Ανάπτυξη οντολογίας για τη δομή και τις διαδικασίες του Τμήματος Σπουδών ΑΠΘ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ «ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΚΑΙ ΔΙΟΙΚΗΣΗ» ΤΜΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΚΑΙ ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ Ανάπτυξη οντολογίας για τη δομή και τις διαδικασίες του Τμήματος Σπουδών ΑΠΘ Διπλωματική Εργασία της Ρούφη Λαμπρινής (ΑΕΜ: 461) Εξεταστική Επιτροπή Επιβλέπων: Βασιλειάδης Νικόλαος, Αναπληρωτής Καθηγητής ΑΠΘ Μέλη: Κουσενίδης Δημήτριος, Επίκουρος Καθηγητής ΑΠΘ Αγγελής Ελευθέριος, Αναπληρωτής Καθηγητής ΑΠΘ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ ΜΑΡΤΙΟΣ 2015

2

3 Περίληψη Στην εποχή που ζούμε, η τεχνολογία εξελίσσεται με ταχείς ρυθμούς με αποτέλεσμα να διεισδύει όλο και περισσότερο στη ζωή μας. Οι υπολογιστές μπορούν να επεξεργάζονται πολύ γρήγορα και με μεγάλη ακρίβεια τεράστιο όγκο δεδομένων. Η ιδιότητά τους αυτή τους καθιστά όλο και πιο απαραίτητους σε βασικούς τομείς όπως: στις επιστήμες, στην εκπαίδευση, στις συγκοινωνίες, στα διάφορα επαγγέλματα και άλλα. Ο Σημασιολογικός Ιστός, αποτελεί την εξέλιξη του Παγκόσμιου Ιστού και τη νέα γενιά του Διαδικτύου, έχοντας ως αποτέλεσμα την καλύτερη αναζήτηση, επεξεργασία και ενοποίηση των δεδομένων. Σπουδαίο ρόλο στα παραπάνω διαδραματίζει η Διαχείριση Γνώσης αφού με δεδομένη την μετάβαση από την βιομηχανική κοινωνία σε αυτή της γνώσης και της πληροφορίας, ο ρόλος της γνώσης ως ο πιο σημαντικός στρατηγικός πόρος των επιχειρήσεων έχει γίνει πλέον ευρέως κατανοητός. Eπιπροσθέτως, οι οντολογίες αποτελούν τα σημαντικότερα εργαλεία στην αναπαράσταση και διαχείριση της γνώσης στο Σημασιολογικό Ιστό, επιτρέποντας τον διαμοιρασμό των πληροφοριών. Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι αρχικά η μελέτη και ανασκόπηση των παραπάνω αντικειμένων και στη συνέχεια ακολούθησε η ανάπτυξη οντολογίας για το Τμήμα Σπουδών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Το Τμήμα Σπουδών ανήκει στην Διεύθυνση Συντονισμού Ακαδημαϊκών Μονάδων του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης και οι αρμοδιότητές του αφορούν τη συγκέντρωση νομοθετημάτων, αποφάσεων και εγκυκλίων που αφορούν σπουδές και ο συντονισμός της ομοιόμορφης εφαρμογής τους. Για να αναπαρασταθούν όλα τα προηγούμενα σε μία πιο τυπική, δομημένη και επαναχρησιμοποιήσιμη μορφή, αναπτύχθηκε μια οντολογία στο σύστημα Protégé OWL. Η δημιουργία της παραπάνω οντολογίας έχει ως στόχο τον καλύτερο έλεγχο των εργασιών και των διαδικασιών του παραπάνω Τμήματος αλλά και τη δημοσιοποίηση δεδομένων του ΑΠΘ ως linked open data και την ενσωμάτωση μετα-δεδομένων στις ιστοσελίδες του τμήματος σπουδών ή/και άλλων τμημάτων του ΑΠΘ.

4 Title: An Ontology for the Structure and Functionality of the Department of Studies of the Aristotle University of Thessaloniki Abstract Nowadays, technology is being developed rapidly and as a result it intrudes more and more into our lives. Computers can process huge amount of data very fast and precisely. This characteristic makes them even more necessary in fields as: science, education, transportation, business etc. Semantic Web is an extension of the current World Wide Web, leading to better (more accurate) searching, processing and integration of data. Knowledge Management plays an important role at the above tasks. Concerning the transition from the industrial society to the knowledge and information society, the role of knowledge is known as the most important strategic business resource. Ontologies are the most important means of representing and managing knowledge in Semantic Web, allowing the sharing and common understanding of information. The aim of this thesis is to initially study and review the above topics and then to develop an ontology for the Department of Studies of the Aristotle University of Thessaloniki. The Department of Studies belongs to the Department of Academic Coordination Unit of the Aristotle University of Thessaloniki and its responsibilities on the collection instruments, decisions and circulars concerning studies and the coordination of their uniform application. In order to represent the knowledge in a formal, structured and reusable form, the ontology has been developed in the Web Ontology Language OWL using the Protégé ontology editor. The creation of the above ontology aims to better control the operations and procedures of the above Department and the AUTH data disclosure as linked open data and integrating metadata in the Department websites and / or other parts of AUTH. -ii-

5 Ευχαριστίες Στο σημείο αυτό, θα ήθελα να εκφράσω τις ειλικρινείς μου ευχαριστίες σε όλους όσους συνέβαλλαν στην ολοκλήρωση της διπλωματικής αυτής εργασίας. Αρχικά, θα ήθελα να ευχαριστήσω τον καθηγητή μου, κ. Νικόλαο Βασιλειάδη, Αναπληρωτή Καθηγητή του Τμήματος Πληροφορικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, για την εμπιστοσύνη και βοήθεια που μου έδειξε όλα αυτά τα χρόνια αλλά και τη στήριξη του για την ολοκλήρωση των μεταπτυχιακών μου σπουδών. Μέσα από την παρότρυνση και καθοδήγησή του με οδήγησε στην ολοκλήρωση της παρούσας εργασίας. Κλείνοντας, οφείλω το μεγαλύτερο ευχαριστώ στην οικογένεια μου, που ήταν πάντα δίπλα μου, δίνοντας μου δύναμη και κουράγιο για την ολοκλήρωση των μεταπτυχιακών μου σπουδών. Ρούφη Λαμπρινή Θεσσαλονίκη, Μάρτιος 2015

6 -iv- Στη μνήμη του πατέρα μου

7 Περιεχόμενα ΠΕΡΙΛΗΨΗ... I ABSTRACT... II ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ... III ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ... V ΛΙΣΤΑ ΕΙΚΟΝΩΝ... VIII 1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΑΝΤΙΚΕΙΜΕΝΟ ΤΗΣ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΟΜΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΓΝΩΣΗΣ ΚΑΙ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΣ ΙΣΤΟΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΓΝΩΣΗΣ Τι είναι Διαχείριση Γνώσης (Knowledge Management) Τα στάδια της ΔΓ Αρχές της ΔΓ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗ ΓΝΩΣΗΣ ΚΑΙ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΣ ΙΣΤΟΣ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΣ ΙΣΤΟΣ Ορισμός ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ Κατηγορίες του Σημασιολογικού Ιστού Μεταδεδομένα Πράκτορες Οντολογίες ΟΝΤΟΛΟΓΙΕΣ ΚΑΙ ΓΛΩΣΣΑ OWL ΟΝΤΟΛΟΓΙΕΣ Ορισμός Κατηγορίες των Οντολογιών... 26

8 3.1.3 Συστατικά μιας οντολογίας Λόγοι δημιουργίας μιας οντολογίας Κριτήρια δημιουργίας μιας οντολογίας Κριτήρια εργαλείων ανάπτυξης και διαχείρισης οντολογιών Βασικότερα είδη εργαλείων οντολογιών Γλώσσες αναπαράστασης οντολογιών RDF ΚΑΙ RDFS ΤΑ ΠΑΝΤΑ ΣΤΟ RDFS ΕΙΝΑΙ URIS, ΜΙΑ ΑΝΤΙΛΗΨΗ ΠΟΥ ΔΙΑΤΗΡΗΘΗΚΕ ΣΕ ΟΛΗ ΤΗΝ ΠΟΡΕΙΑΑΝΑΠΤΥΞΗΣ ΤΟΥ ΣΗΜΑΣΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΙΣΤΟΥ.Η ΓΛΩΣΣΑ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΩΝ OWL Η ΓΛΩΣΣΑ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΩΝ OWL Δημιουργία της OWL Οι υποκατηγορίες της OWL Περιγραφή της γλώσσας OWL ΤΟ ΕΡΓΑΛΕΙΟ PROTEGE ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΤΡΟΠΟΙ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΩΝ Protégé - Frames Protégé OWL ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΓΕΝΙΚΑ ΓΙΑ ΤΟ ΤΜΗΜΑ ΣΠΟΥΔΩΝ ΤΟΥ ΑΠΘ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΚΛΑΣΕΙΣ Η ΚΛΑΣΗ SERVICE ΚΑΙ ΟΙ ΥΠΟΚΛΑΣΕΙΣ ΤΗΣ Η κλάση Information και οι υποκλάσεις της Η κλάση Scholarship και η υποκλάση της Η κλάση Statistics Η ΚΛΑΣΗ STAFF ΚΑΙ ΟΙ ΥΠΟΚΛΑΣΕΙΣ ΤΗΣ Η ΚΛΑΣΗ STUDYPROGRAM ΚΑΙ ΟΙ ΥΠΟΚΛΑΣΕΙΣ ΤΗΣ Η ΚΛΑΣΗ UNIVERSITYUNIT ΚΑΙ ΟΙ ΥΠΟΚΛΑΣΕΙΣ ΤΗΣ ΣΤΙΓΜΙΟΤΥΠΑ ΤΗΣ ΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ - ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΕΚΤΑΣΕΙΣ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ vi-

9 6.2 ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΕΣ ΕΠΕΚΤΑΣΕΙΣ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 63

10 Λίστα εικόνων Εικόνα 1 Semantic Web Εικόνα 2 Στάδια Διαχείρισης Γνώσης Εικόνα 3 Η αρχιτεκτονική του Σημασιολογικού Ιστού Εικόνα 4 Οι υποκατηγορίες της OWL Εικόνα 5 Οι υπογλώσσες της OWL Εικόνα 6 Η κλάση Service και οι υποκλάσεις της Εικόνα 7 Οι ιδιότητες της κλάσης Service Εικόνα 8 Η κλάση Information και οι υποκλάσεις της Εικόνα 9 Η κλάση Schlolarship και η υποκλάση της Εικόνα 10 Οι ιδιότητες της κλάσης Scholarship Εικόνα 11Η κλάση Staff και οι υποκλάσεις της Εικόνα 12 Restriction κλάσης CommitteeOfStudies Εικόνα 13Rescriction ιδιότητας ForDepartment Εικόνα 14 Η κλάση StudyProgram και οι υποκλάσεις της Εικόνα 15 Η κλάση UniversityUnit και οι υποκλάσεις της Εικόνα 16 Σύνδεση κλάσεων στο Jambalaya Εικόνα 17 Στιγμιότυπο ης κλάσης Scholarship Εικόνα 18 Στιγμιότυπο της κλάσης Staff Εικόνα 19 Στιγμιότυπο της κλάση Faculty Εικόνα 20 Στατιστικά στοιχεία Protégé viii-

11

12

13 1 Εισαγωγή 1.1 Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας Ο Παγκόσμιος Ιστός αναπτύχθηκε εξαιτίας της ανάγκης για εύρεση, αποθήκευση και διαμοιρασμό της πληροφορίας. Ωστόσο, υπήρξαν ορισμένα προβλήματα σχετικά με τον εντοπισμό και την σύνδεση των πληροφοριών από διαφορετικές πηγές. Τη λύση στα παραπάνω έρχεται να δώσει ο Σημασιολογικός Ιστός, ο οποίος κατέστησε το περιεχόμενο των κειμένων και των συνδέσμων μεταξύ των δεδομένων με τρόπο κατανοητό και επεξεργάσιμο. Έτσι, στην εποχή μας, ο Ιστός έχει εμπλουτίσει τη πληροφορία και τα δεδομένα πλέον είναι κατανοητά από τους υπολογιστές αλλά και εύκολο να τα αναζητήσει κανείς. Για να είναι η πληροφορία κατανοητή, απαιτείται η συμβολή της Διαχείρισης Γνώσης, όπου βοηθάει στον καλύτερο συντονισμό της δημιουργίας, μεταφοράς και εφαρμογής της γνώσης, που περιέχεται σε έναν οργανισμό, είτε μέσω των ατόμων που σχετίζονται με αυτόν, είτε μέσω των εργαλείων και μεθόδων που χρησιμοποιούνται. Η ανάπτυξη του Σημασιολογικού Ιστού βασίζεται στις οντολογίες. Οι οντολογίες χρησιμοποιούνται και για την αναπαράσταση της γνώσης στον Σημασιολογικό Ιστό, επιτρέποντας την ανταλλαγή πληροφοριών ανάμεσα στις διαφορετικές μεταξύ τους διαδικτυακές εφαρμογές και έτσι υπάρχει διαλειτουργικότητα μεταξύ των πληροφοριών και των συστημάτων που τις ανταλλάσσουν. Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι αρχικά η μελέτη και ανασκόπηση των παραπάνω αντικειμένων και στη συνέχεια ακολούθησε η ανάπτυξη οντολογίας για το Τμήμα Σπουδών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Για να αναπαρασταθούν όλα τα προηγούμενα σε μία πιο τυπική, δομημένη και επαναχρησιμοποιήσιμη μορφή, αναπτύχθηκε μια οντολογία στο σύστημα Protégé OWL. Η δημιουργία της παραπάνω οντολογίας έχει ως στόχο τον καλύτερο έλεγχο των εργασιών και των διαδικασιών του παραπάνω Τμήματος. Εικόνα 1 Semantic Web -11-

