανθρώπους και υπολογιστές να δουλεύουν παράλληλα και να συνεργάζονται. Ο σημερινός ιστός έχει αναπτυχθεί ταχύτατα ως συλλογή αυτόνομων εγγράφων που απευθύνονται σε ανθρώπους και όχι με τη μορφή πληροφοριών και δεδομένων που επιτρέπουν την αυτόματη επεξεργασία. Επιπλέον έχει ως στόχο τη διόρθωση αυτής της εξέλιξης. Η αναζήτηση λέξεων κλειδιών πραγματοποιείται με τη βοήθεια των μηχανών αναζήτησης και η επεξεργασία τους από τον άνθρωπο χρήστη, θα αντικατασταθεί από την απάντηση σύνθετων ερωτημάτων από προγράμματα αντιπροσώπους agents σε μια μορφή πιο φιλική προς το χρήστη. Η απάντηση των ερωτημάτων θα βασίζεται στην ανάκτηση δεδομένων από πολλαπλές πηγές, στην αξιολόγηση της αξιοπιστίας τους και τη σύνθεση των πληροφοριών. Θα πρέπει να σημειωθεί εδώ ότι τα προγράμματα αντιπρόσωποι δε θα αντικαταστήσουν τον άνθρωπο στο σημασιολογικό ιστό ούτε θα λαμβάνουν αποφάσεις αντί για εκείνον. Ο 26

27 ρόλος τους θα είναι να συλλέγουν και να οργανώνουν την πληροφορία και να παρουσιάζουν στον άνθρωπο δυνατότητες επιλογής. 3.1 Οντολογίες Οι οντολογίες αποτελούν το δομικό στοιχείο του Σημασιολογικού Ιστού[29] [30]. Με τον όρο οντολογία εννοούμε την ακριβή περιγραφή πραγμάτων και εννοιών καθώς και των σχέσεων που υπάρχουν ανάμεσα τους. Ο πιο γνωστός ορισμός για την οντολογία, στην επιστήμη των υπολογιστών, πάνω στον οποίο στηρίχτηκαν και άλλοι ορισμοί, δόθηκε από τον Gruber [31][32]και είναι ο ακόλουθος: «An ontology is a formal, explicit specification of a conceptualization.» Στον ορισμό αυτό ο όρος conceptualization αναφέρεται σε ένα αφηρημένο μοντέλο κάποιου φαινομένου στον κόσμο. Μια οντολογία είναι ο προσδιορισμός των χαρακτηριστικών (specification) ενός τέτοιου μοντέλου, γιατί δεν αποτελεί την τελική μορφή αναπαράστασης που θα ενσωματωθεί σε ένα σύστημα λογισμικού, αλλά ένα πιο αφηρημένο μοντέλο που χρησιμοποιείται στα πρώτα στάδια της διαδικασίας ανάπτυξης λογισμικού και διατηρείται ανεξάρτητα από το ίδιο το λογισμικό. Η οντολογία είναι ακόμα, ξεκάθαρα σαφής (explicit), καθώς οι έννοιες που χρησιμοποιούνται και οι περιορισμοί στη χρήση τους ορίζονται ξεκάθαρα και με σαφήνεια αντί να ορίζονται έμμεσα στο λογισμικό. Τέλος, μια οντολογία είναι τυπική (formal) γιατί πρέπει να μπορεί να διαβαστεί από μηχανές. Ο ορισμός της οντολογίας που δίνει το W3C είναι ο εξής: «Μία οντολογία ορίζει τους όρους που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν και να αναπαραστήσουν μια περιοχή γνώσης». Αναλύοντας τον παραπάνω ορισμό καταλήγουμε στα παρακάτω συμπεράσματα. Μια οντολογία δε μπορεί να αναπαραστήσει όλη τη γνώση, αλλά ένα συγκεκριμένο τομέα γνώσης (domain specific). Ένας τομέας είναι μια συγκεκριμένη θεματική περιοχή ή μια σφαίρα γνώσης όπως π.χ. ιατρική, εκπαίδευση κ.τ.λ. Μια οντολογία περιέχει όρους και τις σχέσεις μεταξύ τους. Οι όροι καλούνται και κλάσεις (classes) ή έννοιες (concepts) εναλλακτικά. Οι σχέσεις μεταξύ των κλάσεων δηλώνονται χρησιμοποιώντας ιεραρχική δομή. Οι υπερκλάσεις καλύπτουν υψηλότερου επιπέδου έννοιες, ενώ οι υποκλάσεις πιο εξειδικευμένες έννοιες οι οποίες όμως κληρονομούν όλα τα χαρακτηριστικά αυτών των υπερκλάσεων. Μια οντολογία περιέχει ιδιότητες (properties) που περιγράφουν τα χαρακτηριστικά των εννοιών και συσχετίζουν διαφορετικές κλάσεις μεταξύ τους. Συνεπώς, οι σχέσεις μεταξύ των κλάσεων δεν είναι αποκλειστικά αυτές της υπερκλάσης και της υποκλάσης, αλλά και σχέσεις που εκφράζονται από τις ιδιότητες. Η οντολογία καθορίζει τον τύπο των τιμών των ιδιοτήτων. 27

28 Μια οντολογία είναι μια κατανοητή από μηχανές αναπαράσταση της ορολογίας μιας θεματικής περιοχής και των σχέσεων μεταξύ των όρων που ανήκουν στην περιοχή αυτή. Το κίνητρο για την ανάπτυξη, εφαρμογή και διάδοση των οντολογιών είναι η καταγραφή γνώσης με έναν ξεκάθαρο και διακριτό τρόπο, δυνατό για επεξεργασία και ανάγνωση τόσο από ανθρώπους όσο και από μηχανές. Βασικός σκοπός της οντολογίας είναι να κωδικοποιεί ένα συγκεκριμένο πεδίο (domain) γνώσης, με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι κατανοητό από μηχανές. Οι τεχνολογίες που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή υπολογιστικών συστημάτων αλλάζουν συχνά, σε αντίθεση με την αναπαράσταση μιας θεματικής ενότητας με τη μορφή μιας οντολογίας, η οποία είναι αρκετά πιο ανεπηρέαστη στις τεχνολογικές εξελίξεις και πιο ελεύθερη από περιορισμούς υλοποίησης των διάφορων εφαρμογών. Συνεπώς, η χρήση οντολογίας αποσκοπεί στη διαχρονικότητα των πληροφοριών, την ανεξαρτησία των δεδομένων από την εκάστοτε υλοποίηση και την επαναχρησιμοποίηση της σε πολλαπλές ξεχωριστές εφαρμογές. Μερικά από τα οφέλη χρήσης των οντολογιών είναι τα παρακάτω: Παρέχουν ορισμούς για συγκεκριμένες έννοιες σε ένα πεδίο ενδιαφέροντος(domain). Παρέχουν έναν τρόπο επαναχρησιμοποίησης της γνώσης του πεδίου (knowledge domain). Σε συνεργασία με τις γλώσσες περιγραφής οντολογιών παρέχουν έναν τρόπο κωδικοποίησης της γνώσης ώστε να είναι κατανοητή από μηχανές. Καθιστούν εφικτή την αυτόματη μηχανική επεξεργασία των δεδομένων και της σημασιολογίας τους σε μεγάλη κλίμακα. Απαραίτητο βήμα για κάποιον που σκοπεύει να χρησιμοποιήσει μια οντολογία είναι αρχικά ο έλεγχος μεταξύ των υπαρχόντων οντολογιών στο Παγκόσμιο Ιστό. Κατ αυτό τον τρόπο μπορεί να αποφευχθεί ο κόπος σχεδιασμού μιας νέας οντολογίας και επιπλέον, ίσως να υπάρξει κάποιο όφελος από την ανταλλαγή γνώσεων μεταξύ των διάφορων εφαρμογών που ήδη τη χρησιμοποιούν και της νέας υπό ανάπτυξη εφαρμογής Συστατικά οντολογίας Στην ενότητα αυτή περιγράφονται τα κύρια συστατικά μιας οντολογίας με χρήση των Περιγραφικών Λογικών (Description Logics-DL). Ο όρος Description Logic αναφέρεται σε ένα υποσύνολο της Λογικής Πρώτης Τάξης (First Order Logic), στο οποίο στηρίχθηκαν οι γλώσσες του Σημασιολογικού Ιστού, όπως η OWL, που δεν υποστηρίζει την ύπαρξη ελεύθερων μεταβλητών. Μια DL οντολογία αποτελείται από τρία είδη συστατικών: κλάσεις (classes ή concepts), σχέσεις (roles ή properties) και στιγμιότυπα (individuals ή instances). Οι κλάσεις αναπαριστούν έννοιες, αφηρημένες ή συγκεκριμένες. Είναι σύνολα από 28

29 στιγμιότυπα και συνήθως είναι οργανωμένες σε μια ιεραρχία, η οποία είναι γνωστή και ως ταξινομία (taxonomy). Οι κλάσεις στις DL [33]οντολογίες διακρίνονται στις εξής κατηγορίες: Primitive: Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι κλάσεις οι οποίες περιγράφονται μόνο από αναγκαίες συνθήκες (necessary conditions). Defined: Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι κλάσεις οι οποίες περιγράφονται από ικανές και αναγκαίες συνθήκες (necessary and sufficient conditions). Οι σχέσεις (properties) αναπαριστούν δυαδικές συσχετίσεις ανάμεσα στα στιγμιότυπα των κλάσεων. Οι σχέσεις μπορεί να έχουν ένα πεδίο ορισμού (domain) και ένα πεδίο τιμών (range) και συνδέουν στιγμιότυπα από το πεδίο ορισμού με στιγμιότυπα από το πεδίο τιμών. Το πεδίο τιμών μπορεί να είναι μια κλάση ή ένας τύπος δεδομένων. Ανάλογα με το είδος του πεδίου τιμών οι σχέσεις διακρίνονται στις ακόλουθες κατηγορίες: Relations: Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι σχέσεις που συνδέουν ένα στιγμιότυπο με ένα άλλο στιγμιότυπο. Attributes: Στην κατηγορία αυτή ανήκουν οι σχέσεις που συνδέουν ένα στιγμιότυπο με έναν literal τύπο δεδομένων (π.χ. αριθμητικό, συμβολοσειρά, κτλ). Ομοίως με τις κλάσεις και οι σχέσεις οργανώνονται σε ιεραρχίες. Έτσι υπάρχουν properties και sub-properties. Τέλος, τα στιγμιότυπα αποτελούν διακριτά αντικείμενα-μέλη των κλάσεων Εργαλεία ανάπτυξης οντολογιών Εκτός από γλώσσες ορισμού οντολογιών υπάρχουν και εργαλεία με γραφικό περιβάλλον που διευκολύνουν τη δημιουργία οντολογιών. Μερικά από αυτά είναι: Protege [34], το WebODE [35], το Swoop [36], κ.ά. Το Protege[33] αποτελεί ένα ευρέως διαδεδομένο εργαλείο δημιουργίας οντολογιών που έχει αναπτυχθεί στο πανεπιστήμιο του Stanford. Μέσω ενός γραφικού περιβάλλοντος επιτρέπει τη δημιουργία σύνθετων οντολογιών και την περιήγηση σε αυτές. Η ευρεία χρήση του Protege σε συνδυασμό με την ανοικτή του αρχιτεκτονική έχει οδηγήσει στην δημιουργία ενός μεγάλου αριθμού από plug-ins που επεκτείνουν τις δυνατότητές του και το καθιστούν μια ολοκληρωμένη σουίτα ανάπτυξης και διαχείρισης οντολογιών. Στην επόμενη εικόνα παρουσιάζεται ένα στιγμιότυπο του Protege που αναπαριστά τις κλάσεις μιας οντολογίας. 29

30 Εικόνα 12- περιβάλλον Protégé 3.2 XML Η HTML αδυνατεί να υποστηρίξει τις απαιτήσεις που τέθηκαν για την επέκταση στο σημασιολογικό ιστό. Για το λόγο αυτό από το W3C έχει υιοθετηθεί η χρήση ως βασικό συστατικό του σημασιολογικού ιστού η XML (Extensive Markup Language). Η γλώσσα XML έχει λίγους συντακτικούς περιορισμούς, μη καθορισμένο λεξιλόγιο (ετικέτες) και απεριόριστες δυνατότητες ένθεσης, προσδίνοντας έτσι το επιθυμητό επίπεδο ελευθερίας που απαιτείται στο σημασιολογικό ιστό. Η χρήση της XML αποτελεί μια σημαντική βελτίωση, όμως αντιστάθμισμα της μεγάλης ελευθερίας στη γλώσσα αποτελεί το γεγονός ότι η δημιουργία και η ερμηνεία κάποιου λεξιλογίου της καθώς και ο έλεγχος της συντακτικής ορθότητας επαφίεται αποκλειστικά στο χρήστη. Στην εικόνα φαίνεται ο τρόπος ερμηνείας- παρουσίασης ενός έγγραφου XML από ένα πρόγραμμα περιήγησης του παγκόσμιου ιστού. 30

31 Εικόνα 13- Δομή XML H XML, που ήδη χρησιμοποιείται πολύ συχνά για την επικοινωνία δεδομένων μεταξύ επιχειρήσεων απαιτεί τη χρήση επιπλέων τεχνολογιών, για την επέκταση των δυνατοτήτων της σε επικοινωνία δεδομένων σε παγκόσμιο επίπεδο. Για την ολοκλήρωση προς την κατεύθυνση του σημασιολογικού ιστού απαιτείται η χρήση και κυρίως η ευρεία αποδοχή τεχνολογιών που θα επιτρέπουν την κοινή ερμηνεία των πληροφοριών που παρουσιάζονται με τη μορφή XML [37]. Το πρόβλημα της μετάβασης από τον συντακτικό ιστό στον σημασιολογικό, είναι πρόβλημα αποδοχής κοινών τεχνολογιών και λιγότερο επιστημονικό, καθώς τα επιμέρους προβλήματα έχουν κατά το μεγαλύτερο μέρος επιλυθεί. Τα μεγαλύτερα βήματα που παραμένουν είναι στις περιοχές της τυποποίησης, της ενσωμάτωσης και της κοινής αποδοχής των τεχνολογιών αυτών. 3.3 RDF (Resource Description Framework) RDF Ο Σημασιολογικός Ιστός (Semantic Web) είναι (όπως αναφέρθηκε και παραπάνω) το επόμενο σημαντικό βήμα του Παγκόσμιου Ιστού. Εφαρμογές του Σημασιολογικού Ιστού όπως είναι οι πύλες γνώσης (Knowledge portals) και οι ηλεκτρονικές αγορές (E-Marketplaces) απαιτούν τη διαχείριση τεράστιων όγκων μεταδεδομένων, δηλαδή πληροφορίας που περιγράφει τα δεδομένα [29]. Έτσι, με τις 31

32 εφαρμογές αυτές τεράστιες ποσότητες πόρων ιστού (web resources), όπως δεδομένα, έγγραφα, προγράμματα, θα είναι διαθέσιμες μαζί με διαφόρων ειδών μεταπληροφορία. Η καλύτερη γνώση για το νόημα, τη χρησιμότητα, την προσβασιμότητα ή την ποιότητα των πηγών αυτών θα διευκολύνει την αυτόματη επεξεργασία των διαθέσιμων υπηρεσιών στον Ιστό. Το μοντέλο RDF (Resource Description Framework) [43] επιτρέπει τη δημιουργία και την ανταλλαγή μεταδεδομένων των πόρων όπως και οποιαδήποτε άλλα δεδομένα στον Ιστό. Είναι ιδιαίτερα προοριζόμενο για την αντιπροσώπευση μεταδεδομένων για τους πόρους του Ιστού, όπως τίτλος, συντάκτης και ημερομηνία τροποποίησης μιας ιστοσελίδας, πνευματικά δικαιώματα και πληροφορία χορήγησης αδειών για ένα έγγραφο του Ιστού, ή πρόγραμμα διαθεσιμότητας για κάποιο κοινό πόρο. Παρόλα αυτά, με τη γενίκευση της έννοιας "πόρος Ιστού", το RDF μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να αντιπροσωπεύσει πληροφορίες για πράγματα που μπορούν να προσδιοριστούν στον Ιστό ακόμα και όταν δεν μπορούν να ανακτηθούν άμεσα από αυτόν[29][37]. Παραδείγματα περιλαμβάνουν πληροφορίες για αντικείμενα διαθέσιμα από ηλεκτρονικές αγορές (πχ., πληροφορίες για τις προδιαγραφές, τις τιμές και τη διαθεσιμότητα) ή περιγραφή των προτιμήσεων ενός χρήστη του Ιστού για την παράδοση πληροφορίας. Το μοντέλο RDF στοχεύει σε καταστάσεις στις οποίες η πληροφορία πρέπει να υποβληθεί σε επεξεργασία από εφαρμογές και όχι μόνο για να επιδειχθεί στους ανθρώπους. Επίσης, παρέχει ένα κοινό πλαίσιο για την πληροφορία αυτή έτσι ώστε να μπορεί να ανταλλαχθεί μεταξύ των εφαρμογών χωρίς απώλεια της σημασίας. Δεδομένου αυτού, οι σχεδιαστές εφαρμογών μπορούν να εκμεταλλευτούν τη διαθεσιμότητα κοινών RDF parsers και εργαλείων επεξεργασίας. Η δυνατότητα να ανταλλαχθεί πληροφορία μεταξύ διαφορετικών εφαρμογών σημαίνει ότι η πληροφορία μπορεί να τεθεί στη διάθεση και άλλων εφαρμογών εκτός από εκείνες για τις οποίες δημιουργήθηκε αρχικά. Το RDF είναι βασισμένο στην ιδέα του προσδιορισμού των πραγμάτων χρησιμοποιώντας προσδιοριστικά του Ιστού (web identifiers, αποκαλούμενα Uniform Resource Identifiers ή URIs) και της περιγραφής των πόρων από την άποψη απλών ιδιοτήτων και τιμών των ιδιοτήτων αυτών (properties and property values). Αυτό επιτρέπει στο RDF να αντιπροσωπεύει απλές δηλώσεις για πόρους ως ένα γράφο από κόμβους και τόξα που αντιπροσωπεύουν τους πόρους, τις ιδιότητες και τις τιμές τους. Για να είμαστε πιο συγκεκριμένοι, η φράση «υπάρχει ένας άνθρωπος προσδιορισμένος από το του οποίου το όνομα είναι Eric Miller, η ηλεκτρονική διεύθυνση και ο τίτλος του είναι Dr» μπορεί να παρουσιαστεί σε ένα γράφο RDF όπως φαίνεται στο Σχήμα. Το σχήμα αυτό δείχνει ότι το RDF χρησιμοποιεί URIs για να προσδιορίσει άτομα όπως ο Eric Miller που προσδιορίζεται από το contact#me, είδη πραγμάτων, π.χ. Person που προσδιορίζεται από ιδιότητες εκείνων των πραγμάτων, π.χ. ταχυδρομική θυρίδα που προσδιορίζεται από /10/swap/pim/contact#mailbox, τιμές εκείνων των ιδιοτήτων, π.χ. mailto: ως τιμή της ιδιότητας ταχυδρομικής θυρίδας (το RDF χρησιμοποιεί επίσης συμβολοσειρές όπως "Eric Miller" και τιμές σε άλλους τύπους δεδομένων (datatypes) όπως ακέραιοι αριθμοί και ημερομηνίες, ως τιμές των ιδιοτήτων). 32

