LUẬN VĂN:CHUYỂN ĐỔI TỪ MÔ HÌNH UML SANG OWL ONTOLOGY VÀ ỨNG DỤNG

Chia sẻ: Lan Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:105

Thêm vào BST

Báo xấu

194
lượt xem 56
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngôn ngữ mô hình hóa UML được sử dụng phổ biến nhất trong công nghệ phần mềm nhưng lại không đủ chặt chẽ và chưa có công cụ hỗ trợ kiểm tra tính đúng đắn của đặc tả. Do vậy, chúng ta thường phải kết hợp với các ngôn ngữ đặc tả khác để thu được bản đặc tả hệ thống vừa trực quan, dễ hiểu vừa có ngữ nghĩa chặt chẽ, được kiểm tra tự động bởi các công cụ. Và trong quá trình áp dụng các mẫu thiết kế để thu được một mô hình thiết kế tối...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: LUẬN VĂN:CHUYỂN ĐỔI TỪ MÔ HÌNH UML SANG OWL ONTOLOGY VÀ ỨNG DỤNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ====================***================== Giáp Thị Ngọc Thúy CHUYỂN ĐỔI TỪ MÔ HÌNH UML SANG OWL ONTOLOGY VÀ ỨNG DỤNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI - 2010
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ====================***================== Giáp Thị Ngọc Thúy CHUYỂN ĐỔI TỪ MÔ HÌNH UML SANG OWL ONTOLOGY VÀ ỨNG DỤNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: ThS.Vũ Diệu Hương Cán bộ đồng hướng dẫn: ThS. Đặng Việt Dũng HÀ NỘI - 2010 1
LỜI CẢM ƠN Bài khóa luận “Chuyển đổi từ mô hình UML sang OWL Ontology và ứng dụng” của em được hoàn thành bên cạnh nhờ sự nỗ lực của bản thân, em còn được sự chỉ bảo tận tình từ phía các thầy cô để giúp em hoàn thành khóa luận này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong bộ môn Công nghệ phần mềm – khoa CNTT – trường ĐH Công Nghệ vì đã tạo cơ hội cho em thực hiện khóa luận này. Đặc biệt là tới cô Vũ Diệu Hương và thầy Đặng Việt Dũng, là những người đã tận tình giúp đỡ và trực tiếp hướng dẫn để em hoàn thành được khóa luận này. Cuối cùng, em kính mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy cô để khóa luận này của em được hoàn chỉnh hơn. Em xin chân thành cảm ơn. Giáp Thị Ngọc Thúy Khoa Công nghệ thông tin Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN 2
MỤC LỤC TÓM TẮT NỘI DUNG ................................................................................................ 7 MỞ ĐẦU ...................................................................................................................... 8 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ UML VÀ OWL ONTOLOGY .................................... 9 1.1. Ngôn ngữ UML (Unified Modeling Language) .............................................. 9 1.1.1. Ngôn ngữ mô hình hóa UML .................................................................. 9 1.1.2. Một số thành phần chủ yếu của ngôn ngữ UML ...................................... 9 1.2. Ontology ...................................................................................................... 14 1.3. OWL (Web Ontology Language) .................................................................. 14 1.3.1. Các mức của OWL ................................................................................ 15 1.3.2. Bản mô tả từ vựng ngôn ngữ OWL Lite ................................................ 15 1.4. OWL Ontolgogy ........................................................................................... 24 1.4.1. Các phần tử trong OWL Ontology ......................................................... 25 1.4.2. Một số công cụ hỗ trợ việc xây dựng OWL Ontology............................ 25 CHƯƠNG 2: CÁC QUY TẮC CHUYỂN ĐỔI TỪ MÔ HÌNH UML SANG OWL ONTOLOGY .............................................................................................................. 32 2.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 32 2.2. Quy tắc chuyển đổi từ mô hình UML sang OWL Ontology .......................... 32 2.2.1 Gói (Package) ........................................................................................ 33 2.2.2. Lớp (Class) ............................................................................................ 34 2.2.3. Chú thích ............................................................................................... 35 2.2.4. Giao diện (Interface) ............................................................................. 