Отчет по Protege

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Кафедра прикладной математики

Экспертные системы

Отчет по лабораторной работе №3

Проектирование с помощью инструментального

комплекса Protege

Группа: А-13-11

Студент: Конырев Д.А.

Работу проверил

А. П. Еремеев

Москва 2015

Оглавление

Постановка задачи ………………………………………………………………..3

Описание предметной области…..…………….…..……………….…………….3

Этапы создания ЭС……………….…………….…..……………….……………....4

Поиск информации по разработанной предметной онтологии…………...….10

Постановка задачи.

Изучить базовые понятия онтологического подхода и инструментальные средства онтологического проектирования, а также получить навыки работы с редактором онтологий Protégé на примере частичной разработки ЭС для астрономии.

Описание предметной области.

Астроно́мия — наука о Вселенной, изучающая расположение, движение, строение, происхождение и развитие небесных тел и образованных ими систем.

Основными задачами астрономии являются:

1. Изучение видимых, а затем и действительных положений и движений небесных тел в пространстве, определение их размеров и формы.

2. Изучение строения небесных тел, исследование химического состава и физических свойств (плотности, температуры и т. п.) вещества в них.

3. Решение проблем происхождения и развития отдельных небесных тел и образуемых ими систем.

4. Изучение наиболее общих свойств Вселенной, построение теории наблюдаемой части Вселенной — Метагалактики.

Этапы создания ЭС.

Онтология – формальное явное описание понятий в рассматриваемой предметной области (классов (иногда их называют понятиями)), свойств каждого понятия, описывающих различные свойства и атрибуты понятия (слотов (иногда их называют ролями или свойствами)), и ограничений, наложенных на слоты (фацетов (иногда их называют ограничениями ролей)). Онтология вместе с набором индивидуальных экземпляров классов образует базу знаний.

1. Определение классов в онтологии и формирование иерархии классов.

Классы - абстрактные группы, коллекции или наборы объектов. Они могут включать в себя экземпляры, другие классы, либо же сочетания и того, и другого. Классы описывают понятия предметной области.

Основными понятиями данной предметной области являются:

• Вселенная - совокупность всего существующего, всех материальных частиц и пространства между этими частицами (целесообразно выделить в индивидуальный экземпляр).

• Небесное тело - материальный объект, естественным образом сформировавшийся в космическом пространстве.

Подклассы:

- Пространственные объекты;

- Простые объекты:

- Астеро́ид - относительно небольшое небесное тело планетной системы, движущееся по орбите вокруг звезды, делится на классы::

Астероиды класса A

Астероиды класса B

………………………

Астероиды класса V

- Звезда - небесное тело, по своей природе похожи на Солнце, является массивным, самосветящимся плазменным шаром. Звезды образуются из газово-пылевой среды (главным образом из водорода и гелия) в результате гравитационного сжатия. В звездах заключена основная масса светящегося вещества в природе, делится на классы:

A-Звезда

B-Звезда

………...

O-Звезда

- Комета - небольшое небесное тело, имеющее туманный вид, обращающееся вокруг Солнца по коническому сечению с весьма растянутой орбитой;

- Планета - это небесное тело, вращающееся по орбите вокруг звезды или её остатков, достаточно массивное, чтобы стать округлым под действием собственной гравитации, но недостаточно массивное для начала термоядерной реакции, и сумевшее очистить окрестности своей орбиты от планетезималей:

Карликовая планета - это небесное тело, которое: обращается по орбите вокруг Солнца; имеет достаточную массу для того, чтобы под действием сил гравитации поддерживать гидростатическое равновесие и иметь близкую к округлой форму; не доминирует на своей орбите (не может расчистить пространство от других объектов); не является спутником;

Планета гигант - это планета, имеющая значительную долю газа в своём составе (в основном водорода и гелия);

Экзопланета - внесолнечная планета — планета, обращающаяся вокруг звезды за пределами Солнечной системы;

- Планетезималь -небесное тело на орбите вокруг протозвезды, образующееся в результате постепенного приращения более мелких тел, состоящих из частиц пыли протопланетного диска;

- Спутник - небесное тело, обращающееся по определённой траектории (орбите) вокруг другого объекта (например, планеты) в космическом пространстве под действием гравитации:

Естественный спутник;

Искусственный спутник;

- Составные объекты;

• Галактика - большая система из звезд, межзвездного газа, пыли, темной материи и, возможно, темной энергии, связанная силами гравитационного взаимодействия:

Линзообразные галактики;

Неправильные галактики;

Спиральные галактики;

Эллиптические галактики;

• Звездная система - гравитационно-связанная система из нескольких звёзд с замкнутыми орбитами.[1] Крупные системы гравитационно связанных звёзд называются звёздными скоплениями и галактиками;

• Плане́тная систе́ма - система звезды и различных незвёздообразных астрономических объектов: планет и их спутников, карликовых планет и их спутников, астероидов, метеороидов, комет и космической пыли, которые вращаются вокруг общего барицентра, то есть центра масс:

Двойные звездные системы;

Более высокие кратности;

Тройные звёздные системы;

• Скопление галактик - гравитационно-связанные системы галактик, одни из самых больших структур во вселенной. Характерный размер по диаметру десятки миллионов световых лет;

• Черная дыра - область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света:

Квантовая чёрная дыра;

Первичная чёрная дыра;

Сверхмасси́вная чёрная дыра́;

Чёрная дыра звёздной массы;

В программе Protégé создание классов и формирование иерархии возможно во вкладке Entities/Classes, формирование иерархии классов с помощью Tools->Create Class Hierarchy. Результаты проектирования:

2. Определение свойств (атрибутов) и их допустимых значений.