33 Εικόνα 14- Γράφημα RDF Επίσης, το RDF παρέχει μια σύνταξη σε XML μορφή (RDF/XML) για την καταγραφή και την ανταλλαγή τέτοιων γράφων. Το παρακάτω παράδειγμα δείχνει το παραπάνω σχήμα στη μορφή αυτή: <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:contact=" <contact:person rdf:about=" <contact:fullname>eric Miller</contact:fullName> <contact:mailbox <contact:personaltitle>dr.</contact:personaltitle> </contact:person> </rdf:rdf> Όπως στην HTML, η RDF/XML είναι μηχανικά επεξεργάσιμη και χρησιμοποιώντας URIs μπορεί να συνδέσει κομμάτια πληροφοριών στον Ιστό. Εντούτοις, αντίθετα από το συμβατικό υπερκείμενο (hypertext), τα URIs μπορούν να αναφερθούν σε οποιοδήποτε ευπροσδιόριστο πράγμα, συμπεριλαμβανομένων και εκείνων που μπορεί να μην είναι άμεσα ανακτήσιμα από τον Ιστό (όπως το πρόσωπο Eric Miller). Το αποτέλεσμα είναι ότι εκτός από την περιγραφή πραγμάτων όπως ιστοσελίδων, τα RDF μπορούν επίσης να περιγράψουν αυτοκίνητα, επιχειρήσεις, ανθρώπους, γεγονότα ειδήσεων κλπ. Επιπλέον, οι ιδιότητες στα RDF έχουν URIs, για να προσδιορίσουν ακριβώς τις σχέσεις που υπάρχουν μεταξύ των συνδεμένων στοιχείων. 33

34 Γενικότερα, το RDF είναι βασισμένο στην ιδέα ότι τα πράγματα που περιγράφονται έχουν ιδιότητες (properties) που έχουν τιμές και ότι οι πόροι μπορούν να περιγραφούν με εκφράσεις οι οποίες διευκρινίζουν τις ιδιότητες αυτές και τις τιμές τους. Το RDF χρησιμοποιεί μια ιδιαίτερη ορολογία για τα διάφορα μέρη των εκφράσεων. Συγκεκριμένα, το μέρος που προσδιορίζει το πράγμα για το οποίο είναι η πρόταση (μια ιστοσελίδα για παράδειγμα) καλείται υποκείμενο (subject). Το μέρος που προσδιορίζει την ιδιότητα ή το χαρακτηριστικό του υποκειμένου που η πρόταση διευκρινίζει (δημιουργός, δημιουργία-ημερομηνία, ή γλώσσα σε αυτά τα παραδείγματα) καλείται κατηγόρημα (predicate) και το μέρος που προσδιορίζει την τιμή εκείνης της ιδιότητας καλείται αντικείμενο (object). Έτσι, παίρνοντας την αγγλική πρόταση: has a creator whose value is John Smith θα έχουμε: subject: predicate: object: Το RDF μοντελοποιεί τέτοιες εκφράσεις ως κόμβους και τόξα σε ένα γράφο. Με αυτήν την μοντελοποίηση μια πρόταση αντιπροσωπεύεται από: ένα κόμβο (node) για το υποκείμενο ένα κόμβο (node) για το αντικείμενο ένα τόξο (arc) για το κατηγόρημα κατευθυνόμενο από το υποκείμενο στο αντικείμενο Έτσι, η παραπάνω πρόταση θα μπορούσε να αναπαρασταθεί με τον γράφο που φαίνεται στο Σχήμα. Εικόνα 15- Γράφημα RDF Στο παράδειγμα του Σχήματος μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι τα αντικείμενα του RDF μπορούν να είναι είτε URIs είτε σταθερές τιμές που λέγονται κυριολεκτικά (literals) και αναπαριστούνται από συμβολοσειρές προκειμένου να αντιπροσωπεύσουν ορισμένα είδη ιδιοτήτων. Τα κυριολεκτικά δεν μπορούν να 34

35 χρησιμοποιηθούν ως υποκείμενα ή ως κατηγορήματα σε RDF εκφράσεις. Εικόνα 16- Γράφημα με εκφράσεις RDF Ένας εναλλακτικός τρόπος να αναπαραστήσουμε ένα RDF είναι γράφοντας κάθε έκφραση που προκύπτει, δηλαδή σε μορφή triples. Έτσι, το παραπάνω σχήμα θα μπορούσε να γραφεί ως εξής: < < < < < "August 16, 1999". < < "en". Για μεγαλύτερη ευκολία, αντί να γράφονται πλήρως τα URIs το RDF δίνει τη δυνατότητα για χρήση των namespaces. Έτσι, έχοντας ορίσει τα namespaces ex: dc: exterms: exstaff: Το παράδειγμα αυτό θα μπορούσε να γραφτεί ως εξής: ex:index.html dc:creator exstaff: ex:index.html exterms:creation-date "August 16, 1999". ex:index.html dc:language "en". 35

36 Τέλος, το παραπάνω RDF θα μπορούσε να γραφτεί σε μορφή RDF/XML, όπως προαναφέραμε, ως εξής: <?xml version="1.0"?> <rdf:rdfxmlns:rdf=" xmlns:exterms=" <rdf:description rdf:about=" <exterms:creation-date>august 16, 1999</exterms:creation-date> </rdf:description> </rdf:rdf> RDF Schema (RDFS) To πλαίσιο RDF παρέχει έναν τρόπο να συνταχθούν απλές εκφράσεις για πόρους, χρησιμοποιώντας ονομασμένες ιδιότητες και τιμές. Παρόλα αυτά, οι κοινότητες χρηστών RDF χρειάζονται επίσης τη δυνατότητα να καθορίσουν το λεξιλόγιο (όρους) που αυτοί σκοπεύουν να χρησιμοποιήσουν σε εκείνες τις εκφράσεις, και συγκεκριμένα, να δείξουν ότι περιγράφουν συγκεκριμένα είδη ή κατηγορίες πόρων και γι αυτό θα χρησιμοποιήσουν συγκεκριμένες ιδιότητες στην περιγραφή εκείνων των πόρων. Για παράδειγμα, άνθρωποι ενδιαφερόμενοι για την περιγραφή βιβλιογραφικών πόρων θα ήθελαν να περιγράψουν κατηγορίες όπως ex:book ή ex:magazine_article και να χρησιμοποιήσουν ιδιότητες όπως ex:author, ex:title και ex:subject για να τις περιγράψουν. Το ίδιο το RDF δεν παρέχει κανένα μέσο για τον προσδιορισμό κλάσεων και ιδιοτήτων. Αντί αυτού, τέτοιες κλάσεις και ιδιότητες περιγράφονται ως ένας RDF λεξιλόγιο χρησιμοποιώντας επεκτάσεις του RDF που είναι το RDF Schema ή RDFS. To RDFS παρέχει τις προϋποθέσεις που απαιτούνται για να περιγράψει κανείς τέτοιες κλάσεις και ιδιότητες και για να προσδιορίσει ποιες κλάσεις και ιδιότητες αναμένονται να χρησιμοποιηθούν μαζί. Με άλλα λόγια, το RDF σχήμα παρέχει ένα σύστημα τύπων για RDF. Το σύστημα αυτό για το RDFS είναι παρόμοιο κατά κάποιον τρόπο με τα συστήματα τύπων των αντικειμενοστραφών γλωσσών προγραμματισμού όπως η Java και η C++. Παραδείγματος χάριν, το RDF σχήμα επιτρέπει στους πόρους να είναι ορισμένοι ως στιγμιότυπα μιας ή περισσότερων κλάσεων. Επιπλέον, επιτρέπει στις κλάσεις να είναι οργανωμένες με έναν ιεραρχικό τρόπο. Για παράδειγμα, μια κλάση ex:dog μπορεί να οριστεί ως υποκλάση της ex:mammal που είναι υποκλάση της ex:animal, σημαίνοντας ότι οποιοσδήποτε πόρος που είναι στιγμιότυπο της κλάσης ex:dog είναι επίσης έμμεσα στιγμιότυπο της κλάσης ex:animal. Εντούτοις, οι κλάσεις και οι ιδιότητες του RDF είναι κατά κάποιον τρόπο πολύ διαφορετικές από τους τύπους των γλωσσών προγραμματισμού. Η περιγραφή των RDF κλάσεων και ιδιοτήτων δεν δημιουργούν ένα καλούπι στο οποίο οι πληροφορίες πρέπει να ανήκουν, αλλά παρέχουν πρόσθετη πληροφορία για τους πόρους RDF που περιγράφουν. 36

37 Ένα βασικό βήμα σε οποιοδήποτε είδος διαδικασίας περιγραφής είναι ο προσδιορισμός των διαφόρων πραγμάτων που περιγράφονται. Το RDF σχήμα αναφέρεται σε αυτά τα "πράγματα" ως κλάσεις. Μια κλάση (class) αντιστοιχεί στη γενική έννοια ενός τύπου ή μιας κατηγορίας, όπως την έννοια μιας κλάσης στις αντικειμενοστραφείς γλώσσες προγραμματισμού. Οι κλάσεις μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αντιπροσωπεύσουν σχεδόν οποιαδήποτε κατηγορία πράγματος, όπως ιστοσελίδες, ανθρώπους, τύπους εγγράφων, βάσεις δεδομένων ή αφηρημένες έννοιες. Οι κλάσεις στο RDFS περιγράφονται χρησιμοποιώντας τους πόρους rdfs:class και rdfs:resource και τις ιδιότητες rdf:type και rdfs:subclassof. Ας πάρουμε για παράδειγμα μια εταιρία που έχει οχήματα (vehicles). Σε αυτό το παράδειγμα μπορούμε να ορίσουμε μια ιεραρχία όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα: Εικόνα 17- Παράδειγμα Γράφου RDFS Αυτή η ιεραρχία μπορεί να γραφτεί σε RDF/XML μορφή με τη χρήση namespaces ως εξής: <?xml version="1.0"?> <!DOCTYPE rdf:rdf [<!ENTITY xsd <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:rdfs=" xml:base=" 37

38 <rdfs:class rdf:id="motorvehicle"/> <rdfs:class rdf:id="passengervehicle"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdfs:class> <rdfs:class rdf:id="truck"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdfs:class> <rdfs:class rdf:id="van"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdfs:class> <rdfs:class rdf:id="minivan"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#van"/> <rdfs:subclassof rdf:resource="#passengervehicle"/> </rdfs:class> </rdf:rdf> Το RDF/XML στο παράδειγμα αυτό εισάγει ονόματα, όπως το MotorVehicle, για τους πόρους (κλάσεις) που περιγράφει χρησιμοποιώντας το rdf:id. Αυτό είναι χρήσιμο εδώ επειδή συντομεύει το URIref και παρέχει έναν πρόσθετο έλεγχο ότι η τιμή του rdf:id είναι μοναδική σε όλη την τρέχουσα βάση URI (συνήθως το έγγραφο URI). Αυτό βοηθά να πάρει τις επαναλαμβανόμενες τιμές rdf:id κατά την καθορισμό των ονομάτων των κλάσεων και των ιδιοτήτων στα RDF σχήματα. Σχετικά URIrefs βασισμένα σε αυτά τα ονόματα μπορούν έπειτα να χρησιμοποιηθούν σε άλλους ορισμούς κλάσεων μέσα στο ίδιο σχήμα (πχ. όπως το #MotorVehicle χρησιμοποιείται στη περιγραφή των άλλων κλάσεων). Το πλήρες URIref αυτής της κλάσης, που υποθέτει ότι το ίδιο το σχήμα ήταν ο πόρος vehicles, θα ήταν schemas/vehicles #MotorVehicle. Για να εξασφαλιστεί ότι οι αναφορές σε αυτές τις κατηγορίες σχημάτων θα διατηρηθούν με συνέπεια ακόμα κι αν το σχήμα μετατοπιστεί ή αντιγραφτεί (ή για να ορίσει απλά μια βάση URIref για τις κλάσεις σχημάτων χωρίς να υποθέσουμε ότι όλες υπάρχουν σε μια μοναδική θέση), οι περιγραφές των κλάσεων μπορούν επίσης να περιλάβουν τη δήλωση xml:base ="http: //example. org/ schemas /vehicles". Εκτός από την περιγραφή συγκεκριμένων κλάσεων πραγμάτων που θέλουν να περιγράψουν, οι κοινότητες χρηστών πρέπει επίσης να είναι σε θέση να περιγράψουν συγκεκριμένες ιδιότητες που χαρακτηρίζουν εκείνες τις κλάσεις (όπως rearseatlegroom για να περιγράψει ένα επιβατικό όχημα (passenger vehicle). Στο RDF σχήμα, οι ιδιότητες (properties) περιγράφονται χρησιμοποιώντας την RDF κλάση rdf:property και τις ιδιότητες σχημάτων RDF rdfs:domain, rdfs:range, και rdfs:subpropertyof. Επίσης, παρέχει λεξιλόγιο για να περιγράψει πώς οι ιδιότητες και οι κλάσεις προορίζονται για να χρησιμοποιηθούν μαζί στα RDF δεδομένα. Η 38

39 σημαντικότερη πληροφορία αυτού του είδους παρέχεται με τη χρησιμοποίηση των ιδιοτήτων rdfs:range και rdfs:domain για να περιγράψουν περαιτέρω τις ιδιότητες που έχουν οριστεί από εφαρμογή. Το rdfs:range χρησιμοποιείται για να δείξει ότι οι τιμές μιας συγκεκριμένης ιδιότητας είναι στιγμιότυπα μιας οριζόμενης κλάσης. Παραδείγματος χάριν, εάν θέλαμε να δείξουμε ότι η ιδιότητα ex:author έχει τιμές που είναι στιγμιότυπα της κλάσης ex:person, θα γράφαμε τα RDF triples: ex:person rdf:type rdfs:class. ex:author rdf:type rdf:property. ex:author rdfs:range ex:person. Μια ιδιότητα (property), για παράδειγμα το ex:hasmother, μπορεί να έχει ένα ή περισσότερα από ένα range properties. Εάν το ex:hasmother δεν έχει κανένα range τότε τίποτα δεν λέγεται για τις τιμές της ιδιότητας ex:hasmother. Εάν το ex:hasmother έχει ένα range, για παράδειγμα το ex:person, αυτό λέει ότι οι τιμές της ιδιότητας ex:hasmother είναι στιγμιότυπα της κλάσης ex:person. Εάν το ex:hasmother έχει περισσότερα από ένα ranges, για παράδειγμα το ex:person και το ex:female, αυτό λέει ότι οι τιμές του ex:hasmother είναι πόροι που είναι στιγμιότυπα όλων των κλάσεων που είναι ranges δηλ., ότι οποιαδήποτε τιμή του ex:hasmother είναι και ex:female και ex:person. Τέλος, το rdfs:range μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να δείξει ότι η τιμή μιας ιδιότητας μπορεί να δίνεται και από κυριολεκτικό (literal). To rdfs:domain χρησιμοποιείται για να δείξει ότι μια συγκεκριμένη ιδιότητα ισχύει για μια οριζόμενη κλάση. Παραδείγματος χάριν, εάν θέλαμε να δείξουμε ότι η ιδιότητα ex:author ισχύει για τα στιγμιότυπα της κλάσης ex:book, θα γράφαμε τα RDF triples: ex:book rdf:type rdfs:class. ex:author rdf:type rdf:property. ex:author rdfs:domain ex:book. Μια δεδομένη ιδιότητα, για παράδειγμα exterms:weight, μπορεί να έχει ένα ή περισσότερα από ένα domain. Εάν το exterms:weight δεν έχει κανένα domain, τότε τίποτα δεν λέγεται για τους πόρους με τους οποίους το exterms:weight μπορεί να χρησιμοποιηθεί. Εάν το exterms:weight έχει ένα domain, για παράδειγμα το ex:book, αυτό λέει ότι η ιδιότητα exterms:weight ισχύει για τα στιγμιότυπα της κλάσης ex:book. Εάν το exterms:weight έχει περισσότερα από ένα domain, για παράδειγμα το ex:book και το ex:motorvehicle, αυτό λέει ότι οποιοσδήποτε πόρος που έχει μια ιδιότητα exterms:weight είναι στιγμιότυπο όλων των κλάσεων που είναι domain του property αυτού, δηλ. οποιοσδήποτε πόρος που έχει ιδιότητα exterms:weight είναι και ένα ex:book και ένα ex:motorvehicle. Το RDF σχήμα παρέχει έναν τρόπο να ειδικευτούν οι ιδιότητες, όπως και οι κλάσεις. Αυτή η σχέση ειδίκευσης μεταξύ δύο ιδιοτήτων περιγράφεται χρησιμοποιώντας την προκαθορισμένη ιδιότητα rdfs:subpropertyof. Παραδείγματος χάριν, εάν τα ex:primarydriver και ex:driver είναι και οι δύο ιδιότητες, θα μπορούσαμε να περιγράψουμε αυτές τις ιδιότητες, και το γεγονός ότι το ex:primarydriver είναι μια ειδίκευση του ex:driver, με το γράψιμο των RDF δηλώσεων: 39