14 1.2 Δομή διπλωματικής εργασίας Η διάρθρωση της εργασίας αποτελείται από δυο μέρη. Στο πρώτο μέρος, γίνεται μια εκτενής αναφορά στο θεωρητικό υπόβαθρο που πρέπει να έχει μελετήσει κανείς ώστε να είναι σε θέση να προβεί στην ανάπτυξη μιας οντολογίας. Στο δεύτερο μέρος, αναφερόμαστε στο πρακτικό κομμάτι της εργασίας, όπου περιέχεται η υλοποίηση της οντολογίας ενώ στη συνέχεια έχουμε παραθέσει κάποια γενικά συμπεράσματα καθώς και ορισμένες ιδέες για μελλοντική χρήση της εργασίας αυτής. Πιο αναλυτικά, η δομή της εργασίας ανά κεφάλαιο έχει την παρακάτω διάρθρωση: Στο Κεφάλαιο 2, προσπαθούμε να αποδώσουμε τον ορισμό της Διαχείρισης Γνώσης ενώ στη συνέχεια παρουσιάζουμε τα στάδια και τις αρχές της Διαχείρισης Γνώσης. Ακόμη, γίνεται αναφορά στο Σημασιολογικό Ιστό και πιο συγκεκριμένα επικεντρωνόμαστε στην αρχιτεκτονική και τις τεχνολογίες του. Πιο συγκεκριμένα, αναφερόμαστε στα μεταδεδομένα, τους πράκτορες και τις οντολογίες. Στο Κεφάλαιο 3, στο σημείο αυτό κάνουμε μια εκτενή ανάλυση για τις οντολογίες. Αρχικά, δίνουμε τον ορισμό, αναλύουμε τις κατηγορίες και τα συστατικά μιας οντολογίας. Επίσης γίνεται λόγος για τα κριτήρια δημιουργίας μιας οντολογίας καθώς και τα εργαλεία που επιτυγχάνουν αυτό το σκοπό. Ακόμη, παρουσιάζουμε τη γλώσσα αναπαράστασης Οντολογιών OWL, η οποία χρησιμοποιήθηκε και για την υλοποίηση της οντολογίας που αποτελεί αντικείμενο της παρούσας εργασίας. Κάνουμε λόγο στις υπογλώσσες της OWL, καθώς και στην γενική περιγραφή της γλώσσας. Στο Κεφάλαιο 4, στο τελευταίο κεφάλαιο του πρώτου μέρους, κλείνουμε με την αναφορά στο εργαλείο Protégé, εστιάζοντας στους δυο βασικούς τύπους δημιουργίας οντολογιών, το Protégé-frames edition και το Protégé OWL. Στο Κεφάλαιο 5: Στο κεφάλαιο αυτό γίνεται παρουσίαση της οντολογίας με αναφορά σε όλες τις κλάσεις της και ανάλυση των υποκλάσεων τους. Επίσης, εξηγούμε τις ιδιότητες των κλάσεων και τους περιορισμούς ενώ στο τέλος γίνεται αναφορά ορισμένων στιγμιότυπων από την οντολογία. Στο Κεφάλαιο 6: Κλείνοντας, στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζουμε ορισμένα συμπεράσματα που προέκυψαν καθώς και προτάσεις για κάποια μελλοντική επέκταση της εργασίας αυτής. -12-

15 -13-

16 2 Διαχείριση γνώσης και Σημασιολογικός Ιστός 2.1 Διαχείριση Γνώσης Στις μέρες μας, οι επιχειρήσεις εκτίθενται σε ένα περιβάλλον που όλο αλλάζει. Σημαντικό στοιχείο της επιτυχίας τους είναι η γνώση, που αποτελεί κρίσιμο πόρο για έναν οργανισμό. Όλο και περισσότεροι οργανισμοί έχουν εισάγει συστήματα διαχείρισης γνώσης, επιτρέποντας έτσι την καλύτερη οργάνωση και διαμοίραση της γνώσης. Η Διαχείριση Γνώσης έχει σαν στόχο την συστηματική και καθημερινή χρήση της Γνώσης Τι είναι Διαχείριση Γνώσης (Knowledge Management) Δεν υπάρχει αποδεκτός ορισμός για τη Διαχείριση Γνώσης ούτε και για την ίδια τη γνώση. Διάφοροι ερευνητές, έχουν κάνει προσπάθειες προσπαθώντας να εστιάσουν στους παραπάνω όρους. Σύμφωνα με τον Dillon, (1999) βασικοί οικονομικοί πόροι στην εποχή μας δεν θα είναι μόνο το κεφάλαιο, οι πρώτες ύλες και η γη, αλλά είναι και θα παραμείνει η γνώση. Ο Gartner Group αναφέρει πως η διαχείριση της γνώσης είναι ένας επιστημονικός κλάδος που στοχεύει σε μια ολοκληρωμένη προσέγγιση στα πλαίσια μιας επιχείρησης ή ενός οργανισμού. Ο όρος της «Διαχείρισης Γνώσης» χρησιμοποιείται με ασάφεια πολλές φορές με σκοπό να περιγράψει ένα σύνολο πρακτικών διαχείρισης που έχουν ως στόχο την βελτίωση διαδικασιών όπως η απόκτηση της γνώσης, η δημιουργία, η διάδοση κ.λπ. [1] Όταν αναφερόμαστε στη γνώση, εννοούμε όλα εκείνα τα στοιχεία που συλλέγει μια επιχείρηση από το περιβάλλον της και τα διαχέει στο εσωτερικό της. Η γνώση δίνει τη δυνατότητα σε μια επιχείρηση να αλλάζει συνεχώς και να γίνεται όλο και πιο ανταγωνιστική. Ο Broadbent (1998) αναφέρει ότι η διαχείριση της γνώσης διευρύνεται η χρήση της στον οργανισμό, αυξάνοντας έτσι την αξία της επιχείρησης. Ουσιαστικά, με τη διαχείριση της -14-

17 γνώσης πραγματοποιείται ενοποίηση των εσωτερικών στοιχείων μιας επιχείρησης μαζί με τα εξωτερικά στοιχεία αυτής, δημιουργώντας έτσι μια ενεργή και συνεχή γνώση. Θα λέγαμε τέλος, πως η Διαχείριση Γνώσης χρησιμοποιείται με σκοπό να περιγράψει το σύνολο των επιχειρηματικών πρακτικών που αναφέρονται στη δημιουργία, στην επεξεργασία και στη διάχυση της γνώσης. [2] Τα στάδια της ΔΓ Η διαχείριση γνώσης αποτελεί μια ολοκληρωμένη διαδικασία που περιλαμβάνει ενέργειες καθορισμένες που πρέπει να ακολουθηθούν. (Join Inspection, 2004). Για την ολοκλήρωση μιας ενέργειας που εμπλέκεται η γνώση δεν είναι απαραίτητο να ακολουθηθούν όλα τα βήματα που θα αναφερθούν στη συνέχεια. Ωστόσο, για να υπάρξει αποτελεσματικότητα στη γνώση, θα πρέπει να έχει περάσει από όλα τα στάδια. Σε αντίθετη περίπτωση δεν θα είναι χρήσιμη. Η διαδικασία διαχείρισης γνώσης αποτελείται από τα εξής στάδια: 1. Αναγνώριση της απαιτούμενης και διαθέσιμης πληροφορίας και γνώσης. Αρχικό μέλημα ενός οργανισμού είναι να εντοπίσει τη γνώση που χρειάζεται. Η γνώση αυτή διαφέρει ανάλογα με το άτομο την αναζητά. Για παράδειγμα, διαφορετική γνώση θα αναζητήσει ένα άτομο του προσωπικού σε σύγκριση με ένα διοικητικό στέλεχος ενός οργανισμού. 2. Σύλληψη. Μετά το στάδιο της αναγνώρισης των αναγκών σειρά έχει η σύλληψη της γνώσης. Για να γίνε αποτελεσματική η σύλληψη της γνώσης, χρειάζεται να ακολουθηθεί μια διαδικασία με σωστές πρακτικές. 3. Οργάνωση και αποθήκευση. Στο σημείο αυτό, γίνεται κωδικοποίηση, φιλτράρισμα και αποθήκευση της πληροφορίας ώστε να μη χαθεί, αλλά να μπορεί να συνδυαστεί ώστε να παράγει καινούρια γνώση. Σημαντικό ρόλο στο κομμάτι αυτό έχουν τα πληροφοριακά συστήματα. 4. Διαμοιρασμός. Πέρα από την συλλογή, σύλληψη και αποθήκευση της γνώσης, πρέπει να μοιράζεται και να ανταλλάσσεται μεταξύ των ατόμων που την απαρτίζουν. Οι διαδικασίες που υποστηρίζουν το διαμοιρασμό της γνώσης είναι οι περιγραφές καθηκόντων, οι παρουσιάσεις, η εναλλαγή θέσεων, η καθοδήγηση, και άλλα. 5. Χρήση της γνώσης. Η αποτελεσματική χρήση της πληροφορίας έχει σημαντική σημασία για την εξέλιξη και χρήση της γνώσης. -15-

18 Εικόνα 2 Στάδια Διαχείρισης Γνώσης Αρχές της ΔΓ Σύμφωνα με τον Thomas Davenport, έναν από τους επικρατέστερους ερευνητές στο χώρο της Διαχείρισης Γνώσης, οι αρχές που πρέπει να διέπουν τη ΔΓ είναι οι παρακάτω. [3] Η ΔΓ είναι ακριβή. Παρόλο που η απόκτηση της γνώσης απαιτεί πνευματική σκέψη και καλλιέργεια του πνευματικού νου, ωστόσο η διαχείριση της γνώσης χρειάζεται κεφάλαιο. Η εφαρμογή της γνώσης στα διάφορα συστήματα, η επεξεργασία, η κατηγοριοποίηση και ο διαμοιρασμός της γνώσης αποτελούν μερικά παραδείγματα εφαρμογών που η διαχείριση της γνώσης απαιτεί μόχθο και χρηματική επένδυση. Η αποτελεσματική ΔΓ απαιτεί υβριδικές λύσεις ανθρώπων και τεχνολογίας. Η διαχείριση γνώσης για έναν οργανισμό έχει σαν αποτέλεσμα την ανάγκη για περισσότερο ανθρώπινο δυναμικό. Το παραπάνω συνεπάγεται με αύξηση των εξόδων διότι οι άνθρωποι αποτελούν επένδυση για έναν οργανισμό. Δεν πρέπει να παραληφθεί βέβαια, ότι τα συστήματα που είναι υπεύθυνα για την συλλογή, οργάνωση και αποθήκευση της πληροφορίας λειτουργούν συμπληρωματικά με τους ανθρώπους ώστε να είναι αποτελεσματική η ΔΓ. -16-

19 Η ΔΓ είναι θέμα πολιτικής. Η ΔΓ είναι θέμα πολιτικής και αυτό γιατί συσχετίζει δύναμη, επιτυχία, πελατειακές σχέσεις, χρήμα κ.α. Η Γ απαιτεί διαχειριστές γνώσης (knowledge managers). Είναι υπεύθυνοι για την συλλογή, επεξεργασία και οργάνωση της γνώσης. Γενικότερα μέσα από τα καθήκοντά τους ελέγχουν την χρήση της γνώσης. Η ΔΓ επωφελείται περισσότερο από χάρτες παρά από μοντέλα. Οι διαχειριστές της γνώσης έχουν ως στόχο να παράγουν την πληροφορία με τρόπο ελκυστικό απέναντι στα μάτια της αγοράς. Το διαμοιρασμό και η χρησιμοποίηση της γνώσης συχνά είναι μη φυσιολογικές πράξεις. Εδώ αναφερόμαστε στο άτομο που κατέχει τη γνώση και πολλές φορές διακατέχεται από επιφύλαξη για το διαμοιρασμό αυτής. Η ΔΓ σημαίνει βελτίωση των διαδικασιών της γνωστικής εργασίας (knowledge work). Οι διαδικασίες με τις οποίες γίνεται η σύλληψη, ο διαμοιρασμός, η οργάνωση, η χρήση της γνώσης είναι συγκεκριμένες. Η πρόσβαση στη γνώση είναι μόνο η αρχή. Ασφαλώς χρειάζεται η γνώση για την ανάπτυξη της ΔΓ. Για να μπορέσει όμως η γνώση να είναι ενεργή θα πρέπει να διαμοιράζεται με σκοπό τη δημιουργία νέας γνώσης. Η ΔΓ ποτέ δεν τελειώνει. Ο έλεγχος της γνώσης δεν μπορεί να σταματήσει ποτέ. Επίσης με την ανάπτυξη των τεχνολογικών εξελίξεων απαιτείται συνεχής ενημέρωση και έλεγχος. Η ΔΓ απαιτεί συμβόλαιο γνώσης. Δεν είναι πάντα γνωστό ποιος κατέχει τη γνώση και τα δικαιώματά της. Για το λόγο αυτό υπάρχουν νόμοι οι οποίοι εφαρμόζονται και αναφέρονται στην πνευματική ιδιοκτησία της γνώσης. 2.2 Διαχείριση Γνώσης και Σημασιολογικός Ιστός Σκοπός του Σημασιολογικού Ιστού είναι η αναγωγή εγγράφων που ως τώρα ήταν κατανοητά μόνο από την ανθρώπινη ύπαρξη, σε κατανοήσιμα από τον ηλεκτρονικό υπολογιστή. Για να γίνει αυτό εφικτό, απαιτείται οι υπάρχουσες πληροφορίες στον ιστό να είναι έχουν εξοπλιστεί με μετά-πληροφορίες που θα προσφέρουν τη δυνατότητα στον υπολογιστή να επεξεργάζεται και να αναγνωρίζει τη σημασία τους. (36) Οι οντολογίες παρέχουν ένα τρόπο χειρισμού των ετερογενών αναπαραστάσεων στον Ιστό. Το μοντέλο -17-