36 2.2.5. Tổng quát hóa........................................................................................ 36 2.2.6. Liên kết (Association) ........................................................................... 37 2.2.7. Các vai trò (Roles)................................................................................. 41 2.2.8. Các thuộc tính (Attributes) .................................................................... 41 2.2.9. Ràng buộc số lượng ............................................................................... 42 2.2.10. Mối quan hệ phụ thuộc .......................................................................... 44 2.2.11. Liệt kê ................................................................................................... 45 2.2.12. Kết tập................................................................................................... 46 2.2.13. Phương thức .......................................................................................... 47 CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH THỰC HIỆN KIỂM TRA KẾT QUẢ ÁP DỤNG MẪU VÀO MÔ HÌNH THIẾT KẾ UML ............................................................................. 50 3.1. Giới thiệu ..................................................................................................... 50 3.2. Mẫu Union Pattern (UP) ............................................................................... 50 3.2.1. Giới thiệu .............................................................................................. 50 3.2.2. Các tính chất cấu trúc cần đảm bảo ........................................................ 51 3.2.3. Một số trường hợp áp dụng sai mẫu Union Pattern ................................ 52 3.3. Mẫu thiết kế Composite ................................................................................ 53 3.4. Bài toán ........................................................................................................ 55 3.4.1. Các bước thực hiện ................................................................................ 56 3
CHƯƠNG 4: KIỂM TRA KẾT QUẢ TÍCH HỢP MẪU UNION PATTERN VÀO MÔ HÌNH THIẾT KẾ HÀNH VI CÁC CON VẬT ........................................................... 58 4.1. Mô tả bài toán cụ thể .................................................................................... 58 4.2. Các bước thực hiện ....................................................................................... 60 4.2.1. Bước 1: Biển đổi hai biểu đồ lớp UML sang siêu mô hình..................... 60 4.2.2. Bước 2: Chuyển đổi từ siêu mô hình UML sang OWL Ontology........... 60 4.2.3. Các luật ràng buộc : ............................................................................... 73 4.2.4. Bước 3: Kiểm tra bằng công cụ ............................................................. 75 4.3. Kết quả kiểm tra và đánh giá. ....................................................................... 75 CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT .......................................................................................... 76 5.1. Kết quả đạt được: ......................................................................................... 76 5.2. Kết luận ........................................................................................................ 76 PHỤ LỤC 1 ................................................................................................................ 77 PHỤ LỤC 2 ................................................................................................................ 91 Tài liệu tham khảo .................................................................................................... 104 4