40 ex:driver rdf:type rdf:property. ex:primarydriver rdf:type rdf:property. ex:primarydriver rdfs:subpropertyof ex:driver. Μια ιδιότητα (property) μπορεί να είναι ένα υπο-ιδιότητα (subproperty) καμίας, μίας ή περισσοτέρων ιδιοτήτων. Τα rdfs:range και rdfs:domain του RDFS που ισχύουν για μια ιδιότητα ισχύουν επίσης για κάθε μία από τις υπο-ιδιότητές της. Έτσι, στο παραπάνω παράδειγμα, το σχήμα RDF καθορίζει το ex:primarydriver επίσης να έχει rdfs:domain το ex:motorvehicle, λόγω της σχέσης subproperty με το ex:driver. Παρακάτω φαίνεται ένα ολοκληρωμένο παράδειγμα σε μορφή RDF/XML [41]: <?xml version="1.0"?> <!DOCTYPE rdf:rdf [<!ENTITY xsd " <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:rdfs=" xml:base=" <rdfs:class rdf:id="motorvehicle"/> <rdfs:class rdf:id="passengervehicle"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdfs:class> <rdfs:class rdf:id="truck"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdfs:class> <rdfs:class rdf:id="van"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdfs:class> <rdfs:class rdf:id="minivan"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#van"/> <rdfs:subclassof rdf:resource="#passengervehicle"/> </rdfs:class> <rdfs:class rdf:id="person"/> <rdfs:datatype rdf:about="&xsd;integer"/> <rdf:property rdf:id="registeredto"> <rdfs:domain rdf:resource="#motorvehicle"/> <rdfs:range rdf:resource="#person"/> </rdf:property> <rdf:property rdf:id="rearseatlegroom"> <rdfs:domain rdf:resource="#passengervehicle"/> <rdfs:range rdf:resource="&xsd;integer"/> </rdf:property> <rdf:property rdf:id="driver"> <rdfs:domain rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdf:property> <rdf:property rdf:id="primarydriver"> 40

41 <rdfs:subpropertyof rdf:resource="#driver"/> </rdf:property> </rdf:rdf> Στο σημείο αυτό, πρέπει να πούμε ότι παρόλο που το σύστημα τύπων του RDFS είναι παρόμοιο με αυτό των αντικειμενοστραφών γλωσσών προγραμματισμού, υπάρχουν σημαντικές διαφορές σε αρκετά σημεία. Πρώτον, το RDF Schema, αντί να περιγράφει τις κλάσεις σαν να έχουν κάποιες συγκεκριμένες ιδιότητες, περιγράφει τις ιδιότητες σαν να εφαρμόζονται σε συγκεκριμένους πόρους κλάσεις ως πεδίο ορισμού ή πεδίο τιμών. Για παράδειγμα, αν είχαμε μια κλάση Book με ένα χαρακτηριστικό author και μια άλλη κλάση SoftwareModule που επίσης είχε χαρακτηριστικό author, αυτά τα δύο χαρακτηριστικά θα θεωρούνταν διαφορετικά στις γλώσσες προγραμματισμού. Με άλλα λόγια, το πεδίο δράσης ενός χαρακτηριστικού καθορίζεται μέσα στην κλάση που το ορίζει. Αντίθετα, στο RDFS οι ιδιότητες είναι ανεξάρτητες και έχουν καθολικό πεδίο δράσης (εκτός αν οριστούν να εφαρμόζονται σε συγκεκριμένες κλάσεις χρησιμοποιώντας το πεδίο ορισμού). Επιπλέον, οι ιδιότητες στο RDF μπορούν να κληρονομηθούν σε αντίθεση με τον αντικειμενοστραφή προγραμματισμό που κάτι τέτοιο δεν ισχύει. Δηλαδή οι ιδιότητες μπορούν να κληρονομούν χαρακτηριστικά από άλλες ιδιότητες δημιουργώντας έτσι μια ιεραρχία ιδιοτήτων, όπως και οι κλάσεις. Τέλος, μια εξίσου σημαντική διαφορά είναι ότι στο RDF τα στιγμιότυπα μιας ιδιότητας είναι προαιρετικά. Δηλαδή είναι δυνατό να υπάρχει ένα στιγμιότυπο μιας κλάσης χωρίς να υπάρχει στιγμιότυπο της ιδιότητας που εφαρμόζεται ως πεδίο ορισμού. Για παράδειγμα, στον προγραμματισμό, ένα στιγμιότυπο της κλάσης Book δεν επιτρέπεται να μην έχει το χαρακτηριστικό author, και επίσης, εάν το χαρακτηριστικό author έπαιρνε τιμές που είναι στιγμιότυπα της κλάσης Person, δε θα επιτρεπόταν να μην έχει τιμή. Αντίθετα, το RDF παρέχει πληροφορία για το σχήμα ως κάτι επιπρόσθετο χωρίς να επιβάλλει περιορισμούς στο πώς να χρησιμοποιηθεί η πληροφορία αυτή. 3.4 OWL (Ontology Web Language) Η OWL δημιουργήθηκε για να ικανοποιήσει την ανάγκη για μια γλώσσα οντολογίας Ιστού και αποτελεί μια από τις προτάσεις του W3C που είναι σχετικές με το Semantic Web. Η OWL έχει σχεδιαστεί για τις εφαρμογές που πρέπει να επεξεργαστούν το περιεχόμενο των πληροφοριών αντί απλά να παρουσιάσουν τις πληροφορίες στους ανθρώπους. Σύμφωνα με το W3C, ο σκοπός της OWL είναι να παρασχεθεί ένα τυποποιημένο σχήμα που είναι συμβατό με την αρχιτεκτονική του World Wide Web και του Semantic Web. Η τυποποίηση των οντολογιών σε γλώσσα OWL θα κάνει τα δεδομένα στο Web περισσότερο επεξεργάσιμα από μηχανές και επαναχρησιμοποιήσιμα στις εφαρμογές. Έτσι, η επεκτασιμότητα, η μετατρεψιμότητα και η διαλειτουργικότητα κατέχουν υψηλή προτεραιότητα στο σχεδιασμό της γλώσσας. Συγχρόνως, η OWL προσπαθεί να επιτύχει μια καλή ανταλλαγή μεταξύ της 41

42 εξελιξιμότητας και της εκφραστικής δύναμης. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αντιπροσωπεύσει σαφώς την έννοια όρων σε λεξιλόγια και τις σχέσεις μεταξύ αυτών των όρων. Αυτή η αναπαράσταση των όρων και των αλληλεξαρτήσεών τους καλείται οντολογία. Υπερβαίνει τις γλώσσες XML, XML Schema, RDF και RDF Schema αφού υποστηρίζει μεγαλύτερη διασαφήνιση του περιεχομένου του Ιστού από τις μηχανές, παρέχοντας πρόσθετο λεξιλόγιο μαζί με μια επίσημη σημασιολογία. Πιο συγκεκριμένα: Η XML παρέχει μια σύνταξη επιφάνειας για τα δομημένα έγγραφα, αλλά δεν επιβάλλει κανέναν σημασιολογικό περιορισμό στην έννοια αυτών των εγγράφων. Το XML Schema είναι μια γλώσσα για τον περιορισμό της δομής των εγγράφων XML και επεκτείνει επίσης την XML με τα datatypes. H RDF είναι ένα μοντέλο δεδομένων για τα αντικείμενα και τις μεταξύ τους σχέσεις, παρέχει μια απλή σημασιολογία για αυτό το μοντέλο και αυτά τα μοντέλα μπορούν να αναπαρασταθούν σε μια σύνταξη XML. Το RDF Schema είναι ένα λεξιλόγιο για την περιγραφή των ιδιοτήτων και των κλάσεων RDF αντικειμένων, με μια σημασιολογία για τις γενικευμένες ιεραρχίες τέτοιων ιδιοτήτων και κλάσεων. Η OWL προσθέτει περισσότερο λεξιλόγιο για την περιγραφή των ιδιοτήτων και των κλάσεων, όπως για παράδειγμα: σχέσεις μεταξύ των κλάσεων (π.χ. disjointness), αριθμός στοιχείων συνόλου (π.χ. "ακριβώς ένας"), λογικοί συνδυασμοί κλάσεων (π.χ. ένωση, τομή, συμπλήρωμα), ισότητα, πλουσιότεροι τύποι ιδιοτήτων, χαρακτηριστικά ιδιοτήτων (π.χ. συμμετρία, μοναδικότητα, μεταβατικότητα), και απαριθμημένες κλάσεις. Ένα πλεονέκτημα των OWL οντολογιών θα είναι η διαθεσιμότητα των εργαλείων που μπορούν να εξάγουν συλλογισμούς για αυτές. Τα εργαλεία θα παράσχουν γενική υποστήριξη που δεν είναι συγκεκριμένη για μία ιδιαίτερη περιοχή, το οποίο θα συνέβαινε εάν επρόκειτο να δημιουργηθεί ένα σύστημα για την εξαγωγή συλλογισμών για ένα συγκεκριμένο βιομηχανικό πρότυπο XML σχήματος. Η οικοδόμηση ενός υγιούς και χρήσιμου συστήματος συλλογισμού δεν είναι μια απλή προσπάθεια. Η κατασκευή μιας οντολογίας είναι πολύ πιο βολική. Η γλώσσα οντολογίας Ιστού OWL είναι μια σημασιολογική γλώσσα σήμανσης για την έκδοση και τη διανομή των οντολογιών στο World Wide Web. Αναπτύσσεται ως επέκταση του λεξιλογίου RDF, προέρχεται από τη γλώσσα οντολογίας Ιστού DAML+OIL και είναι γραμμένη σε XML ώστε να μπορεί εύκολα να είναι ανεξάρτητη του λειτουργικού συστήματος και των γλωσσών εφαρμογής ενός υπολογιστή. Επιπλέον, το Semantic Web, χρησιμοποιώντας οντολογίες βασισμένες στην XML κι όχι παραδοσιακές δομές δέντρων, θα καταστήσει ευκολότερη για τις εφαρμογές υπηρεσιών Web την επεξεργασία στοιχείων από πολλαπλές πηγές. Η γλώσσα παρέχει έναν τυποποιημένο τρόπο να καθοριστούν οι βασισμένες στο Web οντολογίες έτσι ώστε τα στοιχεία να μπορούν να περιγραφούν ως αυτό που είναι, αντί ως έγγραφο σε μια δομή δέντρων ή άλλη αφαίρεση βάσεων δεδομένων. Μια OWL οντολογία μπορεί να περιλάβει τις περιγραφές των κλάσεων, των ιδιοτήτων και των στιγμιοτύπων τους. Λαμβάνοντας υπόψη μια τέτοια οντολογία, η επίσημη OWL σημασιολογία διευκρινίζει πώς να παραγάγει τα λογικά 42

43 συμπεράσματα της, δηλαδή γεγονότα όχι κυριολεκτικά παρόντα στην οντολογία, αλλά συνεπαγόμενα από τη σημασιολογία. Αυτές οι συνεπαγωγές μπορούν να βασιστούν σε ένα ενιαίο έγγραφο ή σε πολλαπλά κατανεμημένα έγγραφα που έχουν συνδυαστεί χρησιμοποιώντας καθορισμένους OWL μηχανισμούς. Η OWL είναι ένα συστατικό του Semantic Web που στοχεύει να καταστήσει τους Web πόρους ευκολότερα προσιτούς στις αυτοματοποιημένες διαδικασίες, με την προσθήκη πληροφοριών για τους πόρους που περιγράφουν ή παρέχουν Web περιεχόμενο. Δεδομένου ότι το Semantic Web είναι κατανεμημένο, η OWL πρέπει να επιτρέψει να συγκεντρώνονται πληροφορίες από κατανεμημένες πηγές. Αυτό γίνεται εν μέρει επιτρέποντας στις οντολογίες να είναι συσχετισμένες, συμπεριλαμβάνοντας ρητά την εισαγωγή πληροφοριών από άλλες οντολογίες Κατηγορίες OWL Η OWL Lite [42] υποστηρίζει εκείνους τους χρήστες που χρειάζονται κυρίως μια ιεραρχία ταξινόμησης και απλούς περιορισμούς. Χρησιμοποιεί μόνο μερικά από τα γλωσσικά χαρακτηριστικά της OWL και έχει περισσότερους περιορισμούς στη χρήση των χαρακτηριστικών αυτών από την OWL DL ή την OWL Full. Παραδείγματος χάριν, στην OWL Lite οι κλάσεις μπορούν μόνο να οριστούν σε σχέση με κατονομασμένες (named) υπερκλάσεις (οι υπερκλάσεις δε μπορεί να είναι αυθαίρετες εκφράσεις), και μόνο ορισμένα είδη περιορισμών κλάσεων μπορούν να χρησιμοποιηθούν. Η ισοδυναμία μεταξύ κλάσεων και σχέσεων υποκλάσεων επιτρέπεται μόνο μεταξύ named κλάσεων, και όχι μεταξύ αυθαίρετων εκφράσεων κλάσης. Όμοια, οι περιορισμοί στην OWL Lite χρησιμοποιούν μόνο named κλάσεις. Η OWL Lite έχει επίσης μια περιορισμένη έννοια του αριθμού στοιχείων συνόλου - τα μόνα cardinalities που επιτρέπονται για να δηλωθούν ρητά είναι 0 ή 1. Η OWL Lite έχει χαμηλότερη πολυπλοκότητα από την OWL DL. Η OWL Lite έχει την ιδιότητα να μπορεί να γίνεται αντικείμενο αποδοτικής επεξεργασίας από αλγόριθμους εξαγωγής συμπερασμάτων (inference algorithms). Η OWL DL [42] υποστηρίζει εκείνους τους χρήστες που θέλουν τη μέγιστη εκφραστικότητα διατηρώντας την υπολογιστική πληρότητα (όλα τα συμπεράσματα είναι εγγυημένα να είναι υπολογίσιμα) και decidability (όλοι οι υπολογισμοί θα τελειώσουν σε πεπερασμένο χρόνο). Η OWL DL περιλαμβάνει όλα τα OWL γλωσσικά κατασκευάσματα, αλλά μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο κάτω από ορισμένους περιορισμούς Η OWL DL ονομάζεται έτσι λόγω της αντιστοιχίας της με την περιγραφική λογική, έναν 43

44 τομέα της έρευνας που έχει μελετήσει τη λογική που αποτελεί τη βάση της OWL. Η OWL DL και η OWL Full χρησιμοποιούν το ίδιο λεξιλόγιο αν και η OWL DL υπόκειται σε μερικούς περιορισμούς. Κατά προσέγγιση, η OWL DL απαιτεί χωρισμό τύπων (μια κλάση δεν μπορεί να είναι επίσης άτομο ή ιδιότητα, μια ιδιότητα δεν μπορεί να είναι επίσης άτομο ή κλάση). Αυτό υπονοεί ότι οι περιορισμοί δεν μπορούν να εφαρμοστούν στα γλωσσικά στοιχεία της OWL DL (κάτι που επιτρέπεται στην OWL Full). Επιπλέον, η OWL DL απαιτεί οι ιδιότητες να είναι είτε ObjectProperties είτε DatatypeProperties: Οι DatatypeProperties είναι σχέσεις μεταξύ instances κλάσεων και RDF κυριολεκτικών (literals) και XML Schema τύπων δεδομένων, ενώ οι ObjectProperties είναι σχέσεις μεταξύ instances δύο κλάσεων. Η OWL DL έχει την ιδιότητα να μπορεί να γίνεται αντικείμενο αποδοτικής επεξεργασίας από έναν description logic reasoner. Η OWL Full [42] απευθύνεται στους χρήστες που θέλουν τη μέγιστη εκφραστικότητα και τη συντακτική ελευθερία της RDF χωρίς υπολογιστικές εγγυήσεις. Παραδείγματος χάριν, στην OWL Full μια κλάση μπορεί να αντιμετωπιστεί ταυτόχρονα ως συλλογή ατόμων και ως άτομο σαν αποτέλεσμα ιδιοτήτων. Η OWL Full επιτρέπει σε μια οντολογία να αυξήσει την έννοια του προκαθορισμένου (RDF ή OWL) λεξιλογίου. Είναι απίθανο ότι οποιοδήποτε λογισμικό συλλογισμού θα είναι σε θέση να υποστηρίξει τον πλήρη συλλογισμό για κάθε χαρακτηριστικό γνώρισμα της OWL Full. Κάθε μια από αυτές τις υπο-γλώσσες είναι μια επέκταση του απλούστερου προκατόχου της, όσον αφορά αυτό που μπορεί να εκφραστεί έγκυρα αλλά και αυτό που μπορεί να προκύψει εγκύρως ως συμπέρασμα. Ισχύουν οι παρακάτω σχέσεις: Η επιλογή της κατάλληλης υπο-γλώσσας της OWL για την ανάπτυξη της οντολογίας εξαρτάται από τις ανάγκες της. Η επιλογή μεταξύ της OWL Lite και της OWL DL εξαρτάται από το βαθμό στον οποίο οι χρήστες απαιτούν τα περισσότεροεκφραστικά κατασκευάσματα που παρέχονται από την OWL DL. Η επιλογή μεταξύ της OWL DL και της OWL Full εξαρτάται κυρίως από το βαθμό στον οποίο οι χρήστες απαιτούν τις ευκολίες μετα-διαμόρφωσης του σχήματος RDF (π.χ. καθορισμός κλάσεων άλλων κλάσεων, ή σύνδεση των ιδιοτήτων με τις κλάσεις). Κατά χρησιμοποίηση της OWL Full σε σύγκριση με την OWL DL, η υποστήριξη συλλογισμού είναι λιγότερο προβλέψιμη αφού πλήρεις OWL Full εφαρμογές δεν υπάρχουν. Η OWL Full μπορεί να αντιμετωπισθεί ως επέκταση της RDF, ενώ η OWL Lite και η OWL DL μπορούν να αντιμετωπισθούν ως επεκτάσεις μιας περιορισμένης άποψης της RDF. Κάθε OWL έγγραφο (Lite, DL, Full) είναι ένα 44

