ιπλωµατική Εργασία του Γεράσιµου Παπαδόπουλου (ΑΕΜ: 295)

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΚΑΙ ΙΟΙΚΗΣΗ» ΤΜΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Ανάπτυξη Συστήµατος Γνώσης βασισµένου σε Οντολογίες και Κανόνες για την Παρακολούθηση της τήρησης του Εσωτερικού Κανονισµού του ΠΜΣ "Πληροφορική και ιοίκηση" ιπλωµατική Εργασία του Γεράσιµου Παπαδόπουλου (ΑΕΜ: 295) Εξεταστική Επιτροπή Επιβλέπων: Βασιλειάδης Νικόλαος, Αναπληρωτής Καθηγητής Μέλη: Πετρίδου Ευγενία, Καθηγήτρια Βλαχάβας Ιωάννης, Καθηγητής ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΜΑΡΤΙΟΣ 2011

2

3 i

4 ii

5 Πρόλογος Στα πλαίσια της παρούσας διπλωµατικής εργασίας για το ΠΜΣ «Πληροφορική και ιοίκηση» µελετήσαµε το θέµα του Σηµασιολογικού ικτύου (Semantic Web) και υλοποιήσαµε µια Οντολογία και ένα σύνολο κανόνων για την αναπαράσταση του Εσωτερικού Κανονισµού αυτού του προγράµµατος µεταπτυχιακών σπουδών, καθώς και για την παρακολούθηση της τήρησής του. Εποµένως, για το λόγο αυτό θεωρούµε σκόπιµο να αναφέρουµε λίγα λόγια για το έναυσµα που µας οδήγησε στην επιλογή του συγκεκριµένου θέµατος, πριν περάσουµε στο κύριο µέρος αυτής. Ο παγκόσµιος ιστός σήµερα αποτελείται κυρίως από ιστοσελίδες και υπερσυνδέσεις µεταξύ τους. Η αναπαράσταση των πληροφοριών και ο σχεδιασµός γίνεται από προγραµµατιστές ή απλούς χρήστες, µέσω µιας φυσικής γλώσσας. Οι τελικοί αποδέκτες πρέπει να ερµηνεύουν την πληροφορία, ενώ οι υπολογιστές είναι υπεύθυνοι µόνο για την παρουσίασή της. Οι υπολογιστές δεν µπορούν να επεξεργαστούν την πληροφορία και το νόηµά της είναι διαθέσιµο µόνο στους χρήστες που έχουν µελετήσει το σύνολο των πληροφοριών και γνωρίζουν καλά την συγκεκριµένη φυσική γλώσσα, στην οποία γίνεται η αναπαράσταση. Έτσι και στην περίπτωση του Εσωτερικού Κανονισµού (ΕΚ) του ΠΜΣ για να εξάγει κάποιος ένα συµπέρασµα θα πρέπει να γνωρίζει την ελληνική γλώσσα, τον αναγνώσει ολόκληρο και να τον κατανοήσει. Αν για παράδειγµα κάποιος υποψήφιος µεταπτυχιακός φοιτητής θελήσει να µάθει αν και πώς µπορεί να γίνει δεκτός στο τµήµα, θα πρέπει να µελετήσει όλα τα άρθρα του ΕΚ για να βρει την απάντηση σε αυτό το ερώτηµα. Επίσης, θεωρείται δεδοµένο ότι ένα πρόγραµµα υπολογιστή δεν θα µπορούσε να εξάγει ένα τέτοιο συµπέρασµα κάνοντας χρήση ενός κειµένου σε φυσική γλώσσα. Για την επίλυση προβληµάτων τέτοιας φύσης µπορούµε να ανατρέξουµε στις τεχνολογίες του Σηµασιολογικού Ιστού. Ορµώµενοι, συνεπώς, από τα παραπάνω αποφασίσαµε να αναπτύξουµε µια Οντολογία σε OWL που να περιγράφει τον ΕΚ. Με αυτό τον τρόπο καταφέραµε να µετατρέψουµε την γνώση που προκύπτει από αυτόν κατά τέτοιο τυπικό τρόπο που να γίνεται αντιληπτή από ένα πράκτορα λογισµικού. Αυτός θα έχει τη δυνατότητα να iii

6 επεξεργαστεί τις πληροφορίες και το νόηµά τους, καθώς και να εξάγει συµπεράσµατα, αλλά και να παίρνει απαντήσεις από κάποια ερωτήµατα. ηλαδή ο Σηµασιολογικός Ιστός προσφέρει λογική δόµηση, οργάνωση και σηµασιολογία στα δεδοµένα ώστε να είναι κατανοητά σε επίπεδο µηχανής. Επίσης, µε τη χρήση των µηχανισµών εξαγωγής συµπερασµάτων που συνοδεύουν τις Οντολογίες, µπορεί να ελεγχθεί η τήρηση των υποδείξεων του ΕΚ. Παράλληλα, η Οντολογία έχει εµπλουτιστεί µε ένα σύνολο κανόνων σε SWRL, οι οποίοι µπορούν να επεξεργαστούν τα δεδοµένα αυτής και να καταλήξουν σε συµπεράσµατα πολύ πιο πολύπλοκα από αυτά που µπορεί να προσφέρει µια µεµονωµένη Οντολογία. Η διπλωµατική αυτή έγινε σε συνεργασία µε την ερευνητική οµάδα Intelligent Systems and Knowledge Processing (ISKP) του εργαστηρίου Γλωσσών Προγραµµατισµού και Τεχνολογίας Λογισµικού του τµήµατος Πληροφορικής, της Σχολής Θετικών Επιστηµών (ΣΘΕ) του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης (ΑΠΘ). iv

7 Ευχαριστίες Στο σηµείο αυτό, θα ήθελα να αναφέρω τις ευχαριστίες µου στον Αναπληρωτή Καθηγητή του Τµήµατος Πληροφορικής Νικόλαο Βασιλειάδη, για την εµπιστοσύνη, την παρότρυνση και την καθοδήγηση στην παρούσα διπλωµατική εργασία. Επίσης, ευχαριστίες οφείλω στους καθηγητές κ. Ιωάννη Βλαχάβα και κ. Ευγενία Πετρίδου, που δέχθηκαν να αξιολογήσουν το περιεχόµενο της παρούσας εργασίας, αλλά και στον Γεώργιο Μεδίτσκο, ιδάκτορα του Τµήµατος Πληροφορικής ΑΠΘ, για τις εύστοχες διορθώσεις. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω για την υποστήριξη και την αµέριστη συµπαράσταση τους γονείς µου Σωτήρη και Σταυρούλα, τα αδέλφια µου Όλγα και Σπύρο και φυσικά τη έσποινα που µοιράστηκε την αγωνία µου για την ολοκλήρωση των Μεταπτυχιακών µου σπουδών. Γεράσιµος Παπαδόπουλος Θεσσαλονίκη, Μάρτιος 2011 v

8 vi

9 Περιεχόµενα ΠΡΟΛΟΓΟΣ... III ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... VII 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΣ ΙΣΤΟΣ ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΟΥ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΩΝ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΙΚΤΥΩΝ Το Ιεραρχικό Σύστηµα Επιπέδων των Σ Επικοινωνία Μεταξύ Επιπέδων Τα Επίπεδα της Αρχιτεκτονικής ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΤΗΣ XML Βασικά Χαρακτηριστικά της XML XML Στοιχεία, Γνωρίσµατα και εδοµένα ΟΝΤΟΛΟΓΙΕΣ ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΜΙΑ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑ ΤΑ ΕΙ Η ΤΩΝ ΟΝΤΟΛΟΓΙΩΝ ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΩΝ ΟΝΤΟΛΟΓΙΩΝ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΟΝΤΟΛΟΓΙΩΝ Μεθοδολογία Ανάπτυξης και Κατασκευής Οντολογιών Αρχές ηµιουργίας Οντολογιών Προϋποθέσεις Εργαλείων Ανάπτυξης Βασικότερα Εργαλεία Ανάπτυξης Οντολογιών ΓΛΩΣΣΕΣ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΩΝ Αναδροµή στις Γλώσσες Αναπαράστασης Οντολογιών RDF και RDFS OIL DAML+OIL vii

10 4 Η ΓΛΩΣΣΑ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΩΝ OWL ΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΤΗΣ OWL ΟΙ ΤΡΕΙΣ ΥΠΟΓΛΩΣΣΕΣ ΤΗΣ OWL OWL Lite OWL DL OWL Full ΣΥΝΤΑΞΗ ΤΗΣ OWL Επικεφαλίδες Κλάσεις Στοιχεία Ιδιοτήτων Περιορισµοί Ιδιοτήτων Ειδικές Ιδιότητες Λογικοί (Boolean) Συνδυασµοί Ασύµβατες και Απαριθµηµένες Κλάσεις Στιγµιότυπα Τύποι εδοµένων της OWL Ιδιότητες Σχολιασµού ΟΝΤΟΛΟΓΙΕΣ ΚΑΙ ΚΑΝΟΝΕΣ ΕΙ Η ΚΑΝΟΝΩΝ Μοντελοποίηση Οντολογιών µε Περιγραφικές Λογικές Συλλογιστική µε Συµπερασµατικούς Κανόνες Συστήµατα Συµπερασµατικών Κανόνων Η ΓΛΩΣΣΑ ΚΑΝΟΝΩΝ SWRL Βασικά Χαρακτηριστικά της SWRL SWRL και OWL SWRL και Built-ins ΕΡΓΑΛΕΙΑ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗΣ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΣΥΓΓΡΑΦΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΩΝ PROTEGE Γενικά χαρακτηριστικά Σύγκριση Εργαλείων Ανάπτυξης Οντολογιών Protégé Tabs ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΤΕΣ ΥΠΗΡΕΣΙΩΝ ΣΥΛΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ viii

11 6.2.1 Reasoners DIG Racer Pellet ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΕΞΑΓΩΓΗΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΩΝ ΜΕ ΚΑΝΟΝΕΣ Jess ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΟΙ ΚΛΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ Κλάση «Άτοµο» Κλάση «Αξιολόγηση» Κλάση «Βαθµολογία Μαθήµατος Φοιτητή» Κλάση «Θέµα που Ρυθµίζει ο Εσωτερικός Κανονισµός» Κλάση «Λίστα Μαθηµάτων του Έτους» Κλάση «Μάθηµα» Κλάση «Μεταπτυχιακή ιπλωµατική Εργασία» Κλάση «Χρονική Περίοδος» Επισκόπηση της Οντολογίας ΑΝΑΛΥΣΗ ΤΩΝ ΚΑΝΟΝΩΝ ΤΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ Εισαγωγή Φοιτητών στο ΠΜΣ Βαθµολογίες Μαθηµάτων Επιτυχής Ολοκλήρωση του ΠΜΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ & ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΑΝΑΦΟΡΕΣ ix

12 x

13 1 Εισαγωγή Ένα από τα σηµαντικότερα πρόβληµα στην παρουσίαση και ανταλλαγή των πληροφοριών, στις µέρες µας (2011), είναι ότι η µορφή µε την οποία διατίθενται συνήθως δεν είναι οµοιογενής τόσο συντακτικά όσο και σηµασιολογικά. Επειδή στο χώρο του διαδικτύου άνθρωποι, οργανισµοί και προγράµµατα πρέπει να επικοινωνούν και λόγω του ότι έχουν διαφορετικές ανάγκες και υπόβαθρο µεταξύ τους, οδηγούνται σε αποκλίνουσες οπτικές γωνίες και παραδοχές για πράγµατα που στην ουσία είναι ίδια. Μία λύση σε αυτά τα προβλήµατα είναι η εξάλειψη της σύγχυσης σχετικά µε τις έννοιες και τους όρους, κατά τέτοιο τρόπο που τελικά να οδηγηθούµε στην απόκτηση κοινής αντίληψης του κόσµου και των εννοιών του. Η ύπαρξη µεταδεδοµένων τα οποία θα προσέθεταν έναν ανώτερο βαθµό σαφήνειας δεν αποτελεί από µόνη της λύση στο πρόβληµα. Εποµένως το ζήτηµα που προκύπτει είναι το πώς θα µετατρέψουµε αυτό τον όγκο πληροφορίας ώστε να δηµιουργήσουµε µια «ενιαία» Βάση Γνώσεως από την οποία θα µπορούν να εξάγονται άµεσα αλλά και έµµεσα συµπεράσµατα τόσο από ανθρώπους όσο και από µηχανές. Τα παραπάνω, καλείται να αντιµετωπίσει ο Σηµασιολογικός Ιστός (Semantic Web) ο οποίος αποτελεί τη µεγαλύτερη προσπάθεια αυτόµατης ενοποίησης συστηµάτων, µε σκοπό να συνεργάζονται διαλειτουργικά σε παγκόσµιο επίπεδο. Στόχος αυτής της διπλωµατικής εργασίας είναι να κάνει µια επισκόπηση της επιστηµονικής περιοχής του Σηµασιολογικού Ιστού και των τεχνολογιών αναπαράστασης γνώσης και συµπερασµού που είναι άµεσα συνδεδεµένες µε αυτόν. Παράλληλα, αναπτύχθηκε µια οντολογία για την αναπαράσταση του Εσωτερικού Κανονισµού του ΠΜΣ Πληροφορική και ιοίκηση. Σκοπός αυτής της οντολογίας είναι να µετατρέψει το κείµενο του Εσωτερικού Κανονισµού από τη φυσική γλώσσα, σε µια µορφή αναπαράστασης που να είναι µπορεί να γίνει αντιληπτή από µια µηχανή πρόγραµµα. Συνεπώς µε αυτή τη µετατροπή θα υπάρχει η δυνατότητα να αποκοµίσει γνώση ή και να εξάγει συµπεράσµατα, π.χ. ένας πράκτορας λογισµικού, για λογαριασµό ενός ατόµου χωρίς να είναι απαραίτητο αυτό το άτοµο να µελετήσει το φυσικό κείµενο. Επίσης, µε τη χρήση των µηχανισµών εξαγωγής συµπερασµάτων που συνοδεύουν την 11

14 Οντολογία, επιτύχαµε τον εκτενή έλεγχο της τήρησης των υποδείξεων του ΕΚ. Παράλληλα, η Οντολογία έχει εµπλουτιστεί µε ένα σύνολο κανόνων, οι οποίοι µπορούν να επεξεργαστούν τα δεδοµένα αυτής και να καταλήξουν σε συµπεράσµατα πολυπλοκότερα από αυτά που µπορεί να προσφέρει µια µεµονωµένη Οντολογία. Η υλοποίηση της εφαρµογής στηρίζεται στη γλώσσα ανάπτυξης οντολογιών OWL (συγκεκριµένα στην υπογλώσσα OWL DL) και στη συγγραφή κανόνων SWRL. οµή ιπλωµατικής Στο πρώτο µέρος, δηλαδή στα κεφάλαια 2, 3, 4 και 5, κάνουµε µια εκτενής αναφορά στο θεωρητικό υπόβαθρο που πρέπει να έχει κάποιος για την υλοποίηση µιας Οντολογίας. Στο δεύτερο µέρος, δηλαδή στα κεφάλαια 6, 7 και 8 αναφερόµαστε στο πρακτικό κοµµάτι της υλοποίησης. Αναλυτικότερα στο αρχικό κεφάλαιο (Κεφάλαιο 2) αναφερόµαστε στο Σηµασιολογικό Ιστό και αναλύουµε την αρχιτεκτονική του. Επίσης αναφερόµαστε και στην XML που είναι µια µεταγλώσσα αναπαράστασης πληροφοριών στο διαδίκτυο. Στο επόµενο κεφάλαιο (Κεφάλαιο 3) βλέπουµε τις Οντολογίες, που αποτελούν ένα τρόπο αναπαράστασης της γνώσης χρησιµοποιώντας δοµηµένες αναπαραστάσεις. Αναφερόµαστε εκτενώς στα είδη, στα βασικά στοιχεία και στην χρησιµότητά τους. Στην συνέχεια µιλάµε για το πώς µπορούµε να αναπτύξουµε µια Οντολογία και για τις γλώσσες που χρησιµοποιούνται για αυτό το σκοπό. Έπειτα (Κεφάλαιο 4) αναλύουµε την γλώσσα αναπαράστασης Οντολογιών OWL την οποία χρησιµοποιήσαµε για την υλοποίησή µας. Αναφερόµαστε στις τρεις υπογλώσσες της και τα σηµαντικότερα σηµεία της σύνταξής της. Στο τελευταίο κεφάλαιο του πρώτου µέρους (Κεφάλαιο 5) µιλάµε για την χρήση κανόνων στις οντολογίες. Αναφερόµαστε στα είδη των κανόνων και κάνουµε µια λεπτοµερέστερη µνεία στη γλώσσα SWRL που επίσης χρησιµοποιήσαµε. Στο επόµενο κεφάλαιο (Κεφάλαιο 6), µιλάµε για τα εργαλεία υλοποίησης οντολογιών. Εδώ βλέπουµε τα εργαλεία που χρησιµοποιήσαµε για την κατασκευή της οντολογίας µας. Αυτά είναι: α) η πλατφόρµα συγγραφής Οντολογιών και συγκεκριµένα το Protégé, β) οι εξυπηρετητές υπηρεσιών συλλογιστικής ή συστήµατα συλλογιστικής (reasoners), δηλαδή ο Razer και ο Pelet, γ) για την συγγραφή κανόνων χρησιµοποιήσαµε το SWRL tab του Protégé και τέλος, δ) για την εξαγωγή συµπερασµάτων από αυτούς την εφαρµογή εξαγωγής συµπερασµάτων Jess. 12

15 Στο κεφάλαιο που ακολουθεί (Κεφάλαιο 7) γίνεται η παρουσίαση της Οντολογίας µας µε αναφορά σε όλες τις κλάσεις αυτής και γίνεται ανάλυση των βασικότερων υποκλάσεων, ιδιοτήτων και περιορισµών αυτών. Επίσης, στις περισσότερες ενότητες παραθέτουµε και µέρος του εσωτερικού κανονισµού του ΠΜΣ έτσι ώστε να υπάρχει αντιπαραβολή του φυσικού κειµένου µε την τυπική αναπαράστασή του. Έπειτα βλέπουµε τους κανόνες SWRL που δηµιουργήσαµε και τους αναλύουµε. Εν κατακλείδι (Κεφάλαιο 8) υπάρχουν κάποια συµπεράσµατα και προτάσεις για µελλοντική εργασία. Λέξεις Κλειδιά : Σηµασιολογικός Ιστός, XML, Οντολογίες, OWL, OWL DL, Κανόνες, SWRL, Protégé, Jess, Αναπαράσταση Εσωτερικού Κανονισµού. 13

16 2 Σηµασιολογικός Ιστός Η σηµερινή µορφή του Παγκόσµιου Ιστού ή World Wide Web είναι το αποτέλεσµα µιας µακροχρόνιας µεταβολής από το 1990, που ο Τιµ Μπέρνερς Λι δηµιούργησε το WorldWideWeb (ο πρώτος web browser) [2.1], µέχρι τις µέρες µας. Ριζικές αλλαγές έγιναν και νέες επίκειται να γίνουν στο µέλλον. Ο Σηµασιολογικός Ιστός (ΣΙ), ίσως αποτελέσει το επόµενο µεγάλο βήµα εξέλιξης του διαδικτύου. Σύµφωνα µε την W3C ο ορισµός του Σηµασιολογικού Ιστού (Semantic Web) είναι ο εξής: ΣΙ είναι ένα δίκτυο που η σηµασία των δεδοµένων γίνετε αντιληπτή από ένα πρόγραµµα υπολογιστή, κατά τέτοιο τρόπο, ώστε αυτό να καταλάβει το νόηµά τους και να µπορεί να τα επεξεργαστεί [2.10]. Η ταχύτατη ανάπτυξη του Παγκόσµιου Ιστού κατέστησε το διαδίκτυο προσβάσιµο σε εκατοµµύρια χρήστες, επιτρέποντας την απρόσκοπτη δηµοσιοποίηση και πρόσβαση σε έγγραφα στο διαδίκτυο. Το γεγονός αυτό δηµιούργησε προβλήµατα "πληροφοριακής υπερφόρτισης". Η παγκόσµια ερευνητική κοινότητα έχει στραφεί εδώ και λίγα χρόνια σε µία νέα κατεύθυνση εξέλιξης του ιστού, η οποία ονοµάζεται "Σηµασιολογικός Ιστός" και περιλαµβάνει τη σαφή αναπαράσταση του νοήµατος των πληροφοριών και των εγγράφων, επιτρέποντας την αυτόµατη επεξεργασία και ενοποίηση διαδικτυακών πόρων από "έξυπνα" προγράµµατα-πράκτορες. Ο Σηµασιολογικός Ιστός θα επιτρέψει τον γρήγορο και ακριβή εντοπισµό πληροφοριών στον παγκόσµιο ιστό [2.2]. Με τις υπάρχουσες τεχνολογίες, η αναζήτηση «is Jennifer Lopez single?» θα επιστρέψει µια λίστα µε τα singles της καλλιτέχνιδας ενώ αυτό που ζητάει ο χρήστης είναι µια απάντηση ναι/όχι (το παράδειγµα ανήκει στο Αυτό γίνεται γιατί οι µηχανές αναζήτησης αντιµετωπίζουν τα ερωτήµατά µας ως απλές λέξεις-κλειδιά, αγνοώντας τη σηµασία που πιθανόν εµπεριέχουν. Στον κόσµο του Σηµασιολογικού Ιστού, το σύστηµα θα ήταν σε θέση να απαντήσει σωστά το ερώτηµα αυτό αλλά και πιο σύνθετα. Επιπλέον, αν το σύστηµά µας γνωρίζει για παράδειγµα ότι «ο Σωκράτης είναι άνθρωπος» και ότι «όλοι οι άνθρωποι είναι θνητοί», θα µπορέσει να συµπεράνει ότι «ο Σωκράτης είναι θνητός» χωρίς να χρειάζεται να το έχουµε δηλώσει ρητά. Το παράδειγµα αυτό της επαγωγής φανερώνει µια από τις πολλές δυνατότητες των τεχνολογιών του Σηµασιολογικού Ιστού. Παράδειγµα λειτουργίας του Σηµασιολογικού Ιστού 14

17 2.1 Ανάλυση του Σηµασιολογικού Ιστού Ο Σηµασιολογικός Ιστός είναι µία προσπάθεια να γίνουν οι πόροι του Παγκόσµιου Ιστού προσιτοί σε αυτοµατοποιηµένες διεργασίες προσθέτοντας πληροφορίες που επεξηγούν ή ορίζουν το περιεχόµενό τους. Με αυτόν τον τρόπο, ο Σηµασιολογικός Ιστός θα αποτελέσει ένα παγκόσµιο µέσο για ανταλλαγή πληροφοριών. Η λέξη «Σηµασιολογία» έχει ρίζα τις ελληνικές λέξεις «σηµάδι», «σηµαίνω» και «σηµαντικός» και αναφέρεται στην απόδοση νοήµατος σε επίπεδο φυσικής γλώσσας [2.4 (σελ 637)]. Σήµερα πολλοί είναι εκείνοι που θεωρούν ότι ο Σηµασιολογικός Ιστός αποτελεί το µεγαλύτερο έργο έξυπνης ενσωµάτωσης διαφορετικών συστηµάτων ώστε αυτά να συνεργάζονται διαλειτουργικά. Ο εµπνευστής του Παγκόσµιου Ιστού υπήρξε δηµιουργός και καθοδηγητής και του Σηµασιολογικού Ιστού, ορίζοντάς το ως εξής [2.3] : «Ο Σηµασιολογικός Ιστός δεν είναι ξεχωριστός Ιστός, αλλά µία επέκταση του Παγκόσµιου Ιστού όπου η πληροφορία έχει καλά καθορισµένο νόηµα, καθιστώντας τη συνεργασία µεταξύ ανθρώπων και υπολογιστών πιο αποτελεσµατική.» Έστω το εξής παράδειγµα για να γίνει πιο εύκολα αντιληπτή η σηµασία ενός Σ. Κάποιος χρήστης ψάχνοντας στο διαδίκτυο βρίσκει µια ιστοσελίδα που δίνει λεπτοµέρειες για τη διεξαγωγή ενός επιστηµονικού συνεδρίου. Τα δεδοµένα που έχει είναι οι πληροφορίες για τον τόπο και το χρόνο διεξαγωγής του συνεδρίου και οι σύνδεσµοι σε άλλα έγγραφα (π.χ. home page των διοργανωτών, κλπ.). Αποφασίζοντας να συµµετάσχει, πατά το κουµπί "Register". Τότε ο πράκτορας-ηµερολόγιο θα µπορούσε να κάνει αυτόµατα µια εισαγωγή µε την κατάλληλη ώρα και µέρα της συνάντησης, έχοντας επίσης και τη δυνατότητα διασύνδεσης µε όλες τις υπόλοιπες λεπτοµέρειες για το συνέδριο. Το κινητό τηλέφωνο του χρήστη πρέπει να ενηµερωθεί από τον πράκτορα-ηµερολόγιο µε τη διεύθυνση της συνάντησης, να υπολογίσει ποιος είναι ο καλύτερος τρόπος να φτάσει εκεί και να υπολογίσει το χρόνο που θα χρειαστεί. Στόχος του Σ είναι όλα αυτά να γίνουν µε το πάτηµα ενός πλήκτρου. Όµως µε τις σηµερινές µεθόδους αναπαράστασης πληροφοριών κάτι τέτοιο δεν είναι εφικτό. Οι χρήστες πρέπει να αντιγράψουν µόνοι τους τις λεπτοµέρειες στα προσωπικά τους ηµερολόγια, καταχωρώντας χωριστά τις ηλεκτρονικές διευθύνσεις και τα τηλεφωνά τους, κτλ. Παράδειγµα χρήσης των Σηµασιολογικών ικτύων Όπως, αναφέρθηκε και παραπάνω στον ορισµό του Tim-Berners Lee, ο Σηµασιολογικός Ιστός ή Σηµασιολογικό ίκτυο (Σ ) δεν αποτελεί κάτι εντελώς νέο, 15

18 αλλά µια επέκταση του υπάρχοντος διαδικτύου, στην οποία η πληροφορία που παρουσιάζεται στο χρήστη ορίζεται µε τέτοιο τρόπο ώστε να είναι κατανοητή όχι µόνο από τους ανθρώπους αλλά και από τα προγράµµατα-πράκτορες, ενισχύοντας έτσι τη διαλειτουργικότητα της επεξεργασίας των πληροφοριών µεταξύ των πρακτόρων αλλά και διευκολύνοντας τη λειτουργικότητα της χρήσης του διαδικτύου από τους ανθρώπους µε τη βοήθεια των πρακτόρων. Το Σ βασίζεται στην ιδέα της οργάνωσης και διασύνδεσης της πληροφορίας που υπάρχει στο διαδίκτυο, ώστε να µπορεί να χρησιµοποιηθεί πιο αποτελεσµατικά για την ανακάλυψη, αυτοµατοποίηση, οµαδοποίηση και επαναχρησιµοποίηση της από διαφορετικές µεταξύ τους διαδικτυακές εφαρµογές [2.4 (σελ 638)]. Το Σ φιλοδοξεί να παρέχει στο µέλλον την υποδοµή που απαιτείται για τη δηµιουργία και την αξιοποίηση του συνόλου των πληροφοριών από ένα πλήθος διαδικτυακών εφαρµογών που θα περιλαµβάνουν, εκτός από τις απλές ιστοσελίδες του διαδικτύου, τις εταιρικές βάσεις δεδοµένων, τις διαδικτυακές ηλεκτρονικές υπηρεσίες, τους πράκτορες, ακόµη και τις οικιακές συσκευές. Με το νέο αυτό τρόπο οργάνωσης των δεδοµένων, οι ευφυείς λογισµικοί πράκτορες που µετά από αίτηση κάποιου χρήστη αναζητούν πληροφορίες ή παρεχόµενες υπηρεσίες στο διαδίκτυο, θα έχουν τη δυνατότητα να φιλτράρουν καλύτερα τα δεδοµένα που συλλέγουν. Έτσι αυτά θα ανταποκρίνονται πραγµατικά στις ανάγκες του χρήστη και θα παρουσιάζονται µε κατανοητή µορφή. Το όραµα του Σηµασιολογικού Ιστού συνεχώς ενδυναµώνεται µε τη γέννηση µιας νέας γενιάς τεχνολογιών και εργαλείων. Συγκεκριµένα, δηµιουργούνται νέες γλώσσες, όπως οι XML, RDF, OWL, που αναπαριστούν την πληροφορία σε µορφή εύκολα κατανοητή και επεξεργάσιµη από τους πράκτορες [2.4 (σελ 638)]. Στο σηµείο αυτό θα πρέπει να διευκρινιστεί ότι το Σ δεν είναι ακόµα υπαρκτό, αλλά ότι υπάρχει µια εξαιρετικά σηµαντική κινητικότητα ερευνητών και εταιριών οι οποίες αναπτύσσουν τις συγκεκριµένες τεχνολογίες καθώς και κάποιες (όχι ακόµα αρκετές) εφαρµογές οι οποίες βασίζονται πάνω στις τεχνολογίες αυτές. Παρόλα αυτά το όραµα του Σ ίσως να µην είναι και τόσο µακρινό αν γίνει ένας παραλληλισµός µε τη διάδοση του ίδιου του διαδικτύου. Το 1989, όταν δηλαδή το διαδίκτυο έκανε τα πρώτα βήµατα για την παγκόσµια καθιέρωσή του, η ανακάλυψη και ανάκτηση πληροφοριών από αποµακρυσµένα συστήµατα ήταν κάτι που µόνο ένας ειδικός µπορούσε να κάνει. Το διαδίκτυο ως τεχνολογικό υπόβαθρο υπήρχε και θεωρητικά έδινε δυνατότητα πρόσβασης σε αυτά τα συστήµατα. Υπήρχαν όµως σηµαντικά προβλήµατα ευχρηστίας 16

19 εξαιτίας των διαφορετικών πρωτοκόλλων πρόσβασης, ακόµη και µέσα στο ίδιο σύστηµα [2.4 (σελ 638)]. Συνοψίζοντας, να αναφέρουµε ότι το διαδίκτυο σχεδιάστηκε µε στόχο να αποτελέσει ένα ελεύθερο χώρο διακίνησης πληροφοριών, έτσι ώστε να διευκολύνει την επικοινωνία µεταξύ των, καταρχήν µέσω των υπολογιστών και ίσως µε την συµµετοχή και τη βοήθειά τους µέσω αυτόβουλων ενεργειών τους. Ένα από τα µεγαλύτερα εµπόδια προς αυτή την κατεύθυνση είναι ότι η συντριπτική πλειοψηφία των πληροφοριών του διαδικτύου είναι προσανατολισµένη προς τον άνθρωπο-χρήστη. Ακόµη και αν οι πληροφορίες αυτές αντλούνται από µια καλά οργανωµένη βάση δεδοµένων, η δοµή αυτή δεν είναι ευδιάκριτη για ένα λογισµικό πράκτορα που αναζητά στοιχεία, µε αποτέλεσµα να µην είναι εύκολη η αυτοµατοποίηση κάποιων χρονοβόρων και επίπονων εργασιών στο διαδίκτυο από προγράµµατα-πράκτορες [2.4 (σελ 640)]. 2.2 Αρχιτεκτονική των Σηµασιολογικών ικτύων Τα Σ είναι οργανωµένα σε µία σειρά επιπέδων. Τα επίπεδα αυτά δεν ανταποκρίνονται αυστηρά στην έννοια της αρχιτεκτονικής λογισµικού, αλλά αποτελούν περισσότερο τεχνολογικά επίπεδα λειτουργικότητας. Η ανάπτυξη ενός Σ απαιτεί συγκεκριµένα βήµατα ή στρώµατα. Κάθε στρώµα υλοποιεί ένα σύνολο τεχνολογιών οι οποίες στηρίζονται στις τεχνολογίες του προηγούµενου επιπέδου. Ο βασικός λόγος της διαστρωµατωµένης αρχιτεκτονικής είναι η εξασφάλιση της αποδοχής των τεχνολογιών κάθε στρώµατος από όσο το δυνατόν περισσότερους χρήστες [2.4 σελ 649] Το Ιεραρχικό Σύστηµα Επιπέδων των Σ Η ανάπτυξη του Σ ακολουθεί ένα ιεραρχικό σύστηµα επιπέδων όπου το καθένα βρίσκεται πάνω από ένα άλλο, επεκτείνοντάς το. Κάθε επίπεδο αφορά έναν περιορισµένο τοµέα του συνόλου των δραστηριοτήτων του, καθιστώντας έτσι παραγωγική τη συνεργασία ανάµεσα στις εκάστοτε επιστηµονικές οµάδες. Αν δεν είχε ακολουθηθεί αυτή η αρχιτεκτονική και αντιµετωπιζόταν ως ένα ενιαίο και ευρύ ερευνητικό πεδίο, θα ήταν πολύ πιθανό να υπάρχουν πολλές αποκλίσεις ανάµεσα στις απόψεις των επιστηµόνων που συµµετέχουν στην προσπάθεια δηµιουργίας των 17