DANH MỤC BẢNG BIỂU BẢNG 1: BẢNG MÔ TẢ TỪ VỰNG CỦA OWL LITE. ........................................... 16 BẢNG 2. CẤU TRÚC TỪ VỰNG OWL LITE MÔ TẢ RÀNG BUỘC ..................... 16 BẢNG 3. BẢNG TỪ VỰNG XÂY DỰNG THÔNG TIN VỀ PHIÊN BẢN VÀ CHÚ THÍCH........................................................................................................................ 16 BẢNG 4. CÁC KIỂU DỮ LIỆU. ................................................................................ 17 BẢNG 5: BẢNG LIỆT KÊ CÁC QUY TẮC CHUYỂN ĐỔI ..................................... 32 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Biểu đồ Ca sử dụng của một công ty bảo hiểm. [1] ...................................... 10 Hình 1.2. Biểu đồ trình tự cho Print Server. [1] ........................................................... 10 Hình 1.3. Biểu đồ cộng tác của hệ thống Đặt Sách ...................................................... 11 Hình 1.4. Biểu đồ lớp Thư Viện. [7] ........................................................................... 11 Hình 1.5. Biểu đồ lớp và biểu đồ đối tượng của lớp. [1] .............................................. 12 Hình 1.6. Biểu đồ trạng thái. [1].................................................................................. 12 Hình 1.7. Các thành phần mô hình thường dùng. [1] ................................................... 13 Hình 1.8. Giao diện Protégé 3.4.4. .............................................................................. 27 Hình 1.9. Giao diện Altova SematicWorks. ................................................................ 28 Hình 1.10. Giao diện Altova SematicWorks. .............................................................. 29 Hình 1.11. Các lớp và thuộc tính với các ràng buộc. ................................................... 30 Hình 1.12. Các thuộc tính. .......................................................................................... 30 Hình 1.13. Các thể hiện của lớp. ................................................................................. 31 Hình 2.1. Kí hiệu gói. ................................................................................................. 33 Hình 2.2. Ví dụ về gói. ................................................................................................ 33 Hình 2.3. Kí hiệu Lớp UML........................................................................................ 34 Hình 2.4. Ví dụ minh họa lớp ảo. ................................................................................ 35 Hình 2.5. Ví dụ minh họa Interface. ............................................................................ 36 Hình 2.6. Minh họa quan hệ thừa kế. .......................................................................... 37 Hình 2.7. Lớp Author liên kết với lớp Computer. ........................................................ 38 Hình 2.8. Minh họa liên kết một hướng. ..................................................................... 38 Hình 2.9. Minh họa mối liên kết hai chiều. ................................................................. 39 Hình 2.10. Lớp liên kết. .............................................................................................. 40 Hình 2.11. Ví dụ minh họa các vai trò. ........................................................................ 41 Hình 2.12. Minh họa thuộc tính lớp. .......................................................................... 41 Hình 2.13. Minh họa ObjectPropeprty. ....................................................................... 42 Hình 2.14. Sơ đồ lớp biểu diễn hệ thống quản lý dịch vụ tiết kiệm. ............................. 42 Hình 2.15. Minh họa mối sự phụ thuộc. ...................................................................... 44 Hình 2.16. Quan hệ phụ thuộc..................................................................................... 45 Hình 2.17. Minh họa kiểu liệt kê. ................................................................................ 46 Hình 2.18. Minh họa mối quan hệ kết tập.................................................................... 47 5
