Қазақстан Республикасының Министерство
Білім және ғылым образования и науки
министрлігі Республики Казахстан
Д. Серікбаев атындағы ВКГТУ
ШҚМТУ им. Д. Серикбаева
УТВЕРЖДАЮ
Декан ФИТЭ
__________Г. Мухамедиев
___________________2014 г.
ОНТОЛОГИЯЛЫҚ ТӘСІЛ НЕГІЗДЕРІ
Силлабус
ОСНОВЫ ОНТОЛОГИЧЕСКОГО ПОДХОДА
Силлабус
Специальность: «6D070300-Информационные системы»
Форма обучения: дневная
Курс: 1
Семестр: 2
Количество кредитов: 4
Количество часов: 180
Лекции: 30
Практические работы: 30
СРДП: 15
СРД: 105
Экзамен: 2 семестр
Өскемен
Усть-Каменогорск
2014
Силлабус разработан на кафедре «Информационные системы» на основании Государственного общеобязательного стандарта послевузовского образования. Докторантура, утверждённого постановлением Правительства РК от 23 августа 2012 г. № 000 и Государственного общеобязательного стандарта образования РК 7.10.036-2009 Послевузовское образование. Докторантура. Специальность 6D070300 – «Информационные системы»
Обсуждён на заседании кафедры «Информационные системы»
Зав. кафедрой Н. Денисова
Протокол № _18_ от 11_ _____02_____ 2014
Одобрен учебно – методическим советом ФИТЭ
бдрахманова
Протокол № _181_ от _25_ ____02____ 2014
Разработал
доцент кафедры Т. Балова
ютюнькова
СВЕДЕНИЯ О ПРЕПОДАВАТЕЛЕ И КОНТАКТНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Кафедра «Информационные системы», ФИТЭ.
Преподаватель, ведущий занятия: , доцент кафедры «Информационные системы», кандидат технических наук по специальности 05.13.11-Математическое и программное обеспечение вычислительных машин и систем, *****@***kz.
Аудиторные часы и время для консультаций: по расписанию занятий и графику работы преподавателей.
1 ХАРАКТЕРИСТИКА ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЁ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
1.1 Описание изучаемой дисциплины
Дисциплина «Основы онтологического подхода» (далее ООП) относится к элективному модулю теории управления системами (MTUS) модульной образовательной программы по специальности 6D070300 – «Информационные системы».
1.2 Цели и задачи изучения дисциплины
Цель преподавания дисциплины согласуется с целями Ц1, Ц2 и Ц3 модульной образовательной программы в части подготовки высококвалифицированных специалистов, которые овладели знаниями в области теории управления системами на основе онтологического подхода и накопили практический опыт использования онтологических моделей, достаточные для проведения самостоятельных фундаментальных и прикладных научных исследований при создании распределённых информационных систем, систем управления знаниями и семантических порталов.
Задачи изучения дисциплины:
- расширить компетенции обучающихся в области теории управления системами новыми знаниями по методам онтологического моделирования, семантического анализа и информационного поиска;
- изучить области применения онтологий в качестве информационных моделей знаний;
- освоить навыки использования современных языков описания онтологий и инструментальных средств проектирования онтологий.
1.3 Результаты изучения дисциплины
Процесс изучения дисциплины ООП направлен на формирование указанных в модульной образовательной программе результатов обучения (специальных компетенций), в соответствии с которыми обучающийся должен:
- овладеть системой понятий теоретической информатики во взаимосвязи с философией и теорией систем (Р3);
- уметь применять методы системного анализа, оптимизации, онтологического и математического моделирования в информационных системах и семантических порталах (Р5);
- овладеть методологией научного творчества и управления знаниями (Р7).
В результате изучения дисциплины обучающийся должен:
знать:
- классификацию онтологий, состав онтологий и онтологических баз знаний, дескрипционную логику и формальные модели онтологий, языки описания основных синтаксических структур онтологии (Р3.ООП.01);
- принципы семантического анализа и информационного поиска, основанные на онтологическом моделировании (Р5.ООП.02);
уметь:
- проектировать онтологии и базы знаний распределённых информационных систем, систем управления знаниями и семантических порталов (P7.ООП.03).