20 απαραίτητων προτύπων. Στο παρακάτω σχήµα 2.1 βλέπουµε την διαστρωµατωµένη αρχιτεκτονική των Σηµασιολογικών ικτύων. Σχήµα 2.1 Αρχιτεκτονική του Σηµασιολογικού ικτύου, αναλυτικά. Στην αρχιτεκτονική επιπέδων του Σηµασιολογικού Ιστού/ ικτύου ακολουθούνται δύο βασικές αρχές. Η πρώτη είναι η συµβατότητα προς τα κατώτερα επίπεδα. Οι πράκτορες και οι διαδικτυακές εφαρµογές που αντιλαµβάνονται πλήρως ένα επίπεδο θα πρέπει να είναι αυτοµάτως σε θέση να χρησιµοποιήσουν και τις πληροφορίες των κατώτερων επιπέδων. Ενώ η δεύτερη είναι η αποσπασµατική κατανόηση των ανώτερων επιπέδων. Οι πράκτορες που αντιλαµβάνονται πλήρως ένα επίπεδο θα πρέπει να έχουν τη δυνατότητα να χρησιµοποιήσουν κάποιο µέρος από τις πληροφορίες των ανώτερων επιπέδων Επικοινωνία Μεταξύ Επιπέδων Η ανταλλαγή µηνυµάτων µεταξύ των επιπέδων επιτυγχάνετε µέσω του SOAP (Simple Object Access Protocol). Αυτό το πρωτόκολλο επικοινωνίας διαδικτυακών υπηρεσιών είναι απλό στη δοµή και βασίζεται στη γλώσσα XML και έχει τη δυνατότητα κατασκευής δοµηµένων πακέτων µε δεδοµένα που ανταλλάσσονται µεταξύ των εφαρµογών. Για την περιγραφή διαδικτυακών υπηρεσιών χρησιµοποιείται η γλώσσα WSDL (Web Services Description Language) XML. Αυτή φροντίζει για την περιγραφή του πρωτοκόλλου, των υπηρεσιών και της δοµής των δεδοµένων (µηνύµατα) που ανταλλάσσονται µε µια διαδικτυακή υπηρεσία, ενώ ακόµη περιέχει όλες τις απαραίτητες πληροφορίες για τη χρησιµοποίηση της υπηρεσίας. Παράλληλα να 18

21 αναφέρουµε ότι οι περιγραφές αποθηκεύονται σε µητρώα UDDI (Universal Description. Discovery, and Integration), που είναι ένα είδος διαδικτυακών "Χρυσών Οδηγών" (UDDI registries). Εποµένως ένας πελάτης της υπηρεσίας µπορεί να την προσπελάσει από τις UDDI καταχωρήσεις, οι οποίες είναι οργανωµένες βάσει πρότυπων εµπορικών κατηγοριοποιήσεων. Από τη στιγµή που ο πελάτης γνωρίζει πώς θα έχει πρόσβαση στην υπηρεσία, µπορεί να επικοινωνήσει µαζί της απευθείας µέσω SOAP µηνυµάτων [2.5]. Ο συνδυασµός του Σ µε τις διαδικτυακές υπηρεσίες (Semantic Web Services) στοχεύει στην αυτοµατοποίηση της ανακάλυψης, της σύνθεσης, της εκτέλεσης, και του ελέγχου των διαδικτυακών υπηρεσιών. Αυτό επιτυγχάνετε µέσω της χρήσης κατάλληλων περιγραφών των υπηρεσιών, τέτοιων ώστε να γίνονται κατανοητές από τους πράκτορες. Η παροχή υπηρεσιών µέσω του διαδικτύου είναι ένας από τους κλάδους όπου θα γίνει δυναµική χρήση των οντολογιών και θα συµφωνηθεί ποιες οντολογίες θα χρησιµοποιηθούν, ώστε να υπάρχει συµβατότητα στους όρους που θα χρησιµοποιηθούν, τους περιορισµούς που θα τεθούν. Η περιγραφή των υπηρεσιών µε οντολογίες δίνει τη δυνατότητα στους πράκτορες να βρίσκουν τα κοινά στοιχεία ανάµεσα στο αντικείµενο της αναζήτησης και τις ιδιότητες κλάσεων και υποκλάσεων [2.4 (σελ 648)] Τα Επίπεδα της Αρχιτεκτονικής Όπως προαναφέραµε και µπορούµε να δούµε στο σχήµα 2.2 ο Σηµασιολογικός Ιστός είναι οργανωµένος σε µία σειρά επιπέδων. Παρακάτω θα αναφερθούµε αναλυτικά σε καθένα από αυτά. 19

22 Σχήµα 2.2 Αρχιτεκτονική του ΣΙ σε επίπεδα, συνοπτικά Κωδικοποίηση και ιευθυνσιοδότηση Εγγράφων Στο κατώτερο φυσικό επίπεδο βρίσκεται η κωδικοποίηση των εγγράφων που επιτυγχάνετε µε τη χρήση του διεθνώς καθιερωµένου προτύπου κωδικοποίησης χαρακτήρων Unicode. Το συγκεκριµένο, καθορίζει το παγκόσµιο σύνολο χαρακτήρων για την κωδικοποίηση απλού κειµένου, καλύπτοντας όλες τις γλώσσες της υφηλίου. Ακόµη, στο ίδιο επίπεδο συναντάµε τη διευθυνσιοδότηση των εγγράφων στο διαδίκτυο που γίνεται µε τη βοήθεια των URI. Αυτές είναι συµβολοσειρές που χαρακτηρίζουν µοναδικά οποιοδήποτε διαδικτυακό πόρο. Τέτοιο παράδειγµα αποτελεί µια ιστοσελίδα ή άλλου τύπου ηλεκτρονικό αρχείο, διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδροµείου ή διαδικτυακή υπηρεσία. Τα URI είναι ανεξάρτητα περιεχοµένου και πρωτοκόλλου επικοινωνίας και αποτελούν µια πλήρως επεκτάσιµη τεχνολογία. εν περιορίζεται σε µία µόνο µέθοδο ονοµατολογίας και διευθυνσιοδότησης πόρων, ούτε µόνο σε υπαρκτές και προσβάσιµες διαδικτυακές πληροφορίες [2.5] Αναπαράσταση Περιεχοµένου Εγγράφων Στο δεύτερο επίπεδο συναντάµε την αναπαράσταση του περιεχοµένου των εγγράφων και πιο συγκεκριµένα την XML (extensible Markup Language) που είναι µία µεταγλώσσα αναπαράστασης πληροφοριών στο διαδίκτυο. Αυτή επιτρέπει την αναπαράσταση δοµηµένων εγγράφων µε τη χρήση λεξιλογίων που ορίζονται από το χρήστη. ηµιουργήθηκε µε σκοπό το διαµοιρασµό εγγράφων στο διαδίκτυο µέσω µιας 20

23 κοινά κατανοητής από πλευράς σύνταξης γλώσσας. Επίσης υπάρχει και η HTML που παρέχει ένα σταθερό σύνολο προκαθορισµένων στοιχείων, µε τα οποία συµβολίζονται και οριοθετούνται τα περιεχόµενα µιας ιστοσελίδας [2.5]. Λόγο της σηµαντικότητας της XML θα γίνει εκτενής αναφορά σε επόµενη ξεχωριστή ενότητα Αναπαράσταση Νοήµατος Η χρήση το ίδιου XML λεξιλογίου για την ανταλλαγή πληροφοριών δεν εξασφαλίζει την αµοιβαία κατανόηση των ανταλλασσοµένων πληροφοριών, εποµένως το νοηµατικό περιεχόµενο των πληροφοριών δεν καθορίζεται από την XML. Το γεγονός αυτό είχε σαν αποτέλεσµα να απαιτείται ένα κοινό µοντέλο πληροφοριών που να χρησιµοποιείται από όλους. Συνεπώς επιλέχτηκε το µοντέλο δηλώσεων RDF (Resource Description Framework). Αυτό αποτελείται από δηλώσεις ή ισχυρισµούς (statements). Οι δηλώσεις του αφορούν µεταδεδοµένα (metadata), δηλαδή δεδοµένα για άλλα δεδοµένα. Η κύρια διαφοροποίηση είναι ότι το µοντέλο RDF δεν εξαρτάται καθόλου από το δενδρικό µοντέλο αναπαράστασης περιεχοµένου της γλώσσας XML. Παρόλα αυτά η αναπαράσταση των δηλώσεων RDF πραγµατοποιείται χρησιµοποιώντας τη σύνταξη της XML [2.5]. RDF Στοιχεία, Γνωρίσµατα και εδοµένα Το κύριο βήµα για την ανάπτυξη γλωσσών που υποστηρίζουν περιγραφές βάσει σηµασιολογίας ήταν η δηµιουργία του RDF (Resource Description Framework), που είναι µια γλώσσα γενικού σκοπού και ανεξάρτητη από πλευράς σύνταξης, για την περιγραφή πηγών στο διαδίκτυο. Αν και η XML είναι µία πολύ ευέλικτη γλώσσα δεν προσφέρει κάποια πληροφορία για τη σηµασιολογία των δεδοµένων που περιγράφει. Επιτρέπει τη µοντελοποίηση της πληροφορίας µε πολλούς διαφορετικούς τρόπους και έτσι είναι πολύ δύσκολο για τα προγράµµατα να καθορίσουν αυτόµατα την ερµηνεία της εκάστοτε XML περιγραφής [2.8]. Υποθέστε για παράδειγµα ότι θέλουµε να περιγράψουµε την πληροφορία Ο κ. Χριστοδουλάκης διδάσκει το µάθηµα Συστήµατα Βάσεων εδοµένων. Στην XML κάποιοι πιθανοί τρόποι αναπαράστασης αυτής της πληροφορίας θα ήταν αυτές στο σχήµα 2.3 [2.6]. 21

24 Σχήµα 2.3 Παράδειγµα περιγραφής σε XML Η RDF (Resource Description Framework) έρχεται να λύσει το παραπάνω πρόβληµα. Όπως προαναφέραµε, αποτελεί ένα µοντέλο δεδοµένων µε σύνταξη παρόµοια µε την XML, που αναπαριστά την πληροφορία µε τέτοιο τρόπο ώστε να επιτρέπει στα προγράµµατα να καταλάβουν το νόηµα της εκάστοτε περιγραφής. Η αναπαράσταση των δεδοµένων στηρίζεται στην έννοια των statements, που αποτελούν τριπλέτες της µορφής κατηγόρηµα υποκείµενο αντικείµενο (predicate subject object). Το υποκείµενο και το αντικείµενο µιας τριπλέτας είναι τα στοιχεία στα οποία αναφέρεται το κάθε statement, ενώ το κατηγόρηµα περιγράφει τη σχέση που έχει το υποκείµενο πάνω στο αντικείµενο. Οι θεµελιώδεις έννοιες που υπάρχουν στο RDF είναι οι εξής [2.6]: Πόροι (Resources): Αποτελούν τα στοιχεία για τα οποία θέλουµε να µιλήσουµε. Κάθε resource έχει ένα URI (Universal Resource Identifier). Τα URIs µπορούν να είναι ηλεκτρονικές διευθύνσεις (Unified Resource Locators) ή κάποιου άλλου είδους αναγνωριστικά, όπως αριθµοί, γεωγραφικές τοποθεσίες κλπ., τα οποία δεν είναι απαραίτητο να περιγράφουν την πρόσβαση σε ένα resource. Ιδιότητες (Properties): Τα properties είναι κάποια ειδικά resources που περιγράφουν τις σχέσεις µεταξύ των στοιχείων για τα οποία θέλουµε να µιλήσουµε. Όπως και τα resources, έτσι και τα properties προσδιορίζονται µε τη χρήση URIs. 22

25 ηλώσεις (Statements): Για τα statements, αναφέραµε κάποια πράγµατα παραπάνω. Είναι τριπλέτες κατηγορήµατος υποκειµένου αντικειµένου, οι τιµές των οποίων µπορούν να είναι είτε resources είτε literals (τα literals είναι ατοµικές τιµές). Μπορούµε να φανταστούµε την κάθε τριπλέτα (x, P, y) ως µία λογική συνάρτηση P(x, y), όπου το δυαδικό κατηγόρηµα P συσχετίζει τα στοιχεία x και y. Ένα RDF έγγραφο αναπαρίσταται µέσω του XML στοιχείου rdf:rdf. Το περιεχόµενο αυτού του στοιχείου είναι ένας αριθµός περιγραφών, για τις οποίες χρησιµοποιείται το στοιχείο rdf:description. Κάθε περιγραφή δηλώνει κάποιο statement για ένα resource. Η αναφορά στο εκάστοτε resource µπορεί να γίνει χρησιµοποιώντας [2.6]: το χαρακτηριστικό about, για την αναφορά σε κάποιο ήδη υπάρχον resource, το χαρακτηριστικό ID, για τη δηµιουργία ενός νέου resource και χωρίς κάποιο όνοµα δηµιουργώντας ένα ανώνυµο resource Σύµφωνα µε όλα τα παραπάνω, αν θέλαµε να περιγράψουµε την πληροφορία Ο κ. Χριστοδουλάκης διδάσκει το µάθηµα Συστήµατα Βάσεων Rεδοµένων σε RDF/S, θα είχαµε την RDF κλάση Teacher η οποία επιτρέπει την αναπαράσταση δασκάλων : <rdfs:class rdf:id= Teacher /> και την RDF κλάση Course η οποία επιτρέπει την αναπαράσταση µαθηµάτων : <rdfs:class rdf:id= Course /> Οι δάσκαλοι έχουν την ιδιότητα teaches, η οποία συσχετίζει τους δασκάλους µε τα µαθήµατα τα ποια διδάσκουν. Όπως φαίνεται η ιδιότητα teaches έχει ως πεδίο ορισµού (domain) την κλάση Teacher και ως πεδίο τιµών (range) την κλάση Course. <rdfs:property rdf:id= teaches > <rdfs:domain rdf:resource= #Person /> <rdfs:range rdf:resource= #Course /> </rdfs:property> 23

26 Καθορισµός Λεξιλογίου Η RDF είναι µία καθολική γλώσσα που επιτρέπει στους χρήστες να περιγράψουν resources χρησιµοποιώντας ο καθένας το δικό του λεξιλόγιο, δηλαδή είναι πολύ γενική. εν κάνει υποθέσεις σχετικά µε τις έννοιες κάποιας περιοχής, ούτε καθορίζει τη σηµασιολογία της και γενικά δεν παρέχει εργαλεία για δόµηση και οργάνωση της πληροφορίας. Αυτό µπορεί να γίνει από το χρήστη µε τη χρήση της RDF Schema (RDFS). Η γλώσσα λεξιλογίου δοµής RDFS προσφέρει την δυνατότητα δηλώσεων κλάσεων, ιδιοτήτων και τον ορισµό του τρόπου χρήσης τους. Το RDFS είναι ένα λεξιλόγιο που επιτρέπει στους χρήστες να ορίσουν κλάσεις και ιδιότητες για τα διάφορα RDF resources, καθώς και να τα οργανώσει σε ιεραρχίες. Αυτές οι κλάσεις και ιδιότητες καθορίζουν τη σηµασιολογία των RDF statements για κάποια συγκεκριµένη περιοχή. Οι κλάσεις µοντελοποιούν τις οντότητες κάποιας περιοχής και τους περιορισµούς που τις διέπουν, ενώ οι ιδιότητες (properties) καθορίζουν τις σχέσεις που µπορεί να υπάρξουν µεταξύ αυτών των οντοτήτων, για την κάθε ιδιότητα ορίζεται κάποιο domain και κάποιο range [2.9]. Οι οντολογίες περιλαµβάνουν ένα σύνολο από όρους και συσχετίσεις. Για να επιτευχθεί η αµοιβαία αλληλοκατανόηση των όρων που περιλαµβάνονται στα διάφορα έγγραφα, χρησιµοποιούνται κοινά και διαµοιραζόµενα λεξικά ορολογίας. Το επίπεδο των οντολογιών περιλαµβάνει γλώσσες ικανές να περιγράψουν το νόηµα των δηλώσεων RDF [2.5] Λογικό Επίπεδο Χρειάζεται για να γίνονται κατανοητές διάφορες δηλώσεις, όπως οι κανόνες µετατροπής των εγγράφων από ένα τύπο σε έναν άλλο, ο έλεγχος ενός εγγράφου ως προς τη συνέπεια του, το αποτέλεσµα µιας ερώτησης µε σκοπό την ανάκληση όρων ή την αναγνώριση άγνωστων όρων κ.α. Χρησιµοποιώντας τα χαµηλότερα επίπεδα οργάνωσης παρέχει τη δυνατότητα αναπαράστασης της κατηγορηµατικής λογικής (π.χ. χρήση λογικών τελεστών NOT AND OR) και τη συσχέτιση των δεδοµένων (π.χ. αν ισχύει το Χ τότε ισχύουν όλα τα Υ). Παράλληλα επιτρέπει την επεξεργασία των δεδοµένων των κατώτερων επιπέδων µε τη χρήση σηµασιολογικών συσχετίσεων υπό τη µορφή κανόνων. Οι κανόνες προκύπτουν από το πεδίο της εκάστοτε εφαρµογής και µπορούν να συλλάβουν συσχετισµούς µεταξύ των δεδοµένων πολύ πιο πολύπλοκους από τους συσχετισµούς 24

27 των οντολογιών. Αν για παράδειγµα έχουµε 2 ανεξάρτητες διαδικτυακές βάσεις δεδοµένων, τότε το λογικό επίπεδο αναλαµβάνει τον αυτόµατο µετασχηµατισµό των ερωτηµάτων από τη µία βάση στην άλλη και µε την χρήση λογικών κανόνων, απεικονίζει τη δοµή της µιας στην άλλη Επίπεδο Αποδείξεων Αυτό το επίπεδο περιλαµβάνει τους µηχανισµούς και τις διαδικασίες εξαγωγής συµπερασµάτων που χρησιµοποιούν γνώση του λογικού επιπέδου και την αναπαράσταση των διαδικασιών απόδειξης σε XML ή RDF. Το βασικό πλεονέκτηµα, χρήσης αυτού είναι η εύκολη δηµιουργία εξηγήσεων προς το χρήστη σχετικά µε τα συµπεράσµατα στα οποία κατέληξε. Για να το επιτύχει αυτό χρησιµοποιεί διαδοχικά βήµατα του µηχανισµού εξαγωγής συµπερασµάτων. Τα βήµατα αυτά παρουσιάζονται στο χρήστη µε απλή παράθεση των λογικών προτάσεων και των δεδοµένων που χρησιµοποιήθηκαν, µε τη χρήση εξελιγµένων τεχνικών παραγωγής εξηγήσεων σε φυσική γλώσσα, που έχουν αναπτυχθεί στο πλαίσιο της έρευνας των εµπείρων συστηµάτων και τέλος µε οπτικό τρόπο (π.χ. δένδρα αποδείξεων). Να σηµειώσουµε επίσης ότι η παροχή εξηγήσεων αυξάνει την εµπιστοσύνη των χρηστών στις παρεχόµενες υπηρεσίες [2.5]. 25

28 Έλεγχος Αξιοπιστίας Το ανώτερο επίπεδο είναι αυτό της αξιοπιστίας. Για τις περισσότερες εφαρµογές, η απόδειξη της αξιοπιστίας γίνεται σύµφωνα µε κάποιους κανόνες περιορισµένης εµβέλειας. Η αναζήτηση µιας πληροφορίας θα πρέπει να περιλαµβάνει την απόδειξη ότι ο χρήστης έχει το δικαίωµα να λάβει απάντηση. Για παράδειγµα, για να επιτραπεί σε κάποιον η πρόσβαση σε ένα δικτυακό τόπο, µπορεί να του ζητηθεί να παραδώσει ένα έγγραφο το οποίο να αποδεικνύει στον εξυπηρετητή το λόγο για τον οποίο του επιτράπηκε η πρόσβαση. Η απόδειξη αυτή θα αποτελείται από µια αλυσίδα δηλώσεων και κανόνων εξαγωγής συµπερασµάτων µε αναφορές στο υλικό που υποστηρίζει ο δικτυακός τόπος. Γενικότερα στις ηλεκτρονικές συναλλαγές απαιτείτε εχεµύθεια, τα έγγραφα που διακινούνται θα περιλαµβάνουν συµπληρωµατικές πληροφορίες που αφορούν την αξιοπιστία τους. Αν τεθεί θέµα, η απάντηση-απόδειξη θα είναι εύκολο να κατασκευαστεί υπολογιστικά. Για να γίνουν όλα αυτά πιο κατανοητά, ας δούµε το παρακάτω παράδειγµα. Έστω ο πράκτορας ενός ηλεκτρονικού καταστήµατος αποστέλλει ένα ηλεκτρονικό τιµολόγιο στον πράκτορα ενός χρήστη µε χρέωση για κάποια αγορά αγαθού. Το ηλεκτρονικό έγγραφο πρέπει να συνοδεύεται µε κάποιους συνδέσµους. Πρώτον το αρχείο καταγραφής συναλλαγών του ηλεκτρονικού καταστήµατος, ώστε να επιβεβαιώσει ότι έγινε η συναλλαγή. Μετά την ψηφιακή υπογραφή του αγοραστή, για να επιβεβαιώσει ότι "µπήκε" ο ίδιος στο ηλεκτρονικό κατάστηµα. Στη συνέχεια τον ηλεκτρονικό τιµοκατάλογο του καταστήµατος, για την επιβεβαίωση της τιµής του αγαθού και έπειτα την ηλεκτρονική απόδειξη παραλαβής του αγαθού µέσω εταιρίας courier, για την επιβεβαίωση παράδοσης του αγαθού. Εποµένως ο πράκτορας του χρήστη θα µπορέσει να επιβεβαιώσει την ορθότητα της χρέωσης και να εξηγήσει στο χρήστη γιατί προχώρησε σε χρέωση της πιστωτικής του κάρτας. 2.3 Παρουσίαση της XML Όπως προαναφέρθηκε η XML (extensible Markup Language) είναι µία µεταγλώσσα αναπαράστασης πληροφοριών στο διαδίκτυο. Θα αναφερθούµε στα βασικά χαρακτηριστικά της και στη συνέχεια θα παραθέσουµε κάποια στοιχεία, γνωρίσµατα και δεδοµένα που θα πρέπει να γνωρίζουµε για αυτή. 26

29 2.3.1 Βασικά Χαρακτηριστικά της XML H XML έγινε ευρύτατα αποδεκτή επειδή δεν είναι σε µορφή δυαδικών αρχείων αλλά σε µορφή απλού κειµένου, έτσι υπάρχει η δυνατότητα επεξεργασίας των XML αρχείων είτε µε έναν απλό επεξεργαστή κειµένου είτε µε κάποιο σύνθετο, οπτικό περιβάλλον ανάπτυξης. Επίσης περιγράφει τα ίδια τα δεδοµένα και όχι το πώς θα εµφανιστούν. Αυτό επιτυγχάνετε µε τη χρήση ετικετών που προσδιορίζουν την πληροφορία και χωρίζουν τα δεδοµένα σε τµήµατα. Με άλλα λόγια, επειδή τα ξεχωριστά τµήµατα πληροφορίας έχουν προσδιοριστεί µπορούν να χρησιµοποιηθούν µε διαφορετικούς τρόπους από διαφορετικές εφαρµογές. Στην περίπτωση που η παρουσίαση των δεδοµένων είναι σηµαντική, τότε το πρότυπο επιτρέπει τη διαχείριση της εµφάνισής τους. Θα µπορούσαµε βέβαια να χρησιµοποιήσουµε απλό HTML κώδικα αλλά τότε δε θα υπήρχε η δυνατότητα για επεξεργασία των δεδοµένων όπως προαναφέρθηκε. Επιπλέον, καθώς η XML είναι ανεξάρτητη από οποιοδήποτε στυλ παρουσίασης, θα µπορούσε να χρησιµοποιηθεί ένα διαφορετικό σχήµα εφαρµογής στυλ ώστε να εξαχθούν τα δεδοµένα σε µορφή postscript, TEX, PDF ή κάποια µελλοντική µορφή. Η δυνατότητα αυτή εξασφαλίζει πως τα δεδοµένα που γράφονται σήµερα θα µπορούν να χρησιµοποιηθούν και σε ένα µελλοντικό σύστηµα. Παράλληλα µε τη χρήση της XML υπάρχει η δυνατότητα να οριστούν αµφίδροµοι σύνδεσµοι, σύνδεσµοι πολλαπλών στόχων, σύνδεσµοι «επέκτασης» και σύνδεσµοι µεταξύ δυο εγγράφων που ορίζονται σε ένα τρίτο. Ακόµα η XML προσφέρει ευκολότερη προσπέλαση και επεξεργασία των δεδοµένων λόγω της τυπικής και συµπαγούς τοποθέτηση ετικετών. Τέλος τα XML έγγραφα ωφελούνται από την ιεραρχική δοµή τους καθώς τέτοιου είδους δοµές είναι γενικώς γρηγορότερες να προσπελαστούν. Μπορεί το πρόγραµµα ή ο χρήστης που αναζητά µια πληροφορία να επιλέξει κατευθείαν το κοµµάτι που τον ενδιαφέρει σαν να διέτρεχε ένα πίνακα περιεχοµένων. Επιπλέον, τα έγγραφα αυτά είναι ευκολότερο να τροποποιήσουν τη σειρά αποθήκευσης των δεδοµένων καθώς η διαφορετικές πληροφορίες βρίσκονται σε ξεχωριστά, ανεξάρτητα τµήµατα του εγγράφου [2.8 (Κεφ 2)]. 27

30 2.3.2 XML Στοιχεία, Γνωρίσµατα και εδοµένα Η XML υποστηρίζει δοµηµένα XML Έγγραφα (XML Documents), τα οποία απαρτίζονται από στοιχεία (elements). Η αρχή και το τέλος ενός XML εγγράφου καθορίζονται από την αρχή και το τέλος του στοιχείου-ρίζας (root element) του. Τα στοιχεία µπορεί να είναι εµφωλευµένα (nested) και να διαθέτουν χαρακτηριστικά, τα οποία αναπαρίστανται ως ιδιότητες (attributes). Η XML θεωρείται επεκτάσιµη (extensible) επειδή επιτρέπει στους χρήστες να ορίσουν το δικό τους σχήµα, σε αντίθεση µε την HTML η οποία είναι προκαθορισµένη γλώσσα σήµανσης (markup language). Η XML επειδή αποτελεί µια µεταγλώσσα επιτρέπει, µέσω της χρήσης νέων ετικετών (tags), τον σχεδιασµό και τη δηµιουργία καινούριων γλωσσών και παράγωγων της XML. Συνεπώς οι προγραµµατιστές µπορούν, ορίζοντας ένα δικό τους λεξιλόγιο, να προσδιορίσουν µια καινούρια γλώσσα σήµανσης προσαρµοσµένη στις εξειδικευµένες ανάγκες και απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρµογής ή του συγκεκριµένου πεδίου εφαρµογής. Εξαιτίας της µεγάλης ευελιξίας της, η XML είναι ο πλέον διαδεδοµένος τρόπος για την διανοµή και παρουσίαση δοµηµένων και ηµιδοµηµένων δεδοµένων µέσω του διαδικτύου. Η XML είναι συµβατή µε την πλειοψηφία των πρωτοκόλλων µετάδοσης του διαδικτύου και επιπλέον είναι ιδιαίτερα συµπιέσιµη για ταχύτερη µετάδοση. Η XML βασίζεται σε ένα ιεραρχικό µοντέλο δεδοµένων το οποίο αποτελείται από δεδοµένα και το σχήµα (schema) το οποίο τα περιγράφει [2.6]. Τα XML έγγραφα περιέχουν ένα δοµηµένο κείµενο. Οι συντάκτες αναπαριστούν την δοµή τοποθετώντας ετικέτες (tags) γύρω από τα δεδοµένα. Οι δοµικοί χαρακτήρες αρχής, τέλους (structural delimiters) είναι ετικέτες, οι οποίες ξεκινούν και τελειώνουν µε γωνιακές αγκύλες < >, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήµα

31 Σχήµα 2.4 Παράδειγµα XML εγγράφου. Το κείµενο µεταξύ των γωνιακών αγκύλων περιέχει πληροφορία σχετικά µε το XML στοιχείο (element) που ονοµατίζει το στοιχείο. Ένα στοιχείο (element) αποτελείται από ετικέτα (tag) ανοίγµατος, περιεχόµενα, και ετικέτα κλεισίµατος. Οι ετικέτες κλεισίµατος έχουν το ίδιο όνοµα µε τις ετικέτες ανοίγµατος όµως ξεκινούν µε </. Τα περιεχόµενα ενός στοιχείου (elements) µπορεί να είναι κείµενο, άλλα στοιχεία ή συνδυασµός των δύο. Ένα XML έγγραφο πρέπει να έχει µοναδικό στοιχείο το οποίο περιλαµβάνει όλα τα υπόλοιπα στοιχεία (root element). Η XML είναι case and space sensitive και τα στοιχεία πρέπει πάντα να έχουν ετικέτα κλεισίµατος, ενώ απαγορεύεται η ύπαρξη επικαλυπτόµενων στοιχείων. Ένα στοιχείο µπορεί να είναι κενό και να µην έχει περιεχόµενα [2.6]. Οι ετικέτες µπορεί να περιέχουν πρόσθετη πληροφορία η οποία καλείται ιδιότητα (attribute). Τα γνωρίσµατα τοποθετούνται στην ετικέτα ανοίγµατος ενός στοιχείου (element) και γράφονται µε την µορφή όνοµα = τιµή. εν υπάρχει κενό µεταξύ = και ονόµατος και η τιµή ενός γνωρίσµατος πρέπει να περιβάλλεται από χαρακτήρες ή. Τα γνωρίσµατα µέσα σε ένα στοιχείο πρέπει να έχουν µοναδικά ονόµατα. Στο παράδειγµα που έχουµε παραθέσει στο σχήµα 2.4, υπάρχουν πληροφορίες σχετικά µε ένα αρχείο mp3. Το στοιχείο <Song> περιλαµβάνει πέντε στοιχεία: <Title>, <Artist>, <Album>, <Duration> και <Encoding>. Το στοιχείο <Title> εµπεριέχει το κείµενο A million miles away δίδοντας πληροφορίες σχετικά µε τον τίτλο του τραγουδιού. Το στοιχείο <Artist> εµπεριέχει το κείµενο Rory Gallagher δίδοντας 29

32 πληροφορίες σχετικά µε το όνοµα του καλλιτέχνη. Το <Album> περιέχει το κείµενο Tattoo πληροφορώντας µας για το όνοµα του album. Το στοιχείο <Duration> περιλαµβάνει τρία γνωρίσµατα hours, minutes, seconds µε τιµές που υποδεικνύουν την διάρκεια του τραγουδιού. Τέλος το πέµπτο στοιχείο <Encoding> περιέχει κείµενο Mpeg1-Layer3 µε πληροφορίες σχετικά µε την κωδικοποίηση του αρχείου [2.7]. 30

33 3 Οντολογίες Στο Σηµασιολογικό Ιστό για την αναπαράσταση της γνώσης χρησιµοποιούνται δοµηµένες αναπαραστάσεις, οι λεγόµενες οντολογίες, οι οποίες έχουν πολλά κοινά στοιχεία µε τα Σηµασιολογικά ίκτυα και Πλαίσια. Οι οντολογίες χρησιµεύουν κυρίως στον ορισµό κοινών λεξιλογίων τα οποία θα χρησιµοποιούνται για την ανταλλαγή πληροφοριών µεταξύ των εφαρµογών στο Σ [3.1 (σελ 641)]. Στα πλαίσια της διπλωµατικής εργασίας αναπτύχθηκε µια οντολογία που περιγράφει τον εσωτερικό κανονισµό του ΠΜΣ Πληροφορική και ιοίκηση ( ). Εποµένως στις επόµενες ενότητες παρουσιάζονται βασικοί ορισµοί του όρου «οντολογία» και τα διάφορα είδη των οντολογιών. Στην συνέχεια, αναλύεται η βασική µορφή και τα συστατικά που έχουν τυπικές οντολογίες. Τέλος, παρατίθενται τα κριτήρια/αρχές και τα εργαλεία για την ανάπτυξη οντολογιών, καθώς και διαθέσιµες γλώσσες αναπαράστασης οντολογιών. 3.1 Τι είναι µια Οντολογία Ιστορικά, ο όρος οντολογία (από το ελληνικό ν, γενική ντος: από την ύπαρξη (ουδέτερη µετοχή του ε ναι: για να είναι) και - λογία, - logia: επιστήµη, η µελέτη, η θεωρία) είναι η φιλοσοφική µελέτη της φύσης της υπόστασης, της ύπαρξης ή της πραγµατικότητας γενικά, καθώς επίσης και των βασικών κατηγοριών ύπαρξης και σχέσεών τους. Παραδοσιακά, η οντολογία, που αποτελεί µέρος του σηµαντικότερου κλάδου της φιλοσοφίας, γνωστής ως µεταφυσική, εξετάζει ζητήµατα σχετικά µε το ποιες οντότητες υπάρχουν ή µπορεί να ειπωθεί ότι υπάρχουν, και το πώς τέτοιες οντότητες µπορούν να οµαδοποιηθούν, να ενταχθούν σε µια ιεραρχία, και να υποδιαιρεθούν σύµφωνα µε οµοιότητες και διαφορές [3.2]. Η οντολογία είναι µία από τις πολλές λέξεις, την οποία έχει δανειστεί η επιστήµη της πληροφορικής από το καθηµερινό λεξιλόγιο και της έχει αποδώσει ένα συγκεκριµένο τεχνικό νόηµα που είναι συνήθως είναι διαφορετικό από το αρχικό. Στη 31

34 διεθνή βιβλιογραφία είναι δυνατό να εντοπιστούν πάρα πολλοί ορισµοί για το τι είναι η οντολογία, µερικοί από αυτούς παρατίθενται παρακάτω. Σύµφωνα µε τον Gruber [3.3] : «Η Οντολογία είναι ο σαφής προσδιορισµός µιας ανθρώπινης (εγκεφαλικής) σύλληψης.» Ο παραπάνω ορισµός, δεν έχει πρακτική αξία και στα πλαίσια υλοποίησης αφού είχε περισσότερο µια θεωρητική απόδοση του όρου. Για το λόγο αυτό θα παραθέσουµε ένα πιο συγκεκριµένο ορισµό ο οποίος χωρίς να είναι αντικρουόµενος µε τον παραπάνω, θα αποτυπώνει σαφώς τόσο τον τρόπο όσο και τη σηµασία µε την οποία οι οντολογίες χρησιµοποιούνται στην πράξη και κυρίως σε εφαρµογές του Σηµασιολογικού Ιστού [3.4]. «Οντολογία (ontology) είναι η αυστηρά µαθηµατική (formal) περιγραφή ενός πεδίου γνώσης (domain). Περιλαµβάνει ένα σύνολο από όρους και τις σηµασιολογικές συσχετίσεις µεταξύ τους. Οι όροι αυτοί περιγράφουν κλάσεις αντικειµένων, δηλαδή έννοιες πρότυπα σχετικέ µε αντικείµενα και συνήθως αφορούν ιεραρχικές συσχετίσεις µεταξύ των όρων». Επίσης ένας πιο ολοκληρωµένος ορισµός, σύµφωνα µε τα W3C µέλη, είναι ότι η λέξη οντολογία έχει χρησιµοποιηθεί για να περιγράψει µία ποικιλία εννοιών µε διαφορετικό βαθµό δοµής, από απλές ταξινοµίες, έως σχήµατα µεταδοµένων και λογικές θεωρίες. Εντούτοις, ο Σηµασιολογικός Ιστός χρειάζεται τις οντολογίες µε αυξηµένο βαθµό δοµής, συγκεκριµένα, µία οντολογία ορίζεται ως [3.5]: «Μια οντολογία καθορίζει εκείνους τους όρους που χρησιµοποιούνται για την περιγραφή και την αναπαράσταση ενός πεδίου γνώσης. Περιλαµβάνει ορισµούς ικανούς να χρησιµοποιηθούν από τη µηχανή για τις βασικές έννοιες του συγκεκριµένου πεδίου γνώσης και για τις σχέσεις µεταξύ τους. Η οντολογία κωδικοποιεί τη γνώση για ένα πεδίο όπως επίσης και τη γνώση που συνδέει πεδία. Κατά αυτό τον τρόπο, παράγει γνώση επαναχρησιµοποιήσιµη. Πιο συγκεκριµένα, µια οντολογία παρέχει περιγραφές για : 1. Κλάσεις και γενικές έννοιες σε πολλά πεδία ενδιαφέροντος. 2. Τις σχέσεις που µπορούν να υπάρχουν ανάµεσα σε διαφορετικά πράγµατα. 3. Τα χαρακτηριστικά και τις συµπεριφορές που µπορεί να έχουν τα διάφορα πράγµατα.» 32