Объекты в онтологии могут иметь атрибуты. Каждый атрибут имеет по крайней мере имя и значение и используется для хранения информации, которая специфична для объекта и привязана к нему.

Важная роль атрибутов заключается в том, чтобы определять отношения (зависимости) между объектами онтологии. Обычно отношением является атрибут, значением которого является другой объект.

Существует два основных типа свойств в Protégé: свойства объектов (отношения) и свойства типа данных (DataType). Свойства объекта и свойства Datatype могут быть отмечены как свойства Аннотации.

Свойства объекта связывают индивидов.

Существует 8 различных типов характеристик свойств:

• Обратные свойства (inverse). Каждое свойство объекта может иметь соответствующее обратное свойство. Если некоторые свойство связывает индивида а с некоторым индивидом b, то его обратное свойство связывает индивид b с индивидом а.

• Функциональные свойства (functional). Если свойство является функциональным, то для данного индивида может существовать не более одного индивида, который имеет отношение к первому индивиду через это свойство.

• Обратные функциональные свойства Если свойство является обратным функциональному свойству, то это значит, что свойство является обратным функциональным.

• Транзитивные свойства (transitive). Если свойство транзитивное и свойство связывает индивида a и индивида b, а также индивида b связывает с индивидом c, то мы можем вывести, что этот индивид а связан с индивидом c через это свойство.

• Симметричные свойства (Symmetric). Если свойство p симметричное, и свойство связывает индивида а с индивидом b, то индивид b связан также с индивидом а через свойство р. Рисунок 4.21 показывает пример симметричного свойства.

• Асимметричные свойства (Asymmetric). Если свойство p асимметричное, и свойство связывает индивида а с индивидом b, то индивид b не может быть связан с индивидом a через свойство p.

• Рефлексивные свойства (Reflexive). Свойство Р называется рефлексивным, когда индивид а должен быть связан с собой.

• Иррефлексивные свойства (irreflexive). Если свойство p иррефлексивное, то оно может быть охарактеризовано как свойство, которое связывает индивида а с индивидом b, где индивид а и индивид b обязательно разные.

Свойства могут иметь домен и указанный диапазон. Свойства связывают индивидов из доменов с индивидами в диапазонах.

Свойства объектов (и обратные к ним):

включает в себя (Transitive / Irreflexive) Составной объект -> Составной объект / Простой объект	является частью (Transitive / Irreflexive) Составной объект / Простой объект -> Составной объект
имеет центр (Irreflexive) Составной объект -> Черная дыра / Простой объект	является центром (Irreflexive) Черная дыра / Простой объект -> Составной объект
имеет ядро (Functional / Irreflexive) Галактика -> Сверхмассивная черная дыра	является ядром галактики (Functional / Transitive / Irreflexive) Сверхмассивная черная дыра -> Галактика
центральная звезда (Irreflexive) Планетная система -> Звезда	является центром (Irreflexive) Звезда -> Планетная система
движется вокруг (Transitive / Irreflexive)	является центром обращения (Transitive / Irreflexive)
имеет спутник (Irreflexive) Небесное тело -> Небесное тело	является спутником (Irreflexive) Небесное тело -> Небесное тело
находится в орбитальном резонансе с (Symmetric) Простой объект -> Простой объект	находится в орбитальном резонансе с (Symmetric) Простой объект -> Простой объект

Результаты проектирования:

Cвойства типа данных:

3. Cоздание экземпляров и заполнение значений атрибутов экземпляров.

Экземпляры (англ. instances) или индивиды (англ. individuals) — это основные, нижнеуровневые компоненты онтологии. Экземпляры могут представлять собой как физические объекты (люди, дома, планеты), так и абстрактные (числа, слова). Строго говоря, онтология может обойтись и без конкретных объектов. Однако, одной из главных целей онтологии является классификация таких объектов, поэтому они также включаются.

Создание индивидов в Protégé происходит во вкладке Individuals.

К примеру Млечный путь является спиральной галактикой, со следующими характеристиками:

Свойства объекта:

- Ядром галактики является сверхмассивная черная дыра Стрелец А*;

- Имеет спутник – Карликовую галактику в созвездии Скульпутор;

Cвойства типа данных:

• Диаметр 100 000 св. лет;

• Толщина балджа 3000 св. лет;

• Толщина диска 1000 св. лет;

• Масса ~ 3 * 10 ^ 12 масс Земли

• Число звезд 2 – 4 * 10 ^ 11

Результаты создания:

Поиск информации по разработанной предметной онтологии.

• ONTOGraf.

• SPARQL