Hình 2.19. Siêu mô hình của biểu đồ lớp UML. .......................................................... 48 Hình 3.1. Mô hình của mẫu Union Pattern. ................................................................. 51 Hình 3.2. Ví dụ về mô hình áp dụng mẫu Union Pattern. ............................................ 52 Hình 3.3. Trường hợp áp dụng sai mẫu UP. ................................................................ 52 Hình 3.4. Trường hợp áp dụng sai mẫu UP. ................................................................ 52 Hình 3.5. Trường hợp áp dụng sai mẫu UP. ............................................................... 53 Hình 3.6. Cấu trúc mẫu Composite ............................................................................. 53 Hình 3.7. Trường hợp áp dụng mẫu Composite đúng. ................................................. 54 Hình 3.8. Mô hình ban đầu......................................................................................... 54 Hình 3.9. Trường hợp áp dụng sai mẫu Composite ..................................................... 55 Hình 3.10. Các bước trong quy trình kiểm tra. ............................................................ 57 Hình 4.1. Các lớp UML ban đầu. ................................................................................ 58 Hình 4.2. Biểu đồ lớp sau khi tinh chế áp dụng mẫu Union Pattern. ............................ 59 Hình 4.3. Siêu mô hình của các biểu đồ lớp...................................................................60 Hình 4.4. Các lớp sau khi chuyển đổi từ siêu mô hình bằng công cụ Protégé. ............. 61 Hình 4.5. Các thuộc tính của lớp Class. ...................................................................... 61 Hình 4.6. Thuộc tính của lớp Operation. ..................................................................... 62 Hình 4.7. Thuộc tính của lớp Parameter. .................................................................... 63 Hình 4.8. Thuộc tính lớp Parameter_Direction_Kind. ................................................ 64 Hình 4.9. Thuộc tính của lớp Visibility. ....................................................................... 64 Hình 4.10. Toàn bộ thuộc tính của các lớp. ................................................................. 65 Hình 4.11. Các thể hiện của lớp Class......................................................................... 66 Hình 4.12. Các thể hiện của lớp Operation. ................................................................ 67 Hình 4.13. Các Thể hiện của lớp Parameter. .............................................................. 68 Hình 4.14. Các thể hiện của lớp Parameter. ................................................................ 69 Hình 4.15. Các thể hiện của lớp Parameter_Direction_Kind ....................................... 69 Hình 4.16. Các thể hiện của lớp Visibility_Kind. ......................................................... 70 Hình 4.17. Các thể hiện của lớp Class......................................................................... 70 Hình 4.18. Các thể hiện của lớp Class: lớp Mammal. .................................................. 71 Hình 4.19. Các thể hiện của lớp Operation. ................................................................ 71 Hình 4.20. Thể hiện của lớp Operation: phương thức makeSound của lớp Mammal. .. 72 Hình 4.21. Thể hiện của lớp Operation: phương thức makeSound trong lớp Cat. ........ 72 Hình 4.22. Thể hiện của lớp Parameter. ...................................................................... 73 BẢNG CHỮ VIẾT TẮT OWL Web Ontology Language UML Unified Modeling Language UP Union Pattern Object Constraint Language OCL 6
TÓM TẮT NỘI DUNG Ngôn ngữ mô hình hóa UML được sử dụng phổ biến nhất trong công nghệ phần mềm nhưng lại không đủ chặt chẽ và chưa có công cụ hỗ trợ kiểm tra tính đúng đắn của đặc tả. Do vậy, chúng ta thường phải kết hợp với các ngôn ngữ đặc tả khác để thu được bản đặc tả hệ thống vừa trực quan, dễ hiểu vừa có ngữ nghĩa chặt chẽ, được kiểm tra tự động bởi các công cụ. Và trong quá trình áp dụng các mẫu thiết kế để thu được một mô hình thiết kế tối ưu hơn, ta có thể gặp phải những sai sót. Do vậy, ta cần phải kiểm tra xem mô hình thu được có thỏa mãn các tính chất của mẫu hay không. Điều đó rất quan trọng để có thể giảm thiểu rủi ro và tăng hiệu quả trong quá trình phát triển phần mềm. Trong khóa luận này, tôi sẽ vận dụng các quy tắc chuyển đổi đặc tả UML sang OWL, từ hai mô hình thiết kế ban đầu và sau khi áp dụng mẫu, ta sẽ thu được hai đặc tả OWL, từ đó ta kết hợp với các ràng buộc được viết bằng ngôn ngữ đặc tả OCL hoặc Prolog, và với các công cụ kiểm tra tự động, ta sẽ kiểm tra hai đặc tả OWL có tương đương nhau hay không, cũng tức là hai mô hình đó có tương đương nhau hay không. Do đó, khóa luận của tôi sẽ tập trung vào quy trình chuyển từ đặc tả UML sang đặc tả OWL, kết hợp với các ngôn ngữ đặc tả OCL, Prolog để cho ngữ nghĩa của các đặc tả chặt chẽ hơn. Nó cũng tiến hành thử nghiệm ứng dụng quy trình này để kiểm tra kết quả áp dụng mẫu thiết kế trong phát triển phần mềm hướng đối tượng. 7