45 έγγραφο RDF, και κάθε έγγραφο RDF είναι ένα OWL Full έγγραφο, αλλά μόνο μερικά έγγραφα RDF θα είναι ένα νόμιμο έγγραφο OWL Lite ή OWL DL. 3.5 SPARQL (Simple Protocol and RDF Query Language) Για την αναζήτηση σε RDF δεδομένα αλλά και γενικά της πληροφορίας που βρίσκεται σε μία οντολογία, έχουν αναπτυχθεί διάφορες γλώσσες επερώτησης όπως: RQL, SquishQL, RDFQL, SPARQL, VERSA, TRIPLE, κ.ά. Από αυτές η γλώσσα SPARQL είναι η πιο διαδεδομένη, καθώς αποτελεί εξέλιξη των rdfdb, RDQL, SeRQL και αποτελεί πρόταση του W3C [38]. Η SPARQL είναι μία γλώσσα ερωτημάτων που προσφέρει πρόσβαση σε γράφους RDF και παρέχει μεθόδους για την πρόσβαση στην πρωτογενή πληροφορία, εξαγωγή υπο-γραφημάτων και δημιουργία νέων γραφημάτων βασιζόμενων στην απάντηση κάποιου ερωτήματος [39]. Η SPARQL είναι προσανατολισμένη στα δεδομένα, δηλαδή στην πληροφορία που είναι αποθηκευμένη στο σημασιολογικό μοντέλο και δεν έχει τη δυνατότητα να εξάγει λογικά συμπεράσματα. Η δομή της έχει μεγάλη ομοιότητα με τη σύνταξη SQL ερωτημάτων. Υπάρχουν 4 είδη SPARQL ερωτημάτων: SELECT: μοιάζει με το Select ερώτημα της SQL, μόνο που αντί για εγγραφές και πίνακες, κρύβονται από πίσω τριπλέτες και γράφοι. CONSTRUCT: έχει ίδιο συντακτικό με τη SELECT και έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία νέου γράφου. DESCRIBE: εξάγει την περιγραφή πόρων. ASK: χρησιμοποιείται για ερωτήματα που έχουν απάντηση ναι ή όχι. Ένα SPARQL ερώτημα αποτελείται από τις δηλώσεις προθέματος, όπου ορίζονται οι χώροι ονομάτων των πόρων, τη λέξη-κλειδί FROM με την οποία δηλώνονται οι RDF γράφοι στους οποίους θα τεθεί το ερώτημα, τη λέξη WHERE όπου ορίζεται το πρότυπο του ερωτήματος για τις τριπλέτες που θα αναζητηθούν και τέλος προαιρετικούς μετατροπείς του ερωτήματος για την επεξεργασία των επιστρεφόμενων αποτελεσμάτων όπως π.χ. την ταξινόμησή τους (ASC), το φιλτράρισμά τους (FILTER) κ.ά. Ακολουθεί παράδειγμα SELECT ερωτήματος. PREFIX info: < PREFIX vcard: < SELECT?name?age WHERE { 45

46 }?person vcard:fn?name. FILTER (?age > 26 ) Εικόνα 18- SELECT ερώτημα στη Sparql Τα SPARQL ερωτήματα τίθενται σε endpoints. Τα endpoints είναι επεξεργαστές που δέχονται και επεξεργάζονται SPARQL ερωτήματα και επιστρέφουν τα αποτελέσματα σε διάφορες μορφές. Τυπικές μορφές των αποτελεσμάτων είναι οι HTML, JSON, RDF. Ένα τέτοιο endpoint είναι αυτό της DBPedia που βρίσκεται στη διεύθυνση Η SPARQL/Update [40] επεκτείνει τις δυνατότητες της SPARQL ενσωματώνοντας λειτουργίες ανανέωσης (INSERT, UPDATE, DELETE) των RDF γράφων. 46

47 Κεφάλαιο 4 - Υλοποίηση Εφαρμογής Η εφαρμογή που υλοποιήθηκε ανήκει στο μοντέλο client-server και αποτελείται από δύο κύρια μέρη. Από την μεριά του server χρησιμοποιήθηκε η τεχνολογία των web services. Με τις μεθόδους του service και με τη βοήθεια της βιβλιοθήκης dotnetrdf έγινε η ανάγνωση, και η επεξεργασία της οντολογίας. Για την επικοινωνία του service με την συσκευή έγινε χρήση του IIS server μέσω της πλατφόρμας του visual studio. Στην Εικόνα παραθέτουμε την αρχιτεκτονική του συστήματος που υλοποιήσαμε μαζί με την σχετική περιγραφή και στην συνέχεια παρουσιάζονται τα εργαλεία που χρησιμοποιήσαμε καθώς επίσης περιγράφονται βασικά κομμάτια κώδικα της υλοποίησης. Εικόνα 19 - Αρχιτεκτονική Εφαρμογής Όπως παρατηρούμε στην παραπάνω εικόνα, η εφαρμογή που υλοποιήσαμε και είναι εγκατεστημένη στην φορητή συσκευή, συνδέεται με το web service μέσω του διαδικτύου από όπου επικοινωνεί με την οντολογία η οποία περιέχει όλη τη γνώση σχετικά τις ταινίες και του χρήστες. Με αυτό τον τρόπο ο χρήστης δέχεται προτάσεις για ταινίες σύμφωνα με δύο διαφορετικούς αλγορίθμους στη συσκευή του. Στη 47

48 συνέχεια θα δούμε πως δημιουργήθηκε η οντολογία σύμφωνα στην οποία βασίστηκε το σύστημα συστάσεων. Η εφαρμογή προτάσεων για ταινίες σε mobile συσκευή υλοποιήθηκε μέσω της πλατφόρμας.νετ με τη χρήση του IDE Visual Studio 2012 Professional, κυρίως με τη χρήση της γλώσσας προγραμματισμού C# στη πλευρά του server. Στην πλευρά του client χρησιμοποιήθηκε η τεχνολογία XAML για την αναπαράσταση των δεδομένων. Η σύνδεση μεταξύ server και client έγινε με τη χρήση web service. 4.1 Το πλαίσιο.net Το πλαίσιο.net αποτελεί ένα σύμπλεγμα τεχνολογιών, που συμπεριλαμβάνουν: Τις γλώσσες.net Visual Basic, C#, Jscript, J# και C++ Το Common Language Runtime που είναι η μηχανή εκτέλεσης όλων των προγραμμάτων.net και παρέχει αυτόματες υπηρεσίες όπως ο έλεγχος ασφάλειας, η διαχείριση μνήμης και η βελτιστοποίηση. Εικόνα 20 - Πλατφόρμα.net 48

49 τις Η βιβλιοθήκη κλάσεων.net που συμπεριλαμβάνει χιλιάδες κομμάτια από προκατασκευασμένη λειτουργικότητα που μπορεί να εισαχθεί εύκολα σε εφαρμογές και είναι οργανωμένη σε τεχνολογικές συλλογές όπως το ADO.NET (η τεχνολογία που υποστηρίζει εφαρμογές με Βάσεις Δεδομένων), τα Windows Forms, η ASP.NET [48] (που αποτελεί τη μηχανή που φιλοξενεί εφαρμογές διαδικτύου της.net). Το Visual Studio που αποτελεί ένα εργαλείο εξέλιξης εφαρμογών και περιέχει μια συλλογή χαρακτηριστικών που βοηθάνε την παραγωγικότητα και την αποσφαλμάτωση. Η Microsoft συνεχίζει με επιτυχία τη βελτίωση και ενίσχυση της ASP.NET, χωρίς να αφαιρεί χαρακτηριστικά ή να αντικαθιστά λειτουργικότητα αλλά με την προσθήκη υψηλού επιπέδου χαρακτηριστικά που μπορούν να αυξήσουν την παραγωγικότητα προγραμματισμού. Αυτή η τέταρτη έκδοση περιέχει δύο δραστικές αλλαγές. Την εισαγωγή του AJAX toolkit που δίνει τη δυνατότητα στους προγραμματιστές για εφαρμογές του διαδικτύου που ανταποκρίνονται με τρόπο που μοιάζει στις εφαρμογές desktop και την υποστήριξη του LINQ που αποτελεί μια σειρά από βελτιώσεις της γλώσσας που επιτρέπουν την έρευνα των δεδομένων στη μνήμη με τον ίδιο τρόπο που γίνεται αναζήτηση σε μια βάση δεδομένων. Εικόνα 21- Common Language Runtime 49

50 Το Common Language Runtime CLR είναι η μηχανή που υποστηρίζει όλες τις γλώσσες της.νετ. Πολλές νέες γλώσσες προγραμματισμού χρησιμοποιούν runtimes, όμως το CLR αποτελεί το πιο φιλόδοξο runtime της Microsoft [44]. Το CLR δεν εκτελεί μόνο τον κώδικα αλλά παρέχει ολόκληρη συλλογή υπηρεσιών όπως επαλήθευση του κώδικα, βελτιστοποίηση και διαχείριση αντικειμένων. Όλοι οι κώδικες εκτελούνται μέσα στο CLR, ανεξάρτητα αν πρόκειται για εφαρμογές Windows ή web services. Για παράδειγμα όταν ένας client ζητάει μια ιστοσελίδα ASP.NET η υπηρεσία ASP.NET εκτελείται στο περιβάλλον CLR, εκτελεί τον κώδικα και δημιουργεί ένα τελικό HTML που επιστρέφει στον client. Οι επιπτώσεις του CLR εκτείνονται σε μεγάλο φάσμα: Μεγάλη ενσωμάτωση γλωσσών προγραμματισμού. Οι γλώσσες της.νετ μετατρέπονται όλες σε IL κατά το compilation, επιτυγχάνοντας την απόλυτη ενσωμάτωση τους. Το CLR έχει επίσης τη δυνατότητα να φορτώσει περισσότερες από μια εκδόσεις ενός στοιχείου κάθε φορά. Λιγότερα σφάλματα. Ολόκληρες κατηγορίες σφαλμάτων αποκλείονται με το CLR όπως για παράδειγμα σφάλματα μνήμης που είναι πιθανά σε χαμηλότερου επιπέδου γλώσσες όπως η C++. Μαζί με τα μεγάλα οφέλη το CLR έχει και κάποια μειονεκτήματα: Η επίδοση. Επειδή το CLR επιβάλει ένα επιπλέον φορτίο κατά την εκτέλεση μιας εφαρμογής ASP.NET δεν μπορεί να ξεπεράσει μια καλογραμμένη εφαρμογή σε C++. Αυτό είναι συνήθως εμφανές σε πολύ απαιτητικές εφαρμογές, όμως οι εφαρμογές του διαδικτύου παρουσιάζουν σπάνια συμφόρηση στην εκτέλεση στον επεξεργαστή. Τα προβλήματα τους περιορίζονται στη βάση δεδομένων ή στο σύστημα αρχείων του server. Διαφάνεια κώδικα. Το IL είναι πιο εύκολο να μετατραπεί σε κώδικα, δηλαδή άλλοι προγραμματιστές θα μπορούν πιο εύκολα να κατανοήσουν τη λειτουργία του. Αυτό δεν αποτελεί μεγάλο πρόβλημα για τις εφαρμογές ASP.NET καθώς ο κώδικας δε διανέμεται αλλά φιλοξενείται σε servers. Αμφίβολη λειτουργία σε διαφορετικές πλατφόρμες. Αν και εξελίσσονται προγράμματα όπως το ΜΟΝΟ, που αποτελεί μια ελεύθερη εφαρμογή της.νετ σε Linux Unix και Windows, η.νετ δεν αναμένεται να τύχει την αποδοχή που έχει η JAVA επειδή ενσωματώνει πολλά χαρακτηριστικά που εξαρτώνται από την πλατφόρμα και το λειτουργικό σύστημα. 4.2 Το Visual Studio Το Visual Studio [45] παρέχει ένα πλούσιο περιβάλλον όπου ο χρήστης μπορεί γρήγορα να αναπτύξει προχωρημένες εφαρμογές. Αν και θεωρητικά μπορεί κανείς να αναπτύξει μια εφαρμογή ASP.NET χωρίς το Visual Studio, αν για παράδειγμα χρησιμοποιήσει έναν απλό text editor και εκτελέσει compilation με τους command line compilers της.νετ, αυτή η διαδικασία είναι πιο δύσκολη και επιρρεπής σε 50

51 σφάλματα. Για το λόγο αυτό το Visual Studio ή αντίστοιχα IDE χρησιμοποιούνται από τους περισσότερους προγραμματιστές. Μερικά από τα χαρακτηριστικά του αποτελούν: Σχεδιασμός σελίδας. Είναι δυνατή η δημιουργία μίας εφαρμογής με τη χρήση της λειτουργίας drag and drop χωρίς να προϋποθέτει τη γνώση HTML. Αυτόματη ανίχνευση σφαλμάτων. Το Visual Studio ανιχνεύει και ενημερώνει τον προγραμματιστή για σφάλματα πριν από την εκτέλεση της εφαρμογής. Υπάρχουν λειτουργίες υπογράμμισης σφαλμάτων σε κώδικα που εκτελούνται κατά τη διάρκεια της δημιουργίας του όπως σε επεξεργαστές κειμένου. Εργαλεία αποσφαλμάτωσης. Το Visual Studio περιέχει μια συλλογή εργαλείων αποσφαλμάτωσης που επιτρέπουν την παρακολούθηση των τιμών των μεταβλητών κατά την εκτέλεση του κώδικα. Επίσης αποτελεί ιδανικό περιβάλλον ανάπτυξης εφαρμογών του διαδικτύου καθώς εμπεριέχει έναν server που λειτουργεί αποκλειστικά για αποσφαλμάτωση. Intellisense. Το Visual Studio παρέχει μια δυνατότητα ολοκλήρωσης δήλωσης (για παράδειγμα με λίστες πληροφοριών για τη συμπλήρωση των όρων που χρησιμοποιούνται ως παράμετροι κάποιας λειτουργίας), για όλα τα αναγνωρισμένα αντικείμενα που φαίνονται στον κώδικα, η οποία γίνεται διαθέσιμη μέσα από χρήσιμες επεξηγήσεις. Εικόνα 22- Περιβάλλον Visual Studio Το Visual Studio, το περιβάλλον του οποίου εμφανίζεται στην εικόνα είναι διαθέσιμο σε διάφορες εκδόσεις. Αρχικά υπάρχει η ελεύθερη έκδοση Visual Web Developer Express Edition είναι αρκετά ικανοποιητική ωστόσο έχει κάποιους περιορισμούς. Στη συνέχεια οι επαγγελματικές εκδόσεις και εκδόσεις για ομάδες, με 51