20 πεδίου που υπονοείται σε μια οντολογία είναι η δομή ενοποίησης που θα δώσει στις πληροφορίες κοινή αναπαράσταση και σημασιολογία. Από τα παραπάνω λοιπόν, γίνεται κατανοητό ότι τόσο η χρήση των οντολογιών αλλά και των υποστηρικτικών εργαλείων προσφέρει την ευκαιρία για σημαντική βελτίωση των δυνατοτήτων διαχείρισης γνώσης. 2.3 Σημασιολογικός Ιστός Ο Παγκόσμιος Ιστός (World Wide Web), τα τελευταία χρόνια επηρεάζει ολοένα και περισσότερο την ανθρώπινη ύπαρξη. Κυριότερος στόχος είναι η βελτιωμένη αναζήτηση, η εκτέλεση σύνθετων διαδικασιών και η εξατομίκευση της πληροφορίας ανάλογα με τις ανάγκες του χρήστη κάθε φορά. Ο Σημασιολογικός Ιστός, αποτέλεσε το επόμενο βήμα στην εξέλιξη του διαδικτύου. Σύμφωνα με τον Tim Berners Lee και τους συνεργάτες του: [4] «ο Σημασιολογικός Ιστός είναι μια επέκταση του σημερινού ιστού όπου η πληροφορία έχει καλά καθορισμένο νόημα, καθιστώντας τη συνεργασία μεταξύ ανθρώπων και υπολογιστών πιο αποτελεσματική». Οι κυριότερες δραστηριότητες των ανθρώπων στο διαδίκτυο είναι η αναζήτηση πληροφοριών, η επικοινωνία μεταξύ τους αλλά και οι επιχειρηματικές δραστηριότητες. Βασικός στόχος του Σημασιολογικού Ιστού είναι να επεκτείνει τον ήδη υπάρχοντα Ιστό. Η ρητή αναπαράσταση της σημασίας και της έννοιας των δεδομένων, θα έχει ως αποτέλεσμα την δημιουργία ενός Ιστού βασισμένου στη γνώση, που θα προσφέρει στους χρήστες να αναζητούν πληροφορίες κατηγοριοποιημένες και ακριβείς. Είναι προφανές, ότι η είσοδος του Σημασιολογικού Ιστού φέρνει νέα δεδομένα τόσο για απλές καθημερινές δραστηριότητες των χρηστών όσο και για επιχειρηματικές διαδικασίες Ορισμός Ο Σημασιολογικός Ιστός δεν είναι κάτι νέο. Ο ιδρυτής του Παγκόσμιου Ιστού Tim Berners-Lee, φανταζόταν έναν Ιστό ο οποίος θα απαρτιζόταν από πληροφορίες με πολλές περιγραφές των δεδομένων. Η χρησιμοποίηση του διαδικτύου από τον καθένα όμως, δεν έδωσε τη δυνατότητα για ανάπτυξη των αρχικών αυτών ιδεών με αποτέλεσμα τη δημιουργία του Παγκόσμιου Ιστού όπως τον γνωρίζουμε σήμερα. Η αρχική ιδέα δεν έγινε πράξη, αλλά σύμφωνα με το άρθρο στο Scientific American (Tim Berners-Lee, Jim Hendler και Ora Lassila, 2001) [4] ο ιστός λειτουργεί για τους χρήστες παρέχοντας τις απαραίτητες -18-

21 πληροφορίες που χρειάζονται. Για να γίνει εφικτό αυτό, είναι απαραίτητο να υπάρχουν οι σωστές πληροφορίες σε κάθε online πηγή δεδομένων αλλά και κατάλληλα εργαλεία για τη χρησιμοποίηση των πληροφοριών. Ένας από τους λόγους ανάπτυξης τους Σημασιολογικού Ιστού είναι η ανάγκη για τη δημιουργία online εγγράφων, βασισμένα σε μια περιγραφή. Και αυτό είναι απαραίτητο, γιατί σε μια αναζήτηση είναι σημαντικό τα αποτελέσματα της να αφορούν μόνο τα κατάλληλα έγγραφα για τα οποία γίνεται η αναζήτηση. [5] 2.4 Αρχιτεκτονική του Σημασιολογικού Ιστού Ο Σημασιολογικός Ιστός αποτελείται από ένα σύνολο τεχνολογιών και προτύπων τα οποία αναφέρονται στην υποστήριξη ενός Ιστού βασισμένου στη γνώση. Η αρχιτεκτονική του δημιουργήθηκε σταδιακά και είναι οργανωμένος από πολλά επίπεδα, τα οποία αποτελούν τεχνολογικά επίπεδα λειτουργικότητας. Μια απεικόνιση του διαγράμματος αυτού παρουσιάζεται παρακάτω στην Εικόνα 3. [5]. Εικόνα 3 Η αρχιτεκτονική του Σημασιολογικού Ιστού Η ανάπτυξη του Σημασιολογικού Ιστού ακολουθεί ένα ιεραρχικό σύστημα επιπέδων και το κάθε επίπεδο βρίσκεται πάνω από ένα άλλο. Κάθε επίπεδο αναφέρεται σε ένα συγκεκριμένο τομέα του Σημασιολογικού Ιστού. Σύμφωνα με το μοντέλο που παρουσιάστηκε παραπάνω, ο Σημασιολογικός Ιστός θεμελιώνεται πάνω στην ήδη υπάρχουσα υποδομή των δεδομένων: -19-

22 Στο πρωτόκολλο HTTP για τη μεταφορά δεδομένων Στα URIs (Universal Resource Idetifier), τα οποία είναι συμβολοσειρές που ταυτοποιούν κάθε οντότητα για την ονοματολογία μοναδικά Στην κωδικοποίηση Unicode, η οποία ευθύνεται για την καθολική προσπέλαση των δεδομένων Στη γλώσσα σήμανσης XML (extensible Markup Language) για την σύνταξη των δεδομένων του. Πάνω σε αυτές τις τεχνολογίες ο Σημασιολογικός Ιστός προσθέτει επιπρόσθετες τεχνολογίες κατανεμημένες σε πέντε επίπεδα αρχιτεκτονικής. Αυτές είναι οι εξής: Η τεχνολογία RDF (Resource Description Framework), η οποία αναφέρεται σε ένα μοντέλο δεδομένων για τη δημιουργία απλών δηλώσεων για τα αντικείμενα του Ιστού που χρησιμοποιείται για την κοινή αναπαράσταση ημιδομημένων δεδομένων και μεταδεδομένων αλλά και για την ανταλλαγή γνώσης στο Διαδίκτυο. Μια κοινή αναπαράσταση για τις οντολογίες, οι οποίες επιτρέπουν στους όρους που χρησιμοποιούνται στο επίπεδο δεδομένων να ορίζονται και να συσχετίζονται μεταξύ τους (RDFS, OWL) Η Λογική (Logic), όπου γίνεται επίσημη σημασιολογία και υποστήριξη λειτουργίας εξαγωγής συμπερασμάτων Η Απόδειξη (Proof), για τα δεδομένα που συμπεραίνονται να μπορούν να οδηγήσουν στις υποθέσεις που τα προκάλεσαν Η Εμπιστοσύνη (Trust), που σκοπός της είναι να ελέγχει αν οι πληροφορίες που διακινούνται και επεξεργάζονται στο διαδίκτυο, σε συνδυασμό με τη τεχνολογία των ψηφιακών υπογραφών είναι αξιόπιστες Κατηγορίες του Σημασιολογικού Ιστού Σκοπός του Σημασιολογικού Ιστού είναι να υπάρχει το κατάλληλο υπόβαθρο έτσι ώστε να χρησιμοποιηθούν οι πληροφορίες στο σύνολό τους σε πολλές διαδικτυακές εφαρμογές. Η δημιουργία αυτού του καινούριου τρόπου αναπαράστασης και οργάνωσης των δεδομένων, έχει σαν αποτέλεσμα τα δεδομένα να φιλτράρονται αποτελεσματικότερα, αλλά και να ανταποκρίνονται στις ανάγκες που έχει ο εκάστοτε χρήστης κάθε φορά. [6] Για να γίνει δυνατό αυτό, οδηγηθήκαμε στην ανάπτυξη νέων τεχνολογιών και εργαλείων, τα μεταδεδομένα και τους πράκτορες, αλλά και νέων γλωσσών που αναπαριστούν με τρόπο -20-

23 κατανοητό την πληροφορία. Τέτοιες γλώσσες είναι η XML, η OWL, το μοντέλο RDF και άλλες Μεταδεδομένα Με τον όρο μεταδεδομένα αναφερόμαστε σε δεδομένα που περιγράφουν άλλα δεδομένα. Ουσιαστικά, είναι δομημένη πληροφορία η οποία περιγράφει, εντοπίζει, εξηγεί ή κάνει ευκολότερη την ανάκτηση και διαχείριση μιας πληροφοριακής πηγής. Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι μεταδεδομένων. Περιγραφικά Μεταδεδομένα (Descriptive metadata): χρησιμοποιούνται για την περιγραφή μιας πηγής, έτσι ώστε να υπάρχει εξασφάλιση της περιγραφής, της ταυτοποίησης και της εύρεσής της. Περιλαμβάνουν στοιχεία όπως είναι ο τίτλος, η περίληψη, ο συγγραφέας και λέξεις κλειδιά. Δομικά Μεταδεδομένα (Structural Metadata): προσδιορίζουν τον τρόπο με τον οποίο είναι οργανωμένα τα σύνθετα αντικείμενα. Επιχειρησιακά Μεταδεδομένα (Preservation Metadata): προσφέρουν πληροφορία που χρησιμοποιείται στη διαχείριση της πηγής. Στα μεταδεδομένα αυτά, υπάρχουν δυο ακόμη είδη που συμπεριλαμβάνονται εδώ. Τα μεταδεδομένα που αναφέρονται στη διαχείριση των πνευματικών δικαιωμάτων και τα μεταδεδομένα που περιέχουν πληροφορία για τη αρχειοθέτηση και διατήρηση των αντικειμένων. Τα μεταδεδομένα είναι δυνατόν να περιγράφουν ένα αντικείμενο ή μια ολόκληρη συλλογή που περιέχονται σε μια ιστοσελίδα ή σε μια εφαρμογή. Είναι δυνατόν να ενσωματώνονται με τα δεδομένα ή να αποθηκεύονται σε ξεχωριστό αρχείο. Ως επί το πλείστον, τα μεταδεδομένα αποθηκεύονται σε βάσεις δεδομένων και συνδέονται με τα αντικείμενα που περιγράφουν Πράκτορες Οι πράκτορες είναι εφαρμογές λογισμικού που εκτελούν ορισμένες λειτουργίες και είναι δυνατόν να λειτουργούν με δυο τρόπους. Πιο συγκεκριμένα, οι πράκτορες είναι αυτόνομες οντότητες λογισμικού και αποτελούν ένα μέρος περιβάλλοντος, ανιχνεύοντας την κατάστασή του, με απώτερο σκοπό να φέρουν εις πέρας τις επιθυμίες των χρηστών τους. Αποτελούν ένα σπουδαίο τομέα έρευνας και εξέλιξης στις μέρες μας, και συνεχώς εξελίσσονται. Η εφαρμογή τους είναι τεράστια, αφού μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για ανάκτηση και ταξινόμηση -21-

24 των πληροφοριών, όσο και για ηλεκτρονικά παιχνίδια, ηλεκτρονικό εμπόριο και έλεγχο διαδικασιών του συστήματος. [6] Οι πράκτορες λογισμικού θα μπορούσαν να διακριθούν από τα απλά προγράμματα αφού οι πράκτορες επηρεάζουν το περιβάλλον που στην συνέχεια ανιχνεύουν αλλά και από την χρονική συνέχεια της δράσης τους, σε αντίθεση με πολλά προγράμματα που εκτελούνται για πεπερασμένο χρόνο. Παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον κυρίως γιατί μπορούν να συνδυάζουν διαφορετικούς τομείς στον κλάδο της πληροφορικής, όπως είναι η τεχνητή νοημοσύνη, η κατανεμημένη επεξεργασία, οι γενετικοί αλγόριθμοι αλλά και η κατανεμημένη αρχιτεκτονική αντικειμένων. [7] Η συσχέτιση των πρακτόρων με τις οντολογίες έγκειται στο γεγονός ότι χρειάζεται να υπάρχει μια κοινή γλώσσα επικοινωνίας, ώστε να γίνεται κατανοητή η επικοινωνία μεταξύ των πρακτόρων. Ένα από τα χαρακτηριστικά των πρακτόρων λογισμικού είναι η αυτονομία τους. Ενεργούν χωρίς να κατευθύνονται βήμα προς βήμα. Ακόμη, η «ανθρωπόμορφη» αρχιτεκτονική του λογισμικού, αλλά και η ύπαρξη κάποιου βαθμού «νοημοσύνης» μέσα στο πρόγραμμα, καθιστούν τους πράκτορες σημαντικούς στον κλάδο της επιστήμης της πληροφορικής. Επικοινωνούν με άλλους πράκτορες, έχουν ευελιξία, αλλά και προσαρμόζουν τις λειτουργίες τους ανάλογα με την προηγούμενη εμπειρία Οντολογίες Για να γίνει κατανοητή η επικοινωνία μεταξύ των πρακτόρων λογισμικού, είναι απαραίτητο να υπάρχει μία κοινή γλώσσα επικοινωνίας. Επειδή η κοινή γλώσσα επικοινωνίας δεν είναι αρκετή για τους πράκτορες, αφού διαθέτουν υπονοούμενες αντιλήψεις για κάθε κομμάτι που αναπαριστάται από τη γλώσσα, είναι σημαντικό να οριστούν ρητά οι έννοιες αυτές στο σύνολο των πρακτόρων. Αυτό, πραγματοποιείται με τις οντολογίες, οι οποίες περιγράφουν έννοιες και σχέσεις μεταξύ τους. [8] Οι περισσότερες οντολογίες δομούνται με τρόπο παρόμοιο, ανεξαρτήτως από τη γλώσσα με την οποία περιγράφονται. Πιο συγκεκριμένα, μια οντολογία ταξινομείται και ομαδοποιείται σε κλάσεις (classes), που αποτελούνται από αντικείμενα. Μια κλάση μπορεί να υποδιαιρεθεί σε άλλες κλάσεις (υποκλάσεις). Κάθε αντικείμενο απαρτίζεται από κάποιες ιδιότητες -22-

25 (χαρακτηριστικά) όπως είναι το όνομά του και η τιμή του. Κάθε κλάση περιγράφει αντικείμενα ή στιγμιότυπα (individuals). Στο κεφάλαιο 3 γίνεται εκτενέστερη ανάλυση για τις οντολογίες, καθώς αποτελεί το κύριο αντικείμενο της παρούσας εργασίας. -23-