35 3.2 Τα Είδη των Οντολογιών Ανάλογα µε τα κριτήρια που επιλέγονται, έχουν ταξινοµηθεί και αντίστοιχα σε διαφορετικά είδη οι οντολογίες. Τέτοια κριτήρια µπορεί να είναι η τυπικότητα της γλώσσας ή το επίπεδο εξάρτησης από έναν ιδιαίτερο στόχο ή άποψη. Με βάση το βαθµό της τυπικότητας της γλώσσας, µια οντολογία µπορεί να είναι άτυπη (εκφρασµένη αόριστα σε µια φυσική γλώσσα), ηµί-άτυπη (διατυπωµένη σε ένα περιορισµένο και δοµηµένο υποσύνολο κάποιας φυσικής γλώσσας), ηµι-τυπική (διατυπωµένη σε µια τεχνητή και αυστηρά ορισµένη γλώσσα) και αυστηρά τυπική (ορισµοί όρων µε αυστηρή σηµασιολογία και πληρότητα) [3.6]. Αν τώρα ταξινοµήσουµε τις οντολογίες ανάλογα µε το βαθµό λεπτοµέρειας και το βαθµό εξάρτησής τους από ένα συγκεκριµένο έργο ή από µία ορισµένη οπτική γωνία, τα είδη που προκύπτουν από αυτό τον τρόπο ταξινόµησης είναι [3.7], όπως βλέπουµε και στο σχήµα 3.1 : 1. Οντολογίες ανώτερου επιπέδου (top-level ontology): Περιγράφουν πολύ γενικές έννοιες όπως χώρος, χρόνος, ύλη, αντικείµενο, γεγονός, δράση κτλ, που δεν σχετίζονται µε κάποιο συγκεκριµένο πρόβληµα ή πεδίο. 2. Οντολογίες πεδίου και οντολογίες έργου (domain & task ontologies): Περιγράφουν τους όρους του λεξιλογίου που σχετίζεται µε ένα γενικό πεδίο (π.χ. ιατρική ή αυτοκινούµενα), µε ένα γενικό έργο ή δραστηριότητα (π.χ. διάγνωση ή πώληση). 3. Οντολογίες εφαρµογής (application ontology): Περιγράφουν έννοιες που εξαρτώνται τόσο από ένα ορισµένο πεδίο, όσο και από ένα έργο και συνήθως αποτελούν εξειδικεύσεις και των δύο συναφών οντολογιών. Οι έννοιες αυτές αντιστοιχούν συνήθως στους ρόλους που έχουν οι οντότητες του πεδίου όταν πραγµατοποιούν µία συγκεκριµένη δραστηριότητα (π.χ. αντικατάσταση ενός εξαρτήµατος). 33

36 Σχήµα 3.1 Ταξινόµηση οντολογιών σύµφωνα µε το βαθµό λεπτοµέρειας. Τέλος, µερικές από τις πιο χαρακτηριστικές κατηγορίες οντολογιών (Gomez-Perez [3.8]) που παρουσιάζονται είναι [3.11]: 1. Οντολογίες πεδίου ορισµού (domain ontologies): αναπαριστούν γνώση γύρω από ένα συγκεκριµένο πεδίο (π.χ. ιατρική, ηλεκτρονικά κ.λ.π.). 2. Οντολογίες µεταδεδοµένων (metadata ontologies): παρέχουν ένα λεξιλόγιο για την περιγραφή του περιεχοµένου ηλεκτρονικά διαθέσιµης πληροφορίας. 3. Γενικές ή κοινές οντολογίες (generic or common sense ontologies): στοχεύουν στο να αποτυπώσουν γενική γνώση γύρω από τον κόσµο, παρέχοντας βασικές έννοιες όπως ο χρόνος, ο χώρος, τα συµβάντα, κ.λ.π. 4. Οντολογίες αναπαράστασης (representational ontologies): παρέχουν οντότητες αναπαράστασης χωρίς να προσδιορίζουν τι συγκεκριµένο αναπαριστούν π.χ. Frame Ontology (Gruber 1993): ορίζει έννοιες όπως frames, slots, slot constraints κ.λ.π. 5. Οντολογίες µεθοδολογίας ή εργασιών (method or task ontologies): παρέχουν όρους που αναφέρονται σε συγκεκριµένες εργασίες (π.χ. διάγνωση κ.λ.π.) 34

37 3.3 Βασικά Στοιχεία Οντολογίας Όπως θα δούµε και από την υλοποίηση που έχουµε πραγµατοποιήσει, η γνώση στις οντολογίες τυποποιείται χρησιµοποιώντας κάποια βασικά στοιχεία. Τα κυριότερα από αυτά παρατίθενται παρακάτω και θα αναλυθούν διεξοδικά στα επόµενα κεφάλαια. Το κύριο δοµικό συστατικό µιας οντολογίας είναι οι κλάσεις (classes). Αυτές αναπαριστούν τις έννοιες. Μια έννοια µπορεί να είναι οτιδήποτε, όπως η περιγραφή µιας εργασίας, µιας λειτουργίας, µιας ενέργειας, µιας ιδέας. Οι έννοιες είναι δυνατόν να διαιρεθούν σε δύο κατηγορίες: α) τις πρωταρχικές έννοιες (primitive concepts), οι οποίες έχουν µόνο ικανές και αναγκαίες συνθήκες, για να είναι µέλος µιας κλάσης, β) τις έννοιες εξ ορισµού (defined concepts), των οποίων η περιγραφή είναι αναγκαία συνθήκη, για να είναι ένα αντικείµενο µέλος της κλάσης. Στη συνέχεια έχουµε τις σχέσεις (relations) οι οποίες εκφράζουν ένα είδος αλληλεπίδρασης µεταξύ των εννοιών ενός πεδίου [3.12]. Ακόµα υπάρχουν οι συναρτήσεις (functions). Οι συναρτήσεις εκπροσωπούν µια ειδική περίπτωση σχέσης, στην οποία το ν-οστό στοιχείο της σχέσης προσδιορίζεται µοναδικά από τα ν-1 προηγούµενα στοιχεία. Για παράδειγµα, η «αξιολόγηση υποψήφιου µεταπτυχιακού φοιτητή» µπορεί να προσδιορίζεται ως συνάντηση της συνέντευξης που έχει δώσει, του βαθµού πτυχίου, της εργασιακής εµπειρίας και των δηµοσιεύσεων που έχει κάνει. Ένα ακόµα σηµαντικό στοιχείο είναι τα αξιώµατα (axioms). Τα αξιώµατα χρησιµοποιούνται προκειµένου να αναπαριστούν προτάσεις που είναι πάντοτε αληθείς. Για παράδειγµα, αν ο person είναι φοιτητής που έχει πτυχίο πληροφορικής, τότε θα µπορεί να παρακολουθήσει την κατεύθυνση finances στο µεταπτυχιακό Πληροφορική και ιοίκηση. Τέλος έχουµε τα στιγµιότυπα (instances) που εκφράζουν συγκεκριµένα στοιχεία, π.χ. ο καθηγητής µε το όνοµα Ν. Βασιλειάδης είναι στιγµιότυπο της κλάσης Μέλος ΕΠ Πληροφορικής [3.12]. 3.4 Χρησιµότητα των Οντολογιών Οι οντολογίες στην παρούσα φάση είναι χρήσιµες για το διαµοιρασµό κοινής δοµής κατανόησης πληροφοριών µεταξύ ατόµων ή πρακτόρων λογισµικού. Ακόµα για να είναι δυνατή η επαναχρησιµοποίηση της γνώσης, για το διαχωρισµό τις άρρητης γνώσης από την ρητή γνώση και για να αναλύσει ένα πεδίο γνώσης. 35

38 Η κοινή χρήση και κατανόηση της δοµής των πληροφοριών µεταξύ των ατόµων ή των πρακτόρων λογισµικού είναι ένας από τους πιο σηµαντικούς στόχους στην ανάπτυξη οντολογιών. Για παράδειγµα, ας υποθέσουµε ότι διάφορες ιστοσελίδες περιέχουν ιατρικές πληροφορίες ή παρέχουν ιατρικές υπηρεσίες ηλεκτρονικού εµπορίου. Εάν αυτοί οι ιστοχώροι µοιράζονται την ίδια υποκείµενη οντολογία στις έννοιες που χρησιµοποιούν, τότε ο πράκτορας ενός υπολογιστή µπορεί να εξάγει και να συγκεντρώσει πληροφορίες εκ µέρους κάποιου χρήστη, από πολλούς διαφορετικούς δικτυακούς τόπους. Οι πράκτορες µπορούν να χρησιµοποιήσουν τις οντολογίες και να εκµαιεύσουν συγκεντρωτικές πληροφορίες για τυχόν απορίες των χρηστών ή άλλων διαθέσιµων στοιχείων για άλλες εφαρµογές [3.10]. Η επίτευξη της επαναχρησιµοποίησης της γνώσης ήταν µία από τις κινητήριες δυνάµεις πίσω από την εκτίναξη της έρευνας πάνω στις οντολογίες. Για παράδειγµα, ένα µοντέλο που θα πρέπει να αντιλαµβάνεται την έννοια του χρόνου. Η αναπαράσταση αυτή περιλαµβάνει έννοιες όπως τα χρονικά διαστήµατα, χρονικά σηµεία, την σχέση µεταξύ των µονάδων µέτρησης του χρόνου, και ούτω καθεξής. Αν µια οµάδα ερευνητών αναπτύξει µια τέτοια οντολογία λεπτοµερώς, τότε άλλες οµάδες θα µπορούν να επαναχρησιµοποιήσουν την γνώση αυτή και σε άλλους τοµείς. Επιπλέον, αν θα πρέπει να οικοδοµήσουµε µια µεγάλη οντολογία, µπορούµε να ενσωµατώσουµε αρκετά στοιχεία από υφιστάµενες οντολογίες που περιγράφουν κάποια µικρότερα κοµµάτια του ευρύτερου προβλήµατος. Ακόµη µπορούµε επαναχρησιµοποιήσουµε µια γενική οντολογία και να την επεκτείνουµε για να περιγράψουµε την έννοια που µας ενδιαφέρει. Επιπλέον οι οντολογίες βοηθούν ένα νέο χρήστη µε περιορισµένη γνώση, να µπορέσει να αντιληφθεί ευκολότερα και µε σαφήνεια την έννοια και τη σηµασία των όρων ενός πεδίου [3.10]. Ο διαχωρισµός της γνώσης ενός τοµέα από τη λειτουργική γνώση είναι άλλη µια συνήθης χρήση των οντολογιών. Μπορούµε να περιγράψουµε µια εργασία κατασκευής ενός προϊόντος από τις συνιστώσες του, σύµφωνα µε τις προδιαγραφές που απαιτούνται, και στη συνέχεια να εφαρµόσει η διαδικασία αυτή ανεξάρτητα από τα προϊόντα και τα επιµέρους συστατικά που µπορεί να χρησιµοποιηθούν. Στη συνέχεια µπορούµε να αναπτύξουµε µια οντολογία εξαρτηµάτων Η/Υ και των χαρακτηριστικών τους και να εφαρµόσουµε ένα αλγόριθµο που συναρµολογεί Η/Υ. Μπορούµε επίσης να χρησιµοποιήσουµε τον ίδιο αλγόριθµο για να συναρµολογούµε ανελκυστήρες ή ότι άλλο θέλουµε. Τέλος η ανάλυση της γνώσης του κάθε πεδίου µπορεί να γίνει πολύ 36

39 εύκολα σε περίπτωση που είναι διαθέσιµες και σαφείς οι προδιαγραφές για την ορολογία που χρησιµοποιείται [3.10]. Παράλληλα να αναφέρουµε ότι ο συσχετισµός των διαδικτυακών πόρων και εφαρµογών µε οντολογίες παρέχει έναν κοινό τόπο κατανόησης των ανταλλασσόµενων πληροφοριών. Η αναζήτηση στο διαδίκτυο σήµερα βασίζεται σε λέξεις-κλειδιά µέσα στα έγγραφα. Το γεγονός αυτό έχει σαν αποτέλεσµα να µειώνεται η ποιότητα (ακρίβεια) των αποτελεσµάτων της αναζήτησης και τα έγγραφα που ανακαλούνται µπορεί να χρησιµοποιούν τις λέξεις-κλειδιά µε άλλο νόηµα από αυτό που αναζητά ο χρηστής. Για παράδειγµα η αναζήτηση µε τη λέξη "model" µπορεί να ανακαλέσει σελίδες που σχετίζονται µε τη µόδα, τα συστήµατα γνώσης που κάνουν διάγνωση βασισµένη σε µοντέλα και σε µοντέλα αυτοκινήτων. Από την άλλη πλευρά όταν οι αναζητήσεις θα γίνονται µέσω οντολογιών οι λέξεις-κλειδιά θα συνδέονται µε το νόηµα που θα ήθελε ο χρήστης (µε σχέσεις ιεραρχικής συσχέτισης), επιστρέφοντας έτσι µόνο τις επιθυµητές ιστοσελίδες. Οι µηχανές αναζήτησης θα µπορούν να επιστρέψουν και έγγραφα που δεν έχουν τη συγκεκριµένη λέξη-κλειδί, αλλά κάποια άλλη λέξη η οποία συνδέεται όµως νοηµατικά µε τη λέξη κλειδί. Συνεπώς αν η λέξη "model" χρησιµοποιείται µε το νόηµα "είδος", τότε συνώνυµη της είναι η λέξη "brand" [3.4]. Τέλος να αναφέρουµε επιγραµµατικά µερικές εφαρµογές, επιστήµες και τοµείς όπου συναντούµε οντολογίες. Αυτές είναι η Τεχνητή Νοηµοσύνη (κανόνες, σηµασιολογικά δίκτυα, πλαίσια, εννοιολογικοί γράφοι κλπ), η αναζήτηση και ανάκτηση Πληροφορίας, η Γλωσσολογία (EDR, WordNet), η Ανάπτυξη Λογισµικού και Β (CASE, ObjectOriented Programming). Ακόµη οι οντολογίες µπορεί να είναι χρήσιµες στην βιοµηχανία, την φαρµακευτική βιοµηχανία (SNOMED, UMLS), σε προϊόντα και υπηρεσίες (UNSPSC), στο Ηλεκτρονικό Εµπόριο (B2B, B2C), στη ιαχείριση Γνώσης (ανταλλαγή εγγράφων), στη Μηχανική, Βιολογία, Νοµική και σε πολλούς άλλους τοµείς της καθηµερινότητάς µας. 3.5 Ανάπτυξη Οντολογιών Μετά το µεγάλο ενδιαφέρον που δηµιουργήθηκε γύρο από την ενασχόληση µε τις οντολογίες ένας µεγάλος αριθµός περιβαλλόντων ανάπτυξης έχουν δηµιουργηθεί για αυτό το σκοπό. Η στήριξη που παρέχουν τα εργαλεία αυτά είναι πραγµατικά σηµαντική για τη δηµιουργία και χρήση µιας οντολογίας. Συνεπώς η χρήση της τεχνολογίας αυτής 37

40 σε εφαρµογές, όπως το ηλεκτρονικό εµπόριο και η διαχείριση γνώσης έγινε πολύ πιο προσιτή για ένα µεγάλο αριθµό ατόµων Μεθοδολογία Ανάπτυξης και Κατασκευής Οντολογιών Εκτός από την µελέτη των προτύπων, των γλωσσών και των εργαλείων ανάπτυξης δεν υπάρχουν τυποποιηµένες µεθοδολογίες για τη δηµιουργία οντολογιών παρά µόνο εµπειρικοί κανόνες. Στην εργασία (M. Uschold & M. Gruninger 1996) προτείνονται κάποιες συγκεκριµένες φάσεις για την ανάπτυξη οντολογιών [3.11]. Πρώτο βήµα στη µεθοδολογία ανάπτυξης θα πρέπει να είναι ο προσδιορισµός σκοπιµότητας και το πεδίο εφαρµογής της υλοποίησης. Στη συνέχεια έρχεται η κατασκευή της οντολογίας, δηλαδή η σύλληψη (capture), η κωδικοποίηση (coding) και η ενοποίηση (integration) υπαρχουσών οντολογιών. Μετά από όλα αυτά θα πρέπει να γίνεται αξιολόγηση (evaluation) και τέλος τεκµηρίωση (documentation) των αποτελεσµάτων που προκύπτουν. Τώρα από την πλευρά της κατασκευής θα πρέπει να ακολουθήσουµε τα παρακάτω βήµατα. Πρωταρχικά έχουµε τη σύλληψη, δηλαδή των προσδιορισµό των βασικών εννοιών και των µεταξύ τους σχέσεων, την παραγωγή σαφών προδιαγραφών σε µορφή κειµένου αυτών των εννοιών και των µεταξύ τους σχέσεων και επίσης συµφωνία για τους όρους µε τους οποίους θα αναφερόµαστε στις έννοιες και σχέσεις. Έπειτα έρχεται η κωδικοποίηση, δηλαδή η ρητή αναπαράσταση της σύλληψης του προηγούµενου σταδίου σε µια τυπική γλώσσα. Μετά έχουµε την ενοποίηση υπαρχουσών οντολογιών, όπου θα πρέπει να χρησιµοποιηθούν υπάρχουσες οντολογίες ή τµήµατα αυτών. Στην συνέχεια κατά το στάδιο της αξιολόγησης έχουµε την έκφραση τεχνικών κρίσεων σχετικά µε τις οντολογίες, το σχετιζόµενο µε αυτές περιβάλλον λογισµικού και τη τεκµηρίωση σε σχέση µε ένα πλαίσιο αναφοράς. Τέλος µε την τεκµηρίωση κάνουµε όλες τις σηµαντικές παραδοχές τόσο αναφορικά µε τις βασικές έννοιες που ορίζονται στην οντολογία όσο και µε τα βασικά δοµικά στοιχεία που χρησιµοποιήθηκαν για την έκφραση αυτών των εννοιών στην οντολογία και πρέπει να τεκµηριωθούν [3.11]. 38

41 3.5.2 Αρχές ηµιουργίας Οντολογιών Στη συνέχεια παρατίθενται κάποια κριτήρια σχεδιασµού και ένα σύνολο αρχών, που έχουν αποδειχθεί χρήσιµα για τη δηµιουργία των οντολογιών [3.12]: 1. Σαφήνεια και αντικειµενικότητα (clarity and objectivity). Θα πρέπει να υπάρχουν παραδείγµατα που θα βοηθούν τον αναγνώστη να καταλάβει ορισµούς, από τους οποίους θα λείπουν οι ικανές και αναγκαίες συνθήκες για την κατανόησή τους. 2. Συνοχή (Coherence). Μία οντολογία θα πρέπει να είναι εσωτερικά συνεπής. Τα οριζόµενα αξιώµατα θα πρέπει, τουλάχιστον, να έχουν µια λογική συνέχεια και συνέπεια. 3. Επεκτασιµότητα (Extendibility). Η αναπαράσταση θα πρέπει να σχεδιαστεί κατά τέτοιο τρόπο, ώστε κάποιος να έχει τη δυνατότητα να επεκτείνει και να εξειδικεύει την οντολογία µονοτονικά. 4. Ελάχιστη οντολογική δέσµευση (Minimal ontological commitment). Μία οντολογία θα πρέπει να απαιτεί την ελάχιστη οντολογική δέσµευση, η οποία θα είναι ικανή να υποστηρίζει τις επιθυµητές λειτουργίες διαµοιρασµού της γνώσης (θα πρέπει να έχει κάποιες αξιώσεις σχετικά µε το χώρο, ο οποίος µοντελοποιείται, επιτρέποντας στα µέρη που δεσµεύονται στην ελευθερία της οντολογίας να εξειδικεύουν και να εγκαθιστούν την οντολογία όπως πραγµατικά χρειάζεται). 5. Ελάχιστο εύρος κωδικοποίησης (Minimal encoding bias). Η κωδικοποίηση της οντολογίας, θα πρέπει να γίνεται µε τον απλούστερο δυνατό τρόπο, απαιτώντας όσο το δυνατόν µικρότερους και απλούστερους κώδικες για την αναπαράστασή της Προϋποθέσεις Εργαλείων Ανάπτυξης Η διαδικασία ανάπτυξης µιας οντολογίας (δόµηση οντολογίας, σχολιασµός, συγχώνευση, κ.λπ.) µπορεί να είναι αρκετά απαιτητική, εποµένως η επιλογή των σωστών εργαλείων είναι απαραίτητη. Τα κύρια κριτήρια που θα πρέπει να πληρούν είναι [3.9]: 39

42 1. Ποιες φάσεις από την τυποποιηµένη µεθοδολογία δηµιουργίας οντολογιών, στις οποίες έγινε αναφορά παραπάνω, διαθέτει το συγκεκριµένο οντολογικό εργαλείο; 2. Τι εκφραστικότητα έχει το µοντέλο γνώσης του; 3. Τι είδους γραφικό περιβάλλον διαθέτει; 4. Εάν διαθέτει το περιβάλλον χρήσης ειδικό µοντέλο το οποίο να χρησιµεύει στην εισαγωγή αξιωµάτων; 5. Το πρόγραµµα θα πρέπει να είναι αποθηκευµένο τοπικά; 6. Το πρόγραµµα µπορεί να χρησιµοποιηθεί µε Web Browser; 7. Που αποθηκεύονται οι οντολογίες; 8. ιαθέτει µηχανή συµπερασµού και αναζήτησης; 9. Σε τι µορφή αποθηκεύονται οι οντολογίες; 10. Τι γλώσσα παράγει; 11. Οντολογίες, που είναι διαθέσιµες σε άλλη µορφή, µπορούν να εισαχθούν στο εργαλείο; 12. Υπάρχει η δυνατότητα να µεταφερθεί µία οντολογία σε άλλο εργαλείο δίχως να χαθεί πληροφορία; 13. Πως µία οντολογική εφαρµογή µπορεί να χρησιµοποιήσει οντολογίες αυτού του εργαλείου; 14. Τι έλεγχοι γίνονται; 15. Πώς µπορούµε να αξιολογήσουµε την ποιότητα της παραγόµενης οντολογίας ή άλλων υπαρχουσών οντολογιών που θα επαναχρησιµοποιήσω; 16. Ποια είναι η σταθερότητα και η ωριµότητα ενός εργαλείου οντολογίας; Βασικότερα Εργαλεία Ανάπτυξης Οντολογιών Το σηµαντικότερο εργαλείο είναι αυτό της ανάπτυξης οντολογιών. Αυτό το είδος περιλαµβάνει εργαλεία, περιβάλλοντα και σουίτες που µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την δόµηση µιας νέας οντολογίας από την αρχή ή την επαναχρησιµοποίηση υπαρχουσών οντολογιών. Αυτά τα εργαλεία (Παράρτηµα [Α]) περιλαµβάνουν συνήθως επιλογές τεκµηρίωσης οντολογίας, εξαγωγής οντολογίας και εισαγωγής από 40

43 διαφορετικά σχήµατα, γραφικές αναπαραστάσεις των οντολογιών που δηµιουργούνται, βιβλιοθήκες οντολογίας και ενσωµατωµένες µηχανές συµπεράσµατος [3.9]. Ακόµα υπάρχουν τα εργαλεία συνένωσης και στοίχισης οντολογιών. Η συνένωση οντολογιών είναι πολύ σηµαντική αφού τα εργαλεία αυτά έχουν εµφανιστεί για την επίλυση του προβλήµατος συνένωσης ή στοίχισης διαφορετικών οντολογιών στο ίδιο πεδίο γνώσης. Αυτή η ανάγκη εµφανίζεται στην περίπτωση που δύο επιχειρήσεις ή οργανώσεις συγχωνεύονται σε µία, ή στην περίπτωση που είναι απαραίτητο να ληφθεί µια οντολογία ποιοτικά καλύτερη από άλλες υπάρχουσες οντολογίες στο ίδιο πεδίο γνώσης. Παράλληλα υπάρχουν τα εργαλεία τεκµηρίωσης περιεχοµένου µε χρήση οντολογιών. Αυτά τα εργαλεία έχουν σχεδιαστεί για να επιτρέπουν στους χρήστες να παρεµβάλλουν και να διατηρούν αυτόµατα σηµάνσεις σε ιστοσελίδες βασισµένες σε οντολογία. Τα περισσότερα από αυτά τα εργαλεία έχουν εµφανιστεί πρόσφατα, µαζί µε την εµφάνιση των Σηµασιολογικών ικτύων και είναι συνήθως ενσωµατωµένα σε ένα περιβάλλον ανάπτυξης οντολογίας [3.9]. Επιπρόσθετα έχουµε τα εργαλεία εκτέλεσης ερωτηµάτων και αποθήκευσης οντολογίας. Αυτά έχουν δηµιουργηθεί για να επιτρέπουν την εύκολη χρήση οντολογιών και την εύκολη υποβολή ερωτήσεων στις οντολογίες. Λόγω της ευρείας αποδοχής και χρήσης του Ιστού ως πλατφόρµα για επικοινωνία της γνώσης, νέες γλώσσες µε στόχο την υποβολή ερωτήσεων σε οντολογίες έχουν εµφανιστεί σε αυτό το πλαίσιο. Σηµαντικό ρόλο έχουν και τα εργαλεία αξιολόγησης οντολογίας. Αυτά εµφανίζονται ως υποστηρικτικά εργαλεία που εξασφαλίζουν ότι οι οντολογίες και οι σχετικές τεχνολογίες τους έχουν ένα δεδοµένο επίπεδο ποιότητας. Η εξασφάλιση ποιότητας είναι εξαιρετικά σηµαντική για την αποφυγή προβληµάτων στην ενσωµάτωση οντολογιών και τεχνολογίας βασισµένης σε οντολογίες σε διάφορες βιοµηχανικές εφαρµογές. Για το µέλλον, η προσπάθεια αυτή µπορεί να οδηγήσει σε τυποποιηµένες συγκριτικές µετρήσεις επιδόσεων και σε πιστοποιήσεις. Τέλος υπάρχουν τα εργαλεία µάθησης Οντολογιών (Ontology Learning). Αυτά χρησιµοποιούνται για να παράγουν αυτόµατα οντολογίες από τη φυσική γλώσσα, από κείµενα, από βάσεις δεδοµένων, από λεξιλόγια ή από άλλες οντολογίες. Με τη χρήση τέτοιων εργαλείων επιταχύνεται η διαδικασία απόκτησης γνώσης που είναι απαραίτητη για τη δόµηση µίας οντολογίας από την αρχή. Επίσης, µειώνεται ο απαιτούµενος χρόνος για τον εµπλουτισµό µιας υπάρχουσας οντολογίας και επιταχύνεται η 41

44 κατασκευή οντολογιών που πρόκειται να χρησιµοποιηθούν για διάφορους σκοπούς στο Σ [3.9]. 3.6 Γλώσσες Αναπαράστασης Οντολογιών Το κεφάλαιο αυτό παρουσιάζει τις γλώσσες σηµασιολογικής περιγραφής που χρησιµοποιούνται κυρίως στο Σηµασιολογικό Ιστό. Αρχικά έχουµε µια γενική αναδροµή στις γλώσσες αναπαράστασης και στη συνέχεια παρουσιάζεται το RDFS µε το οποίο υλοποιούνται οι έννοιες του RDF. Σε επόµενο κεφάλαιο θα γίνει µια αναλυτικότερη αναφορά στην OWL. Επίσης παρουσιάζονται σε συντοµία οι OIL και DAML+OIL για λόγους πληρότητας. Πρόκειται για γλώσσες οι οποίες δεν αναπτύσσονται σήµερα αλλά η εξέλιξή τους οδήγησε στην σηµερινή OWL Αναδροµή στις Γλώσσες Αναπαράστασης Οντολογιών Οι γλώσσες οντολογίας είναι συνήθως δηλωτικές γλώσσες, είναι σχεδόν πάντα γενικεύσεις των γλωσσών πλαισίων (frame language), και είναι συνήθως βασισµένες είτε στη λογική πρώτης τάξης είτε στη περιγραφική Λογική (Description Logic). Σήµερα, υπάρχουν αρκετές γλώσσες αναπαράστασης οντολογιών και µπορούν να διαιρεθούν στους εξής κύριους τύπους : 1. Παραδοσιακές γλώσσες : Οι γλώσσες αυτές δηµιουργήθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 90 κυρίως στα πλαίσια του επιστηµονικού κλάδου της Τεχνητής Νοηµοσύνης. Κάποιες από αυτές είναι F-logic [3.14], LOOM [3.15], OCML [3.16], Ontolingua [3.17] και KIF [3.18]. 2. Web-based γλώσσες : Με την αύξηση της χρήσης του διαδικτύου όλο και περισσότερες γλώσσες οντολογίας αναπτύχθηκαν για να εκµεταλλευτούν την αφθονία στοιχείων του Παγκόσµιου Ιστού. Αυτές οι βασισµένες στον Ιστό γλώσσες οντολογίας (web-based ontology languages) ή οι γλώσσες σήµανσης οντολογίας (ontology markup languages) είναι συντακτικά βασισµένες στις υπάρχουσες γλώσσες σήµανσης όπως η HTML ή XML. Ακολουθεί µία λίστα από αυτές, Simple HTML [3.19] ontology extensions, XML-Based Ontology exchange language [3.20], Ontology markup language [3.21], Resource description Framework schema language [3.22], DARPA agent markup language 42

45 [3.23], Ontology interchange language [3.24] και Ontology Web Language [3.25]. 3. Γλώσσες που αναπτύχθηκαν για να αναπαραστήσουν συγκεκριµένες οντολογίες και να χρησιµοποιηθούν σε συγκεκριµένες εφαρµογές. Για παραδείγµατα οι CycL, GRAIL, NKRL. Η διαφορά ανάµεσα στις παραδοσιακές και στις web-based γλώσσες είναι πως οι τελευταίες διαθέτουν καλά ορισµένη σύνταξη και σηµασιολογία και ικανοποιητική συλλογιστική (reasoning) υποστήριξη. Επίσης, παρέχουν δύναµη και ευελιξία στην εκφραστικότητα και το συντακτικό τους είναι συµβατό µε ήδη υπάρχοντα πρότυπα του web (XML, RDF, RDFS). Επίσης να αναφέρουµε ότι ο όρος συλλογιστική (reasoning), χρησιµοποιείται για να περιγράψει τη διαδικασία επαγωγής συµπερασµάτων µε τη χρήση της λογικής και εξακρίβωσης της εγκυρότητας των συµπερασµάτων αυτών. Η συλλογιστική υποστήριξη (υπηρεσίες συµπερασµού) εξασφαλίζει ποιότητα στην οντολογία. Ποιότητα στην οντολογία επιτυγχάνεται, επίσης, και µε την ανάπτυξη µίας γλώσσας, η οποία διαθέτει πλούσια εκφραστικότητα. Ο όρος εκφραστικότητα αναφέρεται στον αριθµό και στον τύπο των διαθέσιµων σχέσεων που ορίζουν τις κλάσεις και όχι µόνο. Η διαφοροποίηση και ο διαχωρισµός των γλωσσών αναπαράστασης οντολογιών βασίζεται κυρίως στη σύνταξη, στην ορολογία για παράδειγµα οι ιδιότητες σε άλλες γλώσσες αναφέρονται ως properties και σε άλλες ως slots (πχ Class-concept, Instanceobject, Slot-property). Ακόµα στην εκφραστικότητα, δηλαδή κάτι που µπορούµε να εκφράσουµε σε µία γλώσσα δεν µπορούµε σε µία άλλη και στη σηµασιολογία καθώς η ίδια δήλωση µπορεί να σηµαίνει διαφορετικά πράγµατα σε διαφορετικές γλώσσες. Παρακάτω στο σχήµα 3.2 φαίνεται ο τρόπος ανάπτυξης κάθε µιας από τις κυριότερες γλώσσες σήµανσης οντολογιών και το που βασίστηκαν [3.9]. 43