52 αρκετό κόστος αλλά και πολύ αυξημένη λειτουργικότητα όπως η έκδοση Visual Studio Professional και Ultimate. Στην υλοποίηση της εφαρμογής χρησιμοποιήθηκε η επαγγελματική έκδοση Visual Studio 2012 Professional σε συνδυασμό με το Windows Phone 8.0 SDK. Το λογισμικό αυτό προσφέρεται μέσω του προγράμματος MSDN Academic Alliance σε φοιτητές και όλη τη πανεπιστημιακή κοινότητα μέσω της διεύθυνσης Η Γλώσσα Προγραμματισμού C# Η C# [47] είναι μια αντικειμενοστραφής γλώσσα προγραμματισμού που αναπτύχθηκε από τη Microsoft ως μέρος του.net περιβάλλοντος ανάπτυξης εφαρμογών. Η C# συνδυάζει χαρακτηριστικά από διάφορες καταξιωμένες γλώσσες προγραμματισμού, όπως η Delphi και η Java, με έμφαση στην αποδοτικότητα και την απλότητα. Πρόκειται για μια σύγχρονη, γενικού σκοπού, απλή, αλλά και ισχυρή γλώσσα προγραμματισμού, ενώ είναι ιδανική για την ανάπτυξη εφαρμογών σε κατανεμημένα περιβάλλοντα, όπως το Internet. Πολλοί άνθρωποι πιστεύουν πως ο ρόλος που έπαιξε η C# στην αρχιτεκτονική του περιβάλλοντος.νετ είναι πλήρως αντίστοιχος με αυτόν της C στην εφαρμογή του UNIX. Αν κάποιος γνωρίζει ήδη μια γλώσσα προγραμματισμού όπως C, C++ ή Java θα δει πως η σύνταξη της C# του είναι ήδη οικεία γιατί χρησιμοποιεί τα ίδια σύμβολα { και } που υποδηλώνουν τα τμήματα του κώδικα. Η σύνταξη της δε έχει πάρει αρκετά στοιχεία από την C++. Ο δημιουργός της C# είναι ο Anders Hejslberg.Η προηγούμενη εμπειρία του σε γλώσσες προγραμματισμού και πλαίσια εργασίας (Visual J++, Borland Delphi, Turbo Pascal) μπορεί να διακριθεί ολοφάνερα στον τρόπο σύνταξης της γλώσσας ως επίσης και καθ ολοκληρίαν του πυρήνα CLR. Σε συνεντεύξεις και δημοσιεύσεις του έχει δηλώσει πως τα ψεγάδια στις άλλες γλώσσες τον οδήγησαν στην θεμελίωση του CLR και κατ επέκταση στη δημιουργία και το σχεδιασμό της γλώσσας αυτής. Για τη δημιουργία της γλώσσας έπρεπε να εκπληρώνονται κάποιοι στόχοι [46], οι οποίοι ήταν: Έπρεπε σκόπιμα να είναι μια απλή, μοντέρνα και γενικού σκοπού. Επιπλέον να είναι αντικειμενοστραφής γλώσσα προγραμματισμού. Λόγω της στιβαρότητας, αντοχής των προγραμμάτων και λαμβάνοντας υπόψιν την παραγωγικότητα των προγραμματιστών ως πολύ σημαντικά θέματα, η γλώσσα που θα κατασκευαζόταν θα έπρεπε να περιέχει δυνατό έλεγχο τύπων, έλεγχο στα όρια των πινάκων, να ελέγχει συνεχώς για κάθε προσπάθεια τοποθέτησης των μεταβλητών, να υποστηρίζει τη φορητότητα πηγαίου κώδικα και να κάνει αυτόματο garbage collection. Η γλώσσα επίσης θα ήταν σκόπιμο να χρησιμοποιηθεί στο πεδίο της ανάπτυξης εφαρμογών ώστε να εκμεταλλεύεται τα κατανεμημένα περιβάλλοντα. 52

53 Οι προγραμματιστές που ήδη γνώριζαν μια γλώσσα παρεμφερή όπως η C και η C++ να μη χρειαζόντουσαν παραπάνω χρόνο ώστε να μάθουν και να εξοικειωθούν σε μια νέα γλώσσα από την αρχή. Η υποστήριξη διεθνοποίησης της (internationalization). Η C# προορίζεται να είναι κατάλληλη και για ενσωματωμένα αλλά κα για hosted συστήματα που εκτείνονται από τα πολύ μεγάλα και εξελιγμένα συστήματα έως τα πολύ μικρά που έχουν πολύ ειδικές λειτουργίες. Αν και οι εφαρμογές σε C# οφείλουν να είναι οικονομικές σε μνήμη και επεξεργαστική ικανότητα, η γλώσσα δεν έχει σκοπό τον ανταγωνισμό σε ταχύτητα και μέγεθος με την C ή την Assembly. 4.4 Web Services Η IBM ορίζει τα web services ως μια τεχνολογία που επιτρέπει στις εφαρμογές να επικοινωνούν μεταξύ τους ανεξαρτήτως πλατφόρμας και γλώσσας προγραμματισμού. Ένα web service είναι μια διεπαφή λογισμικού (software interface) που περιγράφει μια συλλογή από λειτουργίες οι οποίες μπορούν να προσεγγιστούν από το δίκτυο μέσω πρότυπων μηνυμάτων XML. Χρησιμοποιεί πρότυπα βασισμένα στη γλώσσα XML για να περιγράψει μία λειτουργία (operation) προς εκτέλεση και τα δεδομένα προς ανταλλαγή με κάποια άλλη εφαρμογή. Μια ομάδα από web services οι οποίες αλληλεπιδρούν μεταξύ τους καθορίζει μια εφαρμογή web service. Τα Web Services [49] είναι μια αναδυόμενη τεχνολογία. Δίνουν τη δυνατότητα σε ανόμοιες εφαρμογές οι οποίες τρέχουν σε διαφορετικές μηχανές να ανταλλάσσουν δεδομένα και να συνεργάζονται μεταξύ τους χωρίς τη χρήση επιπρόσθετου λογισμικού ή υλικού. Οι εφαρμογές που βασίζονται σε Web Services μπορούν να ανταλλάσσουν δεδομένα αδιαφορώντας για την γλώσσα προγραμματισμού, το λειτουργικό σύστημα και το πρωτόκολλο διαδικτύου, όπως φαίνεται και από το σχήμα της εικόνας. 53

54 Εικόνα 23 - Web Service Είναι αυτόνομες και ανεξάρτητες εφαρμογές οι οποίες μπορούν να περιγραφούν, διατεθούν, ανατεθούν και εκτελεστούν σε ένα ενιαίο δικτυακό περιβάλλον. Επίσης, είναι αυτό-περιγραφικές και αυτόνομες δικτυοκεντρικές μονάδες, εκτελούν ολοκληρωμένες επιχειρησιακές λειτουργίες και υλοποιούνται με ευκολία, επειδή βασίζονται σε κοινά πρότυπα και υπάρχουσες τεχνολογίες όπως α)xml και β)http. Όπως θα δούμε και παρακάτω, τα web services επιτρέπουν στους προγραμματιστές πληροφοριακών συστημάτων να δομήσουν τις εφαρμογές τους χρησιμοποιώντας υπάρχοντα κώδικα που διατίθεται από τρίτους. Τα Web Services αποτελούν λογική συνέχεια των objectoriented και componentbased applications. Παράλληλα τα web services είναι λογισμικές μονάδες διαθέσιμες μέσω ενός δικτύου (internet), οι οποίες δίνουν τη δυνατότητα για ολοκλήρωση εργασιών, επίλυση προβλημάτων ή διεξαγωγή συναλλαγών εκ μέρους ενός χρήστη ή μιας εφαρμογής. Μια υπηρεσία συνοδεύεται και από μία διεπαφή και παρέχει πρόσβαση μέσω ενός συγκεκριμένου μηχανισμού [51]. Η διεπαφή αυτή υλοποιείται με SOAP/XML, περιγράφεται με WSDL και καταχωρείται και ανακαλύπτεται μέσω UDDI. (Οι προαναφερθείσες τεχνολογίες αναλύονται παρακάτω) Σε γενικές γραμμές ένα web service μπορεί να είναι: Μια επιχειρησιακή διαδικασία η οποία δρα αυτόνομα Μια ολοκληρωμένη επιχειρησιακή εργασία Μια εφαρμογή Ένας πόρος παροχής υπηρεσιών Τεχνικά Χαρακτηριστικά των Web Services Οι υπηρεσίες ιστού αποτελούν εφαρμογές που βασίζονται στη γλώσσα Extensible Mark up Language (XML) και αποτελούν διεπαφές σε εφαρμογές, αντικείμενα, βάσεις δεδομένων ή επιχειρησιακές διαδικασίες [49]. Για την εκτέλεση μιας υπηρεσίας ιστού απαιτείται η αποστολή ενός εγγράφου XML σε μορφή μηνύματος μέσω του δικτύου και μετά την εκτέλεση της υπηρεσίας, προαιρετικά, μπορεί να αποσταλεί απάντηση σε μορφή εγγράφου XML. Οι τυποποιήσεις των υπηρεσιών ιστού καθορίζουν : Τυποποιήσεις για τη μορφοποίηση των μηνυμάτων 54

55 Τη διεπαφή στην οποία στέλνονται τα μηνύματα Αντιστοιχίσεις μεταξύ των δεδομένων των μηνυμάτων και των δεδομένων των εφαρμογών που κρύβονται πίσω από τις υπηρεσίες ιστού Μηχανισμούς για τη δημοσίευση και την αναζήτηση υπηρεσιών ιστού. Εικόνα 24- Δομή web service Οι περισσότερες υπηρεσίες εκτελούνται μέσω του διαδικτύου με την συμπλήρωση των απαραίτητων φορμών εισόδου για την υπηρεσία σε μια σελίδα Hyper Text Markup Language (HTML) και με την αποστολή αυτών των δεδομένων στην υπηρεσία ενσωματωμένα σε ένα Uniform Resource Locator (URL). Απλές συναλλαγές στο διαδίκτυο, όπως είναι η αναζήτηση ή η αγορά προϊόντων πραγματοποιούνται μέσω διαδικτύου απλά με την εισαγωγή παραμέτρων και λέξεων κλειδιών σε ένα URL. Η αποστολή της αίτησης σε μορφή XML εγγράφου έχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως καλύτερη υποστήριξη για τύπους δεδομένων, μεγαλύτερη ευελιξία και επεκτασιμότητα. Η XML μπορεί να αναπαραστήσει διάφορους τύπους δεδομένων και επίσης έχει δυνατότητα μεταφοράς περισσοτέρων δεδομένων από ότι ένα κείμενο σε ένα URL. Ένα web service εκτελεί όπως προαναφέρθηκε μια συγκεκριμένη εργασία. Για την προσπέλαση λειτουργιών μέσω του διαδικτύου με την ανταλλαγή τυποποιημένων μηνυμάτων σε μορφή XML χρησιμοποιείται μια διεπαφή (interface). Για την αλληλεπίδραση με ένα web service χρησιμοποιείται η περιγραφή της υπηρεσίας (service description) σε μορφή XML, που παρέχει όλες τις απαραίτητες λεπτομέρειες για την αλληλεπίδραση με την υπηρεσία, συμπεριλαμβανομένου των μηνυμάτων που ανταλλάσσονται, τα πρωτόκολλα επικοινωνίας και την τοποθεσία της υπηρεσίας. Οι περιγραφές των υπηρεσιών εκφράζονται στη γλώσσα WSDL (Web Service Description Language). 55

56 4.4.2 Υπηρεσίες Web Services Τα web services,έχουν ειδικά χαρακτηριστικά συμπεριφοράς [50]. Τα κυριότερα από αυτά είναι: extensible Markup Language: Ίσως το κυριότερο χαρακτηριστικό είναι η αξιοποίηση και χρήση της XML, αφού χρησιμοποιείται για την μεταφορά δεδομένων, αποβάλλει κάθε δικτύωση, λειτουργικό σύστημα ή δέσμευση πλατφόρμας που έχει ένα πρωτόκολλο. Loosely Coupled: Ένας πελάτης μιας υπηρεσίας διαδικτύου δεν είναι δεσμευμένος με μια συγκεκριμένη υπηρεσία άμεσα. Το Interface της υπηρεσίας μπορεί να αλλάξει με την πάροδο του χρόνου, χωρίς να επηρεάσει τη δυνατότητα που έχει ο πελάτης να αλληλεπιδρά με την υπηρεσία. Ένα tightly coupled σύστημα δεσμεύει τους πελάτες με τον εξυπηρετητή και σε περίπτωση που αλλάξει μια διεπαφή, θα πρέπε ινα ενημερώνεται καιηάλλη. Με την Loosely Coupled μέθοδο, τα συστήματα γίνονται περισσότερο εύχρηστα. Coarse Grained: Οι αντικειμενοστραφείς τεχνολογίες όπως η JAVA, υλοποιούν τις υπηρεσίες τους μέσω ξεχωριστών μεθόδων. Μια μέθοδος είναι μια πάρα πολύ λεπτή λειτουργία που παρέχει κάθε χρήσιμη ικανότητα σε ένα συνεταιρικό επίπεδο. Η ανάπτυξη ενός προγράμματος Java από την αρχή απαιτεί δημιουργία πολλών fine-grained μεθόδων οι οποίες προσχωρούν έπειτα σε μια coarse-grained υπηρεσία που εκτελείται είτε από έναν πελάτη είτε από μια άλλη υπηρεσία. Οι επιχειρήσεις και οι διεπαφές που υλοποιούν πρέπει να είναι coarse-grained. Τα web services παρέχουν έναν φυσικό τρόπο ορισμού υπηρεσιών coarse-grained, που έχουν πρόσβαση στην επιχειρησιακή λογική. Δυνατότητα να είναι σύγχρονες και ασύγχρονες: Ο συγχρονισμός αναφέρεται στη σύνδεση του πελάτη με την εκτέλεση της υπηρεσίας. Στις σύγχρονες επικλήσεις, ο πελάτης στέλνει ένα μήνυμα αιτήματος και περιμένει ένα μήνυμα ανταπόκρισης πριν συνεχίσει με τους υπολογισμούς του. Στα ασύγχρονα web services, ο πελάτης στέλνει ένα μήνυμα αιτήματος το οποίο περιλαμβάνει όλο το έγγραφο και όχι ένα τμήμα του και μπορεί να συνεχίσει να εκτελεί κάποιες άλλες λειτουργίες. Η υπηρεσία, μπορεί να αποστείλει ή να μην αποστείλει μήνυμα απάντησης. Υποστήριξη διαδικασίας εξ αποστάσεως κλήσεων (RemoteProcedureCalls, RPCs):Οι υπηρεσίες ιστού επιτρέπουν στους πελάτες να καλέσουν τις διαδικασίες, τις λειτουργίες, και τις μεθόδους σε απομακρυσμένα αντικείμενα χρησιμοποιώντας ένα XML-based πρωτόκολλο. Οι απομακρυσμένες διαδικασίες εκθέτουν τις παραμέτρους εισαγωγής και εξαγωγής που μια υπηρεσία Ιστού πρέπει να υποστηρίξει. Μια υπηρεσία Ιστού υποστηρίζει RPC με την παροχή υπηρεσιών της, ισοδύναμων με εκείνες ενός παραδοσιακού συστατικού, ή με την μετάφραση των εισερχόμενων κλήσεων σε μια κλήση ενός EJB ή ενός.net συστατικού. Υποστήριξη ανταλλαγής κειμένων: Ένα από ταβασικά χαρακτηριστικά της XML είναι ο γενικός τρόπος του αναπαριστά όχι μόνο τα στοιχεία, αλλά και 56

57 σύνθετα έγγραφα. Αυτά τα έγγραφα μπορούν να είναι απλά, όπως όταν αντιπροσωπεύουν μια τρέχουσα διεύθυνση, ή μπορούν να είναι σύνθετα, αντιπροσωπεύοντας ένα ολόκληρο βιβλίο. Οι υπηρεσίες ιστού υποστηρίζουν τη διαφανή ανταλλαγή των εγγράφων για να διευκολύνουν την επιχειρησιακή ενοποίηση Η Τεχνολογία SOA (Service Oriented Architecture) Η Service Oriented Architecture (SOA) [49] είναι ένας λογικός τρόπος για τον σχεδιασμό ενός λογισμικού και παροχής υπηρεσιών στον τελικό χρήστη ή σε άλλες υπηρεσίες μοιρασμένες σε ένα δίκτυο, μέσω διεπαφών έκδοσης και εξερεύνησης. Με την ανάπτυξη υπηρεσιοστρεφούς αρχιτεκτονικής δημιουργούνται είτε εφαρμογές που χρησιμοποιούν υπηρεσίες(services), είτε εφαρμογές που λειτουργούν σαν υπηρεσίες προς όφελος άλλων εφαρμογών, είτε συνδυασμός και των δυο. Αναπτύσσονται δηλαδή εφαρμογές, οι οποίες χρησιμοποιούν υπηρεσίες και αυτές με την σειρά τους αποτελούν υπηρεσίες για άλλες εφαρμογές. Η SOA παρέχει μια αρχιτεκτονική, η οποία προσφέρει ένα πλαίσιο ολοκλήρωσης πάνω στο οποίο οι αρχιτέκτονες λογισμικού μπορούν να σχεδιάσουν εφαρμογές χρησιμοποιώντας μια συλλογή από επαναχρησιμοποιήσιμα λειτουργικά τμήματα με ευκρινείς διεπαφές. Οι εφαρμογές ολοκληρώνονται στις διεπαφές και όχι στο επίπεδο της υλοποίησης. Ένα ακόμη χαρακτηριστικό της SOA είναι ότι επιτρέπει πολλές προς πολλές ολοκληρώσεις. Για παράδειγμα, μια πληθώρα από καταναλωτές, χρησιμοποιούν ξανά και ξανά εφαρμογές με πολλούς διαφορετικούς τρόπους. Οι οργανισμοί οι οποίοι χρησιμοποιούν SOA διαχωρίζονται σε τρία σημεία εισόδου [51], με βάση τις επιχειρηματικές τους απαιτήσεις και προτεραιότητες: Υλοποίηση ενορχήστρωσης εταιρικών υπηρεσιών, Υπηρεσίες ενδυνάμωσης όλου του οργανισμού, Υλοποίησης από edge-to-edge συνεργασίες επιχειρηματικών διαδικασιών. Μια υπηρεσία παρέχει μια συγκεκριμένη διαδικασία, όπως για παράδειγμα η επεξεργασία μιας αγοράς. Επίσης μια υπηρεσία μπορεί να αποτελείται μόνο από μια διαδικασία, για παράδειγμα η μετατροπή συναλλάγματος από ένα νόμισμα σε κάποιο άλλο, ή να διαχειρίζεται πολλές διαδικασίες οι οποίες σχετίζονται μεταξύ τους, όπως για παράδειγμα σε ένα σύστημα κράτησης θέσεων. Το χαρακτηριστικό το οποίο κάνει την αρχιτεκτονική SOΑ ξεχωριστή σε σχέση με άλλες αρχιτεκτονικές, είναι το γεγονός ότι ο πελάτης (client) μιας υπηρεσίας είναι ανεξάρτητος από την ιδία την υπηρεσία. Ο τρόπος με τον οποίο ένας πελάτης (ή μια άλλη υπηρεσία ) καλεί μια υπηρεσία δεν σχετίζεται με την ανάπτυξη 57