1.4 Пререквизиты
В качестве пререквизитов выступают: обязательный модуль оптимизационных методов в информационных системах (MOMIS); модуль теоретической информатики (MTI) или модуль теоретических основ информатики (MTОI) по выбору; дисциплина «Теория управления системами» (TUS).
2 СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1 Тематический план
Наименование темы, её содержание | Трудоёмкость, час. | Рекомендуемая литература | |
1 | 2 | 3 | |
Лекционные занятия | |||
1. | Введение. Основные определения онтологии | 2 | 3.1.1, 3.1.2, 3.2.2 |
2. | Классификации онтологий | 2 | 3.1.1, 3.1.4, 3.1.7 |
3. | Онтологии верхнего уровня: отличительные черты | 2 | 3.1.2, 3.1.4 |
4. | Онтологии предметных областей и прикладные онтологии | 2 | 3.1.2, 3.1.4 |
5. | Дескрипционная логика ALC (Attributive Language with Complement): синтаксис и семантика | 2 | 3.1.5, 3.2.4 |
6. | Базы знаний: факты ABox, терминология ТBox и роли RBox | 2 | 3.1.5, 3.2.4 |
7. | Языки описания онтологий. Основные синтаксические структуры | 2 | 3.1.4, 3.2.1 |
8. | Инструментальные средства проектирования онтологий и обеспечения логического вывода | 2 | 3.1.3, 3.1.6, 3.1.11 |
1 | 2 | 3 | |
9. | Информационно-поисковые тезаурусы и автоматическая обработка текстов | 2 | 3.1.2, 3.1.3 |
10. | Стандарт онтологического исследования сложных систем (IDEF5) | 2 | 3.2.6, 3.2.7 |
11. | Онтологические модели в поддержке принятия решений | 2 | 3.2.3, 3.2.8 |
12. | Онтологические системы управления знаниями | 2 | 3.1.7, 3.1.8, 3.1.10 |
13. | Семантические технологии Web | 2 | 3.1.10, 3.1.12, |
30 | |||
Практические занятия | |||
1. | Изучение возможностей редактора онтологий Protégé 4.3 | 6 | 3.1.14, 3.1.15, 3.2.5 |
2. | Использование дескрипционной логики для представления онтологии проблемной области | 6 | 3.1.5, 3.2.4 |
3. | Проектирование OWL-онтологии административного устройства РК | 6 | 3.2.1, 3.2.5, |
4. | Построение лингвистической RDF-онтологии учебно-методического материала | 6 | 3.1.4, 3.1.7 |
5. | Использование языка SPARQL для реализации семантических запросов | 6 | 3.1.13, 3.2.5 |
30 | |||
Самостоятельная работа докторантов под руководством преподавателя (СРДП) | |||
1. | Сравнительный анализ семантических резонеров (FaCT++, HermiT, Pellet, Racer, Joseki и др.) | 3 | 3.1.4, 3.1.10 |
2. | Семейство дескрипционных логик ALC Í L Í ALCOIQ и ALC Í L Í SHOIQ | 3 | 3.1.5, 3.2.4 |
3. | Сравнительный анализ фреймворков для работы с онтологиями (на базе. NET, Java и пр.) | 3 | 3.1.4, 3.1.10 |
4. | Возможности работы со сложными классами OWL DL (на примере редактора Protégé 4.3) | 3 | 3.1.14, 3.2.5, 3.1.15 |
5. | Общая характеристика языков Семантической Сети (Semantic Web) | 3 | 3.1.10, 3.2.13 |
15 |
2.2 Задания для самостоятельной работы (СРД)
Тема | Цель и содержание задания | Рекоменд. литература | Прод. вып., час. | Форма контроля | Срок сдачи (№ уч. недели) |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Изучение материалов лекций | 25 | Экспресс опрос | |||
Онтологические проекты oPENCYC, SUMO, DOLCE, SOWA’S, ONTOLOGY и др. | Получить представление о наиболее известных онтологических проектов | 3.1.3, 3.1.4 | 10 | Инд. задание | |
Онтология CIDOC CRM (Committee on Documentation Conceptual Reference Model) | Познакомится с существующей онтологией в области документации в сфере культурного наследия и набором информационно-поисковых запросов | 3.1.3, 3.1.4 | 10 | Сообщение на лекции | 2 |