26

27 3 Οντολογίες και Γλώσσα OWL 3.1 Οντολογίες Ορισμός Αναζητώντας στη διεθνή βιβλιογραφία, δεν είναι δυνατό να εντοπιστούν πολλοί ορισμοί για το τι είναι οντολογία. Από φιλοσοφική οπτική γωνία, η οντολογία είναι η επιστήμη που μελετά την ύπαρξη, τη φύση και τις σχέσεις των όντων. Ο Gruber, [9] στην προσπάθεια να δώσει μια πλήρη περιγραφή για την έννοια της οντολογίας στην επιστήμη της πληροφορίας ανέφερε: «Μια οντολογία είναι μια ρητή και μεθοδική προδιαγραφή μιας ιδέας». Η ανάπτυξη μιας οντολογίας είναι μια καινοτόμος εφαρμογή, που έρχεται να καλύψει κενά προηγούμενων μοντελοποιήσεων, στον τομέα αναπαράστασης γνώσης. Ο Fensel (2001), επιχειρώντας να αναλύσει αυτόν τον παράξενο εννοιολογικά ορισμό, αναγνωρίζει τις τέσσερις βασικές έννοιες που εμπλέκονται: ένα αφηρημένο μοντέλο ενός φαινομένου που ορίζεται ως «εννοιολογική αναπαράσταση», μια ακριβής, μαθηματικά, περιγραφή που υποδηλώνει ο όρος «τυπικός», η ακρίβεια των εννοιών και των εμφανώς ορισμένων σχέσεών τους, που εκφράζονται με τον όρο «σαφής» και η ύπαρξη μιας συμφωνίας μεταξύ εκείνων που χρησιμοποιούν τις οντολογίες, που υποδηλώνεται με τον όρο «διαμοιρασμένη». Ο όρος «οντολογία» είναι ένας όρος δανεισμένος από τη φιλοσοφία, και αναφέρεται στην επιστήμη της περιγραφής των διαφόρων ειδών οντοτήτων στον κόσμο και του τρόπου που αυτές σχετίζονται μεταξύ τους Βέβαια, τα τελευταία χρόνια, η λέξη οντολογία χρησιμοποιείται πολύ συχνά από την επιστήμη των υπολογιστών, παίρνοντας ένα διαφορετικό νόημα σε σχέση με το αρχικό της. Χρησιμοποιείται ως μοντέλο για το περιορισμό των πιθανών σημασιολογικών ερμηνειών των όρων ενός λεξικού. Θέλοντας να αποδώσουμε την σημασιολογική ερμηνεία της οντολογίας, θα λέγαμε πως είναι μια απεικόνιση μεταξύ δεδομένων και ενός μοντέλου αντικειμένων ενός θεματικού πεδίου σύμφωνα με το νόημα τόσο των αντικειμένων όσο και των σχέσεων μεταξύ τους. -25-

28 3.1.2 Κατηγορίες των Οντολογιών Έχουν πραγματοποιηθεί πολλές έρευνες σχετικά με τα είδη των οντολογιών, έχοντας ως παράμετρο διαφορετικά κριτήρια κάθε φορά με αποτέλεσμα να υπάρχουν πολλές απόψεις σχετικά με την ταξινόμηση των οντολογιών. Κάθε οντολογία αποτελείται από ένα λεξιλόγιο όρων με το οποίο περιγράφεται. Σύμφωνα με τους Uschold και Gruninger (1996), μια οντολογία ανάλογα τον βαθμό της τυπικότητας της αναπαράστασης (formality) μπορεί να διαχωριστεί σε: [10] Άτυπη (highly informal), εκφράζεται σε μια φυσική γλώσσα Ημι-άτυπη (semi-informal), για παράδειγμα διατυπωμένη σε ένα συγκεκριμένο και δομημένο υποσύνολο κάποιας φυσικής γλώσσας Ημι-τυπική (semi-formal), διατυπωμένη σε μια τεχνητή και ορισμένη αυστηρά γλώσσα Αυστηρά τυπική (rigorously formal): ορισμοί όρων με αυστηρή σημασιολογία, θεωρήματα και αποδείξεις ιδιοτήτων. Παραδείγματα ιδιοτήτων είναι η ορθότητα και η πληρότητα. Οι Gomez-Perez και Benjamins (1999) ταξινομούν τις οντολογίες από άλλη οπτική γωνία. Σύμφωνα με αυτούς, οι οντολογίες διακρίνονται σε: [11] Οντολογίες αναπαράστασης γνώσης (knowledge representation ontologies), οι οποίες αποτελούνται από οντότητες αναπαράστασης και δεν προσδιορίζουν ακριβώς τι αναπαριστούν. Γενικές ή κοινές οντολογίες (general/ common ontologies), στόχος αυτών των οντολογιών είναι να αποτυπώσουν γενική γνώση, αναφερόμενες σε γενικές έννοιες όπως π.χ. ο χρόνος και ο χώρος. Οντολογίες μεταδεδομένων (metadata ontologies), έχουν το πλεονέκτημα ότι μπορούν να είναι διαθέσιμες σε ηλεκτρονική μορφή και παρέχουν ένα λεξιλόγιο για να περιγράψουν την πληροφορία. Οντολογίες πεδίου ορισμού (domain ontologies), αποσκοπούν στην αναπαράσταση της γνώσης γύρω από ένα συγκεκριμένο τομέα (π.χ. ιατρική). Οντολογίες μεθοδολογίας ή εργασιών (method/task ontologies), όπου παρέχουν όρους, οι οποίοι αναφέρονται σε συγκεκριμένες εργασίες (π.χ. διάγνωση). -26-

29 Οντολογίες ανώτερου επιπέδου (upper-level ontologies): παρέχουν γενικές έννοιες κάτω από τις οποίες συσχετίζονται όλοι οι όροι σε ήδη υπάρχουσες οντολογίες. Ο Guarino, στην προσπάθειά του να ταξινομήσει τις οντολογίες, έλαβε ως παράμετρο τον βαθμό λεπτομέρειας και τον βαθμό εξάρτησης τους από ένα συγκεκριμένο έργο. Έτσι, τα είδη που προκύπτουν από την παραπάνω ταξινόμηση είναι: [12] Οντολογίες ανώτερου επιπέδου: σκοπεύουν στην περιγραφή πολύ γενικών εννοιών όπως χώρος, χρόνος, ύλη. Οντολογίες πεδίου και οντολογίες έργου: Περιγράφουν τους όρους του λεξιλογίου που σχετίζεται µε ένα γενικό πεδίο (π.χ. ιατρική ή πληροφορική), µε ένα γενικό έργο. Οντολογίες εφαρμογής: Περιγράφουν έννοιες που εξαρτώνται από ένα ορισμένο πεδίο, αλλά και από ένα έργο και συνήθως αποτελούν εξειδικεύσεις και των δύο συναφών οντολογιών Συστατικά μιας οντολογίας Στις οντολογίες, οι γνώση τυποποιείται χρησιμοποιώντας κάποια βασικά στοιχεία. Το κυριότερο δομικό στοιχείο μιας οντολογίας είναι οι κλάσεις (classes), οι οποίες αναπαριστώνται με έννοιες. Πρόκειται για αφηρημένα σύνολα, συλλογές ή τύποι αντικειμένων. Πιο συγκεκριμένα, τα αντικείμενα μιας οντολογίας ομαδοποιούνται σε ομάδες με κοινά χαρακτηριστικά και ιδιότητες. Μια έννοια είναι κάτι πολύ γενικό που αφορά για παράδειγμα την περιγραφή μιας ιδέας. Διακρίνονται σε δυο κατηγορίες ανάλογα με τις συνθήκες που απαρτίζονται. Η πρώτη κατηγορία είναι οι πρωταρχικές έννοιες (primitive concepts), που αποτελούνται από τις απαραίτητες συνθήκες μόνο, και η δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνει τις έννοιες εξ ορισμού (defined concepts), όπου απαιτείται να υπάρχει περιγραφή ώστε να είναι ένα αντικείμενο μέλος μια κλάσης. Ένα άλλο συστατικό μιας οντολογίας είναι οι σχέσεις (relations), όπου εκφράζουν ένα είδος αλληλεπίδρασης μεταξύ των εννοιών. [13] Οι συναρτήσεις (functions) διαδραματίζουν σπουδαίο ρόλο στην ανάπτυξη μιας οντολογίας. (π.χ. subclass-of, is-a). Οι συναρτήσεις εκπροσωπούν μια ειδική περίπτωση σχέσης, στην οποία το ν-οστό στοιχείο της σχέσης προσδιορίζεται μοναδικά από τα ν-1 προηγούμενα στοιχεία. -27-

30 Σε όλα τα παραπάνω έρχονται να προστεθούν τα αξιώματα (axioms) για τη σωστή δομή μιας οντολογίας. Η βασική τους λειτουργία είναι η αναπαράσταση των προτάσεων που είναι πάντα αληθείς. Τέλος, τα στιγμιότυπα εκφράζουν συγκεκριμένα στοιχεία, π.χ. ο υπάλληλος με το όνομα Νικολάου είναι στιγμιότυπο της κλάσης Προσωπικό Λόγοι δημιουργίας μιας οντολογίας Οι οντολογίες στο σύνολο τους καθορίζουν ένα κοινό λεξιλόγιο μέσα από το οποίο διαμοιράζουν την πληροφορία. Αποτελούνται από ένα σύνολο ορισμών οι οποίοι μπορούν να ερμηνευτούν από τον υπολογιστή και από έννοιες. Οι οντολογίες αποτελούν ένα από τα πιο πρόσφατα συστήματα και αναπτύσσονται κυρίως στο πλαίσιο του Σημασιολογικού Ιστού ως ειδικά μοντέλα εννοιών. Αναπαριστούν πολύπλοκες σχέσεις ανάμεσα σε αντικείμενα και περιλαμβάνουν κανόνες και αξιώματα ενώ περιγράφουν τη γνώση ενός συγκεκριμένου κλάδου. Πιο συγκεκριμένα, κύριο γνώρισμα της οντολογίας είναι ότι επιτρέπει τον ορισμό ενός πλούσιου δικτύου σημασιολογικών σχέσεων (semantic relationships), γεγονός που την καθιστά ισχυρότερη των θησαυρών (thesaurus) αλλά και άλλων συστημάτων διαχείρισης και οργάνωσης γνώσης. Ορισμένοι από τους λόγους που κάποιος επιθυμεί να δημιουργήσει μια οντολογία αναφέρονται στη συνέχεια. [14] Ο σπουδαιότερος λόγος για την ανάπτυξη μιας οντολογίας είναι ο διαμοιρασμός της κοινής αντίληψης της δομής της πληροφορίας μεταξύ των ανθρώπων ή των πρακτόρων λογισμικού. Ένας άλλος λόγος δημιουργίας οντολογίας είναι η διευκόλυνση της επαναχρησιμοποίηση της γνώσης ενός πεδίου. Δίνεται δηλαδή η δυνατότητα χρησιμοποίησης μιας οντολογίας από άλλους χρήστες με σκοπό την ανάπτυξη του συγκεκριμένου πεδίου γνώσης αλλά και περαιτέρω ανάπτυξη με σκοπό την ανάλυση νέων πεδίων. Ακόμη, στην περίπτωση που πρέπει να αναπτυχθεί μια γενική οντολογία, μπορεί να γίνει συγχώνευση δυο υπαρχόντων οντολογιών, οι οποίες περιγράφουν ένα μικρότερο τμήμα της μεγάλης οντολογίας. Επιπροσθέτως, η δημιουργία ρητών υποθέσεων για κάθε γνωστικό πεδίο διαδραματίζει σημαντικό ρόλο για την ανάπτυξη μιας οντολογίας. Εάν οι υποθέσεις είναι ξεκάθαρες, θα μπορούν να αλλάξουν εύκολα σε περίπτωση που χρειαστεί στο μέλλον. Στην περίπτωση ενός αρχάριου χρήστη, η απλή και κατανοητή αναπαράσταση των όρων ενός πεδίου γνώσης βοηθά ώστε να αντιληφθεί καλύτερο το πεδίο. Στο σημείο αυτό αξίζει να σημειωθεί ο διαχωρισμός της στατικής γνώσης από τη διαδικαστική που αποτελεί μια ακόμη χρήση των οντολογιών. Η περιγραφή της κατασκευής -28-

31 ενός προϊόντος μπορεί να πραγματοποιηθεί 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 ενός πεδίου μπορεί να γίνει με εύκολο τρόπο όταν οι προδιαγραφές για την ορολογία που χρησιμοποιείται είναι καθορισμένες με σαφήνεια. Για παράδειγμα, εάν ένας χρήστης γνωρίζει την αναπαράσταση των όρων ενός πεδίου και τις σχέσεις μεταξύ των εννοιών, μπορεί να εφαρμόσει τεχνικές για την ανάλυση της γνώσης, οδηγώντας έτσι στην επαναχρησιμοποίηση ή στην επέκταση των οντολογιών Κριτήρια δημιουργίας μιας οντολογίας Από όσα αναφέρθηκαν παραπάνω, γίνεται κατανοητό ότι η δημιουργία και η ανάπτυξη μιας οντολογίας δεν στηρίζεται σε ένα συγκεκριμένο τρόπο. Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν οι τρόποι, τα κριτήρια και οι μεθοδολογίες που έχουν προταθεί από τους ερευνητές για την ανάπτυξη μιας οντολογίας. [15] Όσον αφορά την χρησιμοποίηση της οντολογίας μετά τη δημιουργία της, σημαντικό ρόλο παίζουν οι αποφάσεις που θα ακολουθήσει ο δημιουργός της. Ανάλογα με τη χρήση της, ο δημιουργός πρέπει να προσεγγίσει την πιο λειτουργική λύση κάθε φορά. Ωστόσο, μέλημα του δημιουργού είναι να μην ξεχνά πως μια οντολογία είναι αναπαράσταση ενός πραγματικού κόσμου. Οπότε και οι έννοιες της οντολογίας θα πρέπει να απεικονίζουν τον κόσμο αυτό. Μετά τον καθορισμό της αρχικής οντολογίας, αξιολογείται και διορθώνεται με τη χρησιμοποίησής της σε εφαρμογές ή γίνεται κάποια συζήτηση με γνώστες του συγκεκριμένου τομέα. Μετά τις παραπάνω διαδικασίες κρίνεται σκόπιμο να γίνεται αναθεώρηση της οντολογίας, όπου το τελικό αυτό στάδιο πολλές φορές συνεχίζεται σε ολόκληρο τον κύκλο ζωής μιας οντολογίας. [16] Ο Thomas Gruber αναφέρει πώς σχεδιάζονται οι επίσημες οντολογίες. Όταν επιλέγουμε πώς να αντιπροσωπεύσουμε κάτι σε μια οντολογία, λαμβάνουμε αποφάσεις σχεδιασμού. Για να καθοδηγήσουμε και να αξιολογήσουμε τις ενέργειες αυτές, χρειαζόμαστε αντικειμενικά -29-