58 της υπηρεσίας αυτής. Στην πράξη αυτό σημαίνει ότι ο client δεν είναι απαραίτητο να γνωρίζει οτιδήποτε για την υπηρεσία που επιθυμεί να χρησιμοποιήσει. Δεν είναι απαραίτητο να γνωρίζει την γλωσσά προγραμματισμού στην οποία είναι υλοποιημένη είναι η υπηρεσία ή σε τι λειτουργικό σύστημα θα τρέχει. Ο πελάτης επικοινωνεί με την υπηρεσία μέσω ενός interface και από αυτό το σημείο και έπειτα η υπηρεσία εκτελεί τις όποιες λειτουργίες απαιτούνται. Σε περίπτωση κατά την οποία τροποποιηθεί η υπηρεσία, χωρίς να υπάρξει κάποια μετατροπή στο interface, τότε ο πελάτης θα εξακολουθήσει να καλεί την συγκεκριμένη υπηρεσία χωρίς κανένα πρόβλημα. Για παράδειγμα, ένα σύστημα κρατήσεων θέσεων κάποια στιγμή αναβαθμιστεί, οι πελάτες θα εξακολουθήσουν να το χρησιμοποιούν με την προϋπόθεση το interface της εφαρμογής να παραμένει ίδιο. Είναι φανερό πως τα web services έχουν μια μεγάλη ανεξαρτησία η οποία τους παρέχει τη δυνατότητα να είναι document centric. Με τον όρο αυτό μια υπηρεσία μπορεί να δέχεται σαν είσοδο ένα «έγγραφο» αντί για κάποιο αντικείμενο Java. Όπως προαναφέρθηκε παραπάνω, έτσι και τώρα ο πελάτης πάλι δεν ενδιαφέρεται για την διαδικασία επεξεργασίας του εγγράφου. Η υπηρεσία είναι αυτή που έχει τον τρόπο να επεξεργαστεί και να απαντήσει στην αίτηση. Η ιδιότητα αυτή σε συνδυασμό με την ραγδαία εξάπλωση της XML είναι πολύ σημαντική, καθώς η SOA αποκτά πολύ μεγάλα πλεονεκτήματα, ευελιξία και δυναμική, γεγονός που την καθιστά κυρίαρχη για τα επόμενα χρόνια στο χώρο της Πληροφορικής. Τα κύρια χαρακτηριστικά της SOA είναι βασισμένα σε τρείς ρόλους [51] που αποτελούνται από τις εξής αρχιτεκτονικές μονάδες όπως φαίνονται και στην παρακάτω εικόνα: Ο πάροχος υπηρεσίας (service provider): Από επιχειρησιακής απόψεως, είναι ο ιδιοκτήτης της υπηρεσίας. Από αρχιτεκτονικής απόψεως, είναι η πλατφόρμα που φιλοξενεί και ελέγχει την είσοδο στην υπηρεσία. Ο πελάτης υπηρεσίας (service requester):από επιχειρησιακής απόψεως, είναι η επιχείρηση που αναζητά την ικανοποίηση συγκεκριμένων λειτουργιών από άλλη επιχείρηση. Από αρχιτεκτονικής απόψεως, είναι η εφαρμογή που αναζητά, καλεί και εκτελεί μια υπηρεσία. Ο ρόλος του πελάτη υπηρεσίας μπορεί να υλοποιηθεί είτε από μια εφαρμογή που εκτελείται από ένα χρήστη μέσω ενός περιηγητή ιστού (web browser) είτε από μία εφαρμογή χωρίς σύστημα διεπαφής για τους χρήστες (user interface), όπως για παράδειγμα μια άλλη υπηρεσία ιστού. Μητρώο καταγραφής υπηρεσίας (serviceregistry): Αποτελεί ένα ευρετήριο υπηρεσιών ιστού, όπου οι πάροχοι υπηρεσίας δημοσιεύουν τις υπηρεσίες τους. Οι πελάτες υπηρεσίας προσπελάζουν τα μητρώα καταχώρησης υπηρεσιών για την αναζήτηση υπηρεσιών και για την ανάκτηση πληροφορίας σύνδεσης με αυτές. 58

59 Εικόνα 25- Service Oriented Architecture(SOA) Το μητρώο καταχώρησης υπηρεσιών είναιπροαιρετικό στην αρχιτεκτονική των υπηρεσιών web, λόγω του ότι ένας πάροχος υπηρεσίας μπορεί να στείλει την περιγραφή μιας υπηρεσίας απευθείας στον πελάτη της υπηρεσίας. Επίσης, οι πελάτες υπηρεσίας μπορούν να ανακτήσουν περιγραφές υπηρεσιών από άλλες πηγές, όπως είναι ένα τοπικό αρχείο, ένας τόπος FTP (FTP site) και ένας δικτυακός τόπος (web site). Τα αντικείμενα είναι τα οποία συμμετέχουν στην αρχιτεκτονική των Web Services είναι: H υπηρεσία (service ) H περιγραφή της υπηρεσίας (service description) Οι λειτουργίες που εκτελούνται από τους χρήστες σε αυτά τα αντικείμενα είναι: Δημοσίευση (publish) Εύρεση (find) Σύνδεση (bind) Για τη δημιουργία και εκτέλεση μιας υπηρεσίας απαιτείται η καταγραφή και ο σχεδιασμός μιας ροής ενεργειών. Η ροή αυτή περιγράφει τις δραστηριότητες που πρέπει να εκτελεστούν βήμα βήμα ώστε να εκτελεστεί η υπηρεσία. Βήμα1: Ο πάροχος μιας υπηρεσίας δημιουργεί μια υπηρεσία ιστού και την περιγραφή της και κατόπιν δημοσιεύει την υπηρεσία σε μια αποθήκη υπηρεσιών με βάση την τυποποίηση Universal Description Discovery and Integration (UDDI) Βήμα2: Μετη δημοσίευση μιας υπηρεσίας ιστού, οποιοσδήποτε αναζητά υπηρεσίες μπορεί να βρει την υπηρεσία μέσω της διεπαφής UDDI. Βήμα3: Η αποθήκη με βάση την προδιαγραφή UDDI παρέχει στους πελάτες υπηρεσιών την WSDL περιγραφή της υπηρεσίας και τη διεύθυνση URL της υπηρεσίας. 59

60 Βήμα4: Οι πελάτες υπηρεσίας μπορούν έπειτα να χρησιμοποιήσουν αυτήν την πληροφορία για να συνδεθούν κατευθείαν με την υπηρεσία και να την εκτελέσουν. Εικόνα 26- Ροή ενεργειών για τη δημιουργία και εκτέλεση μιας υπηρεσίας Η λειτουργία της έκδοσης, συνίσταται από δύο ισάξιες λειτουργίες: Την περιγραφή της υπηρεσίας, όπου περιγράφονται πληροφορίες επιχειρηματικής φύσης και τεχνικές πληροφορίες. Την εγγραφή της υπηρεσίας, όπου εγγράφεται στο μητρώο των τριών χαρακτηριστικών. Η λειτουργία της εύρεσης, συνίσταται επίσης από δύο λειτουργίες: 60

61 Την εύρεση των υπηρεσιών από τον πράκτορα εξεύρεσης Τον εντοπισμό της επιθυμητής από τα αποτελέσματα της έρευνας Τέλος, η λειτουργία της σύνδεσης, αποτελείται και αυτή από δύο πιθανές λειτουργίες: Την απευθείας σύνδεση Την σύνδεση μέσω διαμεσολαβητή Εικόνα 27- ΠαράδειγμαSOA-Composite Service Πρωτόκολλο Πρόσβασης Απλού Αντικειμένου (SOAP) Το πρωτόκολλο SOAP αποτελεί ένα ελαφρύ (lightweight) πρωτόκολλο που βασίζεται στη γλώσσα XML για την ανταλλαγή τυποποιημένων (structured)δεδομένων μεταξύ εφαρμογών. Τα κύρια χαρακτηριστικά του είναι [54]: o Απλό και επεκτάσιμο o Βασίζεται στην XML o Ανεξάρτητο πρωτοκόλλου, λειτουργικού συστήματος και γλώσσας προγραμματισμού (Το SOAP με το HTTP είναι το πιο συχνά χρησιμοποιούμενο) o Απομακρυσμένη κλήση μεθόδων (Remote Procedure Calls-RPC)) ή ασύγχρονη αποστολή μηνυμάτων (asynchronous message style) 61

62 Οι χρήσεις του SOAP είναι : o Χρησιμοποιείται συχνά ως πρωτόκολλο για απομακρυσμένες κλήσεις πάνω από το πρωτόκολλο Hypertext Transfer Protocol (HTTP). o Δεν είναι αναγκαία η χρήση του SOAP με το πρωτόκολλο HTTP ενώ παράλληλα υποστηρίζει και άλλα μοντέλα εκτός του μοντέλου αίτηση/απάντηση. o Το SOAP χρησιμοποιείται με κάθε πρωτόκολλο που υποστηρίζει τη μεταφορά XML δεδομένων από τον αποστολέα στο παραλήπτη. Η Microsoft και η IBM έχουν υλοποιήσει μηνύματα SOAP πάνω από το πρωτόκολλο SMTP, το οποίο σημαίνει ότι τα μηνύματα SOAP μπορούν να δρομολογηθούν μέσω servers. Το κατώτερο επίπεδο του SOAP είναι ένα ελαφρύ πρωτόκολλο ανταλλαγής μηνυμάτων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αποστολή μηνυμάτων μεταξύ δύο ή περισσοτέρων σημείων. Ο κύριος στόχος του SOAP είναι η παροχή ενός κοινού τρόπου για το πακετάρισμα των δεδομένων των μηνυμάτων και ο καθορισμός κανόνων για τη κωδικοποίηση και αποκωδικοποίηση των δεδομένων κατά τη μεταφορά [53]. Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η διαδικασία SOAP. Εικόνα 28 - Διαδικασία SOAP μηνύματος Μοντέλα Ανταλλαγής Δεδομένων Message Exchange Models Το πρωτόκολλο SOAP είναι κατά κύριο λόγο πρωτόκολλο μιας κατεύθυνσης (Oneway), παρόλα αυτά μπορεί να υποστηρίξει και άλλα μοντέλα ανταλλαγής δεδομένων, 62

63 αρκεί να τα υποστηρίζει το πρωτόκολλο που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το SOAP [54]. Τέτοια μοντέλα ανταλλαγής δεδομένων είναι: o Πολλαπλή αποστολή (multicast), o Aίτηση / απάντηση(request/response). Για παράδειγμα, το μοντέλο αίτηση / απάντηση υλοποιείται με 2SOAP μηνύματα: ένα για την αίτηση και ένα για την απάντηση HTTP Bindings Αρχικά το SOAP συνδέθηκε με το πρωτόκολλο HTTP επειδή σχεδιάστηκ εως ένα πρωτόκολλο που θα υποστηρίζει υπηρεσίες στο Internet. Ελάχιστες είναι οι απαιτήσεις για το συνδυασμό του SOAP με HTTP. Μία αίτηση SOAP μπορεί να είναι μια HTTP POST ή μια HTTP GET αίτηση. Η HTTP POST αίτηση καθορίζει τουλάχιστον 2 επικεφαλίδες: Content-Type And Content-Length. Το πεδίο Content- Type για μια αίτηση ή απάντηση SOAP, καθορίζει τον τύπο δεδομένων ενός μηνύματος και προαιρετικά την κωδικοποίηση πουχρησιμοποιείται στο κυρίως σώμα της αίτησης ή της απάντησης. Το πεδίο Content-Length για μία αίτηση ή απάντηση SOAP καθορίζει τον αριθμό των bytes στο κυρίως σώμα (body) της αίτηση ή της απάντησης αντίστοιχα. Στον παρακάτω πίνακα, παρουσιάζεται η σύνταξη των δυο επικεφαλίδων και ένα παράδειγμα για την καθεμία. Σύνταξη Παράδειγμα 63

64 Content - Length Content - Type Content-Type: MIME Type; char set=character-encoding POST/item HTTP/1.1 Content-Type: application /soap + xml; char set= utf- 8 Σύνταξη Content - Length: bytes Παράδειγμα POST/item HTTP/1.1 Content-Type: application soap+ xml; char set= utf-8 Content- Length: 250 Εικόνα 29- Σύνταξη επικεφαλίδων Content-Type και Content Length HTTP Response Η επικεφαλίδα μιας SOAP απάντησης δεν περιέχει κάτι περισσότερο από ότι μια επικεφαλίδα μιας SOAP αίτησης, παρά μόνο τους κωδικούς κατάστασης( status codes).για κάθε επιτυχή λήψη ενός HTTP SOAP μηνύματος επιστρέφεται ένας κωδικός κατάστασης. Σε περίπτωση προβλήματος, ο κωδικός κατάστασης που επιστρέφεται είναι 500, InternalServerError. Εάν ο κωδικός κατάστασης είναι500,τότε το SOAP μήνυμα πρέπει να περιέχει ένα στοιχείο Fault (fault element). SOAP Message Ένα SOAP μήνυμα αποτελείται από το φάκελο του SOAP (SOAP envelope) μηνύματος. Μέσα στο φάκελο εσωκλείονται: Η επικεφαλίδα (header) και Τα κυρίως δεδομένα που βρίσκονται στο σώμα (body). 64

65 Εικόνα 30- Φάκελος SOAP Ο SOAP φάκελος [53] δεν διαφέρει πολύ από έναν πραγματικό φάκελο, παραδοσιακού γράμματος. Όπως προαναφέρθηκε, στον φάκελο περιέχονται τα κύρια δεδομένα του μηνύματος, τα οποία κωδικοποιούνται σε ένα SOAP φορτίο. Στα κύρια αυτά δεδομένα, συμπεριλαμβάνονται και πληροφορίες που αφορούν τον παραλήπτη και τον αποστολέα όπως επίσης και λεπτομέρειες για το ίδιο το μήνυμα. Για παράδειγμα, από την επικεφαλίδα του SOAP φακέλου μπορεί να καθοριστεί ο τρόπος με τον οποίο το μήνυμα πρέπει επεξεργαστεί. Πριν συνεχιστεί η διαδικασία επεξεργασίας ενός μηνύματος από μια εφαρμογή, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί η πληροφορία για το ίδιο το μήνυμα. Επίσης ένα τυπικό SOAP μήνυμα, μπορεί να περιλαμβάνει τον τρόπο κωδικοποίησης. Σε ένα SOAP message μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι κοινοί τύποι δεδομένων : XSD types: int, String, date (π.χ. <agexsi:type=xsd:int>66</age>)και Πιο πολύπλοκες δομές δεδομένων οι οποίες περιγράφονται σε ένα σχήμα XML Γλώσσα Περιγραφής Υπηρεσιών Διαδικτύου (WSDL) Η Web Services Description Language(WSDL) αποτελεί μια γλώσσα βασισμένη σε XML και περιγράφει τους μηχανισμούς της αλληλεπίδρασης με μια συγκεκριμένη υπηρεσία ιστού. Συνοπτικά η WSDL περιγράφει το τι κάνει ένα web service, που ανήκει και πως καλείται. Η WSDL βασίζεται στην XML για την περιγραφή των δημόσιων διεπαφών ενός Web Service όπως: o Όλες τις δημόσιες δραστηριότητες o ΤαXMLπρωτόκολλα μηνυμάτων υποστηριζόμενα από ταweb Services o Πληροφορίες δέσμευσης για το συγκεκριμένο πρωτόκολλο μεταφοράς που πρόκειται να χρησιμοποιηθεί o Πληροφορίες διεύθυνσης για τον εντοπισμό του web service Αποτελεί ένα είδος δέσμευσης, μεταξύ του πελάτη της υπηρεσίας και του παρόχου της υπηρεσίας. Είναι όμως ανεξάρτητη της πλατφόρμας και της γλώσσας προγραμματισμού ενώ χρησιμοποιείται και για να περιγράψει υπηρεσίες τύπου SOAP και όχι μόνο. 65

66 Εικόνα 31- WSDL περιγραφή υπηρεσίας Οι προδιαγραφές της WSDL χωρίζονται σε δύο μέρη: o Τον καθορισμό της διεπαφής της υπηρεσίας που περιγράφει την γενική δομή του Web Service. o Την υλοποίηση της υπηρεσίας που συνδέει το αφηρημένο (abstract) σε μια συγκεκριμένη διεύθυνση δικτύου, σε ένα συγκεκριμένο πρωτόκολλο και σε πραγματικές δομές δεδομένων Η γραμματική και η σύνταξη που περιγράφουν ένα web service, καθορίζονται από την WSDL σαν μια συλλογή από επικοινωνιακά άκρα. ΗWSDL χρησιμοποιεί την XML και τοποθετείται πάνω από ένα XML Schema. Μπορεί να παρέχει τα μέσα για την ομαδοποίηση των μηνυμάτων σε λειτουργίες και τις λειτουργίες σε διεπαφές. Όπως φαίνεται στο σχήμα της εικόνας,τα άκρα 1έως4ομαδοποιούνταισε μια λειτουργία Α (operation A) μέσω ενός interface ενώ η λειτουργία β (operation b) παράγει το interface των άκρων 5-6. Εικόνα 32- WSDL Ομαδοποίηση 66