Языки описания онтологий Ontobroker, CycL, Description Logics, RDF/RDFS, OWL и др. | Начальное знакомство с различными подходами к описанию онтологий | 3.1.4, 3.1.6 | 10 | Реферат | 5 |
Онтологии предприятий и организаций | На примере реальных онтологий познакомиться с онтологиями в различных сферах | 3.1.9, 3.2.3, 3.2.8 | 10 | Сообщение на лекции | 7 |
Многоагентные интеллектуальные системы | Получить представление о технологии проектирования и механизмах функционирования интеллектуальных агентов | 3.2.9, 3.2.10 | 10 | Сообщение на лекции | 9 |
Архитектура семантического Web-портала | Получить начальные сведения о метаописании объектов портала | 3.1.12, 3.2.11, 3.2.12, 3.2.13 | 10 | Сообщение на лекции | 11 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Языки описания знаний (XML, RDF, RDFS и OWL) | Обобщить теоретические сведения о формальных языках описания для определения роли OWL | 3.1.3, 3.1.6, | 10 | Сообщение на лекции | 12 |
Системы управления знаниями и IT-среда для совместной интеллектуальной деятельности | Получить сведения о практическом использовании онтологических моделей в системах управления знаниями | 3.1.10, 3.1.12, 3.2.8 | 10 | Эссе | 13 |
Semantic Web как новая модель информационного пространства Интернет | Систематизация знаний о Semantic Web и будущем Интернета | 3.2.11, 3.2.12, 3.2.13 | 10 | Экспресс опрос | 15 |
105 |
2.3 График выполнения и сдачи заданий по дисциплине
Вид контроля | Академический период обучения, неделя | ||||||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | |
Выполнение практических работ и заданий СРДП | * | * | * | * | * | ||||||||||
Подготовка сообщения по теме СРД | * | * | * | * | * | ||||||||||
Реферат | * | ||||||||||||||
Рубежное тестирование | * | * | |||||||||||||
Эссе | * | ||||||||||||||
Всего | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
3 СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
3.1 Основная литература
3.1.1 , Хорошевский знаний интеллектуальных систем. – СПб.: Питер, 2001. – 384 с.
3.1.2 , Башмаков информационные технологии: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. , 2005. – 304 с.
3.1.3 , , Лукашевич и тезаурусы: учебное пособие: Казанский государственный университет, 2006. – 157 с.
3.1.4 , , Соловьев и тезаурусы: модели, инструменты, приложения: учебное пособие М: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. – 173 с.
3.1.5 скусственный интеллект: современный подход. - М.: ИД «Вильямс», 2006. - 1408с.
3.1.6 Лапшин в компьютерных системах. - М.: Научный мир, 2010.-224 с., ил.
3.1.7 Гаврилова инжиниринг // Труды 8 национальной конференции по искусственному интеллекту. – М.: Физматлит, 2002. – С. 846-853
3.1.8 Гаврилова онтологий в системах управления знаниями // Труды Международного конгресса «Искусственный интеллект в 21 веке» (Дивноморск, 2001г.). Т.1.М.: Физматлит, 2001. С. 21-32.
3.1.9 омпания – создатель знания. Зарождение и развитие инноваций в японских фирмах (The Knowledge-Creating Com-pany: How Japanese Companies Create the Dynamics of Innovation). – М.: Олимп-Бизнес, 2003. – 384 с.
3.1.10 , , Ямпольский управления знаниями (методы и технологии) / Под общ. ред. . – Томск: Изд-во НТЛ, 2005. – 260 с.
3.1.11 , , Усов реализация основных компонент информационно-программного обеспечения системы управления знаниями // Известия Томского политехнического университета. – 2004. – Т. 307. – № 7. – C. 116–122.