32 κριτήρια που θεμελιώνονται με σκοπό το δημιούργημα. Παρακάτω θα αναλυθούν τα αρχικά κριτήρια που έχουν αποδειχθεί χρήσιμα για τη δημιουργία οντολογιών και στοχεύουν στη διανομή γνώσης και στη διαλειτουργικότητα μεταξύ των προγραμμάτων που βασίζονται σε μια κοινή εννοιολογική αναπαράσταση. Σαφήνεια (Clarity): Σε μια οντολογία οι έννοιες και οι ορισμοί πρέπει να είναι διατυπωμένοι με αντικειμενικότητα. Παρόλο που για να καθοριστεί μια έννοια απαιτείται το κίνητρο να πηγάζει από κοινωνικά βιώματα, ωστόσο ο καθορισμός πρέπει να μην εξαρτάται από το κοινωνικό ή υπολογιστικό πλαίσιο. Μέσα από παραδείγματα θα πρέπει να δίνεται στον αναγνώστη η δυνατότητα να κατανοεί τους ορισμούς και τις έννοιες χωρίς να απαιτούνται ικανές και αναγκαίες συνθήκες για την περεταίρω εξήγησή τους. Συνοχή (Coherence): Μια οντολογία πρέπει να είναι συνεπής, να εγκρίνει τα συμπεράσματα που είναι σύμφωνα με τους ορισμούς, αλλά και τα αξιώματα καθορισμού πρέπει να είναι λογικά και συνεπή. Πιο αναλυτικά, για να διακατέχεται μια οντολογία από συνέπεια και λογική θα πρέπει μια πρόταση που προκύπτει από τα αξιώματα να είναι σύμφωνη με έναν ορισμό ή ένα παράδειγμα που δίνεται ανεπίσημα. Επεκτασιμότητα (Extendibility): Η αναπαράσταση μιας οντολογίας θα πρέπει να σχεδιαστεί κατά τέτοιο τρόπο, ώστε κάποιος να έχει τη δυνατότητα να επεκτείνει και να εξειδικεύει την οντολογία μονότονα. Για να γίνει το παραπάνω εφικτό, θα πρέπει να σχεδιάζεται με τρόπο τέτοιο ώστε να προβλέπει τις χρήσεις του κοινού λεξιλογίου. Θα πρέπει κανείς να είναι σε θέση να καθορίσει νέους όρους για πρόσθετες χρήσεις που βασίζονται στο ήδη υπάρχον λεξιλόγιο, έτσι ώστε αυτός να μην απαιτεί την αναθεώρηση των υπαρχόντων ορισμών. Ελάχιστο εύρος κωδικοποίησης (Minimal Encoding bias): Η κωδικοποίηση της οντολογίας θα πρέπει να γίνεται με τρόπο απλό και κατανοητό. Οι κώδικες αναπαράστασης θα πρέπει είναι όσο πιο απλούστατοι, απαλλαγμένοι από σύνθετες αναπαραστάσεις. Ελάχιστη οντολογική δέσμευση (Minimal ontological commitment): Μια οντολογία θα πρέπει να απαιτεί την ελάχιστη οντολογική δέσμευση ώστε να είναι ικανή να στηρίζει τις επιθυμητές λειτουργίες διαμοιρασμού της γνώσης. Θα πρέπει να έχει ορισμένες αξιώσεις όσον αφορά το χώρο που μοντελοποιείται, επιτρέποντας με τον τρόπο αυτό στα μέρη που δεσμεύονται στην ελευθερία της οντολογίας, να εξειδικεύουν και να εγκαθιστούν την οντολογία με τον τρόπο που πραγματικά χρειάζεται. -30-

33 3.1.6 Κριτήρια εργαλείων ανάπτυξης και διαχείρισης οντολογιών Στις μέρες μας, ολοένα και αυξάνεται ο αριθμός περιβαλλόντων για την ανάπτυξη και κατασκευή οντολογιών. Τα εργαλεία αυτά, προσφέρουν μια σπουδαία στήριξη για την σωστή ανάπτυξη μιας οντολογίας (δόμηση, σχολιασμός, συγχώνευση κ.λ.π.) αλλά και για την κατάλληλη χρήση της οντολογίας σε πολλαπλές εφαρμογές όπως στη διαχείριση γνώσης ή στο ηλεκτρονικό εμπόριο. [17] Στο στάδιο της δημιουργίας μιας οντολογίας, η επιλογή του κατάλληλου εργαλείου είναι μια απαιτητική διαδικασία καθώς υπάρχει τεράστια γκάμα των εργαλείων αυτών. Τα κύρια κριτήρια που πρέπει να πληρούνται είναι τα παρακάτω: 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; 6. Το πρόγραμμα θα πρέπει να είναι αποθηκευμένο τοπικά; 7. Το πρόγραμμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί με Web Browser; 8. Που αποθηκεύονται οι οντολογίες; 9. Διαθέτει μηχανή συμπερασμού και αναζήτησης; 10. Σε τι μορφή αποθηκεύονται οι οντολογίες; 11. Τι γλώσσα παράγει; 12. Οντολογίες, που είναι διαθέσιμες σε άλλη μορφή, μπορούν να εισαχθούν στο εργαλείο; 13. Υπάρχει η δυνατότητα να μεταφερθεί μία οντολογία σε άλλο εργαλείο δίχως να χαθεί πληροφορία; 14. Πως μία οντολογική εφαρμογή μπορεί να χρησιμοποιήσει οντολογίες αυτού του εργαλείου; 15. Τι έλεγχοι γίνονται; 16. Πώς μπορούμε να αξιολογήσουμε την ποιότητα της παραγόμενης οντολογίας ή άλλων υπαρχουσών οντολογιών που θα επαναχρησιμοποιήσω; 17. Ποια είναι η σταθερότητα και η ωριμότητα ενός εργαλείου οντολογίας; -31-

34 3.1.7 Βασικότερα είδη εργαλείων οντολογιών Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν τα σημαντικότερα είδη εργαλείων για τη δημιουργία οντολογιών. Τα βασικότερα είναι τα εξής: [17] Εργαλεία ανάπτυξης οντολογίας ( Ontology development tools): αυτό το είδος παρέχει εργαλεία, περιβάλλοντα και σουίτες που έχουν τη δυνατότητα δημιουργίας οντολογίας από την αρχή αλλά και επαναχρησιμοποίηση ήδη υπαρχουσών οντολογιών. Συνήθως περιλαμβάνουν επιλογές τεκμηρίωσης οντολογίας, εξαγωγής οντολογίας και εισαγωγής από διαφορετικά σχήματα (π.χ. βάσεις δεδομένων, UML, κλπ), γραφικές αναπαραστάσεις των οντολογιών που δημιουργούνται, βιβλιοθήκες οντολογίας και άλλα. Εργαλεία τεκμηρίωσης περιεχομένου με χρήση οντολογιών: αναφερόμαστε σε εργαλεία τα οποία έχουν δημιουργηθεί ώστε να γίνεται στους χρήστες επιτρεπτή η παρεμβολή σε ιστοσελίδες που είναι βασισμένες σε οντολογία. Η εμφάνιση των εργαλείων αυτών έγινε μαζί με την εμφάνιση του Σημασιολογικού Ιστού και είναι ενσωματωμένα σε ένα περιβάλλον ανάπτυξης οντολογίας. Εργαλεία συνένωσης και στοίχισης οντολογιών: η δημιουργία των εργαλείων αυτών αποσκοπεί στην επίλυση προβλημάτων συνένωσης ή στοίχιση διαφορετικών οντολογιών στο ίδιο πεδίο γνώσης. Μια εφαρμογή των εργαλείων αυτών είναι στην περίπτωση που πραγματοποιείται συνένωση δύο επιχειρήσεων ή οργανισμών και απαιτείται συγχώνευση των δυο ή στην περίπτωση που για το ίδιο γνωστικό πεδίο χρειάζεται να επιλεχθεί η οντολογία που είναι ποιοτικά καλύτερη από τις υπόλοιπες. Εργαλεία εκτέλεσης ερωτημάτων και αποθήκευσης οντολογίας: σκοπός της δημιουργίας αυτών των εργαλείων είναι για να επιτρέπουν την εύκολη χρήση οντολογιών και την εύκολη υποβολή ερωτήσεων στις οντολογίες. Εξαιτίας της ανάπτυξης του Σημασιολογικού Ιστού τα τελευταία χρόνια, έχουν αναπτυχθεί νέες γλώσσες για τη δημιουργία ερωτήσεων σε οντολογίες που έχουν εμφανιστεί σε αυτό το πλαίσιο. Εργαλεία αξιολόγησης οντολογίας: ο λόγος εμφάνισης αυτών των εργαλείων οφείλεται στην υποστήριξη που προσφέρουν στις οντολογίες και στις σχετικές τεχνολογίες έτσι -32-

35 ώστε να έχουν ένα κοινό επίπεδο ποιότητας. Το κομμάτι της εξασφάλισης ποιότητας είναι αρκετά σημαντικό για την αποφυγή προβλημάτων στην ενσωμάτωση οντολογιών και τεχνολογίας που βασίζεται σε διαφορετικές εφαρμογές. Εργαλεία μάθησης οντολογίας: ο ρόλος των εργαλείων αυτών είναι η παραγωγή οντολογιών από φυσική γλώσσα, ή από κείμενα, ή από βάσεις δεδομένων ή από οποιαδήποτε άλλα σχήματα ή οντολογίες. Τα εργαλεία αυτά προσφέρουν τη δυνατότητα απόκτησης γνώσης, σημαντικό βήμα για την δημιουργία μιας οντολογίας στο αρχικό στάδιό της. Ένα άλλο πλεονέκτημα των εργαλείων αυτών είναι η μείωση του απαιτούμενου χρόνου για τον εμπλουτισμό μιας υπάρχουσας οντολογίας. Εν κατακλείδι, τα εργαλεία μάθησης οντολογίας επιτυγχάνουν την δημιουργία και ανάπτυξη οντολογιών που δεν έχουν την ίδια χρήση στο Σημασιολογικό Ιστό. Υπάρχουν αρκετά εργαλεία που χρησιμοποιούνται στην ανάπτυξη και διαχείριση των οντολογιών. Έχουν δημιουργηθεί πολλές γλώσσες ορισμού οντολογιών σε γραμμή εντολών. Υπάρχουν βέβαια και πιο σύγχρονα εργαλεία που διαθέτουν παραθυρικό περιβάλλον και υπερτερούν εξαιτίας της ευκολίας και της εποπτείας με εικόνα της διαχείρισης. Ορισμένα από τα εργαλεία αυτά είναι: [28] WebOnto: αναπτύχθηκε από το Knowledge Media Institute του Open University (UK). Σχεδιάστηκε για να υποστηρίξει τη συνεργατική δημιουργία, ανάγνωση και επεξεργασία των οντολογιών και παρέχει μια διεπαφή άμεσου χειρισμού, πουεκθέτει οντολογικές εκφράσεις και επιπλέον ένα εργαλείο συνομιλίας με οντολογίες (ontology discussion tool), το οποίο ονομάζεται Tadzebao και είναι ικανό να υποστηρίζει ταυτόχρονα και σύγχρονες και ασύγχρονες συνομιλίες. OntoLingua: αναπτύχθηκε στις αρχές της δεκαετίας του 90 στο Knowledge Systems Laboratory του Standford University. Αποτελείται από έναν εξυπηρετητή και μια γλώσσα αναπαράστασης, όπου ο εξυπηρετητής παρέχει ένα αποθετήριο οντολογιών (βιβλιοθήκη οντολογιών), προκειμένου να βοηθήσει τους χρήστες να δημιουργούν νέες οντολογίες και να τροποποιούν και να βελτιώνουν τις ήδη υπάρχουσες συνεργατικά. DAML: Η βιβλιοθήκη οντολογιών DAML είναι μέρος του DARPA Agent Markup Language (DAML) Program, το οποίο ξεκίνησε το Στόχος αυτής της -33-

36 προσπάθειας είναι η ανάπτυξη μιας γλώσσας και ορισμένων εργαλείων που θα διευκολύνουν την έννοια του Σημασιολογικού Ιστού. Shoe: (Simple HTML Ontology Extensions) αναπτύχθηκε από το University of Maryland (USA) και είναι η πρώτη γλώσσα για τη σημασιολογία του Ιστού που αναπτύχθηκε ως γλώσσα σήμανσης. Η βιβλιοθήκη περιλαμβάνει λίστες οντολογιών, που ευρετηριάζονται αλφαβητικά και ταξινομούνται ως προς την εξάρτηση της οντολογίας, με την αυστηρή δομή δέντρου. Κάθε οντολογία αναγνωρίζεται μοναδικά από το όνομά της. Το σχήμα παραλλαγών της Shoe είναι απαραίτητο για το χειρισμό διαφόρων ειδών αναθεωρήσεων. Protégé: Το Protégé είναι μια πλατφόρμα της ακαδημαϊκής κοινότητας του Πανεπιστημίου του Stanford για τη σύνταξη οντολογιών. Αποτελεί ένα επεκτάσιμο περιβάλλον που είναι ανεξάρτητο από τη πλατφόρμα λογισμικού και διατίθεται ελεύθερα στο διαδίκτυο. Στη συνέχεια γίνεται μεγαλύτερη ανάλυση για το εργαλείο αυτό Γλώσσες αναπαράστασης οντολογιών Οι γλώσσες οντολογίας χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση οντολογιών. Προσφέρουν κωδικοποίηση της γνώσης σε συγκεκριμένα πεδία γνώσης και συνήθως συμπεριλαμβάνουν κανόνες συλλογισμού. Ως επί το πλείστον, είναι δηλωτικές γλώσσες και βασίζονται στην κατηγορηματική λογική πρώτης τάξης ή στην περιγραφική λογική (description logics). Στις μέρες μας υπάρχει πληθώρα γλωσσών αναπαράστασης οντολογιών. Οι ερευνητές θέλοντας να ομαδοποιήσουν τις γλώσσες αυτές σε ομάδες τις υποδιαίρεσαν στους εξής κύριους τύπους: [18] 1. Παραδοσιακές γλώσσες: δημιουργήθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1990 εστιάζοντας κυρίως στον τομέα της Τεχνητής Νοημοσύνης (Artificial Intelligence). Ορισμένες από αυτές είναι οι εξής: Flogic, LOOM, OCML, Ontolongua, KIF, Carin. (19) (20) (21) 2. Web-based γλώσσες: με την ανάπτυξη του Διαδικτύου ολοένα και περισσότερες γλώσσες για τη δημιουργία οντολογιών εμφανίστηκαν με σκοπό να εκμεταλλευτούν την πληθώρα των πληροφοριών που υπάρχουν στον Παγκόσμιο Ιστό. Αυτές οι βασισμένες στον Ιστό γλώσσες οντολογίας (webbased ontology languages) ή οι γλώσσες σήμανσης οντολογίας (ontology -34-