46 Σχήµα 3.2 Παρουσίαση των γλωσσών αναπαράστασης Οντολογιών. Simple HTML ontology extensions (SHOE) Ontology markup language (OML and KML) DARPA agent markup language (DAML ) Ontology exchange language (XOL) Ontology Web Language (OWL) Ontology interchange language (OIL) Resource description Framework schema language (RDFS) Παραδείγµατα γλωσσών αναπαράστασης Οντολογιών RDF και RDFS Όπως παρατηρούµε στο σχήµα 3.2 η XML έχει χαµηλού επιπέδου µοντέλο δεδοµένων και ως εκ τούτου δε µπορεί να χρησιµοποιηθεί για δηµιουργία οντολογιών εξειδικευµένου πεδίου ή οντολογικών λεξιλογίων και δε µπορεί να χρησιµοποιήσει βασικές οντολογικές αρχές µοντελοποίησης. Επίσης, δεν είναι κατάλληλη για διαµοιραζόµενες πηγές στον παγκόσµιο ιστό και δε διαθέτει µηχανή συµπερασµού. Από την άλλη πλευρά το RDF ((Resource Description Framework - Πλαίσιο Περιγραφής Πόρων) σχεδιάστηκε για την αναπαράσταση µεταδεδοµένων που περιγράφουν πόρους του Ιστού χρησιµοποιώντας τρεις τύπους αντικειµένων [3.9]: 1. Πόρους (resources), δηλαδή οντότητες που περιγράφονται στις εκφράσεις του RDF και πάντοτε αναγνωρίζονται µε κάποιο URI ή και ένα επιπλέον id. 2. Ιδιότητες (properties), που ορίζουν συγκεκριµένες παραµέτρους, χαρακτηριστικά, ιδιότητες ή σχέσεις τα οποία χρησιµοποιούνται για να περιγράψουν ένα πόρο. 3. ηλώσεις (statements), που αντιστοιχούν µία τιµή για µία ιδιότητα σε έναν πόρο (η τιµή αυτή µπορεί να είναι µε τη σειρά της µία άλλη RDF δήλωση). 44

47 Ένα παράδειγµα σηµασιολογικής επέκτασης του RDF είναι το RDF Schema ή RDFS. Το RDFS δεν προϋποθέτει επιπλέον συντακτικούς περιορισµούς. Είναι το σύστηµα τύπων του RDF και όπως και το RDF, το RDFS βασίζεται σε κλάσεις και ιδιότητες. Το RDF είναι απλά ένα πλαίσιο περιγραφής πόρων. Ο χρήστης µπορεί να δηµιουργήσει το δικό του λεξικό βασισµένο στο RDF και να περιγράψει τα δεδοµένα που θέλει κατά την κρίση του. Το RDFS καλύπτει τα προβλήµατα που θα προέκυπταν από µια τέτοια ελευθερία [3.13]. Το RDFS αποτελεί µια πρώτη απόπειρα σηµασιολογικής επισηµείωσης περιεχοµένου του ιαδικτύου. Θα µπορούσαµε να πούµε ότι βάζει τάξη στη σηµασιολογία του RDF ορίζοντας για παράδειγµα την κλάση του is subclass of. εν εξαρτάται πλέον από την εφαρµογή η µετάφραση µιας σχέσης αλλά αυτό γίνεται από το RDFS, δίνοντας τη δυνατότητα µε το λεξικό RDFS, οι εφαρµογές να µπορούν να συνεργαστούν σε κοινή βάση. Στην ουσία, το RDF είναι απλά ένα πλαίσιο αναπαράστασης της γνώσεως και RDFS είναι το πρότυπο που περιγράφει πώς µπορεί να χρησιµοποιηθεί το RDF προκειµένου να περιγραφεί το περιεχόµενο του ιαδικτύου. Τα πάντα στο RDFS είναι URIs, µια αντίληψη που διατηρήθηκε σε όλη την πορεία ανάπτυξης του Σηµασιολογικού Ιστού. Ο καθορισµός της ορολογίας του RDFS βασίζεται πάνω στο RDF. Γι αυτό και συνήθως αναφέρεται ως RDF(S) [3.13]. Στο σχήµα 3.3 βλέπουµε που βρίσκονται οι γλώσσες αναπαράστασης οντολογιών ανάµεσα στα στρώµατα ενός σηµασιολογικού δικτύου. Σχήµα 3.3 Γλώσσες υλοποίησης οντολογιών ανάµεσα στα στρώµατα του Σ. 45

48 3.6.3 OIL Ακρωνύµιο που σηµαίνει Ontology Inference Layer. Η σηµασιολογία (semantics) της OIL βασίζονται στην Περιγραφική Λογική αλλά η σύνταξή της στο RDF. Κατά το σχεδιασµό της OIL ένας από τους βασικούς στόχους ήταν η ενοποίηση µε τις εφαρµογές RDF. Εποµένως, τα περισσότερα RDF σχήµατα είναι έγκυρες OIL οντολογίες και οι περισσότερες OIL οντολογίες µπορούν να αναγνωστούν από επεξεργαστές RDF. Σε αντίθεση µε το RDF, η OIL έχει καθορισµένη σηµασιολογία. Η OIL αποτελείται από επίπεδα, καθένα από τα οποία προσθέτει επιπλέον λειτουργικότητα στο προηγούµενο. Στη βάση της OIL είναι το RDFS το οποίο θεωρείται ως Core OIL (σχήµα3.2). Η OIL διαχωρίστηκε σε τρία υποσύνολα της γλώσσας ανάλογα µε την επιθυµητή εκφραστικότητα του κάθε υποσυνόλου. Η Standard OIL απλά προσθέτει µερικά στοιχεία στην Core OIL. Η Instance OIL προσθέτει τη δυνατότητα στη δηµιουργία στιγµιοτύπων (instances) του µοντέλου. Στην πράξη επιτρέπει τη χρήση της RDF για περιγραφή στιγµιοτύπων. Τρίτο και τελευταίο υποσύνολο αποτελεί η Heavy OIL η οποία συµπεριλαµβάνει τις πλήρεις δυνατότητες της γλώσσας. Τα θετικά στοιχεία της OIL πηγάζουν από τη βάση της στην Περιγραφική Λογική. Υπάρχουν όµως αρνητικά σηµεία καθώς είναι πιθανό να προκύψουν λογικές ασυµβατότητες µεταξύ των εννοιών για την αντιµετώπιση των οποίων δε δίνονται οδηγίες. Για τους λόγους αυτούς, η OIL χρησιµοποιήθηκε ως η πρώτη απόπειρα προσθήκης σηµασιολογίας σε RDF γράφους αλλά εξελίχθηκε στην DAML+OIL [3.13] DAML+OIL Η US DARPA (Defence Advanced Research Project Agency) σε συνεργασία µε την EU CAML (Committee on Agent Markup Languages) δηµιούργησαν την DAML+OIL. Η DAML+OIL είναι επέκταση του RDF Schema. Οι πρώτες εκδόσεις της DAML+OIL ονοµαζόταν DAML-ONT αλλά το όνοµά της άλλαξε σε µια προσπάθεια να προσελκύσει τον κόσµο που εργαζόταν σε OIL. Όπως και η OIL, η DAML+OIL βασίζεται σε Περιγραφική Λογική. Οι περιγραφικές δυνατότητες της DAML+OIL είναι κατά πολύ παρόµοιες µε αυτές της OIL. Η DAML+OIL, όπως και η OIL επιτρέπει την τοµή, ένωση και άρνηση 46

49 µεταξύ εκφράσεων κλάσεων και επίσης έχει τη δυνατότητα να θέτει περιορισµούς σε αριθµούς συνόλων. Η DAML+OIL έχει µερικές διαφορές από την OIL. Η DAML περιέχει την ιδιότητα daml:hasvalue η οποία δεν έχει αντίστοιχη στην OIL. Η ιδιότητα αυτή χρησιµοποιείται για να δηλώσει ότι τουλάχιστο µια από τις τιµές του slot πρέπει να ισούται µε τη δηλωθείσα τιµή. Η daml:uniqueproperty δηλώνει ότι µια ιδιότητα µπορεί να έχει µόνο µια τιµή ανά στιγµιοτύπο (instance). Η daml:unambiguousproperty υπονοεί ότι µια τιµή µπορεί να ανήκει µόνο σε ένα στιγµιοτύπο (instance). Τέλος, επιτρέπει και τη χρήση της daml:imports για την εισαγωγή οντολογιών. Η δήλωση αυτή εισάγει όλες τις δηλώσεις µιας άλλης οντολογίας στην παρούσα. Οι τύποι της XSD όπως integers, strings κοκ. υποστηρίζονται για πρώτη φορά στην DAML+OIL [3.13]. 47

50 4 Η Γλώσσα Αναπαράστασης Οντολογιών OWL 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 [4.1]. Έναυσµα για τη δηµιουργία της OWL αποτέλεσαν οι ελλείψεις και οι περιορισµοί που εντοπίζονται στις προαναφερθέντες γλώσσες αναπαράστασης οντολογιών. Το γεγονός αυτό οδήγησε το Web Ontology Working Group της W3C και άλλων ερευνητικών οµάδων στη πρόταση µιας νέας, εκφραστικά πιο ισχυρής γλώσσας, την OWL. Η γλώσσα αυτή, επιλέχθηκε λοιπόν για την αναπαράσταση της οντολογίας που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας διπλωµατικής. Συνεπώς στη συνέχεια, παρουσιάζονται τα βασικά χαρακτηριστικά της γλώσσας, οι τρεις υπογλώσσες στις οποίες «διαιρείται» η OWL, τα βασικά στοιχεία σύνταξής της, καθώς και η πιο πρόσφατη προδιαγραφή της γλώσσας, η OWL 2. Στο επόµενο κεφάλαιο, αναλύεται η αναγκαιότητα επέκταση της OWL µε µία «γλώσσα κανόνων» µε στόχο να ξεπεραστούν οι περιορισµοί που υπάρχουν όσον αφορά τις «ιδιότητες». 4.1 ηµιουργία της OWL Πολλές ερευνητικές οµάδες είχαν διαγνώσει την ανάγκη ύπαρξης µιας νέας ισχυρής γλώσσας οντολογιών, καθώς η RDF και το RDF Schema δεν παρείχαν την απαραίτητη εκφραστική ισχύ [4.3]. Με τη χρήση του λεξιλογίου της RDF και του RDF Schema είναι δυνατόν να οριστούν στιγµιότυπα τάξεων, ιεραρχίες τάξεων και ιδιοτήτων καθώς και καθολικοί περιορισµοί που αφορούν το πεδίο ορισµού και το πεδίο τιµών 48

51 ιδιοτήτων. Εντούτοις, διάφορα άλλα χαρακτηριστικά γνωρίσµατα λείπουν. Μερικά από αυτά είναι τα εξής [4.4 (σελ 116)]: 1. Τοπική εµβέλεια ιδιοτήτων. Το rdfs:range ορίζει την εµβέλεια όλων των ιδιοτήτων. 2. Μη επικάλυψη κλάσεων, δηλαδή δεν είναι δυνατή η δήλωση κλάσεων ξένων µεταξύ τους παρά µόνο η δήλωση σχέσεων υποκλάσεων. 3. Λογικοί συνδυασµοί κλάσεων, όπως η δηµιουργία νέων κλάσεων από το συνδυασµό υπαρχουσών δεν είναι δυνατή, εποµένως κλάσεις που προκύπτουν από τοµές, ενώσεις και συµπληρώµατα άλλων κλάσεων δεν είναι έγκυρες. 4. Περιορισµοί πληθυκότητας, δηλαδή δεν είναι δυνατή η επιβολή περιορισµών στο πλήθος των διακριτών τιµών µιας ιδιότητας. Για παράδειγµα, δεν είναι δυνατό να οριστεί ότι ένας άνθρωπος έχει ακριβώς µία µητέρα. 5. Ειδικά χαρακτηριστικά ιδιοτήτων, γιατί δεν υπάρχει η δυνατότητα δήλωσης ειδικών χαρακτηριστικών για τις ιδιότητες, π.χ. µία ιδιότητα είναι µεταβατική, µοναδική ή αντίστροφη µιας άλλης. Η δηµιουργία της OWL (Ontology Web Language Γλώσσα Οντολογίας Ιστού) ουσιαστικά ξεκινά µε την επίσηµη έναρξη του έργου DAML τον Φεβρουάριο του 2004 από την W3C Recommendation. Η DAML σε συνδυασµό µε την OIL παρήγαγε την DAML+OIL η οποία είναι µια επέκταση του RDFS, και η επέκταση της DAML+OIL είναι η OWL (σχήµα 4.1) η οποία σήµερα φαίνεται ως η πιο αξιόπιστη λύση. Θα ήταν ιδανικό αν η OWL ήταν συµβατή µε το RDF, αν ήταν η OWL µια απλή επέκταση του RDFS, δυστυχώς όµως τα πράγµατα περιπλέκονται καθώς στην OWL ο κόσµος θεωρείται ως ένα σύνολο κλάσεων, ιδιοτήτων και ατόµων [4.3]. H OWL, καλύπτοντας όλες τις παραπάνω αδυναµίες, διαθέτει µεγαλύτερη εκφραστικότητα η οποία σαφώς είναι αναγκαία για το Σηµασιολογικό Ιστό καθώς και επιτρέπει τη χρήση συστηµάτων συλλογισµού για την διεξαγωγή αποτελεσµατικών συµπερασµών πάνω στις οντολογίες που αναπαρίσταται στον Ιστό µε αυτή τη γλώσσα. 49

52 Σχήµα 4.1 ηµιουργία της OWL από τις DAML και OIL. 4.2 Οι τρεις Υπογλώσσες της OWL Το σύνολο των απαιτήσεων µιας οντολογίας φαίνεται αδύνατο να επιτευχθεί από µια µόνο γλώσσα γιατί απαιτεί τον συνδυασµό της αποτελεσµατικής υποστήριξης της συλλογιστικής και την ευκολία έκφρασης τόσο ισχυρή όσο ένας συνδυασµός RDF Schema µε πλήρη λογική. Θεωρούµε γενικά ότι όσο µεγαλύτερη είναι η εκφραστική δύναµη µιας γλώσσας, τόσο καλύτερη είναι και η διεξαγωγή συµπερασµών αυξανόµενης πολυπλοκότητας. Οι απαιτήσεις αυτές οδήγησαν την οµάδα ανάπτυξης W3C's (Web Ontology Working Group) να ορίσει την OWL µε τρεις διαφορετικές υπογλώσσες (OWL Lite, OWL DL, OWL Full) µε διαφορετική εκφραστική ισχύ, οι οποίες παρουσιάζονται παρακάτω ξεκινώντας από αυτή που έχει την µικρότερη (OWL Lite) και καταλήγοντας σε αυτή που έχει τη µεγαλύτερη εκφραστική ισχύ (OWL Full). Κάθε υπογλώσσα αποτελεί επέκταση της υπογλώσσας µε την αµέσως µικρότερη εκφραστική ισχύ [4.4 (σελ 118)]. Κάθε µια από αυτές είναι προσανατολισµένη ώστε να καλύπτει τις διαφορετικές πτυχές αυτού του συνόλου των απαιτήσεων. 50

53 4.2.1 OWL Lite Η OWL Lite έχει σχεδιαστεί µε σκοπό την έκφραση ιεραρχιών ταξινόµησης και απλών περιορισµών ιδιοτήτων. Για παράδειγµα, ενώ η OWL Lite υποστηρίζει περιορισµούς πληθυκότητας, οι µόνες τιµές που επιτρέπονται είναι 0 και 1. Είναι πιο εύκολο να σχεδιαστούν εργαλεία και να αντιστοιχιστούν όροι και ταξινοµήσεις στην OWL Lite από ότι στα άλλα εκφραστικότερα επίπεδα. Ακόµη αυτή είναι πιο εύκολη στην εκµάθηση από τους χρήστες. Το σηµαντικότερο µειονέκτηµα της είναι ασφαλώς η περιορισµένη εκφραστικότητα. Να αναφέρουµε επίσης ότι η OWL Lite είναι σχεδόν ισοδύναµη µε τη γλώσσα SHIF(D+). Σαν γλώσσα, περιέχει µόνο ένα µικρό υποσύνολο του λεξικού της OWL. Συγκεκριµένα, έχει αφαιρεθεί η δήλωση για αριθµηµένες (enumerated) κλάσεις, η δήλωση για αµοιβαία αποκλειόµενες (disjoint) κλάσεις και ο αυθαίρετος περιορισµός στον αριθµό των στοιχείων των κλάσεων (πληθάριθµος - cardinality). Η OWL Lite επιτρέπει τις βασικές έννοιες της Περιγραφικής Λογικής, έχει µεταβατικές ιδιότητες, αντίστροφες έννοιες, functional properties και datatype properties. Μια οντολογία σε OWL Lite πρέπει να ικανοποιεί τους περιορισµούς που τίθενται στην OWL DL και επιπλέον [4.5]: 1. Να µην κάνει χρήση των ιδιοτήτων (constructors) owl:oneof, owl:disjointwith, owl:unionof, owl:complementof και owl:hasvalue. 2. Οι περιορισµοί σε πληθάριθµους (cardinality) µπορούν να έχουν µόνο τις τιµές 0 και 1 όχι αυθαίρετους µη αρνητικούς ακέραιους όπως στις άλλες υπογλώσσες. 3. Οι δηλώσεις owl:equivalentclass δε µπορούν να γίνουν µεταξύ ανώνυµων κλάσεων παρά µόνο µεταξύ ονοµατισµένων κλάσεων (class identifiers). Η OWL Lite έχει το προτέρηµα της διευκόλυνσης λόγω της απλότητάς της στην κατανόηση. Είναι πιο απλή και προορίζεται για περιπτώσεις όπου χρειάζεται περισσότερο η ταχύτητα και όχι η εκφραστικότητα. Είναι πολύ πιο εύκολη η συγγραφή εργαλείων και προγραµµάτων και είναι εξασφαλισµένες οι καλύτερες επιδόσεις τους σε σχέση µε τις DL και Full παραλλαγές [4.5]. 51

54 4.2.2 OWL DL Η υπογλώσσα OWL DL σχεδιάστηκε για τους χρήστες που επιθυµούν τη µέγιστη δυνατή εκφραστικότητα, διατηρώντας παράλληλα την υπολογιστική πληρότητα (όλα τα συµπεράσµατα να είναι εγγυηµένα υπολογίσιµα) και την αποφασισιµότητα (η διεξαγωγή συµπερασµών να πραγµατοποιείται σε πεπερασµένο χρόνο). Η OWL DL ονοµάζεται έτσι λόγω της αντιστοιχίας της µε τις Περιγραφικές Λογικές (ΠΛ). Οι ΠΛ είναι µία οικογένεια λογικών γλωσσών που επιτρέπουν την εύκολη περιγραφή τάξεων αντικειµένων, καθώς και την αποδοτική διενέργεια ελέγχων υπαγωγής και ταξινόµησης, δηλαδή ελέγχων του κατά πόσον µία τάξη αποτελεί υπό-τάξη µιας άλλης και του κατά πόσον µία οντότητα ανήκει σε µία τάξη. Εδώ να αναφέρουµε ότι για την ανάπτυξη της οντολογίας στα πλαίσια της εργασίας αυτής έχει χρησιµοποιηθεί η OWL DL [4.3]. Η OWL DL είναι παρόµοια µε τη γλώσσα περιγραφής γνώσεως SHOIN(D+), η διαφορά είναι ότι η OWL DL παρέχει και ιδιότητες επισηµείωσης (annotation properties) ενώ η SHOIN(D+) όχι. Η OWL DL έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε να είναι περιγραφική σαν γλώσσα ώστε να µπορεί να δέχεται «εξυπηρετητές υπηρεσιών συλλογιστικής ή συστήµατα συλλογιστικής» (reasoners) των οποίων οι αλγόριθµοι να τερµατίζουν σε πολυωνυµικό χρόνο. Τα χαρακτηριστικά της OWL DL τέτοια ώστε να βελτιστοποιείται η υπολογισιµότητα των εννοιών της διατηρώντας παράλληλα και τη βέλτιστη απόδοση σε θέµατα πολυπλοκότητας. Όσον αφορά το λεξικό που χρησιµοποιείται στην OWL DL, είναι προφανώς περιορισµένο σε σχέση µε την πλήρη εκφραστικότητα της OWL Full. Έχουν τεθεί οι εξής περιορισµοί [4.5]: 1. Ένας πόρος µπορεί να είναι µόνο κλάση, τύπος δεδοµένων, ιδιότητα τύπου δεδοµένων, ιδιότητα αντικειµένου, άτοµο, τιµή δεδοµένων ή τµήµα του λεξικού, τίποτε άλλο. Αυτό σηµαίνει ότι, για παράδειγµα µια κλάση δε µπορεί να είναι ταυτόχρονα και αντικείµενα ή ότι µια ιδιότητα δε µπορεί να έχει ταυτόχρονα µερικές τιµές από έναν τύπο δεδοµένων και µερικές από µια κλάση. 2. Οι ιδιότητες τύπου δεδοµένων δεν έχουν κοινό σηµείο µε τις ιδιότητες αντικειµένου, πρόκειται για αµοιβαία αποκλειόµενα σύνολα. Εποµένως, οι δηλώσεις owl:inverseof, owl:functionalproperty, owl:inversefunctionalproperty και owl:symmetricproperty δε µπορούν να χρησιµοποιηθούν για ιδιότητες τύπου δεδοµένων. 52

55 3. Οι περιορισµοί στα στοιχεία των συνόλων (cardinality restrictions) δεν είναι µεταβατικές και επίσης δε µπορούν να τεθούν περιορισµοί στα στοιχεία συνόλων από µεταβατικές ιδιότητες. 4. ε γίνεται χρήση από ανώνυµες κλάσεις παρά µόνο ως domain και range των owl:equivalentclass και owl:disjointwith και range (όχι domain) της rdfs:subclassof. Στα αρνητικά σηµεία της, ωστόσο, περιλαµβάνεται το ότι έχει χαθεί η συµβατότητα µε το RDF. Ένα έγγραφο RDF θα πρέπει να τροποποιηθεί και να επεκταθεί σε αρκετά σηµεία ώστε να καταστεί συµβατό µε την OWL DL. Αντίθετα, όµως, κάθε έγκυρο OWL DL έγγραφο είναι επίσης και έγκυρο RDF έγγραφο OWL Full Η OWL Full προορίζεται για χρήστες που επιθυµούν µέγιστη εκφραστικότητα και την πλήρη εκφραστική ελευθερία του RDF χωρίς όµως εγγυήσεις επιλυσιµότητας. Χρησιµοποιεί όλες τις θεµελιώδεις αρχές των υπογλωσσών OWL και επιτρέπει το συνδυασµό των αρχών αυτών µε την RDF και το RDF Schema. Ενώ, και η OWL DL και η OWL Full χρησιµοποιούν το ίδιο λεξιλόγιο, η OWL DL θέτει κάποιους περιορισµούς στη χρήση του. Κάθε µια από αυτές τις υπογλώσσες είναι η επέκταση του απλούστερου προκατόχου της, σχηµατικά αυτό φαίνεται στο σχήµα 4.2. Σχήµα 4.2 Οι υπογλώσσες της OWL είναι µία επέκταση της άλλης. 53

56 Παράλληλα ισχύει το ακόλουθο σύνολο σχέσεων µεταξύ των τριών υπογλωσσών, αλλά τα αντίστροφά τους όχι [4.3]. 1. Κάθε έγκυρη οντολογία OWL Lite είναι µια έγκυρη οντολογία OWL DL. 2. Κάθε έγκυρη οντολογία OWL DL είναι µια έγκυρη οντολογία OWL Full. 3. Κάθε έγκυρο συµπέρασµα OWL Lite είναι ένα έγκυρο συµπέρασµα OWL DL. 4. Κάθε έγκυρο συµπέρασµα OWL DL είναι ένα έγκυρο συµπέρασµα OWL Full. Επίσης να σηµειώσουµε ότι η OWL εξακολουθεί να χρησιµοποιεί την RDF και το RDF Schema σε µεγάλο βαθµό. Όλα τα είδη της OWL χρησιµοποιούν την RDF για τη σύνταξή τους. Τα στιγµιότυπα ορίζονται όπως στην RDF, χρησιµοποιώντας τις RDF περιγραφές και εισάγοντας την πληροφορία, ενώ δοµές (Constructors) της OWL όπως owl:class owl:datatypeproperty και owl:objectproperty αποτελούν εξειδικεύσεις των αντίστοιχων της RDF. Οι υπεύθυνοι για την ανάπτυξη οντολογιών που υιοθετούν την OWL πρέπει να εξετάσουν ποια υπογλώσσα ανταποκρίνεται καλύτερα στις ανάγκες τους. Η επιλογή µεταξύ της OWL Lite και της OWL DL εξαρτάται από το βαθµό στον οποίο οι χρήστες απαιτούν περισσότερο εκφραστικές οντολογίες. Η επιλογή µεταξύ της OWL DL και της OWL Full εξαρτάται κυρίως από το βαθµό στον οποίο οι χρήστες απαιτούν τις διευκολύνσεις µετα-διαµόρφωσης του RDF Schema. Κατά τη χρησιµοποίηση της OWL Full σε σύγκριση µε την OWL DL, η υποστήριξη συλλογισµών είναι λιγότερο προβλέψιµη, µιας και δεν υπάρχουν ακόµη πλήρεις εφαρµογές. Η OWL Full περιέχει στην ουσία ολόκληρη τη γλώσσα OWL και χρησιµοποιεί όλα τα δοµικά συστατικά της. Επιτρέπει επιπλέον το συνδυασµό των συστατικών αυτών µε οποιοδήποτε αυθαίρετο τρόπο µε τα στοιχεία της RDF και της RDF Schema. Στα θετικά στοιχεία της OWL Full περιλαµβάνεται το ότι είναι πλήρως αναδροµικά συµβατή µε τις RDF, RDFS, OWL Lite και OWL DL. Οποιοδήποτε έγκυρο έγγραφο στις γλώσσες αυτές είναι επίσης και έγκυρο στην OWL Full και κάθε πόρισµα που προκύπτει από αυτά είναι επίσης έγκυρο και στην OWL Full. Το βασικό µειονέκτηµα της OWL Full είναι ότι σαν γλώσσα είναι τόσο ισχυρή έτσι ώστε να µην είναι δυνατή η εξασφάλιση υποστήριξης από υπηρεσίες συλλογιστικής (reasoning). Η ελευθερία στην περιγραφή της OWL Full δεν εξασφαλίζει ότι οι διαδικασίες αυτές µπορεί να λήγουν σε πεπερασµένο χρόνο [4.5]. 54

57 4.3 Σύνταξη της OWL Η OWL βασίζετε στη σύνταξη της RDF και RDFS οι οπίες χρησιµοποιούν την σύνταξη της XML (RDF/XML). Βέβαια, η RDF/XML σύνταξη δεν παρέχει µια πολύ αναγνώσιµη σύνταξη. Ως εκ τούτου, άλλες συντακτικές µορφές για την OWL έχουν καθοριστεί για αυτό το σκοπό. Εποµένως ορίστηκε µια σύνταξη για την OWL µε βάση την σύνταξη της XML, ανεξάρτητη της RDF/XML, µε µία αφηρηµένη σύνταξη πιο συµπαγής και ευανάγνωστη από τις αντίστοιχες XML και RDF/XML και µε µία γραφική σύνταξη που στηρίζεται στην UML [4.4 (σελ 119)] Επικεφαλίδες Τα OWL έγγραφα καλούνται συνήθως OWL οντολογίες και είναι RDF έγγραφα. Το βασικό στοιχείο µιας OWL οντολογίας είναι ένα rdf:rdf στοιχείο, το οποίο συγκεκριµενοποιεί διάφορα namespaces: <rdf:rdf xmlns:owl =" xmlns:rdf =" xmlns:rdfs=" xmlns:xsd =" Όσον αφορά τη δοµή γενικά ενός OWL εγγράφου, να σηµειωθεί ότι όλες οι δηλώσεις, στις οποίες θα αναφερθούµε παρακάτω, θα βρίσκονται εµφωλευµένες στο παραπάνω στοιχείο rdf:rdf του εγγράφου. Μια OWL οντολογία µπορεί να αρχίσει µε µια συλλογή ισχυρισµών οι οποίοι εµπεριέχουν την έννοια της πληροφορίας. Οι ισχυρισµοί αυτοί οµαδοποιούνται κάτω από στοιχείο owl:ontology, και περιέχουν σχόλια (δήλωση rdfs:comment), τον έλεγχο έκδοσης (δήλωση owl:priorversion) και το συνυπολογισµό άλλων οντολογιών (δήλωση owl:imports) και άλλα. Για παράδειγµα, <owl:ontology rdf:about=""> <rdfs:comment>an example OWL ontology</rdfs:comment> <owl:priorversion rdf:resource=" <owl:imports 55

58 rdf:resource=" <rdfs:label>university Ontology</rdfs:label> </owl:ontology> Μόνο ένας από αυτούς τους ισχυρισµούς έχει οποιαδήποτε συνέπεια για τη λογική έννοια της οντολογίας, η δήλωση owl:imports, η οποία απαριθµεί άλλες οντολογίες των οποίων το περιεχόµενο υποτίθεται ότι είναι µέρος της τρέχουσας οντολογίας. Η δήλωση αυτή εισάγεται σε µία οντολογία και αναφέρεται σε µία άλλη για να δηλώσει ότι κάποιοι περιορισµοί που περιέχονται στην δεύτερη χρησιµοποιούνται στην πρώτη. Είναι σηµαντικό να αναφερθεί ότι η owl:imports είναι µια µεταβατική ιδιότητα. Αυτό σηµαίνει ότι µπορεί να δηµιουργηθεί µια αλυσίδα σχέσεων, για παράδειγµα έστω ότι η οντολογία Α συνυπολογίζει την Β και η Β συνυπολογίζει την Γ, τότε η οντολογία Α συνυπολογίζει την Γ [4.4 (σελ 120)] Κλάσεις Οι OWL κλάσεις ορίζονται µε το στοιχείο owl:class. Για παράδειγµα αν θέλουµε να δηλώσουµε την κλάση associateprofessor χρησιµοποιούµε τα παρακάτω: <owl:class rdf:id="associateprofessor"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#academicstaffmember"/> </owl:class> Οι κλάσεις επίσης µπορούν να οργανωθούν σε µία ιεραρχία χρησιµοποιώντας τη δήλωση rdfs:subclass. Οι ιεραρχίες των κλάσεων µπορούν να οριστούν χρησιµοποιώντας µία ή περισσότερες δηλώσεις που ορίζουν ότι µία κλάση είναι υποκλάση µιας άλλης κλάσης. Με τη δήλωση owl:thing, ορίζουµε την υπερ-κλάση όλων, την κλάση Thing. Κάθε κλάση, λοιπόν, που ορίζεται από το δηµιουργό µιας οντολογίας είναι υποκλάση αυτής, στην ιεραρχία των κλάσεων βρίσκεται κάτω από αυτήν. Αντίθετα, µε την δήλωση owl:nothing, ορίζουµε την κλάση Nothing η οποία είναι η κενή κλάση και είναι η υποκλάση κάθε κλάσης. Η ισοδυναµία δύο κλάσεων ορίζεται µε την δήλωση owl:equivalentclass. Οι ισοδύναµες κλάσεις έχουν τις ίδιες οντότητες. Οι δηλώσεις ισοδυναµίας κλάσεων είναι χρήσιµες όταν, για παράδειγµα, επιθυµεί κανείς να συνδυάσει οντολογίες που 56

59 ενδεχοµένως χρησιµοποιούν διαφορετικά ονόµατα κλάσεων για ισοδύναµες έννοιες [4.4 (σελ 121)] Στοιχεία Ιδιοτήτων Στην OWL, υπάρχουν δύο είδη ιδιοτήτων, οι ιδιότητες αντικειµένων (object properties) που συνδέουν αντικείµενα µε αντικείµενα και οι ιδιότητες τύπων δεδοµένων (datatype properties) που συνδέουν αντικείµενα µε τιµές (δεδοµένα π.χ το αντικείµενο Ηλικία µε την 25 ετών ). Να σηµειωθεί ότι η OWL δεν έχει προκαθορισµένους τύπους δεδοµένων και για αυτό επιτρέπει τη χρήση τύπων δεδοµένων της XML. Οι ιδιότητες αντικειµένων χρησιµοποιούνται στις OWL και SWRL για να συνδέσουν δύο αντικείµενα µεταξύ τους, όπως για παράδειγµα η ιδιότητα hasfather συνδέει ένα άτοµο µε ένα άλλο που αντιπροσωπεύει τον πατέρα του. Παρακάτω παραθέτουµε ένα παράδειγµα ιδιότητας τύπου δεδοµένων [4.4 (σελ 122)]. <owl:datatypeproperty rdf:id="age"> <rdfs:range rdf:resource=" #nonnegativeinteger"/> </owl:datatypeproperty> Περιορισµοί Ιδιοτήτων Οι κλάσεις µπορεί να εµπεριέχουν διάφορους περιορισµούς τύπου και πλήθους των τιµών που µπορεί να πάρει µία ιδιότητα. Η µέθοδος αυτή ονοµάζεται περιορισµός ιδιότητας. Γενικά, σε αφηρηµένη σύνταξη ένας περιορισµός ιδιότητας δηλώνεται µε τη λέξη κλειδί restriction όπως θα δούµε και παρακάτω. Στη συνέχεια, δηλώνουµε την ιδιότητα στην οποία εφαρµόζουµε τον περιορισµό και τέλος δηλώνουµε τον επιθυµητό περιορισµό. Παρακάτω, θα περιγραφούν εν συντοµία κάποιες δηλώσεις της OWL, οι οποίες σχετίζονται µε τους περιορισµούς. o owl:restriction : Έτσι ορίζεται µία ανώνυµη κλάση, που δεν έχει ID και έχει τοπική εµβέλεια. o owl:onproperty : Η προηγούµενη δήλωση πάντα θα περιέχει την παρούσα δήλωση η οποία αναφέρεται στην περιοριζόµενη ιδιότητα. 57