3.1.12 Тузовский семантического WEB-портала // Известия Томского политехнического университета. – 2006. – Т. 309. – № 7. – C. 142–145.
3.1.13 SPARQL (Query Language for RDF) [Электронный ресурс] - Режим доступа:http://www. w3.org/TR/rdf-sparql-query/
3.1.14 The Protégé Ontology Editor and Knowledge Acquisition System: [официальный сайт]. URL: http://protege. stanford. edu/ (дата обращения: 23.01.2014)
3.1.15 Matthew Horridge. A Practical Guide To Building OWL Ontologies Using Protege 4 and CO-ODE Tools Edition 1.3 / The University Of Manchester, March 24, 2011
3.2 Дополнительная литература
3.2.1 OWL 2 Web Ontology Language: [официальный сайт]. URL: http://www. w3.org/TR/owl-overview/ (дата обращения: 23.01.2014)
3.2.2 Gruber Т. A translation approach to portable ontologies // Knowledge Acquisition, - 1993 - 5(2):199-220
3.2.3 Скобелев деятельности для ситуационного управления предприятием [Текст] научный журнал «Онтология проектирования» №1, 2012, с. 7 – 38.
3.2.4 ru. wikipedia. org/wiki/Дескрипционная_логика
3.2.5 Муромцев инжиниринг знаний в системе Protege. – СПб: СПб ГУ ИТМО, 2007. – 62 с.
3.2.6 Information Integration for Concurrent Engineering (IICE). IDEF5 Method Report, Knowledge Based Systems, Inc., September 21, 1994.
3.2.7 тандарт онтологического исследования IDEF5 // Корпоративный менеджмент, 2004. URL: http://www. cfin. ru/vernikov/idef/idef5.shtml/ (дата обращения: 23.01.2014)
3.2.8 Тузовский информации и данных организации с использованием онтологических моделей и семантических методов.// Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Знания-Онтологии-Теория» - 2007.- Т.1 – С. 45-53
3.2.9 От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика / . – Эдиториал. УРСС, 2002. - 352 с.
3.2.10 Швецов -ориентированные системы: от формальных моделей к промышленным приложениям [Электронный ресурс] / . - Режим доступа: http://www. ict. edu. ru/lib/index. php? id_res=5656 (дата обращения: 23.01.2014)
3.2.11 Портал семантического грида (Semantic Grid Community Portal) [Электронный ресурс] - Режим доступа:http://www. semanticgrid. org/
3.2.12 , , Горовой как средство концептуализации web-порталов // научный журнал «Искусственный интеллект» №3, 2002, с. 80 – 86.
3.2.13 и др. Semantic Web: роли XML и RDF. //Открытые системы. 2001. №9. URL: http://www. osp. ru/os/2001/09/180411/ (дата обращения: 23.01.2014)
4 ОЦЕНКА ЗНАНИЙ
4.1 Требования преподавателя
Требования преподавателя:
- посещение лекционных и лабораторных занятий, СРСП по расписанию является обязательным;
- присутствие студентов на занятиях проверяется в начале занятий, в случае опоздания студент должен бесшумно войти в аудиторию и включиться в работу, а в перерыве объяснить преподавателю причину опоздания;
- оцениваемые в баллах лабораторные работы следует сдавать в установленные сроки, к рубежному тестированию допускаются студенты, защитившие не менее одной лабораторной работы текущего рейтинга;
- повторное прохождение студентом рубежного контроля, в случае получения неудовлетворительной оценки, не допускается;
- студенты, получившие средний рейтинг Рср = (Р1 + Р2)/2 менее 50%, к экзамену не допускаются;
- в течение занятий мобильные телефоны должны быть отключены;
- студент обязан приходить на занятия в деловой одежде.
4.2 Критерии оценки
Оценка всех видов заданий осуществляется по 100-балльной системе.
Текущий контроль проводится на каждой неделе и включает контроль посещения лекций, практических занятий и выполнение самостоятельной работы.