37 markup languages) βασίζονται συντακτικά σε ήδη υπάρχουσες γλώσσες σήμανσης όπως είναι η HTML ή η XML. Κάποιες από αυτές είναι: Simple HTML ontology extensions (SHOE), XML-Based Ontology exchange language (XOL), Ontology markup language (OML and KML), (4) Resource description Framework schema language(rdfs), (5) DARPA agent markup language (DAML), (6) Ontology interchange language (OIL) και (7) Ontology Web Language (OWL). [22] [23] I. Γλώσσες για τις οποίες ο σκοπός της δημιουργίας τους έγκειται στην αναπαράσταση συγκεκριμένων οντολογιών και χρησιμοποιούνται σε συγκεκριμένες εφαρμογές. Μερικές από αυτές είναι οι εξής: Cycl, GRAIL, NKRL. 3.2 RDF και RDFS Η XML έχει χαμηλού επιπέδου μοντέλο δεδομένων και για το λόγο αυτό δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για δημιουργία οντολογιών εξειδικευμένου πεδίου ή οντολογικών λεξιλογίων. Επίσης, δεν μπορεί να χρησιμοποιήσει βασικές οντολογικές αρχές μοντελοποίησης καιδεν διαθέτει μηχανή συμπερασμού. Η RDF (Resource Description Framework Πλαίσιο Περιγραφής Πόρων) έχει σχεδιαστεί για την αναπαράσταση μεταδεδομένων που περιγράφουν πόρυς του Ιστού χρησιμοποιώντας τρεις τύπους αντικειμένων. Αυτοί είναι: 1. Πόροι (resources), στην ουσία είναι οντότητες που περιγράφονται στις εκφράσεις του RDF και αναγνωρίζονται με κάποιο URI και ένα επιπλέον id. 2. Ιδιότητες (properties), ορίζουν συγκεκριμένες παραμέτρους, χαρακτηριστικά, ιδιότητεςή σχέσεις. 3. Δηλώσεις (statements), αντιστοιχούν μια τιμή για μια ιδιότητα σε έναν πόρο. Ένα παράδειγμα σημασιολογικής επέκτασης του RDF είναι το RDF Schema, το οποίο δεν χρειάζεται επιπλέον συντακτικούς περιορισμούς. Είναι το σύστημα τύπων ίδιο με το RDF, και βασίζεται σε κλάσεις και ιδιότητες. Το RDF είναι ένα πλαίσιο περιγραφής πόρων όπου ο χρήστης μπορεί να δημιουργήσει το δικό του λεξικό βασισμένο στο RDF και να περιγράψει τα δεδομένα που επιθυμεί ο ίδιος. Το RDFS αποτελεί μια πρώτη προσπάθεια σημασιολογικής επισημείωσης περιεχομένου του Διαδικτύου. Στην ουσία, το RDF είναι απλά ένα πλαίσιο αναπαράστασης της γνώσεως και RDFS είναι το πρότυπο που περιγράφει πώς μπορεί -35-

38 να χρησιμοποιηθεί το RDF προκειμένου να περιγραφεί το περιεχόμενο του Διαδικτύου. Τα πάντα στο RDFS είναι URIs, μια αντίληψη που διατηρήθηκε σε όλη την πορείαανάπτυξης του Σημασιολογικού Ιστού. 3.3 Η γλώσσα αναπαράστασης οντολογιών OWL Οι γλώσσες RDF και RDF-S, δεν παρέχουν τη δυνατότητα να ορίσουμε κλάσεις από την ένωση, την τομή ή την άρνηση μιας ή και περισσοτέρων άλλων κλάσεων. Για το λόγο αυτό, χρειάζεται μια γλώσσα η οποία θα μπορέσει να χρησιμοποιηθεί στο Σημασιολογικό Ιστό. Αναλυτικότερα, θα πρέπει να διαθέτει τέτοια μορφή σύνταξης ώστε να συμπίπτει με το πρότυπο XML. Η γλώσσα αυτή, θα πρέπει επίσης να διαθέτει σύνταξη η οποία θα είναι συμβατή και με τις υπόλοιπες γλώσσες, τις RDF και RDF-S. Τέλος η δομή και η χρήση της θα πρέπει να είναι κατανοητή και απλή απέναντι στο χρήστη. (24) Η καινούρια αυτή γλώσσα που εισέρχεται στο χώρο της αναπαράστασης των οντολογιών είναι η OWL (Web Ontology Language) (Bechhofer et al., 2004). Η γλώσσα αναπαράστασης οντολογίας OWL, είναι μια γλώσσα σήμανσης για τη δημιουργία και διανομή οντολογιών στο διαδίκτυο Δημιουργία της OWL Η ανάγκη για τη δημιουργία της OWL ήταν οι περιορισμοί και οι ελλείψεις που παρουσίαζαν οι προηγούμενες γλώσσες οντολογιών όπως αναφέρθηκε και παραπάνω. Η OWL βρίσκεται ένα επίπεδο πάνω από το RDF schema όπου ουσιαστικά αποτελεί μια επέκτασή του. Επιπροσθέτως, η OWL προσφέρει ένα συντακτικό πλούσιο σε σύγκριση με τις προηγούμενες γλώσσες, για την περιγραφή των κλάσεων, των ιδιοτήτων και των σχέσεων μεταξύ τους. Ότι χρησιμοποιείται στο επίπεδο RDF-RDFS είναι συντακτικά έγκυρο και στην OWL. Ορισμένα χαρακτηριστικά απουσιάζουν από τις προηγούμενες γλώσσες. Για παράδειγμα δεν υπάρχει τοπική εμβέλεια ιδιοτήτων. (17) Το rdfs:range ορίζει την εμβέλεια μιας ιδιότητας παντού, ανεξάρτητα της κλάσης στην οποία «χρησιμοποιείται». Επίσης δεν υφίστανται λογικοί συνδυασμοί μεταξύ των κλάσεων και δεν υπάρχουν ειδικά χαρακτηριστικά των ιδιοτήτων. Η δημιουργία της OWL χρονολογικά ξεκίνησε τo 2004 ως W3C Recommendation. Η OWL είναι συνδεδεμένη με το Πλαίσιο Περιγραφής (Resource Description Framework - RDF), το οποίο χρησιμοποιείται από το World Wide Web Consortium (W3C) ως βάση του Σημασιολογικού Ιστού. [25] Οι γλώσσες της οικογένειας OWL μπορούν να δημιουργήσουν -36-

39 κλάσεις και ιδιότητες, να καθορίσουν στιγμιότυπα και τις πράξεις τους. Η εφαρμογή της είναι σπουδαία σε διάφορους τομείς όπως στον ακαδημαϊκό, ιατρικό και εμπορικό. [26] Εικόνα 4 Οι υποκατηγορίες της OWL Οι υποκατηγορίες της OWL Η OWL σχεδιάστηκε με σκοπό να περιγράφει τυπικά την σημασιολογία της ορολογίας που χρησιμοποιείται σε δικτυακά έγγραφα. Υποστηρίζει την δυνατότητα διατύπωσης πλουσιότερης σημασιολογίας από τις γλώσσες XML, RDF, και RDF Schema, ενώ ταυτόχρονα περιέχει λεξιλόγιο και τυπική σημασιολογία για την περιγραφή των κλάσεων και των ιδιοτήτων αυτών. Η OWL χωρίζεται σε τρεις υπογλώσσες με αυξανόμενη εκφραστικότητα, τις OWL Lite, OWL DL και OWL Full. [26] [27] Εικόνα 5 Οι υπογλώσσες της OWL -37-

40 OWL Lite: Η συγκεκριμένη γλώσσα προορίζεται για χρήστες οι οποίοι σκοπεύουν να χρησιμοποιήσουν την OWL για να περιγράψουν τη γνώση σε εφαρμογές που δεν έχουν γενικά τεράστιες απαιτήσεις σε εκφραστικό επίπεδο. Με τον τρόπο αυτό αναπτύσσονται μηχανισμοί εξαγωγής συμπερασμάτων που έχουν τη δυνατότητα να λειτουργούν ταχύτερα από εργαλεία που υλοποιούν πολύ πιο εκφραστικές γλώσσες. Η OWL Lite είναι σχετική με τη γλώσσα SHIF(D+) και περιέχει ένα μικρό σύνολο του λεξικού της OWL. Σε γενικές γραμμές είναι απλή στην χρήση και στην κατανόησή της, και το γεγονός αυτό αποτελεί προτέρημά της. Τέλος, ενδείκνυται για περιπτώσεις όπου μας ενδιαφέρει περισσότερο η ταχύτητα και όχι η εκφραστικότητα. OWL DL: Ονομάστηκε έτσι εξαιτίας της αντιστοιχίας της με τις Περιγραφικές Λογικές. Η γλώσσα αυτή υποστηρίζει πιο μεγάλη εκφραστικότητα και έχει το πλεονέκτημα ότι όλα τα συμπεράσματα που εξάγει είναι υπολογίσιμα, αλλά και ότι όλοι οι υπολογισμοί τερματίζουν σε πεπερασμένο χρόνο. Έχει τέτοιο σχεδιασμό έτσι ώστε να περιγραφική και να εξυπηρετεί υπηρεσίες εξαγωγής συμπερασμάτων που οι αλγόριθμοί τους να τερματίζουν σε πολυωνυμικό χρόνο. Το πλεονέκτημα της γλώσσας αυτής είναι ότι επιτυγχάνει βελτιστοποίηση στην υπολογισιμότητα των εννοιών και ταυτόχρονα διατηρεί βέλτιστη απόδοση σε θέματα πολυπλοκότητας. Σαν μειονέκτημά της θα αναφέραμε την μη συμβατότητα της γλώσσας με το μοντέλο RDF. [28] OWL Full: Η OWL Full υποστηρίζει τη μέγιστη εκφραστικότητα και τη συντακτική ελευθερία της RDF, χωρίς υπολογιστικές εγγυήσεις. Προσφέρει επίσης το ίδιο λεξιλόγιο με την γλώσσα OWL DL και την δυνατότητα μεταμοντελοποίησης. Από τα παραπάνω γίνεται φανερό ότι η μοναδική γλώσσα η οποία παρέχει συμβατότητα με το μοντέλο και τη σημασιολογία της RDF είναι η OWL Full. Από την άλλη πλευρά όμως η μεγάλη εκφραστική δυνατότητά της την καταστεί μη-καταληκτική και μέχρι σήμερα δεν είναι γνωστός κανένας αλγόριθμος εξαγωγής συμπερασμάτων για αυτήν. -38-

41 3.3.3 Περιγραφή της γλώσσας OWL Η OWL βασίζεται στις γλώσσες RDF και RDF Schema, χρησιμοποιώντας τη σύνταξη της RDF που βασίζεται στην XML. Η RDF/XML σύνταξη δεν είναι πολύ φιλική απέναντι στο χρήστη, έχουν υπάρξει προτάσεις που δεν ακολουθούν την RDF. Τα έγγραφα OWL αποκαλούνται τις περισσότερες φορές οντολογίες ΟWL και είναι έγγραφα RDF. Μια οντολογία OWL τυπικά, ξεκινάει µε µια συλλογή ισχυρισµών - προτάσεων, οι οποίοι ομαδοποιούνται σε ένα στοιχείο owl:ontology που περιέχει σχόλια, έλεγχο εκδόσεων και εισαγωγή άλλων οντολογιών, δηλαδή πληροφορία που αφορά την ίδια την οντολογία. Η σύνταξη καλείται επικεφαλίδα οντολογίας και συναντάται στην αρχή του ορισµού της οντολογίας. Οι κλάσεις ορίζονται µε τη χρήση του στοιχείου owl:class. Γενικά υπάρχουν δυο προκαθορισμένες κλάσεις, η owl:thing και η owl:nothing. Η πρώτη είναι η πιο γενική κλάση και περικλείει τα πάντα ενώ η δεύτερη είναι η κενή κλάση. Επομένως κάθε κλάση είναι υποκλάση της owl:thing και υπερκλάση της owl:nothing. Όσον αφορά τις ιδιότητες στην OWL υπάρχουν δύο τύποι ιδιοτήτων. Οι ιδιότητες αντικειμένου (object properties) που συνδέουν αντικείμενα με άλλα αντικείμενα και οι ιδιότητες τύπου δεδομένων (datatype properties) που συσχετίζουν αντικείμενα με τιμές ενός τύπου δεδομένων. Η OWL δεν έχει προκαθορισμένους τύπους δεδομένων και δεν παρέχει ειδικές λειτουργίες ορισμού. Αντίθετα, επιτρέπει τη χρήση των τύπων δεδομένων της γλώσσας XML Schema, αξιοποιώντας έτσι την αρχιτεκτονική του Σημασιολογικού Ιστού. Ακόμη, η OWL επιτρέπει τον ορισμό αντίστροφων ιδιοτήτων. Στην OWL είναι δυνατός ο ορισμός κλάσεων χρησιμοποιώντας λογικούς τελεστές όπως είναι η ένωση (union), η τομή (intersection) και το συμπλήρωμα (complement). [28] Σε αντίθεση µε τα τυπικά συστήματα βάσεων δεδομένων, η OWL δεν υιοθετεί την θεώρηση των μοναδικών ονομάτων (unique name assumption). Έτσι αν και δυο στιγμιότυπα έχουν διαφορετικό ID δε συνεπάγεται απαραίτητα ότι είναι δυο διαφορετικά αντικείμενα. Για τη διασφάλιση της διαφορετικότητας των αντικειμένων, είναι απαραίτητη η ρητή διατύπωση της ανισότητας τους. Στην περίπτωση των ιδιοτήτων τιμών δεδομένων μπορούμε μόνο να ορίσουμε μια ιδιότητα ως, DatatypeProperty(R). Στις ιδιότητες τύπων δεδομένων δε μας δίνεται η δυνατότητα να ορίσουμε μια ιδιότητα ως την αντίστροφη μιας άλλης. Αυτό συμβαίνει γιατί η αντίστροφη ιδιότητα μιας ιδιότητας τύπων δεδομένων θα συνέδεε μια τιμή με ένα αντικείμενο το οποίο δεν επιτρέπεται. Μας δίνεται η δυνατότητα να ορίσουμε ένα αξίωμα υπαγωγής ιδιοτήτων. Οι ορισμοί αυτοί δίνονται από την αφηρημένη σύνταξη, SubPropertyOf(R S), όπου R και S είναι -39-