60 o owl:allvaluesfrom : Η συγκεκριµένη δήλωση εκφράζει καθολική ποσοτικοποίηση (καθολικός περιορισµός ιδιότητας). o owl:somevaluesfrom : Η συγκεκριµένη δήλωση εκφράζει υπαρξιακή ποσοτικοποίηση (υπαρξιακός περιορισµός ιδιότητας). o owl:hasvalue : Οι οντότητες µιας κλάσης µπορεί να απαιτείται να έχουν µία συγκεκριµένη τιµή ιδιότητας, αυτό επιτυγχάνεται µε το συγκεκριµένο περιορισµό. Όπως και οι Λογικές Περιγραφής, έτσι και η OWL παρέχει περιορισµούς πληθυκότητας µε τους τελεστές το µέγιστο και το λιγότερο, καθώς και έναν άλλο τελεστή µε τον οποίο µπορούµε να δηλώσουµε µία κλάση αντικειµένων περιγράφοντας την ακριβή πληθυκότητα των µελών της σε µία ιδιότητα. Οι κατασκευαστές αυτοί δηλώνονται ως εξής owl:maxcardinality, owl:mincardinality owl:cardinality αντιστοίχως, ακολουθούµενες από έναν φυσικό αριθµό ο οποίος δηλώνει την πληθυκότητα [4.4 (σελ 123)] Ειδικές Ιδιότητες Στη συνέχεια, παρατίθενται ενδεικτικά κάποιες ιδιότητες που µπορούν να δηλωθούν απευθείας [4.4 (σελ 123)]. o owl:objectproperty : Χρησιµοποιείται για να δηλώσει µία ιδιότητα αντικειµένων. o owl:datatypeproperty : Χρησιµοποιείται για να δηλώσει µία ιδιότητα τύπων δεδοµένων. o rdfs:subpropertyof : Χρησιµοποιείται για να δηλώσει ότι µία ιδιότητα είναι υποπερίπτωση µιας άλλης ιδιότητας. o rdfs:domain : δηλώνει το πεδίο ορισµού µιας ιδιότητας. o rdfs:range : δηλώνει το πεδίο τιµών µιας ιδιότητας. o owl:equivalentproperty : δύο ιδιότητες µπορούν να δηλωθούν ως ισοδύναµες. o owl:inverseof : Μία ιδιότητα µπορεί να δηλωθεί ως αντίστροφη µιας άλλης. Αν η ιδιότητα P1 δηλωθεί ως αντίστροφη της ιδιότητας P2 και η οντότητα Χ 58

61 σχετίζεται µε µία άλλη οντότητα Y µέσω της ιδιότητας P1, τότε και η οντότητα Υ σχετίζεται µε την οντότητα Χ µέσω της ιδιότητας P2. o owl:transitiveproperty : Μία ιδιότητα µπορεί να δηλωθεί µεταβατική. ηλαδή, αν η ιδιότητα P δηλωθεί µεταβατική, και αν Χ P Y και αν Y P Z, τότε µία µηχανή συµπερασµού µπορεί να συµπεράνει ότι X P Z. o owl:symmetricproperty : Μία ιδιότητα µπορεί να δηλωθεί ως συµµετρική. Για παράδειγµα, αν η ιδιότητα P δηλωθεί συµµετρική, και αν Χ P Y, τότε µία µηχανή συµπερασµού µπορεί να συµπεράνει ότι Υ P X. o owl:functionalproperty : Αν µία ιδιότητα δηλωθεί ως συναρτησιακή, τότε έχει το πολύ µία τιµή για κάθε οντότητα του πεδίου ορισµού. Η δήλωση αυτή αποτελεί ουσιαστικά µία συντόµευση που παρέχει η OWL, καθώς είναι ισοδύναµη µε το να δηλώσουµε ταυτόχρονα τους περιορισµούς πληθάριθµου mincardinality 0 και maxcardinality 1 για αυτήν την ιδιότητα. o owl:inversefunctionalproperty : Ορίζει µία ιδιότητα για την οποία δύο διαφορετικά αντικείµενα δεν µπορούν να έχουν την ίδια τιµή Λογικοί (Boolean) Συνδυασµοί Χρησιµοποιώντας το τυπικό σύνολο τελεστών ένωσης, τοµής και συµπληρώµατος, είναι δυνατή η δηµιουργία κλάσεων από το λογικό συνδυασµό άλλων κλάσεων. Έτσι, λοιπόν, η OWL για το τελεστή ένωσης ορίζει τη δήλωση owl:unionof, για την τοµή τη δήλωση owl:intersectionof και για το συµπλήρωµα τη δήλωση owl:complementof. Γενικά, οι δηλώσεις owl:unionof και owl:intersectionof συνδέουν µια κλάση µε µια άλλη κλάση ή µια συλλογή από κλάσεις ή µε σύνθετες κλάσεις. Αντίθετα, η δήλωση owl:complementof συνδέει µία κλάση µε µία και µοναδική κλάση. Η ερµηνεία του παραπάνω ορισµού είναι πολύ εύκολη και ανάλογη µε αυτή της κλασικής λογικής. Αυτό που πρέπει να επισηµανθεί στο παράδειγµα είναι η ιδιότητα rdf:parsetype= Collection που ακολουθεί το στοιχείο owl:intersectionof. Αυτό είναι ένας τρόπος να οριστεί ότι το αντικείµενο της δήλωσης τοµής είναι µια συλλογή (Collection). Στην RDF, µια Collection είναι µία κλειστή λίστα. Η ιδιότητα αυτή ουσιαστικά κάνει σαφές ότι τα στοιχεία που ακολουθούν είναι µέλη της λίστας αυτής και είναι και τα µοναδικά της µέλη. Η ιδιότητα αυτή µπορεί να ακολουθεί και την 59

62 δήλωση ένωσης, owl:unionof, δεδοµένου ότι µπορεί να συνδέσει µία κλάση µε µία συλλογή κλάσεων [4.3] Ασύµβατες και Απαριθµηµένες Κλάσεις Στην OWL δίνεται επίσης η δυνατότητα να οριστούν δύο κλάσεις ως ξένες, ασύµβατες µεταξύ τους µε χρήση της δήλωσης owl:disjointwith. Με τη δήλωση αυτή µία µηχανή συµπερασµού µπορεί να εντοπίσει µία ασυνέπεια όταν µία οντότητα έχει δηλωθεί ότι ανήκει και στις δύο κλάσεις. Τέλος, η OWL δίνει τη δυνατότητα ορισµού µιας κλάσης µέσω απαρίθµησης των οντοτήτων που την αποτελούν µε τη δήλωση owl:oneof. Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγµα χρήσης αυτής της δήλωσης είναι η κλάση daysoftheweek, η οποία ορίζεται ως απλή απαρίθµηση των οντοτήτων Sunday, Monday, Tuesday, Wednesday, Thursday, Friday και Saturday. Από το παραπάνω παράδειγµα µία µηχανή µπορεί να συναγάγει το µέγιστο αριθµό τιµών (7) οποιασδήποτε ιδιότητας που έχει περιορισµό allvaluesfrom στην κλάση daysoftheweek [4.3] Στιγµιότυπα Τα στιγµιότυπα µιας κλάσης δηλώνονται ακριβώς όπως και στην RDF : <rdf:description rdf:id="949352"> <rdf:type rdf:resource="#academicstaffmember"/> </rdf:description> ή ισοδύναµα : <academicstaffmember rdf:id="949352"/> Επίσης µπορούµε να προσθέσουµε επιπλέον πληροφορίες, όπως: <academicstaffmember rdf:id="949352"> <uni:age rdf:datatype="&xsd;integer">39</uni:age> </academicstaffmember> 60

63 Με τη δήλωση owl:sameas, δύο στιγµιότυπα µπορούν να δηλωθούν για να είναι τα ίδια. Έτσι µπορούν να χρησιµοποιηθούν για να δηµιουργήσουν διάφορα διαφορετικά ονόµατα που αναφέρονται στο ίδιο στιγµιότυπο. Από την άλλη, µπορεί να απαιτείται να δηλωθεί ότι ένα στιγµιότυπο να είναι διαφορετικό από άλλα στιγµιότυπα και αυτό επιτυγχάνεται µε την δήλωση owl:differentfrom. Η ρητή δήλωση ότι δύο στιγµιότυπα είναι διαφορετικά µπορεί να είναι σηµαντική για µία γλώσσα όπως η OWL, καθώς αυτή δεν απαιτεί κάθε στιγµιότυπο να έχει ένα µόνο όνοµα και εποµένως µία µηχανή συµπερασµού δεν θα καταλήγει σε αξιόπιστα συµπεράσµατα. Ένας αριθµός στιγµιότυπων µπορούν να δηλωθούν ως αµοιβαία διαφορετικά σε µία owl:alldifferent. Η δήλωση αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιµη όταν υπάρχουν σύνολα ευδιάκριτων αντικειµένων και όταν θέλουµε να εισαγάγουµε την υπόθεση της µοναδικότητας των ονοµάτων µεταξύ των αντικειµένων του συνόλου. Πάντοτε χρησιµοποιείται από κοινού µε την δήλωση owl:distinctmembers για να δηλώσει ότι όλα τα µέλη µιας λίστας είναι ξεχωριστά και ευδιάκριτα µεταξύ τους Τύποι εδοµένων της OWL Η OWL χρησιµοποιεί τους µηχανισµούς της RDF για τους τύπους δεδοµένων. Οι τύποι αυτοί έχουν κατά µεγάλο βαθµό ενσωµατωθεί από το XML Schema2. Ακολουθεί ένα παράδειγµα που δείχνει πώς µπορεί να χρησιµοποιηθεί ένας τύπος από το XML Schema (συγκεκριµένα ο τύπος datetime) στην OWL. <owl:datatypeproperty rdf:about = "#timestamp"> <rdfs:domain rdf:resource = "#Measurement"/> <rdf:range rdf:resource = "&xsd;datetime"/> </owl:datatypeproperty> Ιδιότητες Σχολιασµού Η OWL επιτρέπει το σχολιασµό των κλάσεων, των ιδιοτήτων, των οντοτήτων και των επικεφαλίδων των οντολογιών. Για το σκοπό αυτό χρησιµοποιούνται δηλώσεις του τύπου owl:annotationproperty. Στην OWL, έχουν επίσης προκαθοριστεί πέντε ιδιότητες σχολιασµού που αναφέρονται παρακάτω : 61

64 o owl:versioninfo : Μπορεί να χρησιµοποιηθεί για να δώσουµε πληροφορίες για την έκδοση της οντολογίας (µε τη µορφή σχολίων φυσικής γλώσσας). o rdfs:label : Μπορεί να χρησιµοποιηθεί για να ορίσουµε ένα όνοµα σε φυσική γλώσσα ή γενικότερα µία περιγραφή φυσικής γλώσσας σε κλάσεις, οντότητες και ιδιότητες. o rdfs:comment : Χρησιµοποιείται για την εισαγωγή οποιουδήποτε βοηθητικού σχόλιου φυσικής γλώσσας. o rdfs:seealso : Με τη δήλωση αυτή µπορούµε να εισάγουµε πηγές για εύρεση περισσότερων σχετικών πληροφοριών. o rdfs:isdefinedby : Χρησιµοποιείται για τον ορισµό σχετικών διευθύνσεων που παρέχουν πληροφορίες για την οντολογία. 62

65 5 Οντολογίες και Κανόνες Ο στόχος του Σηµασιολογικού Ιστού είναι να περιγράψει το περιεχόµενο του υπάρχοντος ιστού µε τη χρήση µεταδεδοµένων, τα οποία θα είναι επεξεργάσιµα και κατανοητά από τους υπολογιστές. Οι οντολογίες κατέχουν ένα σηµαντικό ρόλο στην αρχιτεκτονική του Σηµασιολογικού Ιστού και προσφέρουν το απαραίτητο λεξιλόγιο µε το οποίο µπορεί να γίνει αυτή η σηµασιολογική περιγραφή [5.1]. Εντούτοις, για διάφορους λόγους, συµπεριλαµβανοµένης και της διατήρησης της αποφασισιµότητας βασικών προβληµάτων συµπερασµού στην OWL DL και την OWL Lite, η OWL έχει εκφραστικούς περιορισµούς. Ακόµη, πολλοί από τους περιορισµούς προκύπτουν από το γεγονός ότι, ενώ η γλώσσα περιλαµβάνει ένα σχετικά πλούσιο σύνολο δοµητών κλάσεων, η γλώσσα που παρέχεται για τις ιδιότητες είναι πολύ πιο αδύνατη. Πιο συγκεκριµένα, είναι αδύνατο να «συλληφθούν» σχέσεις µεταξύ µιας σύνθετης ιδιότητας και µιας άλλης (ενδεχοµένως σύνθετης) ιδιότητας. Χαρακτηριστικό παράδειγµα είναι η προφανής σχέση µεταξύ των ιδιοτήτων «γονέας», «αδελφός» και της ιδιότητας «θείου» [5.2]. 5.1 Είδη Κανόνων Ένας εναλλακτικός τρόπος να υπερνικηθούν µερικοί από τους εκφραστικούς περιορισµούς της OWL είναι να επεκταθεί αυτή µε τη χρήση κάποιας µορφής «γλώσσας κανόνων». Στην πραγµατικότητα, η προθήκη κανόνων σε γλώσσες αναπαράστασης γνώσης βασισµένες σε Λογικές Περιγραφής δεν αποτελεί νέα ιδέα, αφού υπήρξαν πολλά πρώιµα συστήµατα λογικής περιγραφής. Αρχικά σε αυτά τα συστήµατα (κανόνες), δόθηκε µια πιο αδύνατη σηµασιολογική επεξεργασία από τα αξιώµατα που ορίζουν οι σχέσεις υπό- και υπέρ-κλάσεων. Πιο πρόσφατα, το σύστηµα CARIN [5.4] ενσωµάτωσε κανόνες µε µια Λογική Περιγραφής κατά τέτοιο τρόπο ώστε να είναι έγκυρος και πλήρης ένας συλλογισµός χωρίς να χαθεί η εκφραστικότητά του. Αυτό θα µπορούσε να επιτευχθεί µόνο µε τη χρησιµοποίηση µιας µάλλον αδύνατης λογικής περιγραφής (πολύ πιο αδύνατης από την 63

66 OWL), και µε την τοποθέτηση αυστηρών συντακτικών περιορισµών. Επίσης, να αναφέρουµε ότι υπάρχει και η DLP (Προγράµµατα Περιγραφικής Λογικής Description Logic Programs) [5.5] που είναι βασισµένη στη τοµή µιας Περιγραφικής Λογικής µε κανόνες Horn. Το αποτέλεσµα που προέκυψε είναι µια αποφασίσιµη γλώσσα, αλλά σαφώς λιγότερο εκφραστική, είτε από τη Λογική Περιγραφής, είτε από τη γλώσσα κανόνων από τις οποίες διαµορφώνεται. Μια άλλη προσέγγιση κανόνων που χρησιµοποιείτε για την εξυπηρέτηση αναγκών του Σηµασιολογικού Ιστού είναι η RuleML [5.12]. Η RuleML είναι µια γλώσσα εφαρµογής κανόνων που προτιµάται για την αφαίρεση, την επανασυγγραφή και τις περαιτέρω διεργασίες µετασχηµατισµών. Γενικά, είναι µια επεκτάσιµη προδιαγραφή για την άµεση ανταλλαγή κανόνων. Οι κανόνες στην RuleML δηλώνονται σε συνδυασµό φυσικής γλώσσας και σηµειώσεων. Οι περαιτέρω σκοποί αυτής της επισηµείωσης περιλαµβάνουν την παροχή ενός σχήµατος ανταλλαγής κανόνων µεταξύ των διαφορετικών εργαλείων/συστηµάτων, το χαρακτηρισµό των κανόνων περιεχοµένου στα επιχειρησιακά έγγραφα και την παροχή µιας υψηλού επιπέδου γλώσσας προδιαγραφών για το ενεργό περιεχόµενο στο ιαδίκτυο [5.7]. Πιο πρόσφατες µελέτες προτείνουν την ενσωµάτωσης γλωσσών οντολογίας βασισµένες στη Λογική Περιγραφής (όπως η OWL DL) µε γλώσσες κανόνων ώστε να συνδυαστούν τα καλύτερα χαρακτηριστικά των δύο και να διατηρηθεί η αποφασισιµότητα για τα βασικά προβλήµατα συµπερασµού. Για το λόγο αυτό, προτείνεται η γλώσσα Semantic Web Rule Language (SWRL), η οποία αποτελεί µία πρόταση για συνδυασµό οντολογιών και κανόνων, και πιο συγκεκριµένα την ένωση της OWL DL και της Datalog RuleML. Η πρόταση επεκτείνει το σύνολο των OWL αξιωµάτων µε τη προσθήκη Horn κανόνων και µε τον τρόπο αυτό επιτρέπει στους Horn κανόνες να συνδυάζονται µε µια OWL βάση γνώσης [5.2]. Να αναφέρουµε εδώ ότι για την εκπόνηση της παρούσας διπλωµατικής έχει γίνει χρήση κανόνων SWRL και για αυτούς θα υπάρξει λεπτοµερής αναφορά σε επόµενη ενότητα Μοντελοποίηση Οντολογιών µε Περιγραφικές Λογικές Οι Περιγραφικές Λογικές (Description Logics - DL) [5.3] είναι µια οικογένεια φορµαλισµών αναπαράστασης γνώσης βασισµένων στη λογική. Αυτές έχουν σχεδιαστεί για την αναπαράσταση και τη συλλογιστική στη γνώση ενός πεδίου µε ένα 64

67 δοµηµένο και σαφώς ορισµένο τρόπο. Είναι οι απόγονοι των σηµασιολογικών δικτύων (semantic networks) και πλαισίων (frames) και συνοδεύονται από µια τυπική σηµασιολογία. Τα τελευταία χρόνια, η DL έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον της ερευνητικής κοινότητας αφού αποτελεί το λογικό υπόβαθρο της γλώσσας οντολογιών OWL. Σε αυτήν την ενότητα, περιγράφεται η σχέση της OWL µε την DL και αναφέρονται τα βασικά δοµικά στοιχεία και η σηµασιολογία της. Παρουσίαση της DL Η DL αποτελεί µια οικογένεια αναπαράστασης γνώσης βασισµένη στη λογική. Μια θεωρεία DL χωρίζεται σε δύο µέρη: στο TBox και στο ABox. Το TBox αναφέρεται στην ορολογία (terminology) του πεδίου γνώσης και σχηµατίζεται µε δηλώσεις, οι οποίες περιγράφουν γενικές έννοιες καθώς και ιδιότητες εννοιών (σχήµα οντολογίας). Το ABox αναφέρεται στους ισχυρισµούς (assertions) για τα αντικείµενα του πεδίου γνώσης. Συγκεκριµένα, η DL επιτρέπει την αναπαράσταση οντολογιών µε τη χρήση τριών στοιχείων: εννοιών (concepts), ρόλων (roles) και στιγµιοτύπων (instances). Μία έννοια στην DL έχει παρόµοια σηµασία µε αυτή που συναντάται στο παράδειγµα των πλαισίων: αναπαριστά µία κλάση αντικειµένων. Οι ρόλοι αναπαριστούν δυαδικές σχέσεις µεταξύ εννοιών και εποµένως επιτρέπουν την περιγραφή ιδιοτήτων εννοιών. Τέλος, τα στιγµιότυπα αναπαριστούν αντικείµενα κλάσεων. Οι έννοιες και οι ρόλοι ορίζονται µε βάση ένα ήδη υπάρχον σύνολο όρων (λεξιλόγιο) και µε βάση ένα σύνολο από δοµητές (constructors), για παράδειγµα, δοµητές σύζευξης, διάζευξης, άρνησης, περιορισµού τιµής, υπαρξιακού ποσοδείκτη και άλλους [5.1]. Έννοιες. Οι έννοιες στην DL µπορεί να είναι είτε πρωταρχικές (primitive) και καθορίζονται µε το προσδιορισµό των αναγκαίων συνθηκών που πρέπει να ισχύουν στα στιγµιότυπα της έννοιας, ή µπορεί να είναι ορισµένες (defined) και καθορίζονται µε το προσδιορισµό ικανών και αναγκαίων συνθηκών που πρέπει να ικανοποιούνται από τα στιγµιότυπα της έννοιας. Ρόλοι. Οι ρόλοι στην DL µπορεί να είναι είτε πρωταρχικοί είτε ορισµένοι, που ονοµάζονται και αλλιώς παραγόµενοι (derived). Σε πολλά συστήµατα που βασίζονται στην DL δεν επιτρέπονται παραγόµενοι ρόλοι εξαιτίας των µειονεκτηµάτων κατά τη διάρκεια της συλλογιστικής (αν και επιτρέπονται ιεραρχίες ρόλων). 65

68 Στιγµιότυπα. Τα στιγµιότυπα των εννοιών αναπαριστούν αντικείµενα και τις τιµές των διάφορων ρόλων τους. Στην DL, το σύνολο των αντικειµένων είναι ξένο µε το σύνολο των εννοιών και των ρόλων. Έτσι, τα αντικείµενα υπάρχουν µόνο στο ABox ενώ οι έννοιες και οι ρόλοι βρίσκονται µόνο στο TBox της οντολογίας. Οι οντολογίες και οι κανόνες αποτελούν δύο ουσιώδη στοιχεία του οράµατος του Σηµασιολογικού Ιστού και ο συνδυασµός τους αναµένεται να διαδραµατίσει ένα σηµαντικό ρόλο στην υλοποίηση αυτού του οράµατος. Ωστόσο, υπάρχουν αρκετά εµπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν για το συνδυασµό ανάµεσα σε πλούσιες εκφραστικές γλώσσες οντολογιών, όπως η OWL που βασίζεται στην Κλασική Λογική, και σε γλώσσες βασισµένες στο Λογικό Προγραµµατισµό Συλλογιστική µε Συµπερασµατικούς Κανόνες Η οντολογική συλλογιστική µε συµπερασµατικούς κανόνες επιτρέπει την εύκολη και πρακτική υλοποίηση της σηµασιολογίας της OWL σε ένα σύστηµα κανόνων. Η προσέγγιση αυτή βασίζεται στη σηµασιολογία pd* [5.6], µε την οποία µια βάση γνώσης DL αντιστοιχίζεται σε ένα σύνολο από συµπερασµατικούς κανόνες (OWL Horst). Η συλλογιστική µε συµπερασµατικούς κανόνες αποτελεί ουσιαστικά το πρώτο βήµα για την ανάπτυξη ενός οµοιογενούς συστήµατος συνδυασµού της OWL µε κανόνες. Έτσι, επιτρέπει τη δηµιουργία προγραµµάτων κανόνων πάνω από οντολογίες, καθώς επίσης και οντολογίες πάνω σε κανόνες, αφού οι κανόνες του προγράµµατος συνυπάρχουν µε τους συµπερασµατικούς κανόνες στην ίδια βάση κανόνων. Πρέπει να σηµειωθεί ότι η οντολογική συλλογιστική µε συµπερασµατικούς κανόνες από µόνη της δεν είναι ικανή να προσφέρει τα πλεονεκτήµατα που θέλουµε. Αυτό συµβαίνει διότι η σηµασιολογία pd * είναι ένα υποσύνολο της OWL και βασίζεται στη Θεώρηση του Ανοιχτού Κόσµου. Όµως µε την προσθήκη κανόνων ορισµένων από το χρήστη, είµαστε σε θέση να εκµεταλλευτούµε πλήρως τα πλεονεκτήµατα που πηγάζουν από αυτόν το συνδυασµό [5.1]. 66

69 5.1.3 Συστήµατα Συµπερασµατικών Κανόνων Τα συστήµατα συµπερασµατικών κανόνων βασίζονται στην αντιστοίχηση της σαφώς ορισµένης (asserted) οντολογικής πληροφορίας στη βάση γνώσης του συστήµατος κανόνων που χρησιµοποιείται, µε σκοπό οι συµπερασµατικοί κανόνες να υλοποιήσουν τη διαδικασία της συλλογιστικής και να ελέγξουν την οντολογία για ασυνέπειες. Γενικά, η διαδικασία ανάπτυξης ενός συστήµατος συλλογιστικής µε συµπερασµατικούς κανόνες πρέπει να αντιµετωπίσει τρία βασικά ζητήµατα : 1. Αντιστοίχιση οντολογίας. Κάθε σύστηµα κανόνων ακολουθεί διαφορετικό φορµαλισµό αναπαράστασης γνώσης. Εποµένως, θα πρέπει να αποφασιστεί ο τρόπος µε τον οποίο θα αναπαρίσταται η οντολογική πληροφορία στη βάση γνώσης τους συστήµατος κανόνων που θα χρησιµοποιηθεί για την εκτέλεση των συµπερασµατικών κανόνων. Συνήθως, ακολουθείται η εύκολη προσέγγιση της µετατροπής της οντολογίας σε γεγονότα που αναπαριστούν τριπλέτες. 2. ιαδικασία συλλογιστικής. Ένα σύστηµα συλλογιστικής µε συµπερασµατικούς κανόνες θα πρέπει να αναπαριστά ένα σύνολο συµπερασµατικών κανόνων στη γλώσσα κανόνων που υποστηρίζει. Το σύνολο αυτών των κανόνων ορίζει το βαθµό πληρότητας της συλλογιστικής του εκάστοτε συστήµατος. Η υποστήριξη περισσότερων σηµασιολογικών χαρακτηριστικών έχει αρνητική επίπτωση στην απόδοση του συστήµατος συλλογιστικής. Για το λόγο αυτό, ορισµένα συστήµατα δίνουν στο χρήστη τη δυνατότητα να επιλέξουν το σύνολο των συµπερασµατικών κανόνων που θέλουν να χρησιµοποιήσουν, ανάλογα µε τις ανάγκες τους σε εκφραστικότητα. 3. Υποστήριξη ερωτηµάτων. Ένα σύστηµα συλλογιστικής θα πρέπει να είναι σε θέση να απαντά ερωτήµατα σχετικά µε την οντολογική πληροφορία που έχει φορτώσει και επεξεργαστεί. Αφού ο πυρήνας ενός συστήµατος συλλογιστικής µε συµπερασµατικούς κανόνες είναι ένα σύστηµα κανόνων, η υποδοµή για την επεξεργασία ερωτηµάτων βασίζεται σε κανόνες (κανόνες ερωτηµάτων). Αυτοί οι κανόνες, είτε ακολουθούν την εγγενή σύνταξη της µηχανής κανόνων, είτε βασίζονται σε µια πρότυπη γλώσσα κανόνων. 67

70 5.2 Η Γλώσσα Κανόνων SWRL Η βασική ιδέα της SWRL είναι να επεκταθεί η OWL DL µε µια µορφή κανόνων, διατηρώντας, βέβαια, τη µέγιστη προς τα πίσω συµβατότητα µε την υπάρχουσα σύνταξη και σηµασιολογία της OWL. Για αυτόν τον λόγο, η SWRL προσθέτει ένα νέο είδος αξιώµατος στην OWL DL, δηλαδή κανόνες Horn, που επεκτείνουν την αφηρηµένη σύνταξη της OWL και την άµεση πρότυπη-θεωρητική σηµασιολογία για την OWL DL για να παρέχει µια επίσηµη σηµασιολογία και σύνταξη για OWL οντολογίες που συµπεριλαµβάνουν τέτοιους κανόνες Βασικά Χαρακτηριστικά της SWRL Το κύριο χαρακτηριστικό της SWRL είναι η δήλωση κανόνων µε στόχο την επέκταση της OWL DL. Στο παρακάτω παράδειγµα περιγράφεται ένας απλός κανόνας που δηλώνει ότι αν ο x1 έχει γονέα τον x2 και ο x2 έχει αδερφό τον x3, τότε ο x3 είναι θείος του x1. Σε πρόταση λογικής πρώτου βαθµού ο κανόνας γράφεται: hasparent(?x1,?x2) hasbrother(?x2,?x3) hasuncle(?x1,? x3) Η γενική µορφή των SWRL κανόνων είναι η ακόλουθη : Antecedent Consequent. Το αριστερό τµήµα των κανόνων (Antecedent) ονοµάζεται σώµα (body), ενώ το δεξιό κοµµάτι (Consequent) ονοµάζεται κεφαλή (head). Επίσης, οι µεταβλητές µπορούν να υπάρχουν στο σώµα και στην κεφαλή των κανόνων και συµβολίζονται µε ένα αγγλικό ερωτηµατικό (?) στην αρχή τους. Οι προτεινόµενοι κανόνες είναι υπό µορφή επαγωγικού συµπεράσµατος µεταξύ του σώµατος και της κεφαλής του κανόνα. Η άτυπη ερµηνεία ενός κανόνα µπορεί να είναι, Κάθε φορά που οι συνθήκες που προδιαγράφονται από το σώµα ισχύουν, θα πρέπει να ισχύουν και οι συνθήκες που προδιαγράφονται από την κεφαλή. Τόσο το σώµα όσο και η κεφαλή των κανόνων αποτελούν σύζευξη OWL ατόµων της ακόλουθης µορφής : A1 A2 An An+1 An+2 Am 68

71 Όλα τα άτοµα Ai µπορούν να είναι : A. Μοναδιαία Άτοµα o C(x) : όπου C είναι µια OWL DL αυθαίρετη έκφραση κλάσης o D(data) : όπου D είναι ένας τύπος δεδοµένων ή ένα απαριθµηµένο πεδίο τιµών B. υαδικά Άτοµα o P(x,y) : όπου P είναι µία ιδιότητα αντικειµένου, και τα x,y είναι µεταβλητές-στιγµιότυπα o Q(x,data) : όπου Q είναι µία ιδιότητα τύπων δεδοµένων, x είναι ένα στιγµιότυπο και data είναι µία τιµή δεδοµένου o x = y : ισότητα ή sameas o x y : ανισότητα ή differentfrom o built-ins της SWRL Το πλήθος των ατόµων στο σώµα και την κεφαλή ενός κανόνα µπορεί να είναι µηδενικό. Ένας κανόνας µε µηδενικό πλήθος ατόµων στην κεφαλή του δεν µπορεί να επιφέρει καµία αλλαγή στη βάση γνώσης του εκάστοτε συστήµατος. Ένας κανόνας µε µηδενικό πλήθος ατόµων στο σώµα του ερµηνεύεται πάντοτε ως αληθής. Αξίζει να σηµειωθεί πως ένας κανόνας µε πολλαπλά άτοµα στην κεφαλή του ισοδυναµεί µε πολλαπλούς κανόνες που έχουν το ίδιο σώµα µε τον αρχικό κανόνα και ένα άτοµο στην κεφαλή τους [5.2] SWRL και OWL Οι SWRL κανόνες αποθηκεύονται ως OWL στιγµιότυπα, τα οποία περιγράφονται από OWL κλάσεις που περιέχονται στην Οντολογία SWRL. Κάθε οντολογία που περιέχει κανόνες θα πρέπει να συµπεριλαµβάνει και την οντολογία swrl. Η κλάση υψηλότερου επιπέδου σε µια οντολογία είναι η swrl:imp, η οποία χρησιµοποιείται για την αναπαράσταση ενός κανόνα. Το σώµα ενός κανόνα ορίζεται από την ιδιότητα αντικειµένου swrl:body της κλάσης swrl:imp, ενώ η κεφαλή του κανόνα ορίζεται από την ιδιότητα αντικειµένου swrl:head της ίδιας κλάσης. Τα άτοµα του σώµατος και της κεφαλής ενός κανόνα είναι στιγµιότυπα της κλάσης swrl:atomlist 69

72 , η οποία αναπαριστά µία λίστα που περιλαµβάνει άτοµα ενός κανόνα. Η αφηρηµένη κλάση swrl:atom χρησιµοποιείται για την αναπαράσταση ενός ατόµου κανόνα. Τα διάφορα είδη ατόµων, που περιγράφηκαν, όπως µία κλάση, µία built-in µέθοδος, µία ιδιότητα αντικειµένου, µια ιδιότητα τύπου δεδοµένων κτλ, περιγράφονται από υποκλάσεις της συγκεκριµένης κλάσης [5.8], [5.2]. Ένα άτοµο κλάσης σε ένα κανόνα είναι στιγµιότυπο της κλάσης swrl:classatom και το όνοµα της κλάσης που χρησιµοποιείται ως άτοµο στον κανόνα εκφράζεται από την κλάση swrl:classpredicate της οντολογίας swrl. Στην περίπτωση που ιδιότητες αντικειµένων και ιδιότητες τύπου δεδοµένων χρησιµοποιούνται ως άτοµα σε κανόνες, τότε είναι στιγµιότυπα της κλάσης swrl:individualpropertyatom και της κλάσης swrl:datavaluedatom αντίστοιχα. Η ιδιότητα swrl:propertypredicate και των δύο προηγούµενων κλάσεων εκφράζει την ονοµασία των ιδιοτήτων ατόµων. Η οντολογία SWRL περιλαµβάνει επίσης την κλάση swrl:builtin για να περιγράψει τα built-ins, όπως θα αναλυθεί και παρακάτω, και µια κλάση swrl:variable που χρησιµοποιείται για να αντιπροσωπεύσει τις µεταβλητές. Για να γίνουν όλα τα παραπάνω περισσότερο αντιληπτά και κατανοητά, υπάρχει παράδειγµα ενός κανόνα εκφρασµένο τόσο λεκτικά, όσο και λογικά, στο Παράρτηµα [B]. Το κύριο πλεονέκτηµα της SWRL, όπως σηµειώθηκε και παραπάνω, είναι η απλότητα που προσφέρει, επεκτείνοντας την εκφραστικότητα της OWL. Ένα άλλο πλεονέκτηµα της SWRL είναι η συµβατότητά της µε τη σύνταξη και τη σηµασιολογία της OWL, δεδοµένου ότι και οι δύο συνδυάζονται στην ίδια λογική γλώσσα. Εντούτοις, ο συνδυασµός εκφραστικών Λογικών Περιγραφής µε κανόνες είναι σηµαντικός και χρήζει ιδιαίτερης προσοχής, δεδοµένου ότι µπορεί εύκολα να οδηγήσει σε µηαποφασισιµότητα, εάν η ενσωµάτωσή τους δεν είναι περιορισµένη µε κάποιο τρόπο. Η αποφασισιµότητα στα πλαίσια της ενσωµάτωσης κανόνων και λογικών περιγραφής (SWRL = OLW DL + Datalog RuleML) µπορεί να επανακτηθεί µε την επιβολή ενός όρου ασφάλειας στους SWRL κανόνες. Αυτός ο όρος ασφάλειας είναι γνωστός ως «DL-safety» και οι SWRL κανόνες, που είναι σύµφωνοι µε αυτό τον όρο ασφάλειας, καλούνται γενικά «DL-safe SWRL rules» ή «DL-safe rules». Οι DL-safe κανόνες δεν είναι κάτι εντελώς ξεχωριστό από τη SWRL, αλλά αποτελούν ένα κοµµάτι της SWRL. Πιο συγκεκριµένα, οι DL-safe κανόνες επιτρέπουν στις κλάσεις και τις ιδιότητες από το τµήµα της Λογικής Περιγραφής (OWL-DL) να εµφανίζονται ελεύθερα στη κεφαλή ή το σώµα ενός κανόνα, και ο µόνος περιορισµός να είναι ότι µπορούν να 70