Рубежный контроль знаний проводится на 7 и 15 неделе семестра в форме тестирования. Рейтинг складывается из следующих видов контроля:
Аттестационный период | Вид контроля, удельный вес, % | ||||||||
Выполнение практической работы 1 | Выполнение практической работы 2 | Выполнение практической работы 3 | Выполнение практической работы 4 | Выполнение практической работы 5 | Подготовка сообщения по теме СРП | Реферат, эссе | Рубежное тестирование | Всего | |
Рейтинг 1 | 25 | 25 | 15 | 15 | 20 | 100 | |||
Рейтинг 2 | 25 | 25 | 20 | 10 | 20 | 100 |
Экзамен по дисциплине проходит во время экзаменационной сессии в устной форме.
Итоговая оценка знаний студента по дисциплине включает:
- 40% результата, полученного на экзамене;
- 60% результатов текущей успеваемости.
Формула подсчета итоговой оценки:
, (1)
где Р1, Р2 – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.
Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:
Оценка по буквенной системе | Цифровой эквивалент баллов | Процентное содержание, % | Оценка по традиционной системе |
А | 4,0 | 95–100 | отлично |
А– | 3,67 | 90–94 | |
В+ | 3,33 | 85–89 | хорошо |
В | 3,0 | 80–84 | |
В– | 2,67 | 75–79 | |
С+ | 2,33 | 70–74 | удовлетворительно |
С | 2,0 | 65–69 | |
С– | 1,67 | 60–64 | |
D+ | 1,33 | 55–59 | |
D | 1,0 | 50–54 | |
F | 0 | 0–49 | неудовлетворительно |
4.3 Материалы для итогового контроля
4.3.1 Контрольные вопросы:
- когда возникает потребность в разработке онтологии;
- какое определение онтологии дали Том Грубер и Никола Гуарино;
- что иллюстрирует «Спектр онтологий»;
- дать характеристику принципам классификации онтологий;
- чем отличаются онтологии верхнего уровня от онтологий предметной области;
- чем отличаются онтологии предметной области от прикладных онтологий;
- перечислить основные характеристики лексических онтологий;
- охарактеризовать известные проекты онтологий верхнего уровня;
- чем существенно отличается отношение НАДКЛАСС-ПОДКЛАСС от отношения ЧАСТЬ-ЦЕЛОЕ;
- охарактеризовать терминологическую часть дескрипционной логики ALC (факты ABox, терминология ТBox и роли RBox);
- каким индуктивным определением задаётся синтаксис логики ALC и множество концептов;
- дать определение базы знаний как пары (T;A), где T - произвольная терминология (TBox), а A - произвольная система фактов (ABox);
- перечислить отличия баз знаний от баз данных;
- расширение логики ALC, охарактеризовать семейство дескрипционных логик ALC Í L Í ALCOIQ и ALC Í L Í SHOIQ;
- реализация запросов на языке дескрипционных логик для извлечения знаний из базы знаний;
- на чём основан OWL (Ontology Web Language), структурные элементы языка;
- какой язык описания ресурсов основан на триплетах «субъект-предикат-объект» и спецификации URI;
- для чего нужен RDFS, чем отличается класс RDFS от класса OWL;
- обзор программных инструментов для построения онтологий и обеспечения логического вывода;
- какие проблемы использования онтологии в информационном поиске;
- указать отличие критерия полноты информационного поиска от критерия точности;
- указать способы улучшения поиска при помощи тезаурусов и онтологий;
- отличительные особенности тезауруса для автоматического концептуального индексирования;
- использование онтологии в вопросно-ответной системе;
- элементарные структурные единицы и основные отношения в WordNet;
- в чем проявляется «интеллектуальность» агентов Semantic Web;
- стандарт IDEF5 — методология онтологического исследования сложных систем;
4.3.2 Задачи и упражнения:
- написать эссе на тему «Системы управления знаниями и IT-среда для совместной интеллектуальной деятельности»;
- в рамках эссе описать пример системы управления знаниями, её архитектуру, групповое программное обеспечение (Group-ware), которое облегчает сотрудникам компании совместную работу;
- подготовить реферат на тему «Языки описания онтологий Ontobroker, CycL, Description Logics, RDF/RDFS, OWL и др.»;
- исследовать возможность применения онтологического подхода в работе над диссертацией.