MỞ ĐẦU UML là ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất, với các kí hiệu trực quan nên được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp phần mềm. Một mô hình UML thường chứa nhiều biểu đồ thể hiện các khía cạnh khác nhau của hệ thống và thêm vào đó là các ràng buộc được mô tả bằng lời hoặc bằng ngôn ngữ ràng buộc đối tượng để cho ngữ nghĩa của các yếu tố mô hình được chặt chẽ hơn. Để kiểm tra các yếu tố mô hình UML có thỏa mãn một số thuộc tính đã được định nghĩa, chúng ta không thể thực hiện được bằng các công cụ đặc tả UML hiện tại. Cho đến nay, chúng ta thường phải chuyển mô hình UML sang đặc tả bằng các ngôn ngữ có tính hình thức cao hơn và sử dụng các công cụ hỗ trợ ngôn ngữ đó để phân tích tính đúng đắn của đặc tả. Dựa trên hướng nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất sử dụng ngôn ngữ OWL và Prolog để kiểm tra các yếu tố của mô hình UML. Theo cách tiếp cận này, các yếu tố của mô hình sẽ được chuyển đổi sang các yếu tố tương ứng của đặc tả OWL, còn các ràng buộc sẽ được mô tả bằng Prolog. Khóa luận này tập trung vào tìm hiểu cách thức chuyển đổi từ đặc tả UML sang đặc tả OWL, sử dụng Prolog để thể hiện các ràng buộc cho các yếu tố mô hình và thực hiện một ứng dụng thử nghiệm. Bài toán được chọn để thực hiện ứng dụng thử nghiệm là kiểm tra kết quả áp dụng mẫu thiết kế cho một mô hình UML cho trước. Mẫu thiết kế cung cấp giải pháp tốt để giải quyết các vấn đề gặp phải trong giai đoạn thiết kế. Các giải pháp này được thẩm định nhiều lần trong các dự án thực tế trước đây, và nếu áp dụng đúng các giải pháp mẫu đưa ra thì chúng ta sẽ thu được thiết kế có kiến trúc tốt hơn so với mô hình ban đầu. Tuy nhiên, trong thực tế đã có rất nhiều trường hợp áp dụng sai giải pháp mẫu đưa ra, dẫn đến mô hình thiết kế mới không thỏa mãn các tính chất cấu trúc của giải pháp mẫu. Khóa luận sẽ trình bày quy trình chuyển đổi các mô hình UML sang đặc tả bằng ngôn ngữ OWL, các tính chất cấu trúc của giải pháp mẫu được mô tả bằng Prolog để có thể kiểm tra được tính đúng đắn của việc áp dụng mẫu bằng công cụ tự động. Việc xây dựng công cụ sử dụng ở đây được thực hiện bởi khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Vũ Văn Thế. Cấu trúc của Khóa luận này bao gồm năm chương. Chương 1 trình bày khái quát về UML, OWL Ontology và bản mô tả từ vựng của OWL cùng các mức của nó. Chương 2 trình bày về các quy tắc chuyển đổi từ mô hình UML sang OWL Ontology. Chương 3 trình bày về quy trình thực hiện kiểm tra kết quả áp dụng mẫu vào mô hình thiết kế UML. Chương 4 sẽ thực hiện kiểm tra kết quả tích hợp mẫu Union Pattern vào mô hình thiết kế cụ thể, và chương 5 sẽ tổng kết những kết quả đạt được. Trước tiên, để hiểu được các quy tắc chuyển đổi từ UML sang OWL Ontology, ta cần hiểu được các khái niệm thế nào là UML, Ontology và OWL Ontology. Và chương 1 sẽ trình bày chi tiết và rõ ràng hơn về vấn đề này. 8
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ UML VÀ OWL ONTOLOGY 1.1. Ngôn ngữ UML (Unified Modeling Language) 1.1.1. Ngôn ngữ mô hình hóa UML Ngôn ngữ mô hình hóa UML là một ngôn ngữ biểu diễn mô hình theo phương pháp hướng đối tượng được xây dựng bởi ba tác giả là: James Rumbaugh, Grady Booch và Ivar Jacobson với mục đích là:  Thứ nhất là tạo ra một công cụ để có thể mô hình hóa các hệ thống sử dụng các khái niệm hướng đối tượng.  Thứ hai là, nó sẽ thiết lập một mối liên hệ từ nhận thức của con người đến các sự kiện cần mô hình hóa.  Thứ ba, nó sẽ giải quyết vấn đề về thừa kế trong các hệ thống phức tạp, có nhiều ràng buộc khác nhau.  Và cuối cùng, nó tạo nên một ngôn ngữ mô hình hóa mà cả con người và máy tính đều có thể hiểu được. Như vậy, ngôn ngữ UML là ngôn ngữ biểu diễn mô hình, nó dựa trên một tập hợp các kí tự để xây dựng các mô hình của hệ thống. Mỗi một thành phần của nó mang một ý nghĩa khác nhau để có thể biểu diễn các khía cạnh khác nhau của hệ thống. Để tìm hiểu thêm về UML, phần tiếp theo chúng ta sẽ nói kĩ hơn về một số thành phần cơ bản của nó. 1.1.2. Một số thành phần chủ yếu của ngôn ngữ UML 1.1.2.1. Các loại biểu đồ Trong UML có rất nhiều loại biểu đồ khác nhau được sử dụng để cung cấp một cái nhìn chi tiết nhất về tất các các khía cạnh của hệ thống. Đầu tiên là biểu đồ Ca sử dụng, sau đó là các Biểu đồ tuần tự, Biểu đồ cộng tác, Biểu đồ lớp, Biểu đồ đối tượng, Biểu đồ chuyển trạng thái, v.v.. Biểu đồ Ca sử dụng o Biểu đồ này mô tả chức năng mà hệ thống cung cấp, đó là các hành vi, nhiệm vụ của hệ thống mà người sử dụng mong muốn nó thực hiện, nó không miêu tả các chức năng hoạt động bên trong hệ thống ra sao. 9