73 εφαρµοστούν µόνο στα ρητά ονοµασµένα στιγµιότυπα της βάσης γνώσης. ηλαδή, οι µεταβλητές του κανόνα µπορούν να αντιστοιχιστούν µόνο σε στιγµιότυπα που περιλαµβάνονται ρητά µέσα στη βάση γνώσης. Έτσι π.χ. δε µπορεί να εκφραστεί η έννοια : «Ο ιδιοκτήτης του αυτοκινήτου x είναι και ιδιοκτήτης κάποιου κινητήρα» (ποιού κινητήρα;). Ενώ επίσης, οι DL-safe κανόνες επιτρέπουν οι κανόνες Horn να είναι χωρίς συναρτήσεις [5.2] SWRL και Built-ins Ένα πολύ σηµαντικό χαρακτηριστικό της SWRL είναι οι built-ins συναρτήσεις, δηλαδή τα SQWRL και SWRLB. Η SWRL παρέχει έναν πολύ ισχυρό µηχανισµό επέκτασης που επιτρέπει σε µεθόδους καθορισµένες από το χρήστη να χρησιµοποιούνται στους κανόνες. Αυτές οι µέθοδοι (συναρτήσεις) καλούνται built-ins και είναι κατηγορήµατα που δέχονται ένα ή περισσότερα ορίσµατα. Το σύνολο των built-ins περιλαµβάνει βασικούς µαθηµατικούς τελεστές, µεθόδους χειρισµού ηµεροµηνιών και συµβολοσειρών και πολλές άλλες έτοιµες συναρτήσεις, κάποιες από αυτές θα παρουσιαστούν παρακάτω αναλυτικότερα. Αυτά τα built-ins µπορούν να χρησιµοποιηθούν άµεσα στους SWRL κανόνες. Παραδείγµατος χάριν, το ορισµένο από το πυρήνα της SWRL built-in greaterthanorequal µπορεί να χρησιµοποιηθεί σε ένα κανόνα ως εξής για να δείξει ότι ένα πρόσωπο µε µια ηλικία 18 ή µεγαλύτερος είναι ενήλικος [5.2], [5.11]: Person(?p) hasage(?p,?age) swrlb:greaterthanorequal(?age,18) -> Adult(?p) Όταν εκτελείται αυτός ο κανόνας, θα ταξινοµήσει τα άτοµα της κλάσης Person που έχουν την ιδιότητα hasage µε τιµή µεγαλύτερη ή ίση του 18 ως µέλη της κλάσης Adult. Ο χαρακτηριστής swrlb πριν από το όνοµα του built-in δείχνει το ψευδώνυµο του namespace που περιέχει τον ορισµό του built-in. Σε αυτήν την περίπτωση, δείχνει ότι το built-in προέρχεται από την οντολογία των πυρήνων-builtins της SWRL. Οι χρήστες µπορούν επίσης να καθορίσουν δικές τους βιβλιοθήκες από builtins. Και τα built-ins 71

74 που καθορίζονται από το χρήστη µπορούν να χρησιµοποιηθούν άµεσα στους κανόνες SWRL. Ένας OWL ορισµός για ένα SWRL built-in παρέχεται από µία κλάση Builtin, η οποία περιλαµβάνεται στην οντολογία swrl (παράδειγµα στο Παράρτηµα [Β]) και βρίσκεται στα αρχεία swrl.owl και swrlb.owl. Ένα νέο built-in καθορισµένο από το χρήστη περιγράφεται στην OWL ως στιγµιότυπο αυτής της κλάσης, Builtin. Το όνοµα αυτού του στιγµιοτύπου τίθεται και ως όνοµα του built-in. Γενικά, ένα σύνολο σχετικών built-ins καθορίζεται σε ένα ενιαίο OWL αρχείο. Για να χρησιµοποιηθούν αυτά τα built-ins, τα καθορισµένα από το χρήστη, στους SWRL κανόνες, το αρχείο που τα περιέχει πρέπει να εισαχθεί-συµπεριληφθεί. Οι built-in συναρτήσεις που χρησιµοποιήθηκαν στα πλαίσια αυτής της εργασίας παρατίθενται στο Παράρτηµα [C]. Τα built-ins, που ορίζονται στο πυρήνα της SWRL, χωρίζονται στις ακόλουθες κατηγορίες [5.9], [5.10]: 1. Built-ins για Συγκρίσεις. 2. Math Built-ins. 3. Built-ins για Boolean Τιµές. 4. Built-ins για Συµβολοσειρές. 5. Built-ins για Ηµεροµηνία, Ώρα και ιάρκεια. 6. Built-ins για URIs. 7. Built-ins για Λίστες. 72

75 6 Εργαλεία Υλοποίησης Τα εργαλεία που χρησιµοποιήθηκαν στα πλαίσια υλοποίησης της παρούσας µεταπτυχιακής εργασίας θα παρουσιαστούν αναλυτικά σε αυτό το κεφάλαιο. Πρώτα θα αναφερθούµε στη πλατφόρµα ανάπτυξης και διαχείρισης οντολογιών Protégé. Στην συνέχεια θα δούµε τους εξυπηρετητές υπηρεσιών συλλογιστικής ή συστήµατα συλλογιστικής (reasoners) που συνδυάστηκαν µε την πλατφόρµα ανάπτυξης και τέλος θα αναφερθούµε στις µηχανές δήλωσης κανόνων που χρησιµοποιήσαµε. 6.1 Πλατφόρµα Συγγραφής Οντολογιών Protégé Το κύριο κριτήριο επιλογής της πλατφόρµας Protégé, για την υλοποίηση της οντολογίας µας, ήταν το ότι αυτό αποτελεί το πιο δηµοφιλές περιβάλλον. Κατά την έναρξη της εκπόνησης δεν είχαµε την κατάλληλη εµπειρία για να υπάρξουν άλλα, πιο αντικειµενικά κριτήρια επιλογής. Σύµφωνα µε πηγές [6.1], από τα πιο δηµοφιλή πλέον περιβάλλοντα συγγραφής οντολογιών είναι το Protégé (68,2%), µε δεύτερο το SWOOP (13,6%) και τρίτο το OntoEdit (12,2%). Οι περισσότεροι από τους συµµετέχοντες στην έρευνα ανήκουν στον ακαδηµαϊκό τοµέα. Αν σήµερα ξεκινούσαµε από την αρχή την υλοποίησή µας θα επιλέγαµε και πάλι το Protégé αφού δεν µας απογοήτευσε µε την σταθερότητά του, την ταχύτητα απόδοσης και τις πολλές δυνατότητες που µας προσέφερε Γενικά χαρακτηριστικά Το Protégé είναι πλατφόρµα βασισµένη σε Java και ανοιχτού κώδικα. Αποτελεί αυτή τη στιγµή την πιο ολοκληρωµένη λύση για συγγραφή και διαχείριση οντολογιών. Πρόκειται για το πιο παλιό και πιο πλήρες περιβάλλον διαχείρισης οντολογιών. Πρωτοεµφανίστηκε το 1988 και στην αρχή αποτελούσε απλώς ένα µέσο για τη δηµιουργία εργαλείων ανάκτησης γνώσης για έµπειρα συστήµατα. Σήµερα χάρη στις προσπάθειες του τµήµατος ιατρικής πληροφορικής του πανεπιστηµίου του Stanford, το 73

76 Protégé έχει εξελιχθεί σε ένα σύγχρονο εργαλείο µοντελοποίησης γνώσης. Μετά από τόσα χρόνια ανάπτυξης έχει φτάσει στην έκδοση 4.1 (Φεβρουάριος 2011) [6.2], ενώ η κοινότητα εγγεγραµµένων χρηστών ξεπερνά τα µέλη. Το Protégé αριθµεί πληθώρα plugins [6.3] για οτιδήποτε σχετικό µε RDF(S) και OWL. Υποστηρίζει πλήρως τη γλώσσα OWL και συνεργάζεται µε εξωτερικούς εξυπηρετητές υπηρεσιών συλλογιστικής σύµφωνα µε τη διαλειτουργικότητα DIG (περισσότερα για το DIG σε επόµενη ενότητα ενότητα ). Είναι απόλυτα παραµετροποιήσιµο και επεκτάσιµο σε σηµείο να αποτελεί τη βασικότερη επιλογή δωρεάν προσφερόµενων περιβαλλόντων για συγγραφή οντολογιών. Η ευχρηστία είναι βασικό χαρακτηριστικό του Protégé. Υπάρχει βοήθεια για οτιδήποτε στην οθόνη του χρήστη και µπορεί κανείς να ξεκινήσει την ανάπτυξη της οντολογίας χωρίς να έχει ιδιαίτερο θεωρητικό υπόβαθρο. Αξιοσηµείωτο είναι ότι το Protégé υποστηρίζει την αποθήκευση µιας οντολογίας σε Βάση εδοµένων, περισσότερο όµως αυτό γίνεται για λόγους διατήρησης της οντολογίας. εν υπάρχει αντιστοιχία µεταξύ του αναπτυσσόµενου µοντέλου και του σχήµατος της Βάσης εδοµένων κατά τρόπο ώστε να είναι δυνατή η αξιοποίηση της Βάσης από τρίτους. Οι δηµιουργοί του Protégé αναφέρουν για το σχήµα της Βάσης ότι προτιµητέο είναι οι προγραµµατιστές (developers) να αναπτύσσουν τα δικά τους σχήµατα Βάσης εφόσον τους ενδιαφέρει [6.6]. Όπως έχουµε προαναφέρει, µία οντολογία περιγράφει το σύνολο των ρητών προσδιοριστικών εννοιών και συσχετίσεων που είναι σηµαντικές σε ένα συγκεκριµένο πεδίο γνώσης, παρέχοντας ένα λεξικό για το πεδίο. Επίσης, προσδιορίζει την σηµασία των όρων που χρησιµοποιούνται στο συγκεκριµένο πεδίο και βρίσκονται στο λεξικό. Τα τελευταία χρόνια οι οντολογίες απαντώνται σε αρκετές επιστηµονικές και επαγγελµατικές κοινότητες ως µέσο διαµοιρασµού, επαναχρησιµοποίησης και επεξεργασίας γνώσης σε συγκεκριµένα πεδία. Η πλατφόρµα του Protégé υποστηρίζει δύο βασικούς τύπους µοντελοποίησης οντολογιών [6.7]: 1. Η εφαρµογή «Protégé-frames editor» που δίνει τη δυνατότητα στους χρήστες να κατασκευάσουν και να δηµοσιοποιήσουν οντολογίες που ακολουθούν το πλαίσιο του πρωτοκόλλου Open Knowledge Base Connectivity (OKBC). 2. Η εφαρµογή «Protégé-OWL editor» που δίνει τη δυνατότητα στους χρήστες να κατασκευάσουν οντολογίες για το Σηµασιολογικό Ιστό, και συγκεκριµένα για τη γλώσσα αναπαράστασης οντολογιών OWL. 74

77 Να επισηµάνουµε ότι για την υλοποίησή της οντολογίας µας σε OWL χρησιµοποιήσαµε την εφαρµογή «Protégé-OWL editor» και πιο συγκεκριµένα την έκδοση Version (Build 579) του Protégé. Για την λειτουργία και τις δυνατότητες της πλατφόρµας αυτής δεν θα δώσουµε πολλές λεπτοµέρειες, αφού στο διαδίκτυο υπάρχουν πάρα πολλά εγχειρίδια [6.5] για να µπορέσει κάποιος να την χρησιµοποιήσει. Τέλος να αναφέρουµε ότι κατά κύριο λόγο κάναµε χρήση του εγχειριδίου ProtegeOWLTutorialP [6.4] πριν την έναρξη της υλοποίησής µας Σύγκριση Εργαλείων Ανάπτυξης Οντολογιών Στην ενότητα αυτή θα παραθέσουµε µια συγκριτική αξιολόγηση πέντε εργαλείων ανάπτυξης οντολογιών. Τα εργαλεία που επιλέξαµε είναι Protégé 4.0, Ontolingua Server, WebOnto, OILEd και WebODE. Εκτός από αυτά υπάρχει πληθώρα ελεύθερων και εµπορικών εργαλείων ανάπτυξης οντολογίας στην αγορά σήµερα και κάθε µια έχει τα πλεονεκτήµατα και τα µειονεκτήµατά της. Για να ανακαλύψει ο αναγνώστης ποιό εργαλείο θα είναι το καταλληλότερο για τη δηµιουργία µιας οντολογίας, τα εργαλεία αξιολογήθηκαν σύµφωνα µε κάποιους βασικούς παράγοντες. Τα κριτήρια σύµφωνα µε τα οποία έγινε η αξιολόγηση είναι τα ακόλουθα [6.7]: 1. Αρχιτεκτονική λογισµικού και εξέλιξη εργαλείου : Το κριτήριο αυτό σχετίζεται µε την αρχιτεκτονική του εργαλείου (αυτόνοµη εφαρµογή, εφαρµογή πελάτη/εξυπηρετητή και n-tier εφαρµογή), την επεκτασιµότητα, την αποθήκευση οντολογιών και την ανοχή αποτυχίας. 2. ιαλειτουργικότητα : Το κριτήριο περιλαµβάνει πληροφορίες για τη διαλειτουργικότητα των εργαλείων µε άλλα εργαλεία ανάπτυξης και γλώσσες οντολογίας καθώς επίσης και µεταφράσεις από και σε άλλες γλώσσες οντολογίας. Όλα τα πρόσφατα εργαλεία υποστηρίζουν την εισαγωγή και εξαγωγή σε και από πολλές γλώσσες σε µία ποικιλία µορφών. 3. Υπηρεσίες εξαγωγής συµπεράσµατος : Οι υπηρεσίες εξαγωγής συµπεράσµατος χρησιµοποιούνται για να εξάγουν νέα γνώση από την οντολογία ή για να ελέγξουν τις ασυνέπειες µε τα επίσηµα αξιώµατά της. Οι υπηρεσίες συµπεράσµατος µπορούν είτε να είναι ενσωµατωµένες είτε εξωτερικές. 4. Μοντέλο αναπαράστασης γνώσης : Η αναπαράσταση γνώσης που κρύβεται κάτω από το πρότυπο γνώσης των εργαλείων σχετίζεται µε το συγκεκριµένο 75

78 κριτήριο και πιο συγκεκριµένα µε το φορµαλισµό, τη γλώσσα αναπαράστασης γνώσης και τη τυπική γλώσσα αξιωµάτων. 5. υνατότητες του εργαλείου : στις οποίες περιλαµβάνονται η επεξεργασία εννοιών µε γραφική απεικόνιση, τα συστήµατα βοήθειας (εγχειρίδια, χρήσιµες απαντήσεις, εικονίδια), η συνεργατική ανάπτυξη και η παροχή επαναχρησιµοποιήσιµων βιβλιοθηκών οντολογίας. Με βάση λοιπόν τα παραπάνω κριτήρια που αξιολογήθηκαν τα εργαλεία ανάπτυξης οντολογιών, τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται παρακάτω στο σχήµα 6.1. Σχήµα 6.1 Σύγκριση εργαλείων ανάπτυξης Οντολογιών Protégé Tabs Όπως προαναφέραµε, για την υλοποίηση της Οντολογίας του Εσωτερικού Κανονισµού του ΠΜΣ έγινε χρήση της πλατφόρµας ανάπτυξης οντολογιών Protégé. Σε αυτή την ενότητα θα αναφέρουµε επιγραµµατικά τις βασικές λειτουργίες του προγράµµατος µε µια µικρή περιγραφή. Να σηµειώσουµε ότι τα επιµέρους εργαλεία χωρίζονται σε καρτέλες (Tabs) και θα περιοριστούµε σε αυτά που χρησιµοποιήσαµε, δηλαδή την OWL Classes, Properties, Individuals, Forms, SWLR Rules, OntoViz και Jambalaya. Να αναφέρουµε επίσης ότι η διαχείριση των tabs γίνετε από το µενού 76

79 Project / Configuration και από το αναδυόµενο παράθυρο επιλέγουµε την καρτέλα Tab Widgets. Οι εικόνες που θα παραθέσουµε ανήκουν στην έκδοση Protégé OWL Classes Η πρώτη καρτέλα που θα δούµε είναι η OWL Classes και βρίσκεται στη θέση ένα (1) στο σχήµα 6.2. Αυτή είναι η βασική καρτέλα λειτουργίας, εδώ στη θέση τέσσερα (4) εισάγουµε τις κλάσεις της οντολογίας µας, ενώ στη θέση δύο (2) τοποθετούµε σχόλια για κάθε µια από αυτές. Τέλος να αναφέρουµε ότι στη θέση τρία (3) µπορούµε να βάλουµε τους περιορισµούς στις σχέσεις µεταξύ των κλάσεων που δηµιουργήσαµε. Σχήµα 6.2 Καρτέλα OWL Classes. Properties Η δεύτερη καρτέλα που παραθέτουµε είναι η Properties και βρίσκετε στη θέση ένα (1) στο σχήµα 6.3. Αυτή είναι καρτέλα δηµιουργίας των ιδιοτήτων των κλάσεων της 77

80 οντολογίας µας. Εδώ στη θέση δύο (2) επιλέγουµε από τις επιµέρους καρτέλες των τύπο της ιδιότητας που θέλουµε να εισάγουµε και αυτές εµφανίζονται στη θέση τρία (3) απ όπου µπορούµε να ορίσουµε την ιεραρχία τους. Στη θέση τέσσερα (4) υπάρχει η δυνατότητα να διαχειριστούµε τις ιδιότητες, δηλαδή να δηλώσουµε µε ποιες κλάσεις αλληλεπιδρούν ή να ορίσουµε το είδος τιµών του µπορούν να έχουν (π.χ. string, int, float, boolean, date κ.τ.λ) ή να δηµιουργήσουµε µια αντίστροφη συνάρτηση ή να τοποθετήσουµε κάποια σχόλια σε αυτές. Σχήµα 6.3 Καρτέλα Properties. Individuals Η επόµενη καρτέλα είναι η Individuals και βρίσκετε στη θέση ένα (1) στο σχήµα 6.4. Αυτή είναι καρτέλα δηµιουργίας στιγµιοτύπων - ατόµων (Individuals) των κλάσεων της οντολογίας µας. Στη θέση δύο (2) επιλέγουµε σε ποια από τις υπάρχουσες κλάσεις θέλουµε να προσθέσουµε στιγµιότυπα (Individuals) και στη συνέχεια από την θέση τρία (3) τα δηµιουργούµε. Τέλος στη θέση τέσσερα (4) βλέπουµε τις τιµές που µπορεί να πάρει το κάθε Individual της κλάσης, ανάλογα µε τις ιδιότητές και τους 78

81 περιορισµούς που της έχουµε δώσει. Παρατηρώντας στην θέση τέσσερα (4) του σχήµατος βλέπουµε ότι στις επιτρεπόµενες τιµές κάποια πλαίσια έχουν ένα κόκκινο περίγραµµα. Το περίγραµµα αυτό δηλώνει ότι υπάρχει κάποιος περιορισµός στις τιµές που µπορεί να λάβει το Individual και θα πρέπει να τον ικανοποιεί για να εξαλειφθεί αυτό (π.χ. αν έχουµε δηλώσει ότι ο κάθε φοιτητής πρέπει να δηλώσει 5 µαθήµατα στο εξάµηνο και αυτός έχει επιλέξει µόνο 3, τότε µέχρι να επιλέξει και τα υπόλοιπα θα υπάρχει το κόκκινο περίγραµµα γύρο από το πλαίσιο τιµών). Σχήµα 6.4 Καρτέλα Individuals. SWRL Rules Η καρτέλα SWRL Rules βρίσκετε στη θέση ένα (1) στο σχήµα 6.5. Είναι η καρτέλα δηµιουργίας και διαχείρισης των SWRL κανόνων. Εδώ, στη θέση δύο (2) επιλέγουµε τη δηµιουργία, διαγραφή ή µετονοµασία των κανόνων και επίσης µπορούµε να εκκινήσουµε το plug-in επεξεργασίας κανόνων του Jess που θα αναφερθούµε 79

82 λεπτοµερέστερα παρακάτω. Τέλος στη θέση τρία διαχειριζόµαστε τους κανόνες που γράφουµε. Σχήµα 6.5 Καρτέλα SWRL Rules. Forms Η επόµενη καρτέλα είναι η Forms και βρίσκετε στη θέση ένα (1) στο σχήµα 6.6. Είναι µια καρτέλα που δεν έχει να κάνει µε την διαχείριση της οντολογίας µας, όπως ήταν όλες οι προηγούµενες, αλλά µέσω αυτής ελέγχουµε το γραφικό περιβάλλον του Protégé για το πώς θα βλέπουµε τις ιδιότητες του κάθε ατόµου (Individual). Στη θέση δύο (2) επιλέγουµε ποιας κλάσης την φόρµα παρουσίασης θέλουµε να επεξεργαστούµε. Αφού επιλέξουµε την φόρµα µας τη µεταβάλλουµε όπως επιθυµούµε από την θέση τρία (3) του σχήµατος. 80

83 Σχήµα 6.6 Καρτέλα Forms. Jambalaya και OntoViz Οι δύο τελευταίες καρτέλες που θα παρουσιάσουµε είναι οι Jambalaya και OntoViz και στόχος τους είναι να δώσουν µια γραφική αναπαράσταση των οντολογιών που δηµιουργούµε. Να αναφέρουµε σε αυτό το σηµείο ότι αν και το Jambalaya µας προσφέρει πολύ εντυπωσιακά σχήµατα, δεν είναι τόσο καλά από θέµα οργάνωσης για να µας βοηθήσει σε µεγάλες υλοποιήσεις. Από την άλλη πλευρά το OntoViz δίνει λιγότερο εντυπωσιακά σχήµατα αλλά πιο ξεκάθαρα. Συνεπώς σε µια µικρή υλοποίηση µπορούµε να προτιµήσουµε το Jambalaya, ενώ σε µια µεγαλύτερη το OntoViz. Η καρτέλα που θα δούµε πρώτα είναι του Jambalaya και βρίσκετε στη θέση ένα (1) στο σχήµα 6.7. Στη θέση δύο (2) αποτυπώνονται σχηµατικά οι οντολογίες που αναπτύσσουµε, ενώ στη θέση τρία (3) επιλέγουµε ποιον από τους προεπιλεγµένους τρόπους παρουσίασης επιθυµούµε. 81

84 Σχήµα 6.7 Καρτέλα Jambalaya. Τέλος παρουσιάζουµε την καρτέλα OntoViz που βρίσκετε στη θέση ένα (1) στο σχήµα 6.8. Στη θέση δύο (2) αποτυπώνονται σχηµατικά οι οντολογίες που αναπτύσσουµε, ενώ στη θέση τρία (3) προσαρµόζουµε την παρουσίαση που θέλουµε σύµφωνα µε τις κλάσεις και τα χαρακτηριστικά που επιθυµούµε. Να αναφέρουµε ακόµα ότι τα σχήµατα που προκύπτουν υπάρχει η δυνατότητα να τα λάβουµε αυτόµατα µε την µορφή εικόνας (π.χ. gif). 82

85 Σχήµα 6.8 Καρτέλα OntoViz. 6.2 Εξυπηρετητές Υπηρεσιών Συλλογιστικής Το κύριο κριτήριο επιλογής του εξυπηρετητή υπηρεσιών συλλογιστικής ή σύστηµα συλλογιστικής (reasoner) για την υλοποίησή µας, ήταν και εδώ η δηµοτικότητα [6.8]. Κατά την έναρξη της εκπόνησης έγινε χρήση του Racer [6.9], αλλά στη συνέχεια λόγο κάποιων αδυναµιών αυτού, που θα δούµε παρακάτω, επιλέξαµε τον Pellet [6.10]. Να σηµειώσουµε επίσης ότι το Protégé έχει προεγκατεστηµένη την διασύνδεση εξυπηρετητών DIG [6.11]. Σε αυτή την ενότητα θα πούµε λίγα λόγια για τους reasoners και θα παρουσιάσουµε συνοπτικά την DIG και τους εξυπηρετητές που προαναφέραµε. 83

86 6.2.1 Reasoners Οι εξυπηρετητές υπηρεσιών συλλογιστικής (reasoners) είναι τα προγράµµατα που πρωτίστως αναλαµβάνουν τον εννοιολογικό έλεγχο της οντολογίας εφαρµόζοντας σε αυτή ελέγχους συνέπειας (consistency checks). Επίσης µπορούν να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα Βάση Γνώσεως απαντώντας σε ερωτήσεις των οποίων οι απάντηση προκύπτει από τα δεδοµένα µε την απλή επαγωγική εφαρµογή κανόνων λογικής. Επιπλέον, οι reasoners είναι αυτοί που στην πράξη χρησιµοποιούν την υπάρχουσα γνώση για να την εµπλουτίσουν εξάγοντας, συνήθως επαγωγικά, περισσότερη πληροφορία. Οι reasoners στην ουσία είναι αυτοί που θα εξάγουν την πληροφορία από µια Βάση Γνώσεως. Ανάλογα µε τους αλγόριθµους επαγωγής που έχει ο κάθε εξυπηρετητής µπορεί να συµπεράνει την ισχύ γεγονότων που δεν έχουν δηλωθεί ρητά. εν είναι δυνατό να εξαχθεί συµπερασµατική γνώση χωρίς τη χρήση διαδικασιών συλλογιστικής. Οι βασικές υπηρεσίες συλλογιστικής µπορούν να καταταγούν στις παρακάτω κατηγορίες [6.6]: Έλεγχος συνέπειας (Consistency checking). Εξασφαλίζει ότι η οντολογία δεν περιέχει αντικρουόµενες έννοιες. Χρησιµοποιώντας όρους Περιγραφικής Λογικής, η υπηρεσία αυτή δηλώνει την εξασφάλιση ότι το ABox είναι συνεπές ως προς το TBox. Ικανοποιησιµότητα (Concept satisfiablility). Ελέγχει αν είναι δυνατό η κάθε κλάση να έχει άτοµα. Αν µια κλάση λόγω του ορισµού της δε µπορεί να έχει άτοµα αυτό σηµαίνει ότι η οντολογία είναι ασυνεπής στο σύνολό της. Κατηγοριοποίηση (Concept Subsumption, Classification). Μπορεί να υπολογίσει το ιεραρχικό δένδρο κλάσεων/υποκλάσεων. Το δένδρο αυτό µπορεί να χρησιµοποιηθεί για παράδειγµα στην αποτίµηση ερωτηµάτων πάνω σε µια κλάση και να επιστρέψει επαγωγικά όλες τις υποκλάσεις της ή µόνο τις άµεσες υποκλάσεις. Έλεγχος Στιγµιότυπων (Instance Checking - Realization). Έχει τη δυνατότητα να υπολογίσει τις κλάσεις στις οποίες ανήκει ένα άτοµο. Με άλλα λόγια µπορεί να υπολογίσει τον τύπο του κάθε ατόµου. Η λειτουργία realization µπορεί να λειτουργήσει µόνο µετά από την κατηγοριοποίηση καθώς η ιεραρχία των κλάσεων είναι απαραίτητη. 84

87 Όσον αφορά τώρα, τις ιδιότητες των εξυπηρετητών υπηρεσιών συλλογιστικής σχετικά µε τη συµπεριφορά τους, τρεις είναι ιδιαίτερου ενδιαφέροντος όσον αφορά την Περιγραφική Λογική και τη Λογική γενικότερα. Αυτοί είναι: 1. Τερµατισµός (Termination). ηλώνει αν ο αλγόριθµος τερµατίζει πάντα ή υπάρχει η περίπτωση να εκτελείται επ άπειρον. 2. Ορθότητα (Soundness). Μια διαδικασία συλλογιστικής είναι ορθή (sound) αν για κάθε φόρµουλα που αποδεικνύεται ικανοποιήσιµη τότε η φόρµουλα είναι όντως ικανοποιήσιµη. 3. Πληρότητα (Completeness). Μια διαδικασία συλλογιστικής είναι πλήρης όταν, κάθε φορά που εκτελείται σε ικανοποιήσιµες έννοιες πάντα τερµατίζει µε έγκυρο αποτέλεσµα (είναι clash-free) DIG Πριν παρουσιάσουµε τους δύο εξυπηρετητές που χρησιµοποιήσαµε, καλό είναι να αναφερθούµε στη διασύνδεση (DIG DL Implementation Group). Αυτή βασίζεται σε απλές HTTP get/put µεθόδου και ο ρόλος της είναι διαµεσολαβητικός µεταξύ των εξυπηρετητών υπηρεσιών συλλογιστικής και των περιβαλλόντων διαχείρισης οντολογιών. Αν και δεν έχει προκύψει ακόµα κάποιο πρότυπο, η DIG υποστηρίζεται από τους περισσότερους εξυπηρετητές όπως ο FaCT++, ο Racer, ο Pellet και η Jena [6.8]. Παράλληλα, εργαλεία όπως το Protégé, το SWOOP ή το OilEd υποστηρίζουν επίσης τη DIG. Με αυτό τον τρόπο είναι δυνατός οποιοσδήποτε συνδυασµός εξυπηρετητή και περιβάλλοντος συγγραφής από τα παραπάνω. Η DIG [6.11] δε σχεδιάστηκε να παρέχει τη γενικότερη διαλειτουργικότητα που απαιτείται για την παροχή υπηρεσιών συλλογιστικής, αν και σε αυτό χρησιµοποιείται ευρέως. Παρέχει έναν ελαφρύ µηχανισµό για τα διάφορα εργαλεία που χρειάζονται να αλληλεπιδρούν µε υπηρεσίες συλλογιστικής Περιγραφικής Λογικής. Θέµατα όπως διαχείριση πελατών, συναλλαγών, µόνιµη αποθήκευση σε Βάσεις εδοµένων δεν καλύπτονται από τις προδιαγραφές της DIG. Η συνήθης χρήση της είναι ως διεπαφή για OWL υπηρεσίες συλλογιστικής. Η γλώσσα που υποστηρίζεται από τη DIG είναι διαφορετική από την OWL και για τη διαλειτουργικότητα απαιτείται µετάφραση η οποία είναι συνήθως εύκολη. Η γλώσσα αυτή αναπτύσσεται από το DIG Working Group [6.11] και διατηρείται ξεχωριστή ώστε 85

88 το Group να διατηρεί την αυτονοµία του και να µην επηρεάζεται από τις εξελίξεις στις γλώσσες περιγραφής της γνώσεως. Για την επικοινωνία µε τον εξυπηρετητή, υλοποιούνται δυο τύποι αιτηµάτων, ASK και TELL µε τα οποία αποστέλλονται ερωτήµατα ή ενηµερώνεται ο εξυπηρετητής, αντίστοιχα. Η επικοινωνία πραγµατοποιείται µε συγκεκριµένα XML µηνύµατα που αποστέλλονται µέσω του πρωτοκόλλου HTTP Racer Ο Racer (Renamed Abox and Concept Expression Reasoner) ήταν ο πρώτος εξυπηρετητής που χρησιµοποιήσαµε στην υλοποίησή µας. Αυτός διατίθεται εµπορικά και πλέον είναι υπό το όνοµα RacerPro [6.9]. Ο Racer, σε αντίθεση µε τον RacerPro, δεν υποστηρίζει τη διαλειτουργικότητα DIG. Ο RacerPro στηρίζεται στη λογική περιγραφής (description logic) και παρέχει σχεδόν πλήρη υποστήριξη για OWL DL οντολογίες µέσω κανόνων που καθορίζονται ρητά από το χρήστη. Ο λόγος που µας οδήγησε σε αλλαγή αυτού µε τον Pellet είναι η µη πλήρης συµβατότητα µε την διεπαφή DIG (επέστρεφε λάθη που δεν υπήρχαν στον εννοιολογικό έλεγχο). Σύµφωνα µε τους κατασκευαστές του [6.9], ο Racer χειρίζεται µεγάλο αριθµό Aboxes σε συνδυασµό µε µεγάλο αριθµό Tboxes. Παρέχει τόσο τυπικές όσο και µη τυπικές υπηρεσίες συµπερασµατολογίας για εξελιγµένες εφαρµογές οντολογιών. Ακόµη εκτός από την διαχείριση της OWL, έχει την δυνατότητα υποστήριξης κανόνων και παρέχει περιοριστική λογική και εκφραστική απάντηση ερωτηµάτων (π.χ., στο συντακτικό της SPARQL [6.21]). Παράλληλα η γλώσσα ερωτηµάτων Racer nrql [6.22] (new Racer Query Language) προσφέρει αξιόπιστο σύνολο µε συναρτήσεις ερωτηµάτων όπως είναι η χρήση άρνησης. Να επισηµάνουµε όµως ότι ο RacerPro δεν υποστηρίζει πλήρως τους κανόνες SWRL σε όλες τις πτυχές των ABox. Τέλος να αναφέρουµε ότι υπάρχουν διορθώσεις σφαλµάτων και βελτιώσεις επιδόσεων στον πυρήνα RacerPro σε σχέση µε το Racer, η σύνταξη SWRL βασίζετε σε γλώσσα κανόνων, έγιναν σηµαντικές βελτιώσεις στη nrql και τέλος οι µετρήσεις του χρόνου µέσω εξυπηρετητή κατέστη δυνατή. 86