42 ιδιότητες αντικειμένων ή τύπων δεδομένων. Επιπλέον η OWL μας προσφέρει τη δυνατότητα να ορίσουμε μια ιδιότητα ως υπο- ιδιότητα μιας λίστας ιδιοτήτων. Επίσης, η OWL μας προσφέρει μια σειρά από αξιώματα ιδιοτήτων κάποια από τα οποία δεν εμφανίζονται άμεσα, παρά μόνο έμμεσα, στις Περιγραφικές Λογικές. Πιο συγκεκριμένα μπορούμε να δηλώσουμε ότι μια ιδιότητα αντικειμένων είναι 17 συμμετρική (symmetric). Μια ιδιότητα R ονομάζεται συμμετρική ανν a,b, R(a,b) συνεπάγεται ότι R(b,a). Η δήλωση αυτή γίνεται γράφοντας σε αφηρημένη σύνταξη, ObjectProperty(R symmetric). Τέλος, η OWL μας παρέχει τη δυνατότητα δημιουργίας ισχυρισμών ανάμεσα σε ένα άτομο και μια κλάση, ανάμεσα σε ένα ζεύγος ατόμων και μια ιδιότητα αντικειμένων ή ανάμεσα σε ένα ζεύγος ατόμου και τιμής και μια ιδιότητα τύπων δεδομένων. -40-

43 4 Το εργαλείο Protégé Στα πλαίσια υλοποίησης της συγκεκριμένης μεταπτυχιακής εργασίας το εργαλείο που χρησιμοποιήθηκε ήταν το Protégé. (29) Το Protégé είναι μια πλατφόρμα ανοιχτού κώδικα της ακαδημαϊκής κοινότητας του Πανεπιστημίου του Stanford για τη σύνταξη οντολογιών. Αποτελεί ένα επεκτάσιμο περιβάλλον που είναι ανεξάρτητο από τη πλατφόρμα λογισμικού και διατίθεται ελεύθερα στο διαδίκτυο. Σκοπός του εργαλείου είναι να καθοδηγήσει την ανάπτυξη συστημάτων καθιστώντας δυνατή την επαναχρησιμοποίηση οντολογιών και μεθόδων επίλυσης προβλημάτων, μειώνοντας το χρόνο που απαιτείται για την ανάπτυξη και συντήρηση προγραμμάτων. (30) Το εργαλείο αυτό, επιτρέπει τη δημιουργία οντολογιών με δυο τρόπους. Είτε με τη χρήση πλαισίων (frames) είτε με τη χρήση της γλώσσας OWL. 4.1 Εισαγωγή Οι χρήστες του εργαλείου αυτού ολοένα και αυξάνονται δεδομένου ότι στις μέρες μας η ανάπτυξη οντολογιών και μοντέλων βασισμένα στη γνώση χρησιμοποιείται σε μεγάλο βαθμό. Η εμβέλεια των χρηστών αυτών είναι μεγάλη. Το Protégé απευθύνεται τόσο σε ακαδημαϊκές κοινότητες, όσο και σε εταιρικούς χρήστες. Στη γενική του μορφή το Protégé περιέχει ένα σύνολο από ενέργειες που υποστηρίζουν τη δημιουργία, ανάπτυξη και οργάνωση οντολογιών με διάφορες μορφές αναπαράστασης. [31] Είναι το παλιότερο περιβάλλον διαχείρισης οντολογιών, και όταν δημιουργήθηκε αποτέλεσε εργαλείο για απόκτηση γνώσης για την ανάπτυξη εμπείρων συστημάτων. Στη συνέχεια εξαιτίας, των προσπαθειών του τμήματος πληροφορικής του πανεπιστημίου του Stanford, το εργαλείο εξελίχθηκε και υποστηρίζει πλέον την μοντελοποίηση της γνώσης. Αποτελείται από πληθώρα πρόσθετων λογισμικών (plugins) και υποστηρίζει πλήρως την γλώσσα OWL. Επιπροσθέτως, έχει τη δυνατότητα επέκτασης μέσω μιας plugin αρχιτεκτονικής και ενός ΑΡΙ βασισμένο σε Java Application Programming Interface για τη δημιουργία εργαλείων και εφαρμογών βασισμένων στη γνώση. Ορισμένα από τα θετικά χαρακτηριστικά του προγράμματος είναι η ευχρηστία, η απλότητα και το γεγονός ότι δεν απαιτείται κάποιος να -41-

44 έχει γνώσεις σε βάθος για να δημιουργήσει μιαν οντολογία. Οι χρήστες του Protégé προσφέρουν τις γνώσεις τους σε μια on-line κοινότητα που έχει δημιουργηθεί για να επιλύνει προβλήματα που αντιμετωπίζουν τυχόν οι χρήστες. [28] 4.2 Τρόποι δημιουργίας οντολογιών Οι οντολογίες περιγράφουν ένα σύνολο εννοιών και των συσχετίσεων μεταξύ τους. Η πλατφόρμα του Protégé υποστηρίζει δυο βασικούς τύπους δημιουργίας οντολογιών. [28] 1. Η εφαρμογή Protege-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). [32] 2. Η εφαρμογή Protege-OWL editor που δίνει τη δυνατότητα στους χρήστες να κατασκευάσουν οντολογίες για το Σημασιολογικό Ιστό, και συγκεκριμένα για τη γλώσσα αναπαράστασης οντολογιών OWL. [33] Protégé - Frames Το Protégé frames editor προσφέρει μια διεπαφή για να υποστηρίζει τους χρήστες στην δημιουργία και οργάνωση των οντολογιών που βασίζονται σε πλαίσια. Τα Protégé Πλαίσια εφαρμόζουν ένα πρότυπο γνώσης που είναι συμβατό με το πρωτόκολλο OKBC (Open Knowledge Base Connectivity protocol). Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, μια οντολογία απαρτίζεται από κλάσεις οι οποίες είναι ιεραρχικά τοποθετημένες και στην ουσία αποτελούν έννοιες ενός πεδίου γνώσης. Επίσης, οι σχισμές συνδέουν τις κλάσεις μεταξύ τους ώστε να περιγράφουν τα στιγμιότυπα και τις ιδιότητές τους. Τέλος, τα στιγμιότυπα είναι παραδείγματα των εννοιών και καθένα από αυτά έχει συγκεκριμένες τιμές για τις ιδιότητες που το απαρτίζουν. [34] Τα Protégé Πλαίσια έχουν ορισμένα χαρακτηριστικά γνωρίσματα. Ένα από αυτά είναι ο μεγάλος αριθμός των στοιχείων της διεπαφής με τον χρήστη που μπορεί να προσαρμόζεται ώστε να επιτρέπει στον χρήστη να εισάγει και να επεξεργάζεται τις πληροφορίες της γνώσης σε ένα περιβάλλον φιλικό προς το χρήστη. Ακόμη, προσφέρει μια επεκτάσιμη (plug-in) αρχιτεκτονική η οποία μπορεί να επεκταθεί προσθέτοντας γραφικά, διάφορες μορφές -42-

45 αποθήκευσης και εργαλεία πρόσθετης αποθήκευσης. Τέλος, προσφέρει ένα ΑΡΙ που το καθιστά πιθανό για ανάπτυξη και άλλων plug-ins καθώς και επικοινωνίας με άλλες εφαρμογές ώστε αυτές να έχουν πρόσβαση και να χρησιμοποιούν τις οντολογίες που αναπτύσσονται με τα Protégé Πλαίσια Protégé OWL Ο συντάκτης Protégé OWL είναι μια επέκταση του Protégé που υποστηρίζει τη γλώσσα OWL. Η γλώσσα OWL όπως αναφέρθηκε και πιο πάνω, αποτελεί την πιο δημοφιλή, τα τελευταία χρόνια, γλώσσα για τη δημιουργία και ανάπτυξη οντολογιών. Επίσης, επικυρώνεται από την Κοινοπραξία του Παγκόσμιου Ιστού και προωθεί το όραμα του Σημασιολογικού Ιστού. Η γλώσσα OWL περιλαμβάνει στην περιγραφή της κλάσεις, ιδιότητες αλλά και στιγμιότυπα. Ο συντάκτης Protégé OWL επιτρέπει στους χρήστες να αναπτύσσουν και να αποθηκεύουν οντολογίες τόσο σε μορφή RDF όσο και σε OWL. Ακόμη, μπορούν να συντάσσουν και να δημιουργούν κλάσεις, ιδιότητες και κανόνες SWRL. [33] Και τέλος, παρέχουν τη δυνατότητα να καθορίζονται τα λογικά χαρακτηριστικά των κλάσεων σαν εκφράσεις σε γλώσσα OWL. Η εύχρηστη αρχιτεκτονική του Protégé-OWL, βοηθά στον εύκολο σχηματισμό και επέκταση του εργαλείου. Το Protégé-OWL συνδέεται στενά με ανοιχτού κώδικα API βασισμένο σε Java, ώστε να είναι δυνατή η ανάπτυξη τμημάτων της διεπαφής με τον χρήστη ή των υπηρεσιών του Σημασιολογικού Ιστού. Οι εξυπηρετητές υπηρεσιών συλλογιστικής (reasoners) είναι προγράμματα που έχουν ως στόχο τον εννοιολογικό έλεγχο της οντολογίας εφαρμόζοντας ελέγχους συνέπειας (consistency checks). Με τον τρόπο αυτό, μπορούν να αξιοποιήσουν την υπάρχουσα Βάση Γνώσης απαντώντας σε ερωτήσεις που το αποτέλεσμα προκύπτει από τα δεδομένα με απλή επαγωγική μορφή. Ανάλογα με τους αλγόριθμους επαγωγής που έχει ο κάθε εξυπηρετητής μπορεί να συμπεράνει την ισχύ γεγονότων που δεν έχουν δηλωθεί ρητά. Δεν είναι δυνατό να εξαχθεί συμπερασματική γνώση χωρίς τη χρήση διαδικασιών συλλογιστικής. -43-

46 5 Υλοποίηση της οντολογίας 5.1 Γενικά για το Τμήμα Σπουδών του ΑΠΘ Το Τμήμα Σπουδών ανήκει στην Διεύθυνση Συντονισμού Ακαδημαϊκών Μονάδων του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. (35) Στην αρμοδιότητά του υπάγονται η συγκέντρωση των κάθε φύσεως νομοθετημάτων, αποφάσεων και εγκυκλίων που αφορούν σπουδές και ο συντονισμός της ομοιόμορφης εφαρμογής τους. Η διεκπεραίωση κάθε διαδικασίας που προβλέπεται από την ισχύουσα νομοθεσία που αφορά στις σπουδές, στα θέματα των Ειδικών Μεταπτυχιακών Υποτρόφων (Ε.Μ.Υ.) και στα θέματα των αλλοδαπών φοιτητών. Το Τμήμα Σπουδών του ΑΠΘ διεκπεραιώνει πολλές αρμοδιότητες σχετικά με την εύρυθμη λειτουργία του πανεπιστημίου. Ορισμένες από τις διαδικασίες που συντονίζει είναι οι εξής: Συντονίζει Προγράμματα Υποτροφιών ΑΠΘ Διατηρεί πληροφοριακή βιβλιοθήκη με ανακοινώσεις για υποτροφίες, βραβεία και διαγωνισμούςσυγκεντρώνει στατιστικά στοιχεία για νέους φοιτητές, ενεργούς και εγγεγραμμένους αλλοδαπούς, μεταπτυχιακούς και υποψήφιους διδάκτορες, αποφοίτους και υποτρόφους του ΑΠΘ Συγκεντρώνει προσφορές φοιτητικής στέγης από ιδιοκτήτες Οργανώνει έντυπα για νεοεγγραφόμενους φοιτητές του ΑΠΘ Εκπροσωπεί το ΑΠΘ σε παρουσιάσεις Έχει αρχείο μεταπτυχιακών προγραμμάτων ΑΠΘ Υποδέχεται οργανωμένες επισκέψεις για θέματα επαγγελματικού προσανατολισμού Παρέχει πληροφορίες με mail για το ΑΠΘ Σχετίζεται με προβλήματα που απασχολούν τις γραμματείες των Σχολών/Τμημάτων και εισηγείται στη Σύγκλητο του ΑΠΘ Προσφέρει βοήθεια σε διάφορα τμήματα του ΑΠΘ με το πρόγραμμα εθελοντών Οργανώνει Θερινό πρόγραμμα γλώσσας και πολιτισμού Υλοποιεί τις συμβάσεις για συνεπικουρία μελών ΔΕΠ -44-

47 Διαχειρίζεται προϋπολογισμούς και την οικονομική διαχείριση Συνεργάζεται με άλλες επιτροπές του ΑΠΘ για διάφορα θέματα 5.2 Δομή της Οντολογίας και Βασικές Κλάσεις Στην προσπάθεια να αναπτυχθεί η οντολογία για το Τμήμα Σπουδών του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου, χρησιμοποιήθηκε η πλατφόρμα ανάπτυξης Protégé, και η έκδοση 3.5. Έτσι στόχος της εργασίας αυτής, είναι μέσα από την δημιουργία της οντολογίας ένας απλός χρήστης να είναι σε θέση να καταλάβει τον ρόλο και τις αρμοδιότητες του τμήματος αυτού. Στη συνέχεια της ενότητας αυτής θα γίνει περεταίρω εξήγηση της οντολογίας. Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν με συνοπτικό τρόπο όλες οι κλάσεις και οι υποκλάσεις από τις οποίες αποτελείται η οντολογία. Η συγκεκριμένη οντολογία που ονομάζεται DepartmentOfStudies (Τμήμα Σπουδών), αποτελείται από τέσσερις βασικές κλάσεις και αποτελούν τον κύριο κορμό του τμήματος. Service (Υπηρεσία): απαρτίζεται από τρεις υποκλάσεις, τις εξής: Information (Πληροφορία), όπου έχει τρεις υποκλάσεις, τις: E-library (Ηλεκτρονική βιβλιοθήκη) GraduateProgram (Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα) SupervisedProgram (Εποπτευόμενο Πρόγραμμα) Scholarship (Υποτροφία), όπου έχει μια υποκλάση, την RewardingScholarship (Ανταποδοτική Υποτροφία) και Statistics (Στατιστικά). Staff (Προσωπικό): αποτελείται από τρεις υποκλάσεις, τις εξής: CommitteeOfStudies (Προσωπικό Επιτροπής Σπουδών) DepartmentOfStudies (Προσωπικό Τμήματος Σπουδών) και UnitStaff (Προσωπικό λοιπών τμημάτων) StudyProgram (Πρόγραμμα Σπουδών), απαρτίζεται από τρεις υποκλάσεις, τις εξής: -45-