Hình 1.1. Biểu đồ Ca sử dụng của một công ty bảo hiểm. [1] Biểu đồ này được xây dựng ở giai đoạn đầu của công việc thiết kế, nó xác định chức năng theo các nhìn của người sử dụng và với mục đích là xác định ngữ cảnh của hệ thống, giúp nhà phát triển phần mềm nắm bắt được yêu cầu và kiểm chứng kiến trúc hệ thống [7]. Dựa vào các chức năng mà nó cung cấp, ta có thể xây dựng hệ thống ở mức chi tiết hơn ở các loại biểu đó sau đó. o Biểu đồ tuần tự Chỉ ra trình tự hoạt động giữa các đối tượng, thứ tự giữa các thông điệp gửi đi giữa các đối tượng và trình tự tương tác giữa các đối tượng theo sự sắp xếp về thời gian.. Hình 1.2. Biểu đồ trình tự cho Print Server. [1] o Biểu đồ cộng tác Chỉ ra sự cộng tác giữa các đối tượng. Bên cạnh việc thể hiện các trao đổi thông điệp (còn gọi là sự tương tác), nó còn thể hiện các đối tượng và quan hệ giữa chúng. 10
Hình 1.3. Biểu đồ cộng tác của hệ thống Đặt Sách o Biểu đồ lớp Biểu đồ chỉ ra cấu trúc các lớp trong hệ thống. Các lớp quan hệ với nhau thông qua liên kết, phụ thuộc, tổng quát hóa hay đóng gói. Tất cả các mối quan hệ đó đều được thể hiện trong biểu đồ lớp, với cấu trúc bên trong của lớp gồm các khái niệm thuộc tính và phương thức [1]. Ví dụ: Hình 1.4. Biểu đồ lớp Thư Viện. [7] o Biểu đồ đối tượng Biểu đồ đối tượng chỉ ra một loạt các đối tượng thực thể của lớp thay vì các lớp. Một biểu đồ đối tượng là một ví dụ của biểu đồ lớp. Ví dụ: 11
Hình 1.5. Biểu đồ lớp và biểu đồ đối tượng của lớp. [1] o Biểu đồ chuyển trạng thái Biểu đồ chuyển trạng thái chỉ ra các trạng thái mà các đối tượng của lớp đó có thể có và các sự kiện gây nên sự biến đổi trạng thái đó. Hình 1.6. Biểu đồ trạng thái. [1] Bên cạnh các loại biểu đồ, trong UML còn có các kí hiệu được sử dụng bên trong các loại biểu đồ, thể hiện các vai trò và ý nghĩa khác nhau hỗ trợ cho việc lập mô hình, và có thể đặc tả đầy đủ các khía cạnh của hệ thống. 1.1.2.2. Các thành phần trong mô hình UML Đó là các kí hiệu được sử dụng trong biểu đồ. Nó là các phần tử của mô hình, thể hiện các khái niệm hướng đối tượng quen thuộc. Chẳng hạn như các phần tử: Lớp, Đối tượng, Trạng thái, Nút, Gói, Thành phần, .v.v. [1]. 12
Hình 1.7. Các thành phần mô hình thường dùng. [1] Trong đó, một vài quan hệ đáng chú ý như sau: Liên kết (Association): Liên kết các phần tử và các thực thể với nhau. o Kí hiệu: Tổng quát hóa (Generalization): Còn được gọi là tính kế thừa, với nghĩa o rằng, phần tử này có thể là một sự chuyên biệt hóa của phần tử khác. Kí hiệu: Sự phụ thuộc (Dependency): Chỉ ra rằng một phần tử này phụ thuộc trong o một phương thức nào đó với phần tử khác. Kí hiệu: Kết tập (Aggregation): Một dạng đặc biệt của liên kết, trong đó, một phần tử o này chứa các phần tử khác. Kí hiệu: o Mối quan hệ thực hiện (Realization): Một quan hệ thực hiện chỉ ra một lớp thực hiện hành vi đặc tả bởi một lớp khác (thường là một giao diện)[7] và được kí hiệu: 13
1.2. Ontology Để thực hiện việc chuyển đổi từ UML sang OWL Ontology, trước hết ta hãy tìm hiểu các khái niệm thế nào là Ontology? và nó có những đặc điểm như thế nào. Trước tiên, thuật ngữ “Ontology”, nó có nghĩa là “bản thể học”. Đối tượng nghiên cứu chủ yếu của Ontology là các sự vật và phân loại chúng dựa vào các điểm đặc trưng mang tính bản chất của nó ở trong thực tế. Trong lĩnh vực công nghệ thông tin và khoa học máy tính, ontology còn là sự biểu diễn tri thức mang tính hình thức bằng việc thiết lập các khái niệm trong một miền lĩnh vực nào đó và các mối quan hệ giữa các khái niệm đó. Nó được sử dụng để suy luận về các đặc tính hoặc để mô tả miền lĩnh vực nào đó [9]. Ontology có thể biểu diễn dựa trên các logic mô tả và khai thác được khả năng biểu diễn tri thức cũng như khả năng lập luận hiệu quả của logic mô tả. Vì thế, chúng ta sử dụng Ontology với các mục đích: o Thứ nhất là để chia sẻ những tri thức về các khái niệm, cấu trúc thông tin giữa con người hoặc giữa các hệ thống phần mềm. Ontology giống như một cuốn từ điển chuyên ngành, nó sẽ cung cấp và giải thích các thuật ngữ cho người dùng khi được yêu cầu. o Thứ hai, nó sẽ cho phép tái sử dụng tri thức. Chúng ta có thể trộn hai hay nhiều Ontology với nhau, và sử dụng lại các khái niệm được định nghĩa trong các Ontology này. Bài toán đặt ra làm cách nào để bổ xung các quan hệ, thuộc tính sẵn có vào một hệ thống mới hay đó chính là vấn đề tái sử dụng tri thức. o Và thứ ba là nó đưa ra các giả thiết rõ ràng về miền lĩnh vực. Ontology có thể dễ dàng thay đổi sự thực thi khi tri thức về lĩnh vực đó thay đổi. Thêm vào đó, việc đặc tả rõ ràng về một miền tri thức sẽ giúp cho người mới tiếp cận hiểu được ngữ nghĩa của các miền tri thức ấy. Để xây dựng được một Ontology, người ta có thể sử dụng khá nhiều ngôn ngữ khác nhau, nhưng một trong những ngôn ngữ biểu diễn Ontology một cách dễ dàng và hiệu quả nhất là OWL (Web Ontology Language). 1.3. OWL (Web Ontology Language) OWL (Web Ontology Language) là ngôn ngữ Ontology được phát triển bởi tổ chức W3C (The World Wide Web Consortium). Nó có thể xử lý thông tin chứa trong các văn bản, và đưa ra nội dung cần thiết cho người dùng, nó đối lập với trường hợp là chỉ đưa ra nội dung thông tin ấy có mặt ở đâu cho người sử dụng. Ngoài ra, OWL còn có thể được sử dụng để biểu diễn các ý nghĩa của một nhóm từ vựng và các mối quan hệ giữa các nhóm đó một cách rõ ràng rành mạch hơn. OWL có khả năng biểu diễn ý nghĩa và ngữ nghĩa một cách dễ dàng hơn là XML (Extensible Markup Language-Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng), RDF (Resource Description Framework- Khung mô tả tài nguyên), hay RDF-S (RDF 14
Schema). OWL là một bộ từ vựng, mở rộng của khung mô tả tài nguyên (RDF) và được thừa kế từ ngôn ngữ DAML+OIL Web Ontology- một dự án được hỗ trợ bởi W3C. Nó kế thừa các ưu thế của ngôn ngữ này đồng thời khắc phục những hạn chế của RDFS. OWL có thêm khả năng mô tả các thuộc tính và các lớp, mối quan hệ giữa các lớp, các ràng buộc về số lượng, so sánh, nhiều kiểu thuộc tính, những nét đặc trưng của thuộc tính, .v.v. Vì vậy mà OWL có khả năng biểu diễn thông tin tri thức, nó là ngôn ngữ Ontology khá mạnh. Trong OWL có các mức khác nhau, mỗi mức lại có các đặc điểm riêng, và sau đây là chi tiết của từng mức. 1.3.1. Các mức của OWL OWL có 3 mức đó là OWL Lite, OWL DL và OWL Full. Ba mức này có khả năng diễn đạt cao dần, mức cao hơn là sự mở rộng của mức thấp hơn. o OWL Lite: Hỗ trợ những người dùng chủ yếu cần sự phân lớp theo thứ bậc và các ràng buộc đơn giản. Có nghĩa nó cho phép bạn định nghĩa các lớp và các thuộc tính cũng như thể hiện của các lớp và một vài ràng buộc đơn giản. Ví dụ như, khi trợ giúp các ràng buộc về số lượng các phần tử, nó chỉ cho phép số lượng các phần tử là 0 hoặc 1. Nó ít có khả năng để diễn đạt các mối quan hệ phức tạp và nó ít phức tạp hơn là OWL DL. o OWL DL (OWL Discription Logic):Ttrợ giúp những người dùng cần sự diễn đạt nhiều nhất trong khi vẫn duy trì được tất cả các chức năng có thể được tính toán (đảm bảo các kết luận có thể được tính toán) và có khả năng đưa ra quyết định (tất cả các tính toán sẽ kết thúc trong thời gian có hạn định). OWL bao gồm tất cả cấu trúc của ngôn ngữ OWL Lite, nhưng có thể sử dụng các ràng buộc ở dạng phức tạp hơn. o OWL Full: Người sử dụng có thể diễn đạt nhiều nhất và có cấu trúc cũng tự do của RDF mà không cần đảm bảo về mặt tính toán của các biểu thức. Ví dụ, trong một lớp của OWL Full có thể được coi là một tập hợp các thể hiện và cũng đồng thời là chính nó cũng là một thể hiện. OWL Full cho phép các ontology tăng thêm ý nghĩa cho vốn từ vựng đã được định nghĩa trước đó (RDF hoặc OWL). Trong đó, OWL Full là sự mở rộng của OWL DL, OWL DL lại là sự mở rộng của OWL Lite. OWL có thể được xem như là sự mở rộng của ngôn ngữ RDF, còn OWL Lite và OWL DL có thể được xem như là sự mở rộng ràng buộc của RDF. Và sau đây là một số các đặc điểm của OWL Lite, tiếp đó là các đặc điểm mở rộng của OWL DL và OWL Full. 1.3.2. Bản mô tả từ vựng ngôn ngữ OWL Lite Và sau đây là các thành phần chính của OWL Lite: 15