89 6.2.4 Pellet Ο Pellet [6.9] είναι ο πρώτος ορθός και πλήρης (sound and complete) reasoner για την OWL DL [6.12]. Είναι ανοιχτού λογισµικού, γραµµένος σε java και διατίθεται υπό ειδική άδεια των κατασκευαστών του. Οι υπηρεσίες συλλογιστικής που προσφέρει ο Pellet είναι οι υπηρεσίες των reasoners που αναφέρθηκαν παραπάνω και είναι προσβάσιµες µέσω υποβολής ερωτηµάτων, για τα οποία χρησιµοποιείται η διαλειτουργικότητα DIG. Ο Pellet είναι σε θέση να ελέγξει OWL Full έγγραφα και να διαπιστώσει αν είναι δυνατό να εκφραστούν χρησιµοποιώντας το DL υποσύνολο της OWL. Αν αυτό ισχύει, τότε µπορεί να το επεξεργαστεί χωρίς πρόβληµα. Αξιοσηµείωτο είναι ότι εκτός από το σύνηθες σύνολο υπηρεσιών reasoning που προσφέρει ο Pellet επιπλέον παρέχει και υπηρεσίες για αποσφαλµάτωση και επεξήγηση οντολογιών. Η διαφορά του Pellet όµως από τους υπόλοιπους reasoners είναι ότι από την αρχή σχεδιάστηκε ώστε να συνεργάζεται µε την OWL. Σχεδιάστηκε έτσι ώστε ο πυρήνας του κώδικά του να είναι όσο το δυνατόν µικρότερος µε αποτέλεσµα να είναι επεκτάσιµος. Ακόµα κι ο πυρήνας είναι επεκτάσιµος, γεγονός που έχει επιτρέψει στους δηµιουργούς του να αναπτύσσουν εύκολα επεκτάσεις. Οι OWL οντολογίες φορτώνονται στον reasoner µετά από εκτίµηση του τύπου τους και πιθανές διορθώσεις. Κατά τη διαδικασία αυτή οι δηλώσεις για τις κλάσεις τοποθετούνται στο TBox και οι ισχυρισµοί για τα στιγµιότυπα στο ABox. Το σύστηµα προσφέρει προγραµµατιστική πρόσβαση µέσω του Service Protocol Interface (SPI) στις συλλογιστικές υπηρεσίες που παρέχει [6.6]. 6.3 Συστήµατα Εξαγωγής Συµπερασµάτων µε Κανόνες Για την συγγραφή κανόνων, στα πλαίσια της εργασίας µας χρησιµοποιήσαµε το SWRL tab του Protégé. Γενικότερα οι συµβατικές προσεγγίσεις στη συγγραφή κανόνων συµπεριλαµβάνουν εργαλεία όπως η Jess [6.15], το Drools [6.16] ή το ενσωµατωµένο σύστηµα κανόνων της Jena [6.17]. Εµείς µετά από παρότρυνση του επιβλέποντος καθηγητή επιλέξαµε την Jess. Για να την χρησιµοποιήσουµε έπρεπε να την ενσωµατώσουµε στο πρόγραµµα ανάπτυξης οντολογιών Protégé σύµφωνα µε τις οδηγίες εγκατάστασης [6.18] και στη συνέχεια να µελετήσουµε το εγχειρίδιό της [6.19]. 87

90 6.3.1 Jess Η Jess είναι µια µηχανή δήλωσης κανόνων γραµµένη σε γλώσσα Java. Η ιστορία της Jess ξεκινά το 1995 και η ιδέα πίσω από τη Jess είναι το να µπορεί κανείς να προγραµµατίζει όχι µε συναρτήσεις αλλά µε το να ορίζει ένα σύνολο κανόνων το οποίο θα εφαρµόζεται συνεχώς σε ένα σύνολο δεδοµένων. Η µηχανή εκτέλεσης κανόνων της Jess βασίζεται στον αλγόριθµο Rete [6.13] και στη µηχανή επεξεργασίας κανόνων της Jena. Η Jess δε διατίθεται ελεύθερα. ιαθέσιµη είναι µόνο µια µειωµένη έκδοση της Jess, η CLIPS [6.14]. Οι προσεγγίσεις που ακολουθούνται περισσότερο για την εξυπηρέτηση αναγκών του Σηµασιολογικού Ιστού περιλαµβάνουν την RuleML [6.20] και την SWRL για την οποία έγινε εκτενής αναφορά στην ενότητα 5.2. Να υπενθυµίσουµε ότι η RuleML είναι µια γλώσσα εφαρµογής κανόνων που χρησιµοποιούνται για την αφαίρεση, την επανασυγγραφή και τις περαιτέρω διεργασίες µετασχηµατισµών. Γενικά, είναι µια επεκτάσιµη προδιαγραφή για την άµεση ανταλλαγή κανόνων. Οι κανόνες στην RuleML δηλώνονται σε συνδυασµό φυσικής γλώσσας και σηµειώσεων. Οι περαιτέρω σκοποί αυτής της επισηµείωσης περιλαµβάνουν την παροχή ενός σχήµατος ανταλλαγής κανόνων µεταξύ των διαφορετικών εργαλείων/συστηµάτων, το χαρακτηρισµό των κανόνων περιεχοµένου στα επιχειρησιακά έγγραφα και την παροχή µιας υψηλού επιπέδου γλώσσας προδιαγραφών για το ενεργό περιεχόµενο στο διαδίκτυο. Όπως προαναφέραµε σε προηγουµένη ενότητα, µε τη χρήση της SWRL είναι δυνατή η µετάφραση προγραµµάτων άλλου τύπου σε OWL, όπως για παράδειγµα Prolog ή SQL, όπου οι όψεις και τα ερωτήµατα θα µπορούσαν να είναι κανόνες της SWRL. Η SWRL έχει υλοποιηθεί ως επέκταση του Protégé στη καρτέλα SWRLTab και επιτρέπει την έκφραση και εκτέλεση προτάσεων. Σε κάθε περίπτωση απαιτείται η ενσωµάτωση (owl:import) της SWRL οντολογίας στην υπό ανάπτυξη οντολογία. Επιπλέον, οι εξυπηρετητές υπηρεσιών συλλογιστικής Pellet και KAON2 [6.23] υποστηρίζουν την SWRL, αλλά όχι στην πλήρη εκφραστικότητά της λόγω των πολλών ασυµβατοτήτων µεταξύ OWL DL και έκφραση µε κανόνες Horn προτάσεων της λογικής πρώτου βαθµού [6.6]. Το σηµαντικότερο πρόβληµα είναι η ελευθερία στην προσφερόµενη εκφραστικότητα από τους κανόνες, που την καθιστά συχνά αδύνατη. Με άλλα λόγια, το υποσύνολο µιας γλώσσας κανόνων που να µπορεί να χρησιµοποιηθεί για να επιβεβαιώσει τις πεπερασµένες διαδικασίες συλλογιστικής είναι περιορισµένο. Οι 88

91 δηµιουργοί του Pellet πρότειναν ένα υποσύνολο ασφαλών SWRL κανόνων που βεβαιώνουν τη σωστή απόφαση, αλλά η υποστήριξη SWRL ή RuleML στις εφαρµογές είναι ακόµα µια ρέουσα διαδικασία [6.6]. 89

92 7 Υλοποίηση της Οντολογίας Όπως έχουµε αναφέρει σε προηγούµενο κεφάλαιο η ανάπτυξη της οντολογίας µας έγινε µε χρήση της OWL DL και την πλατφόρµα ανάπτυξης Protégé. Στόχος της οντολογίας αυτής είναι να περιγράψει τον Εσωτερικό Κανονισµό (ΕΚ) του ΠΜΣ Πληροφορική και ιοίκηση [7.1]. Συνεπώς στόχος µας είναι, µέσα από το κείµενο του ΕΚ να δηµιουργήσουµε µια αλληλουχία δεδοµένων που η σηµασία τους να γίνετε αντιληπτή από ένα πρόγραµµα υπολογιστή, κατά τέτοιο τρόπο, ώστε αυτό να καταλαβαίνει το νόηµά τους και να µπορεί να τα επεξεργαστεί και να απαντάει σε ερωτήµατα που του κάνει ένας άνθρωπος ή ένα πρόγραµµα υπολογιστή. Ένα παράδειγµα λειτουργίας της οντολογίας µας µπορεί να είναι το εξής. Έστω η γραµµατεία ή ένα πρόγραµµα υπολογιστή θέλει να µάθει αν ο µεταπτυχιακός φοιτητής Παπαδόπουλος Γεράσιµος δικαιούται να πάρει πτυχίο το Μάρτιο του Με το κατάλληλο ερώτηµα στην οντολογία µας θα γίνει έλεγχος αν ο συγκεκριµένος φοιτητής πληροί όλες τις προϋποθέσεις (π.χ. έχει παρακολουθήσει τον απαραίτητο αριθµό µαθηµάτων, έχει κάνει των απαραίτητο αριθµό παρακολουθήσεων σε καθένα από αυτά, έχει περάσει µε προβιβασµό βαθµό, έχει παραδώσει την διπλωµατική του εργασία, ήταν µέσα στο χρονικό πλαίσιο που έπρεπε, κ.α) και το σύστηµα θα δώσει θετική ή αρνητική απάντηση. Παράδειγµα λειτουργίας της οντολογίας που αναπτύξαµε. Πληροφοριακά να αναφέρουµε ότι Εσωτερικός Κανονισµός ενός Α.Ε.Ι. είναι ο κανονισµός λειτουργίας του, ο οποίος πρέπει να περιέχει κατ ελάχιστο περιεχόµενο τις αναφερόµενες παρακάτω ρυθµίσεις. Ο εσωτερικός κανονισµός ρυθµίζει ειδικότερα θέµατα διοικητικής λειτουργίας, οργανωτικής δοµής, ελέγχου της τήρησης των θεσπισµένων κανόνων, καθώς και τις κυρώσεις σε περίπτωση πληµµελούς εφαρµογής ή παραβίασής τους [7.2]. 90

93 7.1 Οι κλάσεις της Οντολογίας Σε αυτή την ενότητα θα παρουσιάσουµε συνοπτικά όλες τις κλάσεις και τις υποκλάσεις της οντολογίας µας µε στόχο να δώσουµε µια πρώτη γενική άποψη για αυτή. Οι κλάσεις αποτελούν την ραχοκοκαλιά της υλοποίησης και από αυτές µπορείς εύκολα να αντιληφθείς τα σηµαντικότερα στοιχεία του Εσωτερικού Κανονισµού. Οι Βασικές κλάσεις της Οντολογίας είναι οι «Άτοµο», «Αξιολόγηση», «Βαθµολογία Μαθήµατος Φοιτητή», «Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ», «Λίστα Μαθηµάτων του Έτους», «Μάθηµα», «Μεταπτυχιακή ιπλωµατική Εργασία» και «Χρονική Περίοδος». Αναλυτικά όλες οι κλάσεις και υποκλάσεις είναι οι παρακάτω: Άτοµο Άλλος ιδάσκον Εξωτερικός Συνεργάτης o o o o o o Αναγνωρισµένοι Ερευνητές κάτοχοι ιδακτορικού Επισκέπτες Καθηγητές από το εξωτερικό Επιστήµονες Αναγνωρισµένου Κύρους Μέλη ΕΠ άλλων Τµηµάτων Μέλη Επιστηµονικού Προσωπικού κάτοχοι ιδακτορικού Οµότιµοι Επισκέπτες Καθηγητές ή Ειδικοί Επιστήµονες Μέλος ΕΠ o o Μέλος ΕΠ Οικονοµικού Μέλος ΕΠ Πληροφορικής Φοιτητής Υποψ Μεταπτ Φοιτ από τµήµα Οικονοµικού o Φοιτητής Κατεύθυνσης Πληροφορικής Υποψ Μεταπτ Φοιτ από τµήµα Πληροφορικής o Φοιτητής Κατεύθυνσης Οικονοµικού Αξιολόγηση Αξιολόγηση ιδάσκοντα Αξιολόγηση ΠΜΣ Αξιολόγηση Μαθηµάτων Αξιολόγηση Υποψήφιου Φοιτητή Υποψήφιος Φοιτητής που πέρασε την Βάση Αξιολόγησης 91

94 Βαθµολογία Μαθήµατος Φοιτητή Θέµα που Ρυθµίζει ο Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ ιαδικασία του ΠΜΣ Φοιτητών ιαδικασία Επιτυχούς Παρακολούθησης o o o ιαδικασία Εξέτασης Μαθήµατος ιαδικασία Επανεξέτασης Μαθήµατος ιαδικασία Εξέτασης Μεταπτυχιακής Εργασίας ιαδικασία Εισαγωγής Μεταπτυχιακών Φοιτητών o o o ιαδικασία Επιλογής των Μεταπτ Φοιτητών ιαδικασία Εισαγωγής για την οποία µεριµνάει η Γραµµατεία ιαδικασία Συλλογής ικαιολογητικών υποψηφίου ιαδικασία Φοίτησης στο ΠΜΣ o o o ιαδικασία κατά την Φοίτηση στο ΠΜΣ ιαδικασία χορήγησης Υποτροφίας ιαδικασία ιακοπής Σπουδών Επιλογή ιοίκησης ΠΜΣ Γραµµατέας της ΣΕ ΠΜΣ ιευθυντής ΠΜΣ o o Αναπληρωτής Καθηγητής Καθηγητής Ε Ε ΣΕ ΠΜΣ Επιλογή Μεταπτυχιακού Φοιτητή Επιλογή Λίστας Μεταπτυχιακών Φοιτητών o o Λιστα Φοιτ Κατεύθ Οικονοµικού της Ακαδ Περιόδου Λίστα Φοιτ Κατεύθ Πληροφορικής της Ακαδ Περιόδου Επιλογή Φοιτητή Κατεύθυνσης Οικονοµικού Επιλογή Φοιτητή Κατεύθυνσης Πληροφορικής Λίστα Μαθηµάτων του Έτους Μάθηµα Επιλογής Υποχρεωτικό Κατεύθυνσης Οικονοµικού Υποχρεωτικό Κατεύθυνσης Πληροφορικής 92

95 Μεταπτυχιακή ιπλωµατική Εργασία Χρονική Περίοδος Ακαδηµαϊκή Περίοδος Παρούσα Ακαδηµαϊκή Περίοδος Στις επόµενες υποενότητες θα αναλύσουµε τις κυριότερες κλάσεις και τους περιορισµούς τους. Στο παρακάτω σχήµα 7.1 µπορούµε να δούµε όλες τις κλάσεις και υποκλάσεις της οντολογίας όπως τις βλέπουµε στην πλατφόρµα ανάπτυξης Protégé. Σχήµα 7. 1 Οι κλάσεις της Οντολογίας σύµφωνα µε το Protégé. 93

96 7.1.1 Κλάση «Άτοµο» Η πρώτη κλάση της οντολογίας που θα παρουσιάσουµε είναι αυτή µε το όνοµα «Άτοµο». Αυτή έχει στόχο να περιγράψει τα άτοµα που αναφέρονται στον Εσωτερικό Κανονισµό (ΕΚ). Σύµφωνα µε τα άρθρα 4, 5 και 6 του ΕΚ [7.1] οι οµάδες ατόµων που θα πρέπει να περιγράφονται από την οντολογία είναι «Φοιτητής», «ιδάσκον» και «Άλλος» και παρουσιάζονται στην οντολογία µας µε τις αντίστοιχες υποκλάσεις, όπως βλέπουµε και στο σχήµα 7.2. Σχήµα 7.2 Η κλάση «Άτοµο» µε τις αντίστοιχες υποκλάσεις της. Για να περιγράψουµε πλήρως τις κλάσεις αυτές θα πρέπει να τους προσδώσουµε κάποιες ιδιότητες. Οι ιδιότητες αυτές µπορεί να είναι Datatype ή Object και ανάλογα µε την ιεραρχία (κλάσεων / υποκλάσεων) αυτές κληρονοµούνται από τις υποκλάσεις τους. Στην περίπτωσή µας η «Άτοµο» θα έχει τις ιδιότητες : Cell Phone (Integer) Full Name (String) Date of Birth (String) Address (String) (String) Telephone (String) Κινητό Τηλέφωνο Πλήρες Όνοµα Ηµεροµηνία γέννησης ιεύθυνση κατοικίας Ηλεκτρονικό ταχυδροµείο Σταθερό τηλέφωνο Ακαδηµαϊκή περίοδος (Instance) Εποµένως οι τρεις υποκλάσεις της κλάσης «Άτοµο» και όλες οι υποκλάσεις αυτών θα κληρονοµούν αυτές τις ιδιότητες όπως παρατηρούµε και στο σχήµα

97 Σχήµα 7.3 Οι υποκλάσεις κληρονοµούν τις ιδιότητες της υπερκλάσης τους. Κλάση «Φοιτητής» Συνεπώς λαµβάνοντας υπόψη τα παραπάνω και το σχήµα 7.4 βλέπουµε ότι π.χ. η υποκλάση «Φοιτητής» έχει τις ιδιότητες της κλάσης «Άτοµο» και ακόµα τις: Master (Boolean) Coming from Department of (String) Κάτοχος Μεταπτυχιακού Κατεύθυνση σπουδών First Degree Department Name (String) Όνοµα πρώτου πτυχίου Has Degree (Boolean) Worker (Boolean) Code (Integer) Scholarship (Boolean) Κατοχή πτυχίου Εργαζόµενος Κωδικός Φοιτητής Υποτροφία Student who pass the Valuation (Boolean) Επιτυχής αξιολόγηση αίτησης (Συν δύο ακόµα ιδιότητες που θα δούµε αργότερα) Σχήµα 7.4 Ιδιότητες κλάσης της «Φοιτητής». 95

98 Εκτός από τις ιδιότητες που µπορεί να έχει κάθε κλάση ή κληρονοµεί από τις υπερκλάσεις της, υπάρχουν και οι περιορισµοί που θέτουµε σε κάθε µια από αυτές και περιγράφουν τις σχέσεις των κλάσεων και των ιδιοτήτων τους µε άλλες κλάσεις. Στο σχήµα 7.5 βλέπουµε πως υπάρχουν οι περιορισµοί στις ιδιότητες της κλάσης «Φοιτητής»: Αυτοί οι περιορισµοί δηλώνουν ότι ο κάθε φοιτητής θα πρέπει να έχει δύο επιβλέποντα µέλη ΕΠ, ένας από το Τµήµα Πληροφορικής και ένας από το Τµήµα Οικονοµικών Επιστηµών. Αυτοί οι περιορισµοί προκύπτουν από το άρθρο 10 του ΕΚ [7.1]. Άρθρο 10 Επιβλέποντα µέλη ΕΠ Εντός του πρώτου τριµήνου φοίτησης ορίζονται για κάθε µεταπτυχιακό φοιτητή δύο µέλη ΕΠ, ένας από το Τµήµα Πληροφορικής και ένας από το Τµήµα Οικονοµικών Επιστηµών, ως επιβλέποντες, σύµφωνα µε το άρθρο 5 της παρ. 4 του Μ. 3685/2008. Η ΣΕ ΠΜΣ και τα επιβλέποντα µέλη έχουν την ευθύνη της παρακολούθησης και του ελέγχου της πορείας των σπουδών του µεταπτυχιακού φοιτητή. Το κάθε µέλος ΕΠ δεν µπορεί να είναι επιβλέπων περισσοτέρων των επτά (7) µεταπτυχιακών φοιτητών ανά έτος του ΠΜΣ. Ακόµα στην κλάση αυτή υπάρχουν οι παρακάτω περιορισµοί που δηλώνουν αντίστοιχα ότι ο κάθε φοιτητής θα πρέπει να παρακολουθήσει επτά ακριβώς µαθήµατα επιλογής και ότι θα πρέπει να έχει κάνει τουλάχιστον µια αίτηση εισαγωγής στο ΠΜΣ (η κάθε αίτηση εισαγωγής µεταφράζεται σε µια αξιολόγηση των στοιχείων του φοιτητή και θα την αναλύσουµε παρακάτω). 96

99 Σχήµα 7.5 Περιορισµοί και σχολιασµός της κλάσης «Φοιτητής». Η κλάση «Φοιτητής» έχει, όπως προαναφέραµε, υπερκλάση την κλάση «Άτοµο» και υποκλάσεις τις κλάσεις «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Πληροφορικής» και «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Οικονοµικού», όπως βλέπουµε στο σχήµα 7.6. Σχήµα 7.6 Υποκλάσεις της κλάσης «Φοιτητής». Κλάση «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Οικονοµικού» Σε αυτή την κλάση βρίσκονται τα Instances των υποψήφιων φοιτητών που φοιτούν ή έχουν αποφοιτήσει από κάποιο τµήµα σχετικό µε την επιστήµη των οικονοµικών. Από τους φοιτητές αυτούς, ανάλογα µε την κατάταξή τους, θα επιλεγούν εκείνοι που θα γίνουν δεκτοί στο ΠΜΣ. Τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν τις ιδιότητες της κλάσης «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Οικονοµικού» και των υπερκλάσεών της όπως βλέπουµε και στο σχήµα

100 Σχήµα 7.7 Ιδιότητες και Direct-Instances της κλάσης. Στο παρακάτω σχήµα 7.8 βλέπουµε τους περιορισµούς και τον σχολιασµό της κλάσης. Παρατηρούµε ότι φαίνονται και οι περιορισµοί που κληρονοµεί η κλάση από την υπερκλάση «Φοιτητής». Σχήµα 7.8 Περιορισµοί και σχολιασµός της κλάσης. 98

101 Κλάση «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Πληροφορικής» Αυτή είναι η δεύτερη υποκλάση της κλάσης «Φοιτητής» όπως είδαµε στο σχήµα 7.6. Σε αυτή την κλάση βρίσκονται τα Instances των υποψήφιων φοιτητών που φοιτούν ή έχουν αποφοιτήσει από κάποιο τµήµα σχετικό µε την επιστήµη της Πληροφορικής. Από τους φοιτητές αυτούς, ανάλογα µε την κατάταξή τους, θα επιλεγούν εκείνοι που θα γίνουν δεκτοί στο ΠΜΣ. Τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν τις ιδιότητες της κλάσης «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Πληροφορικής» και των υπερκλάσεών της όπως παρατηρούµε στο σχήµα 7.9. Οι υποψήφιοι της κλάσης που θα γίνουν δεκτοί, θα παρακολουθήσουν τα µαθήµατα της κατεύθυνσης Οικονοµικού, ενώ τα άτοµα της κλάσης «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Οικονοµικού», θα παρακολουθήσουν τα µαθήµατα της κατεύθυνσης Πληροφορικής. Σχήµα 7.9 Ιδιότητες και Direct-Instances της κλάσης. 99

102 Στο σχήµα 7.10 βλέπουµε τους περιορισµούς και τον σχολιασµό της κλάσης. Παρατηρούµε ότι φαίνονται και οι περιορισµοί που κληρονοµεί η κλάση από την υπερκλάση «Φοιτητής». Σχήµα 7.10 Περιορισµοί και σχολιασµός της κλάσης. Στο παρακάτω σχήµα 7.11 βλέπουµε ένα από τα Direct-Instances της κλάσης. Έχει όνοµα Γ.Παπαδόπουλος και παρατίθενται µόνο οι ιδιότητες που έχουν πάρει τιµή. Σχήµα 7.11 Ένα από τα Direct Instance της κλάσης. Κλάση «Φοιτητής Κατεύθυνσης Πληροφορικής» Οι κλάσεις «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Πληροφορικής» και «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Οικονοµικού» έχουν υπερκλάση την κλάση «Φοιτητής» και υποκλάσεις τις κλάσεις «Φοιτητής Κατεύθυνσης Οικονοµικού» και «Φοιτητής Κατεύθυνσης Πληροφορικής» αντίστοιχα, όπως βλέπουµε και στο 100

103 σχήµα Για να είναι ένα Instance µέλος της κλάσης «Φοιτητής Κατεύθυνσης Οικονοµικού/Πληροφορικής» θα πρέπει να έχει περάσει επιτυχώς την αξιολόγηση (Pass the Valuation is True ). Σχήµα 7.12 Υποκλάσεις των κλάσεων «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Οικονοµικού/Πληροφορικής». Μελετώντας τώρα την κλάση «Φοιτητής Κατεύθυνσης Πληροφορικής», θα βρούµε τους υποψήφιους µεταπτυχιακούς Φοιτητές από τµήµατα Οικονοµικού που έγιναν δεκτοί να φοιτήσουν στο ΠΜΣ. Στο σχήµα 7.13 βλέπουµε τους περιορισµούς και τον σχολιασµό της κλάσης. Παρατηρούµε ότι φαίνονται και οι περιορισµοί που κληρονοµεί η κλάση από την υπερκλάση της «Υποψήφιος Μεταπτυχιακός Φοιτητής από τµήµα Οικονοµικού». Σχήµα 7.13 Περιορισµοί και σχολιασµός της κλάσης «Φοιτητής Κατεύθυνσης Οικονοµικού». 101

104 Στο σχήµα 7.14 βλέπουµε ένα Instance της κλάσης όπως το φαίνεται στο «Individuals Tab» του Protégé. Από εδώ µπορούµε να εισάγουµε τιµές στις ιδιότητές ενός ατόµου. Οι ιδιότητες που έχουν τα Instances µπορεί να έχουν για τιµές Boolean, Integers, Strings και Instances άλλων κλάσεων. Αυτές είναι: Address Full Name Date of Birth First Degree Department Telephone Master Attending FD Student lesson Rating Επιβλέπον Μέλος ΕΠ Οικονοµικού Scholarship Worker Cell Phone Code Coming from Department Has Degree Student who Pass the valuation Attending Optional Student Valuation Info Επιβλέπον Μέλος ΕΠ Πληροφορικής 102

105 Σχήµα 7.14 Ένα Instance της κλάσης «Φοιτητής Κατεύθυνσης Οικονοµικού» όπως το βλέπουµε στο Individuals Tab. Στο παρακάτω σχήµα 7.15 βλέπουµε ένα από τα Direct-Instances της κλάσης µε το εργαλείο OntoViz του Protégé. Έχει όνοµα Μπινέλας και παρατίθενται µόνο οι ιδιότητες που έχουν πάρει τιµή. Μελετώντας αυτό το σχήµα, σε αντιδιαστολή µε το παραπάνω σχήµα 7.14, βλέπουµε δύο διαφορετικούς τρόπους παρουσίασης των ατόµων µιας οντολογίας. 103

106 Σχήµα 7.15 Instance της κλάσης «Φοιτητής Κατεύθυνσης Οικονοµικού» στο Ontoviz. 104

107 Κλάση «ιδάσκων» Η δεύτερη υποκλάση της κλάσης «Άτοµο» που θα µελετήσουµε είναι η κλάση «ιδάσκων». Η κλάση αυτή, σύµφωνα και µε το σχήµα 7.16, έχει υπερκλάση την «Άτοµο» και ως υποκλάσεις τις «Μέλος ΕΠ» και «Εξωτερικός Συνεργάτης». Από αυτές, η πρώτη έχει κάποιες υποκλάσεις, ενώ η δεύτερη όχι. Σε επόµενες ενότητες θα τις µελετήσουµε και αυτές διεξοδικά. Στη κλάση αυτή υπάρχουν οι διδάσκοντες του ΠΜΣ και χωρίζονται σε κατηγορίες ανάλογα µε το τµήµα από το οποίο δουλεύουν, την σχέση εργασίας µε αυτό και την βαθµίδα τους. Σχήµα 7.16 Υποκλάσεις της κλάσης «ιδάσκων». Λαµβάνοντας υπόψη τα σχήµατα 7.3 και 7.17 βλέπουµε ότι η υποκλάση «ιδάσκον» έχει τις ιδιότητες της κλάσης «Άτοµο» και ακόµα τις: Teacher Valuation Info Has Degree Related to Is Teaching Μέλος Ε Ε ΠΜΣ ιδάσκον που είναι Σχήµα 7.17 Ιδιότητες της κλάσης «ιδάσκων». 105

108 Από τις υποκλάσεις της «ιδάσκων» θα δούµε πρώτα την «Εξωτερικός Συνεργάτης» και µετά την «Μέλος ΕΠ». Κλάση «Εξωτερικός Συνεργάτης» Με την κλάση αυτή περιγράφουµε το άρθρο 5 του ΕΚ [7.1]. Στους εξωτερικούς συνεργάτες συµπεριλαµβάνονται όλοι εκείνοι οι διδάσκοντες που δεν ανήκουν στις ΕΠ των τµηµάτων Πληροφορικής και Οικονοµικών του ΑΠΘ. Εποµένως οι υποκλάσεις που προέκυψαν είναι «Αναγνωρισµένοι Ερευνητές κάτοχοι ιδακτορικού», «Επισκέπτες Καθηγητές από το εξωτερικό», «Επιστήµονες Αναγνωρισµένου Κύρους», «Μέλος ΕΠ άλλων Τµηµάτων», «Μέλη Επιστηµονικού Προσωπικού κάτοχοι ιδακτορικού» και «Οµότιµοι Επισκέπτες Καθηγητές ή Ειδικοί Επιστήµονες» και φαίνονται στο σχήµα Άρθρο 5 ιδάσκοντες Η Ε Ε αναθέτει διδακτικά καθήκοντα κατά προτεραιότητα σε: Μέλη ΕΠ των Τµηµάτων Πληροφορικής και Οικονοµικών Επιστηµών. Μέλη ΕΠ άλλων τµηµάτων του ΑΠΘ ή άλλων Ανωτάτων Εκπαιδευτικών Ιδρυµάτων (ΑΕΙ) της ηµεδαπής ή της αλλοδαπής. Οµότιµους, Επισκέπτες Καθηγητές της ηµεδαπής ή της αλλοδαπής και Ειδικούς Επιστήµονες. Ερευνητές αναγνωρισµένων ερευνητικών κέντρων ή αυτοτελών ερευνητικών ινστιτούτων της ηµεδαπής ή αντιστοίχων αναγνωρισµένων κέντρων ή ινστιτούτων της αλλοδαπής, εφ όσον είναι κάτοχοι διδακτορικού διπλώµατος. Μέλη Επιστηµονικού Προσωπικού (ΕΠ) των Τεχνολογικών Εκπαιδευτικών Ιδρυµάτων (ΤΕΙ) εφ όσον είναι κάτοχοι διδακτορικού διπλώµατος, Επιστήµονες αναγνωρισµένου κύρους, οι οποίοι διαθέτουν εξειδικευµένες γνώσεις ή σχετική εµπειρία στο αντικείµενο του ΠΜΣ. Σχήµα 7.18 Οι υποκλάσεις της κλάσης «Εξωτερικός Συνεργάτης». 106

109 Στο σχήµα 7.19 βλέπουµε τους περιορισµούς και τον σχολιασµό της κλάσης. Παρατηρούµε ότι φαίνονται και οι περιορισµοί που κληρονοµεί η κλάση από την υπερκλάση «ιδάσκων». Να σηµειώσουµε ότι οι εξωτερικοί συνεργάτες δεν µπορούν να είναι µέλη της Ε Ε του ΠΜΣ. Σχήµα 7.19 Περιορισµοί και σχολιασµός της κλάσης «Εξωτερικός Συνεργάτης». Κλάση «Μέλος ΕΠ άλλων Τµηµάτων» Εδώ θα παρουσιάσουµε αναλυτικά την κλάση «Μέλος ΕΠ άλλων Τµηµάτων» που είναι υποκλάση της «Εξωτερικός Συνεργάτης» και θα παραλείψουµε τις υπόλοιπες αφού ισχύουν τα ίδια και για αυτές. Σε αυτή την κλάση τοποθετούνται οι διδάσκοντες που είναι µέλη ΕΠ άλλων σχολών, όπως π.χ. της Νοµικής. Τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν τις ιδιότητες της κλάσης «Εξωτερικός Συνεργάτης» και των υπερκλάσεών της, όπως παρατηρούµε και στο σχήµα Σχήµα 7.20 Ιδιότητες της κλάσης και ένα χαρακτηριστικό Instance αυτής. 107

110 Κλάση «Μέλος ΕΠ» Η κλάση «Μέλος ΕΠ» έχει για υπερκλάση την κλάση «ιδάσκων» και υποκλάσεις τις κλάσεις «Μέλος ΕΠ Πληροφορικής» και «Μέλος ΕΠ Οικονοµικού», όπως βλέπουµε στο σχήµα Σε αυτές τις υποκλάσεις θα τοποθετηθούν τα µέλη ΕΠ από τα τµήµατα πληροφορικής και οικονοµικών αντίστοιχα. Σχήµα 7.21 Υποκλάσεις της κλάσης «Φοιτητής». Στο σχήµα 7.22 βλέπουµε τους περιορισµούς και τον σχολιασµό της κλάσης «Μέλος ΕΠ Οικονοµικού». Παρατηρούµε ότι φαίνονται και οι περιορισµοί που κληρονοµεί η κλάση από την υπερκλάση «Μέλος ΕΠ». Να σηµειώσουµε ότι σύµφωνα µε το άρθρο 10 του ΕΚ [7.1], το κάθε µέλος ΕΠ (Οικονοµικού ή Πληροφορικής) µπορεί να είναι επιβλέπων το πολύ σε εφτά φοιτητές του ΠΜΣ. Άρθρο 10 Επιβλέποντα µέλη ΕΠ Το κάθε µέλος ΕΠ δεν µπορεί να είναι επιβλέπων περισσοτέρων των επτά (7) µεταπτυχιακών φοιτητών ανά έτος του ΠΜΣ. Ο µεταπτυχιακός φοιτητής µπορεί να αλλάξει τους επιβλέποντες κατά την επιλογή µεταπτυχιακής εργασίας. Σχήµα 7.22 Περιορισµοί και σχολιασµός της κλάσης «Μέλος ΕΠ Οικονοµικού». 108

111 Τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν τις ιδιότητες της κλάσης «Μέλος ΕΠ Οικονοµικού» και των υπερκλάσεών της, όπως παρατηρούµε και στο σχήµα Σχήµα 7.23 Ιδιότητες της κλάσης και ένα χαρακτηριστικό Instance αυτής. Κλάση «Άλλος» Η τρίτη και τελευταία υποκλάση της κλάσης «Άτοµο» που θα µελετήσουµε είναι η κλάση «Άλλος». Η κλάση αυτή, σύµφωνα και µε το σχήµα 7.3, έχει υπερκλάση την «Άτοµο» και δεν έχει υποκλάσεις. Στη κλάση αυτή τοποθετούνται τα άτοµα που περιγράφονται στο ΕΚ και δεν είναι φοιτητές ή διδάσκοντες, όπως π.χ. ο γραµµατέας της ΣΕ ΠΜΣ. Τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν τις ιδιότητες της κλάσης «Άλλος» και των υπερκλάσεών της, όπως παρατηρούµε και στο σχήµα Σχήµα 7.24 Ιδιότητες της κλάσης και χαρακτηριστικά Instances αυτής. 109