67 4.5 Η βιβλιοθήκη Dotnetrdf Ο στόχος του dotnetrdf [56] project είναι να δημιουργήσει μια Open Source Βιβλιοθήκη χρησιμοποιώντας τις πιο πρόσφατες εκδόσεις του πλαισίου.νετ παρέχοντας ένα ισχυρό και εύκολο στη χρήση API για την εργασία με το RDF, SPARQL του Σημασιολογικού Ιστού. Πρωταρχικός στόχος είναι να παρέχεται ένας αποτελεσματικός τρόπος για εργασία με λογικές ποσότητες RDF στο περιβάλλον.net. Παρέχεται υποστήριξη για διάφορα Stores στη βιβλιοθήκη, καθώς και ένα API που επιτρέπει την αυθαίρετα Stores για να συνδεθούν στη βιβλιοθήκη και να επιτρέψουν τη διαχείριση μεγαλύτερων ποσοτήτων RDF. Μέχρι σήμερα υποστηρίζονται τα stores 3d party κατασκευαστών όπως : Virtuoso, 4Store, Fuseki, AllegroGraph, Sesame. Το dotnetrdf απαιτεί τόσο το πλαίσιο Microsoft.Net 4.0 ή 3.5 SP1 και τις ακόλουθες βιβλιοθήκες: JSON.Net που διατίθενται από codeplex HtmlAgilityPack που διατίθενται από codeplex VDS Common που διατίθεται από BitBucket Οι σχετικές βιβλιοθήκες περιλαμβάνονται στα πακέτα που έχουν κυκλοφορήσει, έτσι δεν χρειάζεται κάποιος να λάβει μόνος του τις βιβλιοθήκες αυτές. 4.6 Ανασκόπηση Εφαρμογής 67

68 Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν οι βασικές οθόνες τις εφαρμογής με τις οποίες αλληλεπίδρασαν οι χρήστες καθώς πραγματοποίησαν το σχετικό πείραμα. Η εικόνα 28 εμφανίζεται όταν ανοίγει ο χρήστης την εφαρμογή και καλείται να εισάγει το username του. Εικόνα 33- Αρχική Οθόνη εφαρμογής Η παρακάτω εικόνα εμφανίζει την οθόνη επιλογής των δύο διαδικασιών μετά την είσοδο του χρήστη στο σύστημα. Για την πραγματοποίηση του πειράματος ο κάθε χρήστης καλείται να επιλέξει ταινίες και στις δύο διαδικασίες. 68

69 Εικόνα 34- οθόνη μετά τη σύνδεση του χρήστη Στη συνέχεια εμφανίζεται η λίστα των ταινιών στις οποίες έχει τη δυνατότητα ο χρήστης να περιηγηθεί προκειμένου να επιλέξει μια από αυτές. Εικόνα 35- Λίστα ταινιών Στην εικόνα 31 φαίνονται τα περιεχόμενα της ταινίας δίνοντας πληροφορίες στον χρήστη σχετικά με αυτήν. Ενδεικτικές πληροφορίες που εμφανίζονται είναι το είδος της ταινίας, ο σκηνοθέτης, οι πρωταγωνιστές, μια σύντομη περίληψη, το έτος 69

70 κυκλοφορίας καθώς ο βαθμός που έχει συγκεντρώσει από την ιστοσελίδα IMDB που αποτελεί έναν από τους γνωστότερους διαδικτυακούς τόπους που σχετίζονται με τις ταινίες. Εικόνα 36- Περιεχόμενα ταινίας 4.7 Σχολιασμός Κώδικα Παρακάτω παραθέτουμε κάποια τμήματα κώδικα της φορητής εφαρμογής που υλοποιήσαμε καθώς και του web service που διαχειρίζεται την οντολογία που έχουμε δημιουργήσει και που διαχειρίζεται τα αιτήματα από τη φορητή συσκευή Διαδικασία Log In Στην πρώτη οθόνη της εφαρμογής ο χρήστης καλείται να συνδεθεί χρησιμοποιώντας το username το οποίο εκ των προτέρων έχει δηλώσει πως θα χρησιμοποιεί. Με το που εισάγει το username του και πατήσει το κουμπί "log in" αποστέλλεται η μεταβλητή στο web service. Όταν το service επιστρέψει το response αν αυτό είναι διάφορο του κενού και αν το και είναι διαφορετικό από τη την τιμή "Invalid Username" τότε το όνομα αποθηκεύεται σε μια μεταβλητή και γίνεται πλοήγηση σε επόμενη οθόνη της εφαρμογής. private void Button_Click_1(object sender, RoutedEventArgs e) { RdfServiceSoapClient client = new RdfServiceSoapClient(); client.loginasync(user.text); 70

71 client.logincompleted += client_logincompleted; } void client_logincompleted(object sender, LogInCompletedEventArgs e) { if (e.error == null) { MessageBox.Show(e.Result); if (e.result!= "Invalid Username") { IsolatedStorageFile store = IsolatedStorageFile.GetUserStoreForApplication(); UserData data = new UserData(); data.username = e.result; data.counter = 0; WriteToFile(store, JsonConvert.SerializeObject(data)); NavigationService.Navigate(new Uri("/Loged_in.xaml?msg=" + user.text, UriKind.Relative)); } } } Στη πλευρά του web service υπάρχει η συνάρτηση LogIn η οποία δέχεται σαν όρισμα το username που θα εισάγει ο χρήστης. Με χρήση της βιβλιοθήκης dotnetrdf φορτώνεται το αρχείο που περιέχει την οντολογία. Στη συνέχεια στη μεταβλητή query αποθηκεύονται τα αποτελέσματα που προκύπτουν από το ερώτημα Sparql. Στο συγκεκριμένο ερώτημα, αναζητούμε στην οντολογία το username που έδωσε ο χρήστης. Αν βρεθεί το συγκεκριμένο username επιστρέφεται στην client.logincompleted αλλιώς επιστρέφεται το string "Invalid Username" public string LogIn(string username) { IGraph g = new Graph(); var file = Server.MapPath("~/movies_final.owl"); FileLoader.Load(g, file); TripleStore store = new TripleStore(); InMemoryDataset ds = new InMemoryDataset(g); ISparqlQueryProcessor processor = new LeviathanQueryProcessor(ds); //Use the SparqlQueryParser to give us a SparqlQuery object //Should get a Graph back from a CONSTRUCT query SparqlQueryParser sparqlparser = new SparqlQueryParser(); string prefix = "PREFIX owl:< - ontologies.com/movies.owl#> " + "PREFIX xml:< PREFIX syntax:< SparqlQuery query = sparqlparser.parsefromstring(prefix + "SELECT?user?name " + "WHERE {?user syntax:type owl:user." + 71

72 "?user owl:username?name. FILTER regex(?name, '^" + username + "$','i') }"); var results = processor.processquery(query); if ((results as IEnumerable<SparqlResult>).Count() == 0) { return "Invalid Username"; } else { foreach (SparqlResult result in results as IEnumerable<SparqlResult>) { return GetValueFromResult(result.Value("name").ToString()); } } return ""; } Πρώτη Διαδικασία Προτάσεων Στο πρώτο μηχανισμό σύστασης λαμβάνονται προτεινόμενες ταινίες στη συσκευή του χρήστη λαμβάνοντας υπόψη το προφίλ του καθώς και τα προφίλ των άλλων χρηστών. protected override void OnNavigatedTo(NavigationEventArgs e) { base.onnavigatedto(e); string user = ReadFile(IsolatedStorageFile.GetUserStoreForApplication()); UserData data = JsonConvert.DeserializeObject<UserData>(user); RdfServiceSoapClient client = new RdfServiceSoapClient(); bool isfirstchoose = false; if (data.counter == 0) { isfirstchoose = true; } client.getrecommendedmoviesasync(data.username, isfirstchoose); client.getrecommendedmoviescompleted += client_getrecommendedmoviescompleted; } Το αντίστοιχο τμήμα κώδικα στο web service είναι το εξής: Το πρώτο query της Sparql επιστρέφει τις ταινίες που έχουν δει χρήστες (μεταβλητή movies2) οι οποίοι έχουν δει ίδιες ταινίες με τον χρήστη που έχει συνδεθεί στην εφαρμογή. 72

73 string prefix = "PREFIX owl:< " + "PREFIX xml:< PREFIX syntax:< SparqlQuery query = sparqlparser.parsefromstring(prefix + "SELECT DISTINCT?user?movies2?othername " + "WHERE {?user syntax:type owl:user.?user owl:username?name. FILTER regex(?name, '" + username + "','i'). " + "?movies owl:ischosenby?user.?movies owl:ischosenby?otheruser.?otheruser syntax:type owl:user. " + "?otheruser owl:username?othername.?otheruser owl:choose?movie2. FILTER regex(?othername, '^(?!" + username + ")') }" ); // To Query Fernei pou exoun dei idies tainies me autes pou exei dei o xristis pou exei kanei log in var results = processor.processquery(query); INodeFormatter formatter = new TurtleFormatter(); List<Movie_details_rdf> list = new List<Movie_details_rdf>(); foreach (SparqlResult result in results as IEnumerable<SparqlResult>) Το δεύτερο query επιστρέφει τις ταινίες που έχουν δει οι χρήστες αφαιρώντας τις ταινίες που έχει δει ο συνδεδεμένος χρήστης. Επίσης επιστρέφει για τις ταινίες αυτές τον τίτλο, το ID και τη βαθμολογία κάθε ταινίας. { string user = result.variables.contains("othername")? GetValueFromResult(result.Value("othername").ToString()) : ""; // SparqlQuery query2 = sparqlparser.parsefromstring(prefix + "SELECT?id?user?movies?rate?u1?title " + "WHERE {?user syntax:type owl:user." + "?user owl:username?name. FILTER regex(?name, '" + user + "','i'). " + "?movies owl:ischosenby?user.?movies owl:title?title.?movies owl:id?id.?movies owl:imdb_rate?rate." + "?u1 syntax:type owl:user.?u1 owl:username?n1. FILTER regex(?n1, '" + username + "','i')" + "MINUS {" + "?movies owl:ischosenby?u1} " + "}" ); // Fernei tainies pou exoun dei oi alloi xrhstes xwris tis tainies pou exei dei o xristis pou exei kanei log in var results2 = processor.processquery(query2); foreach (SparqlResult result2 in results2 as IEnumerable<SparqlResult>) { string movie = GetValueFromResult(result2.Value("title").ToString()); Movie_details_rdf rdf = new Movie_details_rdf(); rdf.rate = (Decimal)Convert.ToDecimal(GetValueFromResult(result2.Value("rate").ToString()) ); rdf.title = movie; rdf.id = Convert.ToInt16(GetValueFromResult(result2.Value("id").ToString())); list.add(rdf); 73

74 4.7.3 Εγγραφή στην οντολογία Ο χρήστης αφού έχει περιηγηθεί στις λεπτομέρειες των προτεινόμενων ταινιών και αποφασίσει ότι θέλει να επιλέξει μία, πατάει το κουμπί επιλογή, η επιλογή του αυτή ενημερώνει με εγγραφή την οντολογία. private void rent_btn_click(object sender, RoutedEventArgs e) { Movie_details_rdf rdf = ((Button)sender).DataContext as Movie_details_rdf; RdfServiceSoapClient client = new RdfServiceSoapClient(); string user = ReadFile(IsolatedStorageFile.GetUserStoreForApplication()); UserData data = JsonConvert.DeserializeObject<UserData>(user); bool isfirstchoose = false; if (data.counter == 0) { isfirstchoose = true; } Η πληροφορία που πηγαίνει από τη συσκευή στο web service για την διαδικασία ένα είναι η εξής: το username του χρήστη το οποίο αποθηκεύεται στην μεταβλητή user, το id της ταινίας καθώς και το αν αυτή είναι η πρώτη επιλογή που κάνει ο χρήστης isfirstchoose από τις συνολικά πέντε που καλείται να πραγματοποιήσει. String proc = NavigationContext.QueryString["proc"]; if (proc == "1") { client.choosemovieasync(data.username, rdf.id.tostring(), isfirstchoose); client.choosemoviecompleted += client_choosemoviecompleted; } Αντίστοιχα ο κώδικας που διαχειρίζεται την εγγραφή της οντολογίας στο web service είναι ο ακόλουθος. Δέχεται σαν όρισμα το username, το ID της ταινίας και το αν είναι η πρώτη ταινία που επιλέγεται. Με τη χρήση της βιβλιοθήκης dotnetrdf φορτώνεται η οντολογία που έχει δημιουργηθεί (movies_final.owl). Σε περίπτωση που 74

75 η επιλογή δεν είναι η πρώτη η μέθοδος διαβάζει μια οντολογία που δημιουργεί χρησιμοποιώντας το username του κάθε χρήστη. "movies_final_"+ username+ ".rdf". Αυτό συμβαίνει γιατί θέλουμε για κάθε χρήστη η οντολογία να είναι η αρχική χωρίς τις νέες εγγραφές που προκύπτουν από την χρήση της εφαρμογής. Επιπλέον για εγγραφή σε γράφημα μπορεί να γίνει μόνο σε αρχείο.rdf και όχι.owl, επομένως ενώ όλοι οι χρήστες έχουν την ίδια ξεκινούν να δέχονται προτάσεις σύμφωνα με την αρχικη οντολογία, στην συνέχεια διαμορφώνεται μια διαφορετική οντολογία για τον καθένα που αποθηκεύεται σε διαφορετικό αρχείο ώστε να μην επηρεάσουν οι επιλογές του εκάστοτε χρήστη τον επόμενο. // Update Ontology [WebMethod] public string ChooseMovie(string username, string movieid, bool isfirstchoose) { IGraph g = new Graph(); string filetoread = isfirstchoose == true? "movies_final.owl" : "movies_final_" + username + ".rdf"; var file = Server.MapPath("~/" + filetoread); FileLoader.Load(g, file); InMemoryDataset ds = new InMemoryDataset(g); ISparqlQueryProcessor processor = new LeviathanQueryProcessor(ds); SparqlQueryParser sparqlparser = new SparqlQueryParser(); string prefix = "PREFIX owl:< " + "PREFIX xml:< PREFIX syntax:< SparqlQuery query = sparqlparser.parsefromstring(prefix + "SELECT?user " + "WHERE {?user syntax:type owl:user." + "?user owl:username?name. FILTER regex(?name, '^" + username + "$','i') }"); var results = processor.processquery(query); INodeFormatter formatter = new TurtleFormatter(); foreach (SparqlResult result in results as IEnumerable<SparqlResult>) { SparqlQuery query2 = sparqlparser.parsefromstring(prefix + "SELECT?movies " + "WHERE {?movies syntax:type owl:movie.?movies owl:id?id.filter (?id = "+movieid+")}"); var results2 = processor.processquery(query2); foreach (SparqlResult result2 in results2 as IEnumerable<SparqlResult>) { string movie = GetValueFromResult(result2.Value("movies").ToString()); IUriNode mov = g.createurinode(urifactory.create(result2.value("movies").tostring())); IUriNode ischosen = g.createurinode(urifactory.create(" IUriNode usernode = g.createurinode(urifactory.create(result.value("user").tostring())); 75

76 Triple t = new Triple(mov, ischosen, usernode); g.triples.tolist(); g.assert(t); IUriNode choose = g.createurinode(urifactory.create(" Triple t1 = new Triple(userNode, choose, mov); g.triples.tolist(); g.assert(t1); } } //Assume that the Graph to be saved has already been loaded into a variable g RdfXmlWriter rdfxmlwriter = new RdfXmlWriter(); //Save to a File rdfxmlwriter.save(g, Server.MapPath("~/movies_final_" + username + ".rdf")); return "OK"; } Στη μεταβλητή results αποθηκεύονται τα αποτελέσματα από το query της Sparql όπου φέρνει το χρήστη που έχει username ίδιο με αυτό που έγινε log in στη συσκευή. Στη μεταβλητή results2 αποθηκεύονται οι ταινίες που έχουν ID όμοιο με αυτό που επέλεξε ο χρήστης. Γνωρίζοντας τον χρήστη και τη ταινία χρησιμοποιείται η εντολή g.createurinode που ανήκει στην βιβλιοθήκη της dotnetrdf προκειμένου να δημιουργήσει μια νέα τριπλέτα με 3 κόμβους για τη σχέση "Movie--is chosen By-- User". Τέλος με την εντολή rdfxmlwriter.save(g, Server.MapPath("~/movies_final_" + username + ".rdf") η νέα τριπλέτα αποθηκεύεται σε αρχείο.rdf. 76