BẢNG 1: BẢNG MÔ TẢ TỪ VỰNG CỦA OWL LITE. RDF Schema So sánh Các kiểu thuộctính Class(Thing, Nothing) equivalentClass ObjectProperty rdfs:subClassOf equivalentProperty DatatypeProperty rdf:Property sameAs inverseOf rdfs:subPropertyOf differentFrom TransitiveProperty rdfs:domain AllDifferent SymmetricProperty rdfs:range distinctMembers FunctionalProperty Individual InverseFunctionalProperty Trong OWL cũng hỗ trợ để xây dựng các mối ràng buộc trong Ontolgy, sau đây là cấu trúc từ vựng của để mô tả các ràng buộc đó. BẢNG 2. CẤU TRÚC TỪ VỰNG OWL LITE MÔ TẢ RÀNG BUỘC Các ràng buộc thuộc Ràng buộc về tập hợp Các thông tin tiêu đề tính Restriction minCardinality (chỉ có 0 Ontology hoặc 1) onProperty maxCardinality (chỉ có 0 imports hoặc 1) allValuesFrom cardinality (chỉ có 0 hoặc 1) someValuesFrom Cũng như một số ngôn ngữ lập trình khác, OWL cho phép xây dựng những đoạn ghi chú, các thông tin về phiên bản của nó, v.v. BẢNG 3. BẢNG TỪ VỰNG XÂY DỰNG THÔNG TIN VỀ PHIÊN BẢN VÀ CHÚ THÍCH. Phần giao của lớp Phiên bản Chú thích intersectionOf versionInfo rdfs:label 16
priorVersion rdfs:comment backwardCompatibleWit rdfs:seeAlso h incompatibleWith rdfs:isDefinedBy DeprecatedClass AnnotationProperty DeprecatedProperty OntologyProperty Một phần không thể thiếu để có thể biểu diễn các thuộc tính dữ liệu trong Ontology đó là các kiểu dữ liệu. OWL hỗ trợ rất nhiều kiểu dữ liệu, và sau đây là bảng mô tả các kiểu dữ liệu của OWL: BẢNG 4. CÁC KIỂU DỮ LIỆU. xsd:string xsd:normalizedString xsd:boolean xsd:decimal xsd:float xsd:double xsd:integer xsd:nonNegativeInteger xsd:positiveInteger xsd:nonPositiveInteger xsd:negativeInteger xsd:short xsd:long xsd:int xsd:byte xsd:unsignedLong xsd:unsignedInt xsd:unsignedShort xsd:hexBinary xsd:unsignedByte xsd:date xsd:dateTime xsd:base64Binary xsd:gDay xsd:gYear xsd:time xsd:language xsd:anyURI xsd:gYearMonth xsd:NCName xsd:NMTOKEN xsd:gMonthDay xsd:gMonth xsd:token xsd:Name 17
Sau đây là mô tả chi tiết về một số thành phần của ngôn ngữ OWL Lite: o Class (lớp): Một lớp được định nghĩa là một tập hợp các thể hiện cùng có một số thuộc tính như nhau. Ví dụ như Nam và Hoa đều thuộc lớp Người. Các lớp được tổ chức thành hệ thống phân cấp với việc sử dụng subClassOf. Ví dụ: Ta tạo ra 3 lớp : Động vật, Thực vật, và Con người: Thực tế, thông thường ta luôn có một lớp được định nghĩa sẵn là owl:Thing, lớp này là lớp cha của tất cả các lớp mà ta dùng định nghĩa. Hoặc OWL cũng định nghĩa một lớp rỗng owl:Nothing. o rdfs:subClassOf : Tạo ra một hệ thống phân cấp các lớp, một lớp là lớp con của một lớp khác. Chẳng hạn, lớp Động vật có thể là lớp con của lớp Sinh vật: o rdf:Property: Các thuộc tính có thể được sử dụng để biểu diễn các mối quan hệ giữa các thể hiện hoặc các thể hiện với các giá trị dữ liệu. Ví dụ các thuộc tính như hasChild, hasSibling, hay hasAge. Trong OWL có owl:DatatypeProperty và owl:ObjectProperty đều là lớp con của rdf:Property trong RDF. Ví dụ: Máy bay có các chuyến bay  lớp Plane có thuộc tính hasFlight, liên quan đến lớp Flight. Còn thuộc tính name của lớp sinh vật có thuộc tính kiểu dữ liệu xsd:string. subPropertyOf: các thuộc tính cũng phân cấp, một thuộc tính này có thể là o thuộc tính con của một hoặc một vài thuộc tính khác. Chẳng hạn như thuộc tính hasSibling có thể là thuộc tính con của thuộc tính hasRelative. Ta có: 18
rdfs:domain : Một miền của thuộc tính giới hạn các thể hiện có thể được o ứng dụng . Hay nói khác đi là nó xác đinh thuộc tính của miền này thuộc vào lớp nào. Như ví dụ lớp Sinh vật ở trên, thuộc tính name được khai báo với rdfs:domain thì thuộc tính name này thuộc lớp Sinh_vat. rdfs:range : Phạm vi của thuộc tính cũng bị giới hạn các giá trị có được. Ta o xét ví dụ sau: Giá trị cụ thể của thuộc tính “hasFlight” sẽ là một hoặc một vài thể hiện của lớp Flight. o Các thể hiện: Các thể hiện đó là các minh họa cụ thể của lớp. Ví dụ, sinh viên Lan, là một thể hiện của lớp Sinh_vien, với thuộc tính name có giá trị là Lan, .v.v. Ta có ví dụ sau: Ta tạo một thể hiện cho lớp Dong_vat: o equivalentClass (Lớp tương đương): Hai lớp cũng có thể tương đương nhau, các lớp tương đương có cùng các trường hợp. Ví dụ, người viết một cuốn sách (Writer) là một tác giả của cuốn sách ấy (Author) thì hai cách gọi Writer và Author là tương đương nhau. Vì vậy, một thể hiện của Writer cũng là một thể hiện của Author và ngược lại. 19