112 7.1.2 Κλάση «Αξιολόγηση» Η δεύτερη κλάση της οντολογίας που θα παρουσιάσουµε είναι αυτή µε το όνοµα «Αξιολόγηση». Αυτή έχει στόχο να περιγράψει όλες εκείνες τις διαδικασίες αξιολόγησης που περιγράφονται στον Εσωτερικό Κανονισµό (ΕΚ). Σύµφωνα µε τα άρθρα 7, 8, 11, 12 και 15 του ΕΚ [7.1] οι διαδικασίες που θα πρέπει να περιγράφονται από την οντολογία σε αυτή την κλάση είναι η αξιολόγηση των υποψηφίων φοιτητών για την εισαγωγή στο ΠΜΣ, η αξιολόγηση των µαθηµάτων που διδάσκονται, η αξιολόγηση των διδασκόντων και τέλος η συνολική αξιολόγηση του τµήµατος ΠΜΣ. Για να επιτευχθεί αυτό επιλέξαµε να δηµιουργήσουµε τις κλάσεις «Αξιολόγηση Υποψηφίου Φοιτητή», «Αξιολόγηση Μαθηµάτων», «Αξιολόγηση ιδάσκοντα» και «Αξιολόγηση ΠΜΣ». Τα παραπάνω παρουσιάζονται στην οντολογία µας µε τις αντίστοιχες υποκλάσεις, όπως βλέπουµε και στο σχήµα Σχήµα 7.25 Η κλάση «Αξιολόγηση» µε τις αντίστοιχες υποκλάσεις της. Για να περιγράψουµε πλήρως τις κλάσεις αυτές θα πρέπει να τους προσδώσουµε κάποιες ιδιότητες. Οι ιδιότητες αυτές µπορεί να είναι Datatype ή Object και ανάλογα µε την ιεραρχία (κλάσεων / υποκλάσεων) αυτές κληρονοµούνται από τις υποκλάσεις τους. Κλάση «Αξιολόγηση Μαθηµάτων» Εδώ θα παρουσιάσουµε αναλυτικά την κλάση «Αξιολόγηση Μαθηµάτων» που είναι υποκλάση της «Αξιολόγηση». Σε αυτή την κλάση τοποθετούνται οι αξιολογήσεις των µαθηµάτων σύµφωνα µε τα ερωτηµατολόγια και τη βαθµολόγηση των φοιτητών στο τέλος της παρακολούθησής τους. Αφού πρώτα η γραµµατεία του ΠΜΣ µελετήσει τα ερωτηµατολόγια τοποθετεί εδώ το όνοµα, την τελική βαθµολογία, το ακαδηµαϊκό έτος και τα βασικά σχόλια για αυτό. Τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν τις ιδιότητες της κλάσης και των υπερκλάσεών της, όπως παρατηρούµε στο παρακάτω σχήµα

113 Σχήµα 7.26 Ιδιότητες της κλάσης και δύο χαρακτηριστικά Instance αυτής. Κλάση «Αξιολόγηση ιδάσκοντα» Εδώ θα παρουσιάσουµε αναλυτικά την κλάση «Αξιολόγηση ιδάσκοντα» που είναι υποκλάση της «Αξιολόγηση». Σε αυτή την κλάση τοποθετούνται οι αξιολογήσεις των διδασκόντων του ΠΜΣ σύµφωνα µε τα ερωτηµατολόγια και τη βαθµολόγηση των φοιτητών στο τέλος της παρακολούθησής τους. Αφού πρώτα η γραµµατεία του ΠΜΣ µελετήσει τα ερωτηµατολόγια τοποθετεί εδώ το όνοµα του διδάσκοντα, την τελική βαθµολογία, το ακαδηµαϊκό έτος και τα βασικά σχόλια για αυτόν. Τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν τις ιδιότητες της κλάσης και των υπερκλάσεών της, όπως παρατηρούµε στο παρακάτω σχήµα Σχήµα 7.27 Ιδιότητες της κλάσης και δύο χαρακτηριστικά Instance αυτής. 111

114 Κλάση «Αξιολόγηση ΠΜΣ» Εδώ θα παρουσιάσουµε αναλυτικά την κλάση «Αξιολόγηση ΠΜΣ» που είναι υποκλάση της «Αξιολόγηση». Σε αυτή την κλάση τοποθετούνται οι αξιολογήσεις του τµήµατος ΠΜΣ σύµφωνα µε τα ερωτηµατολόγια και την βαθµολόγηση των φοιτητών στο τέλος του προγράµµατος σπουδών. Αφού πρώτα η γραµµατεία του ΠΜΣ µελετήσει τα ερωτηµατολόγια, τοποθετεί εδώ την τελική βαθµολογία, το ακαδηµαϊκό έτος και τα βασικά σχόλια των φοιτητών. Τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν τις ιδιότητες της κλάσης και των υπερκλάσεών της, όπως παρατηρούµε στο παρακάτω σχήµα Σχήµα 7.28 Ιδιότητες της κλάσης και δύο χαρακτηριστικά Instance αυτής. Κλάση «Αξιολόγηση Υποψήφιου Φοιτητή» Εδώ θα παρουσιάσουµε αναλυτικά την κλάση «Αξιολόγηση Υποψηφίου Φοιτητή» που περιγράφει το άρθρο 8 του ΕΚ και είναι υποκλάση της «Αξιολόγηση». Σε αυτή την κλάση τοποθετούνται οι αξιολογήσεις των αιτήσεων εισαγωγής των υποψηφίων φοιτητων, για να γίνουν δεκτοί στο ΠΜΣ. Όπως έχουµε αναφέρει ο κάθε υποψήφιος µπορεί να έχει µία ή περισσότερες αιτήσεις (µια για κάθε ακαδηµαϊκό έτος). Αφού πρώτα δηµιουργήσουµε µια νέα αξιολόγηση και την ονοµατίσουµε (σχήµα 7.29), µετά εισάγουµε τις βαθµολογίες που έλαβε ο φοιτητής σύµφωνα µε τα κριτήρια: 112

115 Επαγγελµατική δραστηριότητα Βαθµός και Είδος Πτυχίου ηµοσιεύσεις Συνέντευξη Γλωσσοµάθεια GMAT Σχήµα 7.29 Εισαγωγή βαθµολογιών σε αίτηση εισαγωγής µε χρήση του Protégé. Όπως θα αναφέρουµε και σε επόµενη ενότητα, που αναφερόµαστε στους κανόνες SWRL, από τις τιµές αυτές, σύµφωνα µε τα βάρη τους, υπολογίζεται η τελική βαθµολογία της αίτησης και ο φοιτητής γίνεται ή όχι δεκτός στο ΠΜΣ. Τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν τις ιδιότητες της κλάσης, των υπερκλάσεών της και των κανόνων SWRL, όπως παρατηρούµε στα παρακάτω σχήµατα 7.30 και Σχήµα 7.30 Ιδιότητες της κλάσης «Αξιολόγηση Υποψήφιου Φοιτητή». 113

116 Σχήµα 7.31 Instances µε και χωρίς την εφαρµογή κανόνων SWRL σε αυτές Κλάση «Βαθµολογία Μαθήµατος Φοιτητή» Η τρίτη κλάση της οντολογίας που θα παρουσιάσουµε είναι αυτή µε το όνοµα «Βαθµολογία Μαθήµατος Φοιτητή». Η συγκεκριµένη κλάση δεν έχει υποκλάσεις και συνδέεται µε άλλες κλάσεις µέσω ιδιοτήτων αντικειµένων (π.χ. Student Lesson και Student Lesson Ratting ) και έχει για ορίσµατα τα στιγµιότυπα άλλων κλάσεων. Έχει στόχο να περιγράψει τη διαδικασία βαθµολόγησης ενός µαθήµατος που παρακολούθησε κάποιος φοιτητής. Στην ουσία συνδέουµε ένα φοιτητή µε ένα µάθηµα που έχει παρακολουθήσει και δίνουµε µια βαθµολογία (π.χ. ο φοιτητής µε όνοµα 114

117 «Μπινέλας» παρακολούθησε το µάθηµα «Βάσεις εδοµένων» και πήρε βαθµό 9) σχήµα Σχήµα 7.32 Εισαγωγή βαθµολογίας µαθήµατος ενός φοιτητή µε χρήση του Protégé. Τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν τις ιδιότητες της κλάσης, όπως βλέπουµε στο παρακάτω σχήµα Σχήµα 7.33 Ιδιότητες της κλάσης και δύο χαρακτηριστικά στιγµιότυπα αυτής Κλάση «Θέµα που Ρυθµίζει ο Εσωτερικός Κανονισµός» Η επόµενη κλάση της οντολογίας που θα παρουσιάσουµε είναι αυτή µε το όνοµα «Θέµα που Ρυθµίζει ο Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ». Αυτή έχει στόχο να περιγράψει όλες εκείνες τις βασικές διαδικασίες που περιγράφονται στον Εσωτερικό 115

118 Κανονισµό (ΕΚ). Σύµφωνα µε τα άρθρα 4, 6, 7, 9, 10 και 14 του ΕΚ [7.1] οι διαδικασίες που θα πρέπει να περιγράφονται από την οντολογία σε αυτή την κλάση είναι: 1. Η διαδικασία εισαγωγής µεταπτυχιακών φοιτητών που περιέχει τις αρµοδιότητες της γραµµατείας, τα δικαιολογητικά των υποψηφίων, τον αριθµό των αιτήσεων και τον αριθµό των εισαχθέντων για την παρούσα ακαδηµαϊκή περίοδο. 2. Η διαδικασία φοίτησης στο ΠΜΣ που περιέχει τις περιπτώσεις διακοπής σπουδών, τις περιπτώσεις που κάποιος φοιτητής παίρνει υποτροφία και όλες τις βασικές πληροφορίες για τον τρόπο λειτουργίας της σχολής. 3. Η διαδικασία επιτυχούς παρακολούθησης που περιέχει την εξέταση ή την επανεξέταση ενός µαθήµατος και την εξέταση της Μεταπτυχιακής Εργασίας. 4. Η διοίκηση του ΠΜΣ που περιέχει την ΣΕ ΠΜΣ (Συντονιστική Επιτροπή ιατµηµατικού Προγράµµατος Μεταπτυχιακών Σπουδών), την γραµµατεία της ΣΕ ΠΜΣ, τον διευθυντή του ΠΜΣ και την Ε Ε (Ειδική ιατµηµατική Επιτροπή) του τµήµατος. 5. Η περιγραφή επιλογής ενός µεταπτυχιακού φοιτητή του τµήµατος και ο διαχωρισµός των τµηµάτων σε κατεύθυνση Οικονοµικού και Πληροφορικής. Για να επιτευχθεί αυτό επιλέξαµε να δηµιουργήσουµε τις παρακάτω κλάσεις µε τις αντίστοιχες υποκλάσεις, όπως βλέπουµε και στο σχήµα 7.34: Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ 1. ιαδικασία του ΠΜΣ [ ιαδικασία Επιτυχούς Παρακολούθησης ( ιαδικασία Εξέτασης Μαθήµατος, ιαδικασία Επανεξέτασης Μαθήµατος, ιαδικασία Εξέτασης Μεταπτυχιακής Εργασίας), ιαδικασία Εισαγωγής Μεταπτυχιακών Φοιτητών ( ιαδικασία Επιλογής των Μεταπτ Φοιτητών, ιαδικασία Εισαγωγής για την οποία µεριµνάει η Γραµµατεία, ιαδικασία Συλλογής ικαιολογητικών υποψηφίου), ιαδικασία Φοίτησης στο ΠΜΣ ( ιαδικασία κατά την Φοίτηση στο ΠΜΣ, ιαδικασία χορήγησης Υποτροφίας, ιαδικασία ιακοπής Σπουδών)]. 2. Επιλογή ιοίκησης ΠΜΣ [Γραµµατέας της ΣΕ ΠΜΣ, ιευθυντής ΠΜΣ (Αναπληρωτής Καθηγητής, Καθηγητής), Ε Ε, ΣΕ ΠΜΣ]. 3. Επιλογή Μεταπτυχιακού Φοιτητή [Επιλογή Λίστας Μεταπτυχιακών Φοιτητών (Λίστα Φοιτ Κατεύθ Οικονοµικού της Ακαδ Περιόδου, Λίστα Φοιτ Κατεύθ Πληροφορικής της 116

119 Ακαδ Περιόδου), Επιλογή Φοιτητή Κατεύθυνσης Οικονοµικού, Επιλογή Φοιτητή Κατεύθυνσης Πληροφορικής]. Σχήµα 7.34 Η κλάση «Θέµα που Ρυθµίζει ο Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ» µε τις άµεσες υποκλάσεις της. Παρακάτω για λόγους συντοµίας θα αναφερθούµε συνοπτικά για τις υποκλάσεις της κλάσης «Θέµα που Ρυθµίζει ο Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ», ενώ θα δώσουµε ιδιαίτερο βάρος µόνο στην υποκλάση «Ε Ε» που έχει περισσότερο ενδιαφέρον. Κλάση «Επιλογή Μεταπτυχιακού Φοιτητή» Η πρώτη υποκλάση της κλάσης «Θέµα που Ρυθµίζει ο Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ» που θα µελετήσουµε είναι η κλάση «Επιλογή Μεταπτυχιακού Φοιτητή». Η κλάση αυτή, σύµφωνα και µε το σχήµα 7.35, έχει υπερκλάση την «Θέµα που Ρυθµίζει ο Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ» και ως υποκλάσεις τις «Επιλογή Λίστας Μεταπτυχιακών Φοιτητών», «Επιλογή Φοιτητή Κατεύθυνσης Οικονοµικού» και «Επιλογή Φοιτητής Κατεύθυνσης Πληροφορικής». 117

120 Σχήµα 7.35 Υποκλάσεις της κλάσης «Επιλογή Μεταπτυχιακού Φοιτητή». Από αυτές η κλάση «Επιλογή Λίστας Μεταπτυχιακών Φοιτητών» έχει υποκλάσεις τις «Λιστα Φοιτ Κατεύθ Οικονοµικού της Ακαδ Περιόδου» και «Λίστα Φοιτ Κατεύθ Πληροφορικής της Ακαδ Περιόδου», ενώ οι άλλες δεν έχουν (σχήµα 7.36). Σχήµα 7.36 Υποκλάσεις της κλάσης «Επιλογή Λίστας Μεταπτυχιακών Φοιτητών». Κλάση «ιαδικασία του ΠΜΣ» Η δεύτερη υποκλάση της κλάσης «Θέµα που Ρυθµίζει ο Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ» που θα µελετήσουµε είναι η κλάση «ιαδικασία του ΠΜΣ». Η κλάση αυτή, σύµφωνα και µε το σχήµα 7.37, έχει ως υποκλάσεις τις «ιαδικασία Επιτυχούς Παρακολούθησης», «ιαδικασία Εισαγωγής Μεταπτυχιακών Φοιτητών» και «ιαδικασία Φοίτησης στο ΠΜΣ». Σχήµα 7.37 Υποκλάσεις της κλάσης «ιαδικασία του ΠΜΣ». 118

121 Από αυτές η κλάση «ιαδικασία Επιτυχούς Παρακολούθησης» έχει υποκλάσεις τις «ιαδικασία Εξέτασης Μαθήµατος», «ιαδικασία Επανεξέτασης Μαθήµατος» και «ιαδικασία Εξέτασης Μεταπτυχιακής Εργασίας» (σχήµα 7.38), η κλάση «ιαδικασία Εισαγωγής Μεταπτυχιακών Φοιτητών» έχει υποκλάσεις τις «ιαδικασία Επιλογής των Μεταπτ Φοιτητών», «ιαδικασία Εισαγωγής για την οποία µεριµνάει η Γραµµατεία» και «ιαδικασία Συλλογής ικαιολογητικών υποψηφίου» (σχήµα 7.39), η κλάση «ιαδικασία Φοίτησης στο ΠΜΣ» έχει υποκλάσεις τις «ιαδικασία κατά την Φοίτηση στο ΠΜΣ», «ιαδικασία χορήγησης Υποτροφίας» και «ιαδικασία ιακοπής Σπουδών» (σχήµα 7.40). Σχήµα 7.38 Υποκλάσεις της κλάσης «ιαδικασία Επιτυχούς Παρακολούθησης». Σχήµα 7.39 Υποκλάσεις της κλάσης «ιαδικασία Εισαγωγής Μεταπτυχιακών Φοιτητών». 119

122 Σχήµα 7.40 Υποκλάσεις της κλάσης «ιαδικασία Φοίτησης στο ΠΜΣ». Κλάση «ιοίκηση ΠΜΣ» Η τρίτη υποκλάση της κλάσης «Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ» που θα µελετήσουµε είναι η κλάση «ιοίκηση ΠΜΣ». Η κλάση αυτή, σύµφωνα και µε το σχήµα 7.41, έχει ως υποκλάσεις τις «Γραµµατέας της ΣΕ ΠΜΣ», «ιευθυντής ΠΜΣ», «Ε Ε» και «ΣΕ ΠΜΣ». Σχήµα 7.41 Η κλάση «ιοίκηση ΠΜΣ» µε τις άµεσες υποκλάσεις της. Από αυτές η κλάση «ιευθυντής ΠΜΣ» έχει υποκλάσεις τις «Αναπληρωτής Καθηγητής» και «Καθηγητής» (σχήµα 7.42), ενώ οι άλλες δεν έχουν. Σχήµα 7.42 Υποκλάσεις της κλάσης «ιευθυντής ΠΜΣ». Υποκλάση «Ε Ε» Με την κλάση αυτή περιγράφουµε το άρθρο 4 του ΕΚ [7.1]. Στην Ε Ε (Ειδική ιατµηµατική Επιτροπή) του ΠΜΣ µπορεί να ανήκουν οι διδάσκοντες που είναι µέλη ΕΠ των τµηµάτων Πληροφορικής και Οικονοµικών του ΑΠΘ. Η Ε Ε αποτελείται από επτά άτοµα, τέσσερα από µέλη ΕΠ του τµήµατος Πληροφορικής και τρία από µέλη ΕΠ του τµήµατος Οικονοµικού. Εποµένως τα Instances σε αυτή την κλάση θα έχουν για ιδιότητες άτοµα από τις κλάσεις «Μέλος ΕΠ Οικονοµικού» και «Μέλος ΕΠ Πληροφορικής», όπως βλέπουµε και στο σχήµα Τα στιγµιότυπα του σχήµατος αυτού στη καρτέλα Individuals έχουν την µορφή που βλέπουµε στο σχήµα 120

123 7.44 (παρατηρούµε ότι στο στιγµιότυπο που δεν έχουν επιλεγεί τέσσερα µέλη ΕΠ του τµήµατος Πληροφορικής υπάρχει ένα κόκκινο πλαίσιο για να µας το υπενθυµίσει). Άρθρο 4 Όργανα διοίκησης του ΠΜΣ Για την οργάνωση και την εν γένει λειτουργία του ΠΜΣ αρµόδια όργανα είναι: 1. Η Σύγκλητος Ειδικής Σύνθεσης του ΑΠΘ µε αρµοδιότητες, όπως αυτές περιγράφονται στο εδ. α του άρθρου 2 του Ν 3685/ Η Ειδική ιατµηµατική Επιτροπή (Ε Ε), η οποία αποτελείται από τα επτά µέλη που εκλέγονται από το Τµήµα Πληροφορικής και το Τµήµα Οικονοµικών Επιστηµών. Τα τέσσερα µέλη προέρχονται από µέλη ΕΠ του Τµήµατος Πληροφορικής τους οποίους εκλέγει το Τµήµα Πληροφορικής. Τα λοιπά τρία µέλη προέρχονται από τρία µέλη ΕΠ του Τµήµατος Οικονοµικών Επιστηµών τους οποίους εκλέγει το τµήµα Οικονοµικών Επιστηµών. 121

124 Σχήµα 7.43 Ιδιότητες της κλάσης «Ε Ε» και δύο χαρακτηριστικά στιγµιότυπα αυτής. Σχήµα 7.44 Επιλογή των µελών της Ε Ε µε χρήση του Protégé. 122

125 Στο σχήµα 7.45 βλέπουµε τους περιορισµούς και τον σχολιασµό της κλάσης «Ε Ε». Παρατηρούµε ότι φαίνονται και οι περιορισµοί που κληρονοµεί η κλάση από την υπερκλάση «ιοίκηση ΠΜΣ». Σχήµα 7.45 Περιορισµοί και σχολιασµός της κλάσης «Ε Ε» Κλάση «Λίστα Μαθηµάτων του Έτους» Η κλάση της οντολογίας που θα παρουσιάσουµε είναι αυτή µε το όνοµα «Λίστα Μαθηµάτων του Έτους». Η συγκεκριµένη κλάση δεν έχει υποκλάσεις και συνδέεται µε άλλες κλάσεις µέσω ιδιοτήτων αντικειµένων (π.χ. Academic period Lesson List ) και έχει για ορίσµατα στιγµιότυπα άλλων κλάσεων. Στόχος της είναι να περιγράψει τη λίστα των µαθηµάτων που είναι διαθέσιµα την κάθε ακαδηµαϊκή περίοδο. Στην ουσία συνδέουµε ένα αριθµό µαθηµάτων µε µια ακαδηµαϊκή περίοδο (π.χ. τα µαθήµατα Βάσεις εδοµένων, ίκαιο Πληροφορικής, ηµόσιες Σχέσεις και ιαχείριση Γνώσης κ.α. µε την περίοδο ) σχήµα Τα στιγµιότυπα της κλάσης θα έχουν τις ιδιότητες και περιορισµούς που βλέπουµε στα σχήµατα 7.47 και

126 Σχήµα 7.46 Εισαγωγή µαθηµάτων στη λίστα του έτους µε χρήση του Protégé. Σχήµα 7.47 Ιδιότητες της κλάσης και ένα χαρακτηριστικά στιγµιότυπα αυτής. Σχήµα 7.48 Περιορισµοί και σχολιασµός της κλάσης Κλάση «Μάθηµα» Η επόµενη κλάση της οντολογίας που θα παρουσιάσουµε είναι αυτή µε το όνοµα «Μάθηµα». Η συγκεκριµένη κλάση έχει τις υποκλάσεις «Επιλογής», «Υποχρεωτικό Κατεύθυνσης Οικονοµικού» και «Υποχρεωτικό Κατεύθυνσης Πληροφορικής», όπως βλέπουµε στο σχήµα Στόχος της κλάσης είναι να περιγράψει τα µαθήµατα που διδάσκονται ή έχουν διδαχτεί ανεξαρτήτως ακαδηµαϊκής περιόδου. Τα χωρίζει σε επιλογής και υποχρεωτικά ανάλογα µε τις δύο κατευθύνσεις που υπάρχουν. Σε κάθε µια 124

127 από αυτές τις υποκλάσεις υπάρχουν πλήρεις περιγραφές µε ιδιότητες όπως αυτές που βλέπουµε στο σχήµα Σχήµα 7.49 Υποκλάσεις της κλάσης «Μάθηµα». Σχήµα 7.50 Ιδιότητες της κλάσης «Μάθηµα». Εποµένως για την περιγραφή ενός µαθήµατος θα πρέπει να δηλώσουµε τους φοιτητές που το παρακολουθούν, σε ποια κατηγορία ανήκει (επιλογής ή υποχρεωτικό), να το δηλώσουµε στη λίστα µαθηµάτων του έτους, να αναφέρουµε από ποιον διδάσκοντα παραδίδετε την συγκεκριµένη χρονιά, σε ποιο εξάµηνο είναι διαθέσιµο (πρώτο, δεύτερό ή τρίτο) και επίσης να συνδέεται µε την κλάση «Βαθµολογία Μαθήµατος Φοιτητή» που µελετήσαµε σε προηγούµενη ενότητα (σχήµα 7.51). 125

128 Σχήµα 7.51 Εισαγωγή πληροφοριών µαθήµατος µε χρήση του Protégé. Στο σχήµα 7.52 βλέπουµε τους περιορισµούς και το σχολιασµό της κλάσης «Μάθηµα». Παρατηρούµε ότι υπάρχει ο περιορισµός, σύµφωνα µε το άρθρο 11 του ΕΚ, που θέτει ως µέγιστο αριθµό φοιτητών που µπορούν να παρακολουθήσουν ένα µάθηµα τους 25 και ο ελάχιστο τους 7. Άρθρο 11 Εγγραφή Φοίτηση Εξετάσεις Ορίζεται ως κατώτερος αριθµός µεταπτυχιακών φοιτητών τα επτά (7) άτοµα για να πραγµατοποιηθεί ένα µάθηµα και ως µέγιστος αριθµός φοιτητών τα είκοσι πέντε (25) άτοµα ανά µάθηµα. Στα εργαστηριακά µαθήµατα ορίζεται ως µέγιστός αριθµός τα είκοσι (20) άτοµα µε προτεραιότητα στους φοιτητές µε υπόβαθρο Οικονοµικών σπουδών για τα µαθήµατα Πληροφορικής κατεύθυνσης και µε προτεραιότητα στους φοιτητές µε υπόβαθρο Πληροφορικής για τα µαθήµατα κατεύθυνσης Οικονοµικών σπουδών. Σχήµα 7.52 Περιορισµοί και σχολιασµός της κλάσης. 126

129 7.1.7 Κλάση «Μεταπτυχιακή ιπλωµατική Εργασία» Η κλάση της οντολογίας που θα παρουσιάσουµε εδώ είναι αυτή µε το όνοµα «Μεταπτυχιακή ιπλωµατική Εργασία». Η συγκεκριµένη κλάση δεν έχει υποκλάσεις, αλλά συνδέεται µέσω της ιδιότητας Thesis Valuation µε την κλάση «ιαδικασία Εξέτασης Μεταπτυχιακής Εργασίας», όπως παρατηρούµε στο σχήµα Στόχος της είναι να περιγράψει το άρθρο 13 του ΕΚ, δηλαδή την διαδικασία λήψης και εκπόνησης της διπλωµατικής εργασίας από ένα φοιτητή του ΠΜΣ προκειµένου να τελειώσει επιτυχώς το πρόγραµµα σπουδών. Σχήµα 7.53 Η κλάση «Μεταπτυχιακή ιπλωµατική Εργασία» Κλάση «Χρονική Περίοδος» Η κλάση της οντολογίας που θα παρουσιάσουµε εδώ είναι αυτή µε το όνοµα «Χρονική Περίοδος». Η συγκεκριµένη κλάση έχει µια υποκλάση, την «Ακαδηµαϊκή Περίοδος», όπως παρατηρούµε στο σχήµα Στόχος της είναι να περιγράψει τις χρονικές περιόδους που χρησιµοποιεί ο ΕΚ και να τις συνδέσει µε τα χειµερινά ή θερινά εξάµηνα της ακαδηµαϊκής περιόδου. Σχήµα 7.54 Υποκλάση της κλάσης «Χρονική Περίοδος» και χαρακτηριστικά στιγµιότυπα αυτής. 127

130 7.1.9 Επισκόπηση της Οντολογίας Μετά από τις επιµέρους παρουσιάσεις των κλάσεων «Άτοµο», «Αξιολόγηση», «Βαθµολογία Μαθήµατος Φοιτητή», «Εσωτερικός Κανονισµός ΠΜΣ», «Λίστα Μαθηµάτων του Έτους», «Μάθηµα», «Μεταπτυχιακή ιπλωµατική Εργασία» και «Χρονική Περίοδος», στα παρακάτω σχήµατα 7.55 και 7.56 βλέπουµε µια συνολική εικόνα αυτής µε την βοήθεια του εργαλείου Jambalaya του Protégé. Σχήµα 7.55 Παρουσίαση µε χρήση του Jambalaya (Nested View & Treemap). 128

131 Σχήµα 7.56 Παρουσίαση µε χρήση του Jambalaya (Domain/Range). 129

132 7.2 Ανάλυση των κανόνων της Οντολογίας. Όπως αναφέραµε σε προηγούµενη ενότητα η βασική ιδέα της SWRL [7.3] είναι να επεκταθεί η OWL DL µε µια µορφή κανόνων, διατηρώντας, τη µέγιστη προς τα πίσω συµβατότητα µε την υπάρχουσα σύνταξη και σηµασιολογία της OWL. Το αριστερό τµήµα των κανόνων ονοµάζεται σώµα, ενώ το δεξιό κοµµάτι ονοµάζεται κεφαλή. Επίσης, οι µεταβλητές µπορούν να υπάρχουν στο σώµα και στην κεφαλή των κανόνων και συµβολίζονται µε ένα αγγλικό ερωτηµατικό (?) στην αρχή τους. Ακόµα, οι µεταβλητές που υπάρχουν στο σώµα πρέπει να υπάρχουν και στην κεφαλή, ενώ δεν ισχύει το αντίστροφο. Στα πλαίσια της µεταπτυχιακής διατριβής χρησιµοποιήσαµε κάποιους κανόνες SWRL ώστε να περιγράψουµε κάποιες σχέσεις των κλάσεων της οντολογίας µας, που δεν θα µπορούσαµε να το κάνουµε µε την χρήση µόνο της OWL DL. Για να γράψουµε τους κανόνες χρησιµοποιήσαµε την SWRL Rules καρτέλα του Protégé. Για να εισάγουµε τα δεδοµένα αυτά χρησιµοποιήσαµε τη Jess [7.4], η οποία λαµβάνει και συνδυάζει τα OWL και SWRL (σχήµα 7.57, βήµα 1) δεδοµένα, τα επεξεργάζεται (σχήµα 7.57, βήµα 2) και στην συνέχεια τα εισάγει στην οντολογία (σχήµα 7.57, βήµα 3). Σχήµα 7.57 Εργαλείο Jess στην SWRL Rules καρτέλα του Protégé Εισαγωγή Φοιτητών στο ΠΜΣ Για να περιγράψουµε πλήρως την εισαγωγή φοιτητών στο ΠΜΣ χρησιµοποιήσαµε µια σειρά από κανόνες SWRL. Πρωταρχικά µε τον κανόνα «Def Average Αξιολόγηση Υποψήφιου Φοιτητή» υπολογίζουµε το µέσο όρο της βαθµολογίας της αίτησης του 130

133 κάθε υποψηφίου, σύµφωνα µε τα βάρη των κριτηρίων που θέτει ο ΕΚ στο άρθρο 8 αυτού. Αυτή η οµάδα κανόνων έχει το πρόθεµα «Def» στα ονόµατά της. Άρθρο 8 ιαδικασία αξιολόγησης υποψηφίων Η επιλογή των µεταπτυχιακών φοιτητών γίνεται µε συνεκτίµηση των κριτηρίων που µνηµονεύονται στο άρθρο 4 παρ. 1 α του Ν. 3685/2008. Τα κριτήρια αυτά οµαδοποιούνται σε έξι παραµέτρους, η κάθε παράµετρος αποτιµάται σε κλίµακα 0 10 και οι επιµέρους αποτιµήσεις σταθµίζονται µε συντελεστές βαρύτητας. Ειδικότερα συνεκτιµώνται: Η επιτυχία στην προσωπική συνέντευξη του υποψηφίου µε συντελεστή βαρύτητας 7%. Ο γενικός βαθµός πτυχίου, το είδος του πτυχίου ή κατάταξη του υποψηφίου µεταξύ των συµφοιτητών του µε συντελεστή βαρύτητας 40% Ενδεχόµενες δηµοσιευµένες εργασίες, πρόσθετα πτυχία ή µεταπτυχιακοί τίτλοι του υποψηφίου µε συντελεστή βαρύτητας 8%. Η γλωσσοµάθεια του υποψηφίου µε συντελεστή βαρύτητας 15% µε κατηγοριοποίηση των πτυχίων γλωσσοµάθειας. Η επίδοση στο τεστ GMAT µε συντελεστή βαρύτητας 25%. Η επαγγελµατική δραστηριότητα µε συντελεστή βαρύτητας 5%. Κανόνας 1 ος Υπολογισµός µέσου όρου βαθµολογίας (π.χ. στιγµιότυπα σχήµατος 7.58) µε τον «Def Average Αξιολόγηση Υποψήφιου Φοιτητή». Αρχικά πολλαπλασιάζουµε το βάρος του κριτηρίου µε την αντίστοιχη τιµή της αίτησης εισαγωγής και το αποτέλεσµα πάει στη µεταβλητή sum. Στη συνέχεια κάνουµε τις προσθέσεις των sum µε την βοήθεια των add και βρίσκουµε την τελική βαθµολογία (σχήµα 7.59). Αξιολόγηση_Υποψήφιου_Φοιτητή(?z) Βαθµός και Είδος πτυχίου(?z,?a) swrlb:multiply(?sum1, 0.4,?a) GMAT(?z,?b) swrlb:multiply(?sum2, 0.25,?b) Γλωσσοµάθεια(?z,?c) swrlb:multiply(?sum3, 0.15,?c) ηµοσιεύσεις(?z,?d) swrlb:multiply(?sum4, 0.08,?d) Επαγγελµατική δραστηριότητα(?z,?e) swrlb:multiply(?sum5, 0.05,?e) Συνέντευξη(?z,?f) swrlb:multiply(?sum6, 0.07,?f) swrlb:add(?add1,?sum1,?sum2) swrlb:add(?add2,?sum3,?sum4) swrlb:add(?add3,?sum5,?sum6) swrlb:add(?add,?add1,?add2) swrlb:add(?sum,?add,?add3) 131

134 Valuation_Average(?z,?sum) Σχήµα 7.58 Στιγµιότυπα όπου φαίνονται οι ορθοί υπολογισµοί του κανόνα. 132

135 Σχήµα 7.59 Υπολογισµός των µέσων όρων των βαθµολογιών των αιτήσεων. Κανόνας 2 ος Εύρεση του ποιοι υποψήφιοι φοιτητές πέρασαν την βάση του πέντε µε τον «Def Base Αξιολόγηση Υποψήφιου Φοιτητή». Από τους µέσους όρους βαθµολογίας των αιτήσεων που υπολογίσαµε, επιλέγουµε τις αιτήσεις που είχαν τιµή µεγαλύτερη του πέντε και δηλώνουµε ότι αυτές έχουν περάσει την αξιολόγηση. Στο σχήµα 7.60 βλέπουµε όλους τους µέσους όρους των αιτήσεων (καρτέλα Axioms του Jess) στο σχήµα 7.61 τις αιτήσεις που πέρασαν την βάση και θα ενηµερώσουν την οντολογία (καρτέλα Inferred Axioms ). Valuation_Average(?z,?sum) swrlb:greaterthan(?sum, 5) Valuation_Base_Pass(?z,?sum) Σχήµα 7.60 Οι αιτήσεις µε την τελική βαθµολογία τους. 133