77 Κεφάλαιο 5 - Μελέτη Περίπτωσης Χρήσης Για την μελέτη περίπτωσης της χρήσης της εφαρμογής μας πραγματοποιήθηκε ένα πείραμα. Στόχος του πειράματος ήταν η μελέτη για το αν και κατά πόσο η ο μηχανισμός συνεργατικής σύστασης είναι πιο αποδοτικός από ένα μηχανισμό σύστασης βασισμένο στο προφίλ του χρήστη χωρίς την συμμετοχή άλλων χρηστών. Επιπρόσθετα, συγκεντρώθηκαν πληροφορίες μέσω ερωτηματολογίων που αφορούσαν την εμπειρία των συμμετεχόντων του πειράματος, τις οποίες χρησιμοποιήσαμε για την αξιολόγηση της εφαρμογής. Η διαδικασία του πειράματος αποτελείται από δύο στάδια τα οποία θα δούμε αναλυτικά στη συνέχεια. 5.1 Παράμετροι Πειράματος Προκειμένου να συγκρίνουμε τους μηχανισμούς συστάσεων ήταν απαραίτητο να συγκεντρωθεί ένα πλήθος ταινιών τις οποίες οι χρήστες καλούνταν να επιλέξουν. Οι ταινίες που επιλέχθηκαν αφορούν τις χρονολογίες κυκλοφορίας από το 2006 έως το Το κριτήριο επιλογής τους ήταν ο δείκτης moviemeter της διαδικτυακού ιστότοπου Ο δείκτης αυτός δεν βασίζεται σε μικρές στατιστικές δειγματοληψίες αλλά στη πραγματική συμπεριφορά εκατομμυρίων χρηστών της ιστοσελίδας. Ο υψηλός βαθμός αυτού του δείκτη δεν σημαίνει απαραίτητα πως η ταινία είναι καλή καθώς ο δείκτης αυτός αναφέρεται στο υψηλό επίπεδο ενημέρωσης του κοινού και δηλώνει το ενδιαφέρον του για τη συγκεκριμένη ταινία. Οι ταινίες διαχωρίστηκαν ισόποσα σε τέσσερις γενικές κατηγορίες με σκοπό να καλυφθεί όσο το δυνατόν καλύτερα το ευρύ φάσμα επιλογής. Οι κατηγορίες αυτές είναι οι εξής: Δράσης- Περιπέτεια Έγκλημα-Τρόμου Αισθηματική-Κωμωδία Δραματική- Κοινωνική 5.2 Περιγραφή Πειράματος Στάδιο 1- Συλλογή Πληροφοριών Προφίλ Συμμετεχόντων 77

78 Δημιουργήσαμε μία λίστα εκατό (100) ταινιών για τη χρονική περίοδο από το 2006 έως το Οι ταινίες αυτές επιλέγονται με κριτήριο το movie meter που αναφέρθηκε προηγουμένως. Στη συνέχεια έγινε επιλογή είκοσι (20) ταινιών ανά έτος, το πλήθος τους θα είναι ισόποσο μεταξύ των τεσσάρων κατηγοριών που αναφέρθηκαν προηγουμένως "δράσης περιπέτειας, έγκλημα- τρόμου, αισθηματικήςκωμωδίας, δραματική- κοινωνική". Επομένως υπήρχαν είκοσι 20 ταινίες ανά έτος και πέντε (5) ταινίες ανά είδος ανά έτος. Εικόνα 37- Ερωτηματολόγια με βασικά στοιχεία χρήστη Η λίστα αυτή δημοσιεύτηκε με τη βοήθεια της τεχνολογίας google forms. Ένα πλήθος χρηστών (15 έως 25) κλήθηκε να επιλέξει ταινίες που είχε δει. Κάθε χρήστης κλήθηκε να επιλέξει δύο (2) ταινίες ανά έτος. Στο σύνολο κάθε χρήστης θα έπρεπε να επιλέξει δέκα (10) ταινίες. Με το τρόπο αυτό δημιουργήθηκαν προφίλ χρηστών όσων αφορά τις προτιμήσεις τους (εικόνα 32) Παράλληλα οι χρήστες συμπλήρωσαν μέσω της φόρμας το ονοματεπώνυμο τους, το username με το οποίο επιθυμούσαν να συνδέονται στην εφαρμογή καθώς και την αγαπημένη κατηγορία ταινιών (εικόνα 31). Επίσης δημιουργήθηκε άλλη μία λίστα με εκατό (100) ταινίες με κριτήρια όμοια με προηγουμένως μόνο που αφορά τις χρονολογίες από το 2011 έως το

79 Εικόνα 38- Φόρμα επιλογής ταινιών Στάδιο 2- Πείραμα Ενέργεια 1 Ο χρήστης συμπλήρωσε ερωτηματολόγιο σχετικά με τον εαυτό του και έτσι καταγράφηκαν πληροφορίες που σχετίζονται με : Το φύλο του Την ηλικία του Τον τρόπο που προτιμά να βλέπει ταινίες 79

80 Το αν χρησιμοποιεί δικτυακούς τόπους που σχετίζονται με προτάσεις ταινιών το αν χρησιμοποιεί εφαρμογές σχετικές με ταινίες και κινηματογράφους Με το επίπεδο της γνώσης του στην Αγγλική γλώσσα Ενέργεια 2 Σύσταση με βάση προφίλ του χρήστη και άλλων Ο χρήστης ανοίγει την εφαρμογή. Αμέσως, του προτείνονται τρεις (3) ταινίες χρονολογίας από το 2006 έως το 2010 αξιοποιώντας τη γνώση από τα προφίλ των χρηστών καθώς και το δικό του προφίλ. Ο αλγόριθμος που πραγματοποιεί τις προτάσεις προτείνει ταινίες με βάση το προφίλ του χρήστη αλλά και ταινίες που έχουν δει άλλοι χρήστες με βάση τα προφίλ τους (δηλαδή από χρήστες που ταιριάζουν με τον τρέχοντα). Πιο συγκεκριμένα σύμφωνα με τον αλγόριθμο, στον χρήστη προτείνονται ταινίες που έχουν δει - επιλέξει άλλοι χρήστες χωρίς να έχει δει - επιλέξει ο ίδιος. Οι ταινίες αυτές ταξινομούνται σύμφωνα με το πόσοι από τους "κοινούς" χρήστες τις έχουν επιλέξει. Από τις ταινίες αυτές ο συνδεδεμένος χρήστης καλείται να επιλέξει μία και να δώσει τη βαθμολόγησή του (1-5) για την ποιότητα των προτάσεων που του έχουν γίνει για όλες τις προτάσεις. Η βαθμολόγησή του καταγράφεται σε ειδικό προεκτυπωμένο φύλλο. Καταγράφεται για κάθε επιλογή, ποιά ταινία επιλέχθηκε από τις προτάσεις και ο χρόνος που έκανε ο χρήστης να επιλέξει την ταινία από τις προτάσεις. Κάθε φορά, ανάλογα με την επιλογή του, ανανεώνεται το προφίλ του χρήστη και προτείνεται ένα νέο σύνολο από 3 ακόμη ταινίες. Η διαδικασία επαναλαμβάνεται 5 φορές, ως ότου ο χρήστης έχει επιλέξει από τις προτάσεις 5 ταινίες. Πέρα από αυτά, καταγράφεται για κάθε επιλογή, ποιά ταινία επιλέχθηκε από τις προτάσεις Ενέργεια 3 Σύσταση με βάση προφίλ του χρήστη χωρίς τα προφίλ άλλων χρηστών Με βάση το προφίλ που έχει διαμορφωθεί κατόπιν της ενέργειας 2, συνεχίζεται η ίδια διαδικασία προβολής προτάσεων, όμως πλέον προτείνονται ταινίες χρονολογίας από το 2011 έως το 2014 που θα προκύπτουν από διαφορετικό αλγόριθμο. Αυτός θα προτείνει ταινίες με κριτήριο το είδος της ταινίας ώστε οι ταινίες να ανήκουν στο αγαπημένο είδος του συνδεδεμένου χρήστη. Η ταξινόμηση των ταινιών αυτών γίνεται με βάση τη βαθμολογία τους στον ιστότοπο του IMDB. 80

81 Στο σημείο αυτό πρέπει να επισημανθεί πως το δείγμα των ταινιών θεωρείται περιορισμένο, για το λόγο αυτό δεν αξιοποιήθηκαν όπως ο σκηνοθέτης καθώς και οι ηθοποιοί σαν κριτήρια επιλογής. Και πάλι η διαδικασία επαναλαμβάνεται 5 φορές, χωρίς όμως να ανανεώνεται το προφίλ του χρήστη με βάση τις προτιμήσεις του. Από τις ταινίες αυτές καλείται να επιλέξει μία και να δώσει τη βαθμολόγησή του (1-5) για την ποιότητα των προτάσεων που του έχουν γίνει για όλες τις προτάσεις. Η βαθμολόγησή του καταγράφεται σε ειδικό προεκτυπωμένο φύλλο Ενέργεια 4 Τελική αξιολόγηση Με χρήση ερωτηματολογίου έγινε ποιοτική αξιολόγηση της εφαρμογής και καταγράφηκαν οι απαντήσεις των χρηστών σε ερωτήματα όπως το αν ήταν εύκολη η εκμάθηση του χειρισμού λειτουργίας της εφαρμογής, για το αν είναι ικανοποιητικός ο χρόνος απόκρισης και εμφάνισης της πληροφορίας, αν είναι κατανοητή η διεπαφή της εφαρμογής κ.α. Τέλος οι συμμετέχοντες στο πείραμα είχαν τη δυνατότητα να προσθέσουν σχόλια σχετικά με την εφαρμογή και να προτείνουν πιθανές βελτιώσεις. 5.3 Ανάλυση Αποτελεσμάτων Πειράματος Στην διαδικασία του πειράματος συμμετείχαν 18 άτομα, σε χώρο κατάλληλα διαμορφωμένο για τη διεξαγωγή του. Από τα δεκαοχτώ άτομα που το 38,9% ήταν γυναίκες και το 61,1% άντρες. Από τους συμμετέχοντες η πλειοψηφία (14 άτομα) ανήκαν ηλικιακά στην κατηγορία ενώ υπήρχαν 3 συμμετέχοντες με ηλικία και ένα άτομο με ηλικία Στα παρακάτω διαγράμματα παρατηρούμε σε ποσοστά ποιόν τρόπο επιλέγουν οι συμμετέχοντες να παρακολουθούν ταινίες καθώς και ποιό είναι το αγαπημένο είδος ταινιών. 81

82 Εικόνα 39- Επιλογή χρηστών για το πως βλέπουν τανίες Εικόνα 40- Αγαπημένο Είδος Ταινιών Στη συνέχεια παρουσιάζουμε τα αποτελέσματα σχετικά με την αξιολόγηση των προτάσεων που δέχτηκαν οι χρήστες. Στη παρακάτω εικόνα εμφανίζεται ο μέσος όρος για κάθε διαδικασία. Βλέπουμε πώς για την διαδικασία 1 ο μέσος όρος αξιολόγησης των προτάσεων είναι 4,42 στην κλίμακα από 1 έως 5. Αντίστοιχα για την διαδικασία 2 ο μέσος όρος αξιολόγησης των προτάσεων είναι 3,86. 82

83 4,6 4,4 4,2 4 3,8 3,6 3,4 Μέσος Όρος Αξιολόγησης Διαδικασία 1 Διαδικασία 2 ΜΟ Εικόνα 41- Μέσος όρος αξιολόγησης Ακολουθεί ο πίνακας με την τυπική απόκλιση για την αξιολόγηση των προτάσεων στις δύο διαδικασίες. Για την πρώτη διαδικασία η τυπική απόκλιση είναι 0, ενώ για την δεύτερη διαδικασία η τυπική απόκλιση είναι 0, (Εικόνα 42). 7,4 Τυπική Απόκλιση 7,3 7,2 7,1 7 Τυπική Απόκλιση 6,9 6,8 6,7 Διαδικασία 1 Διαδικασία 2 Εικόνα 42- Τυπική απόκλιση αξιολόγησης Στη συνέχεια βλέπουμε το χρόνο τον οποίο χρειάστηκαν κατά μέσο όρο οι χρήστες προκειμένου να επιλέξουν ταινίες. Στο σημείο αυτό παρατηρούμε ότι οι χρόνοι για τη διαδικασία 2 είναι ελαφρώς μεγαλύτεροι (17,05 sec) σε σχέση με αυτούς της διαδικασίας 1 (12,3 sec) καθώς μετά τις 2 πρώτες επιλογές οι ταινίες ενδεχομένως δεν ήταν τόσο γνωστές σε σχέση με αυτές της διαδικασίας 1 και οι χρήστες ήθελαν περισσότερο χρόνο για να δουν λεπτομέρειες ώστε να αποφασίσουν. 83

84 Μέσος Χρόνος Επιλογής Διαδικασία 1 Διαδικασία 2 Χρόνος Επιλογής Εικόνα 43- Σύγκριση χρόνων επιλογής ανά χρήστη Ακολουθεί ο πίνακας με την τυπική απόκλιση για τον χρόνο που χρειάστηκαν οι χρήστες προκειμένου να επιλέξουν ταινίες στις δύο διαδικασίες. Για την πρώτη διαδικασία η τυπική απόκλιση είναι 4, ενώ για την δεύτερη διαδικασία η τυπική απόκλιση είναι 7, (εικόνα 44). 7,4 7,3 7,2 7,1 7 6,9 6,8 6,7 Τυπική Απόκλιση Τυπική Απόκλιση Διαδικασία 1 Διαδικασία 2 Εικόνα 44- Τυπική Απόκλιση χρόνων επιλογής Τέλος, παρουσιάζουμε τον πίνακα με την υποκειμενική αξιολόγηση της εφαρμογής από τους χρήστες στα εξής ερωτήματα: Ε1 Ήταν εύκολη η εκμάθηση του χειρισμού λειτουργίας της εφαρμογής; Ε2 Είναι ικανοποιητικός ο χρόνος απόκρισης και εμφάνισης της πληροφορίας; Ε3 Είναι ξεκάθαρη και κατανοητή η διεπαφή της εφαρμογής; Ε4 Η χρήση της συσκευής με βοήθησε να κάνω καλύτερες επιλογές Ε5 Θα χρησιμοποιούσες την εφαρμογή αν ήταν εγκατεστημένη στην συσκευή σου; Ε6 Θα πρότεινες την εφαρμογή σε άλλους χρήστες; 84

85 Ερωτήσεις Ποιοτικής Αξιολόγησης 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Ε1 Ε2 Ε3 Ε4 Ε5 Ε6 Εικόνα 45- ποιοτική αξιολόγηση 5.4 Στατιστική Ανάλυση Αποτελεσμάτων Αρχικά κοιτάμε κατά πόσο οι κατανομές είναι κανονικές η μή (Shapiro-Wilk test). Σύμφωνα με τον πίνακα, μη-κανονική κατανομή έχουν όλες οι μεταβλητές, εκτός από την timed2 (sig p.<0.05), οπότε όλα τα συγκριτικά τέστ θα γίνουν με μηπαραμετρικές μεθόδους. Αποτελέσματα Τεστ (Non-parametric Wilcoxon Signed-Rank related samples test) Descriptive Statistics N Mean Std. Deviation timed timed scored scored scoreotherd scoreotherd Valid N (listwise) 18 Test Statistics a 85

86 timed2 - timed1 scored2 - scoreotherd2 - scored1 scoreotherd1 Z b c c Asymp. Sig. (2-tailed) a. Wilcoxon Signed Ranks Test b. Based on negative ranks. c. Based on positive ranks. Χρόνος επιλογής Παρατηρούμε ότι ο μέσος όρος του χρόνου επιλογής με τη διαδικασία 1 (m=12.3sec, sd=4.48sec) είναι μικρότερος από τον αντίστοιχο του χρόνου επιλογής με τη διαδικασία 2 (m=17.06sec, sd=7.43sec). Η διαφορά αυτή είναι στατιστικά σημαντική (p<0.01) και αποτυπώνεται και στην Εικόνα 46. Συνεπώς καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι οι χρήστες μπόρεσαν να κάνουν πιο γρήγορα την επιλογή τους με τη διαδικασία 1. Εικόνα 46- Ταχύτητα επιλογής ταινιών Υποκειμενική Βαθμολογία Ταινιών Παρατηρούμε ότι ο μέσος όρος της βαθμολογίας των ταινιών που επέλεξαν οι χρήστες με τη διαδικασία 1 (m=4.42, sd=0.32) είναι μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο του χρόνου επιλογής με τη διαδικασία 2 (m=3.87, sd=0.39). Η διαφορά αυτή είναι στατιστικά σημαντική (p<0.01). Συνεπώς καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι οι 86

87 χρήστες μπόρεσαν να βρουν ταινίες που τους αρέσουν περισσότερο με τη διαδικασία 1, αν και στις δύο περιπτώσεις οι επιλεχθείσες ταινίες έχουν αρκετά υψηλή βαθμολογία. Τέλος εξετάζουμε την υποκειμενική βαθμολόγηση των ταινιών που δεν επιλέχθηκαν, για να έχουμε μια πληρέστερη εικόνα της συνολικής ποιότητας των προτάσεων που δόθηκαν από το σύστημα. Παρατηρούμε ότι ο μέσος όρος της βαθμολογίας με τη διαδικασία 1 (m=2.93, sd=0.62) είναι μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο του χρόνου επιλογής με τη διαδικασία 2 (m=2.38, sd=0.27). Η διαφορά αυτή είναι στατιστικά σημαντική (p<0.01). Συνεπώς καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι με τη διαδικασία 1, το σύστημα συνολικά έδωσε σαν προτάσεις ταινίες που άρεσαν στους χρήστες περισσότερο. Και με τις δύο διαδικασίες πάντως παρατηρούμε ότι οι βαθμολογήσεις των ταινιών που προτάθηκαν αλλά δεν επιλέχθηκαν είναι κοντά στο «μέτριο». Οι διαφορές στη βαθμολόγηση των επιλεχθείσων και μη-επιλεχθείσων ταινιών αποτυπώνεται στην Εικόνα 47. Εικόνα 47- Υποκειμενική βαθμολόγηση προτάσεων 87