48 PhD Program (Διδακτορικό Πρόγραμμα) PostgraduateProgram (Μεταπτυχιακό Πρόγραμμα) UndergraduateProgram (Προπτυχιακό Πρόγραμμα) UniversityUnit (Πανεπιστήμιο), αποτελείται από δυο υποκλάσεις, τις εξής: Department (Τμήμα) Faculty (Γραμματεία) Στις επόμενες ενότητες του κεφαλαίου αυτού θα γίνει εκτενής ανάλυση των κλάσεων και των περιορισμών σε κάθε μια από αυτές. Στο παρακάτω σχήμα, μπορούμε να δούμε τις κλάσεις σε πλήρη ανάπτυξη όπως εμφανίζονται στην πλατφόρμα ανάπτυξης Protégé. -46-

49 5.3 Η κλάση Service και οι υποκλάσεις της Η πρώτη κλάση της οντολογίας που θα αναφερθεί στην ενότητα αυτή είναι η κλάση Service, η οποία αποτελείται από τρεις υποκλάσεις όπως φαίνεται και στο σχήμα παρακάτω. Εικόνα 6 Η κλάση Service και οι υποκλάσεις της Για να περιγραφούν οι παραπάνω κλάσεις, απαιτείται να προσδιορίσουμε τις ιδιότητες και τους περιορισμούς κάθε μιας από αυτές. Οι ιδιότητες είναι είτε Datatype είτε Object, και ανάλογα με την ιεραρχία που υπάρχει κληρονομούνται από τις υποκλάσεις τους. Στην περίπτωση της κλάσης Service οι ιδιότητες είναι οι εξής: department (object): δείχνει σε ποιο τμήμα του ΑΠΘ απευθύνεται η υπηρεσία κάθε φορά, παίρνοντας τιμές από την κλάση UniversityUnit. hasresponsible (object): δείχνει ποιο άτομο από την κλάση του Προσωπικού (Staff) είναι υπεύθυνο για την υλοποίηση της υπηρεσίας. Title (datatype - string): αναφέρεται στον τίτλο της υπηρεσίας -47-

50 Εικόνα 7 Οι ιδιότητες της κλάσης Service Οι παραπάνω ιδιότητες είναι γενικές για την κλάση Service και κληρονομούνται στις τρεις υποκλάσεις της κλάσης Service Η κλάση Information και οι υποκλάσεις της Εικόνα 8 Η κλάση Information και οι υποκλάσεις της Η κλάση Information έχει τις ιδιότητες που κληρονομεί από την υπερκλάση της, και επιπλέον την ιδιότητα: Staff (object): Ορίζει ποιο άτομο ευθύνεται για την υπηρεσία της ενημέρωσης. Οι τρεις υποκλάσεις της κλάσης Information, έχουν με τη σειρά τους δικές τους ιδιότητες επιπλέον. Συγκεκριμένα, η κλάση E-library έχει επιπλέον την ιδιότητα: -48-

51 Date (datatype - multiple date Time): όπου αναφέρεται στην ημερομηνία της ανακοίνωσης Η κλάση GraduateProgram έχει ακόμη την ιδιότητα: DurationOfStudy (datatype - integer): που δείχνει τη διάρκεια του μεταπτυχιακού προγράμματος (σε μήνες). Η κλάση GraduateProgram έχει την ιδιότητα: DurationOfStudy (datatype integer): αναφέρεται στη διάρκεια του προγράμματος (σε μήνες) Η κλάση Scholarship και η υποκλάση της Εικόνα 9 Η κλάση Schlolarship και η υποκλάση της Η κλάση Scholarship (Υποτροφία) εκτός από τις ιδιότητες που κληρονομεί από την υπερκλάση της (Service), έχει επιπλέον τις εξής ιδιότητες: Funds (datatype - string): αναφέρεται στο χρηματικό ποσό που δίνεται από την συγκεκριμένη υποτροφία. GPA (datatype - float): αναφέρεται στον γενικό βαθμό πτυχίου που έχει ένας φοιτητής. MonthsGiven (datatype - string): αναφέρεται στη διάρκεια που δίνεται η εκάστοτε υποτροφία. -49-

52 Η υποκλάση της Shcolarship, πέρα από τις παραπάνω ιδιότητες, έχει και τις εξής ιδιότητες επιπλέον: WorkingHours (datatype - multiple): παίρνει σαν τιμές 15 και 30 (σε ώρες), και αναφέρεται στις ώρες που εργάζεται ένας φοιτητής ανάλογα με το αν είναι σε προπτυχιακό ή μεταπτυχιακό επίπεδο. Cycle (datatype - integer): αναφέρεται στο επίπεδο σπουδών ενός φοιτητή. Εικόνα 10 Οι ιδιότητες της κλάσης Scholarship Η κλάση Statistics Αναφέρεται στην αρμοδιότητα που έχει το Τμήμα Σπουδών να συλλέγει τα στατιστικά στοιχεία για νέους φοιτητές, ενεργούς και εγγεγραμμένους αλλοδαπούς, μεταπτυχιακούς και υποψήφιους διδάκτορες, αποφοίτους και υποτρόφους του ΑΠΘ. Οι επιπλέον ιδιότητες που έχει εκτός από αυτές που κληρονομεί από την υπερκλάση της είναι οι εξής: o Program (object): παίρνει τιμές από την κλάση StudyProgram, και δείχνει σε ποιο πρόγραμμα αναφέρεται το εκάστοτε στατιστικό αρχείο. -50-

53 5.4 Η κλάση Staff και οι υποκλάσεις της Η κλάση Staff αναφέρεται στο Προσωπικό του Τμήματος Σπουδών. Όπως φαίνεται και στο παρακάτω σχήμα, απαρτίζεται από τρεις κλάσεις. Εικόνα 11Η κλάση Staff και οι υποκλάσεις της Οι ιδιότητες που έχει η κλάση είναι οι εξής: Capacity (datatype - single): αναφέρεται στην ιδιότητα του κάθε εργαζόμενου στο τμήμα ForDepartment (object): παίρνει τιμές από την κλάση UniversityUnit και αναφέρεται για ποιο τμήμα εργάζεται ο κάθε υπάλληλος του τμήματος. Name (datatype - string) : αναφέρεται στο όνομα του ατόμου του προσωπικού PhoneNumber (datatype - string): αναφέρεται στον αριθμό του γραφείου του υπαλλήλου Η κλάση CommitteeOfStudies, ως υποκλάση της κλάσης Staff, κληρονομεί τις παραπάνω ιδιότητες και έχει την ιδιαιτερότητα ότι στην ιδιότητα ForDepartment, όλες οι αποδεκτές τιμές -51-

54 είναι αποκλειστικά από την κλάση Department. Δηλαδή κάθε μέλος της επιτροπής του τμήματος, εργάζεται σε ένα τμήμα (department) του πανεπιστημίου. Για την διατύπωση του παραπάνω περιορισμού χρησιμοποιούνται τα restrictions της OWL όπως φαίνεται και στην Εικόνα 12. Εικόνα 12 Restriction κλάσης CommitteeOfStudies Η κλάση DepartmentOfStudiesStaff, έχει όλες τις παραπάνω ιδιότητες και επιπλέον έχει την ιδιότητα: Work: που παίρνει αποδεκτές τιμές από την κλάση Service, δηλαδή κάθε υπάλληλος του Τμηματος Σπουδών, έχει αναλάβει κάποια αρμοδιότητα (Service). Επίσης, και στην κλάση αυτή η ιδιότητα ForDepartment, όλες οι αποδεκτές τιμές που παίρνει είναι αποκλειστικά από την κλάση Department. Δηλαδή κάθε μέλος του τμήματος μπορεί να συνεργάζεται με ένα τμήμα (department) του πανεπιστημίου όπως φαίνεται στην Εικόνα 13. Εικόνα 13Rescriction ιδιότητας ForDepartment Τέλος η κλάση UnitStaff, έχει τις ιδιότητες που αναφέρθηκαν παραπάνω, με την διαφορά ότι στην ιδιότητα ForDepartment, μπορεί να πάρει τιμές από όλη την κλάση UniversityUnit. Ουσιαστικά, ένας υπάλληλος του πανεπιστημίου μπορεί να εργάζεται είτε σε κάποιο τμήμα (department) είτε σε κάποια γραμματεία ενός τμήματος (faculty). 5.5 Η κλάση StudyProgram και οι υποκλάσεις της -52-

55 Η κλάση StudyProgram, σύμφωνα και με το διάγραμμα παρακάτω, απαρτίζεται από τρεις υποκλάσεις. Τις: PhDProgram (Διδακτορικό Επίπεδο) Postgraduateprogram (Μεταπτυχιακό Επίπεδο) και Undergraduateprogram (Προπτυχιακό Επίπεδο) Εικόνα 14 Η κλάση StudyProgram και οι υποκλάσεις της Η κλάση StudyProgram έχει τις εξής ιδιότητες: Cycle (datatype integer): αναφέρεται στον κύκλο σπουδών. (Θα αναλυθεί παρακάτω στις υποκλάσεις η χρησιμότητα της). department (object): παίρνει τιμές από τη κλάση Department και αναφέρεται στο τμήμα που ανήκει το συγκεκριμένο πρόγραμμα σπουδών. Είναι multiple διότι ένα πρόγραμμα σπουδών μπορεί να απευθύνεται σε δυο τμήματα, παράδειγμα αποτελεί ένα διατμηματικό μεταπτυχιακό πρόγραμμα σπουδών. DurationOfStudy (datatype - integer): αναφέρεται στη διάρκεια σπουδών κάθε προγράμματος (σε εξάμηνα). Contact (object): παίρνει τιμές από την κλάση UnitStaff και αναφέρεται στις πληροφορίες που μπορεί να πάρει κανείς για το κάθε τμήμα του πανεπιστημίου. -53-

56 TitleProgram (datatype - string): αναφέρεται στο τίτλο του προγράμματος. Οι τρεις υποκλάσεις έχουν τις ίδιες ιδιότητες με τη διαφορά ότι για την ιδιότητα Cycle, για κάθε πρόγραμμα σπουδών, υπάρχει περιορισμός (restriction) όπου για το προπτυχιακό πρόγραμμα η αποδεκτή τιμή είναι η 1, για το μεταπτυχιακό πρόγραμμα αποδεκτή τιμή είναι η 2, και τέλος για το διδακτορικό πρόγραμμα, αποδεκτή τιμή η Η κλάση UniversityUnit και οι υποκλάσεις της Η κλάση UniversityUnit, αποτελείται από δυο υποκλάσεις, οι οποίες είναι οι εξής: Department (Τμήμα) και Faculty (Γραμματεία) Εικόνα 15 Η κλάση UniversityUnit και οι υποκλάσεις της Οι ιδιότητες της κλάσης UniversityUnit είναι οι εξής: Part-of (object): αναφέρεται σε ποιο τμήμα ανήκει μια γραμματεία. TitleUnit (datatype - string): αναφέρεται στον τίτλο του κάθε τμήματος ή γραμματείας -54-

57 With: παίρνει τιμές από το προσωπικό και δείχνει τη σύνδεση που υπάρχει μεταξύ ενός τμήματος ή μια γραμματείας σε σύγκριση με το προσωπικό. Η ιδιότητα αυτή είναι αντίστροφη (inverse) με την ιδιότητα ForDepartment. Δηλαδή κάθε υπάλληλος δουλεύει για ένα συγκεκριμένο τμήμα και κάθε τμήμα έχει ένα συγκεκριμένο υπάλληλο που εργάζεται. Οι υποκλάσεις της κλάσης UniversityUnit έχουν τις ιδιότητες που αναφέρθηκαν πιο πάνω με τη διαφορά ότι για την ιδιότητα part-of, στην κλάση Department, όλες οι αποδεκτές τιμές μπορούν να είναι από την κλάση Faculty. Πιο αναλυτικά, κάθε τμήμα έχει και μια γραμματεία με την οποία συνδέεται. Εικόνα 16 Σύνδεση κλάσεων στο Jambalaya 5.7 Στιγμιότυπα της οντολογίας Στην ενότητα αυτή παρουσιάζονται ορισμένα στιγμιότυπα από τις κλάσεις της οντολογίας. Στην Εικόνα 17 βλέπουμε ένα στιγμιότυπο της κλάσης Shcolarship, όπου είναι συμπληρωμένα όλα τα πεδία. Συγκεκριμένα, το όνομα του φοιτητή που είναι κάτοχος της υποτροφίας, τους μήνες που δέχεται την υποτροφία (MonthsGiven,), σε ποιο τμήμα του Πανεπιστημίου φοιτά -55-

58 (department), το χρηματικό ποσό (Funds), πόσες ώρες εργάζεται τον μήνα για την υποτροφία αυτή (WorkingHours), τον βαθμό πτυχίου του (GPA), και τέλος ποιος υπάλληλος είναι υπεύθυνος από το Τμήμα Σπουδών για τον φοιτητή αυτό. Εικόνα 17 Στιγμιότυπο ης κλάσης Scholarship Στην εικόνα 18, παρουσιάζεται ένα στιγμιότυπο της κλάσης Staff. Είναι συμπληρωμένο το όνομα στο πεδίο Name, στην ιδιότητα ForDepartment, φαίνεται για ποιο τμήμα του Πανεπιστημίου εργάζεται. Στην ιδιότητα PhoneNumber, είναι συμπληρωμένο το τηλέφωνο του, ενώ στην ισιότητα Capacity, η ιδιότητα του Εικόνα 18 Στιγμιότυπο της κλάσης Staff

59 Στην Εικόνα 19, παρουσιάζεται ένα στιγμιότυπο της κλάσης Faculty. Εμφανίζεται το όνομα της γραμματείας (TitleUnit), καθώς και με ποια τμήματα συνεργάζεται (part-of).. Τέλος, με την ιδιότητα With, φαίνεται με ποιους υπαλλήλους των αντίστοιχων τμημάτων συνεργάζεται η συγκεκριμένη γραμματεία. Εικόνα 19 Στιγμιότυπο της κλάση Faculty -57-