Введение к работе
Актуальность проблемы. За десятилетия существования баз данных в глобальной информационной среде накоплен огромный объем информации из самых разнообразных сфер. Вовлечение этого ресурса в системы логической обработки знаний является естественной и важной задачей, направленной на интеллектуализацию глобальных механизмов обработки информации. Сегодня основным направлением для интеграции логических и реляционных структур считается построение гибридных формальных систем, включающих как логическую, так и реляционную компоненты1. К сожалению, в силу различий в базовых формализмах, гибридный подход имеет очень высокий уровень сложности как с точки зрения вычислимости2, так и с точки зрения использования рядовыми разработчиками. Таким образом, методы, связанные с построением гибридных формализмов, приводят не только к большой сложности вычислений, но и к большим неудобствам в работе из-за своей громоздкости. Поэтому, насколько нам известно, до сих пор не существует широко распространенных методов, позволяющих задействовать обширные ресурсы, хранящиеся сегодня в базах данных, в интеллектуальных системах обработки знаний.
С другой стороны, интеграционный подход к обработке информации, основанный на работе с логическими и реляционными структурами данных в рамках единого логического формализма, также сталкивается с трудностями в связи с несовместимостью парадигм замкнутого и открытого мира, на которых основаны реляционные базы данных и дескриптивные логики, соответственно3.
Заметим, что проблема взаимодействия реляционных и объектных типов данных возникает и внутри теории программирования, поскольку объектно-ориентированные модели языков программирования также не очень хорошо взаимодействуют с реляционными моделями баз данных. Современные подходы к интеграции объектных и реляционных типов данных, в основном, опираются на механизмы погружения реляционных структур в более изощренные и развитые объектные структуры. Наша работа при решении данной проблемы опирается на ту же методологию, но на уровне логической обработки информации.
1Motik В. Bridging the Gap Between OWL and Relational Databases// In proc: The 16 th International Conference on World Wide Web. ACM Press, 2007. P. 807-816
2Rosati R. On Combining Description Logic Ontologies and Nonrecursive Datalog Rules // Lecture Notes in Computer Science. Springer, 2008. V. 341. P. 13-27.
3Mazzocchi S. Closed World vs. Open World // The First Semantic Web Battle. 2005. - URL: stefano/linotype/news/91/
Цель диссертационной работы: Разработка метода обработки реляционных данных в рамках объектной дескриптивной логики, а также реализация и апробирование данного метода на основе системы распределенной обработки информации.
Основные задачи диссертационной работы.
Разработка метода формализации реляционных структур данных в рамках объектных дескриптивных логик OOVC
Разработка метода аксиоматизации замкнутого мира баз данных на язьже дескриптивной логики.
Разработка подхода к построению алгебр Кодда в рамках логики OOVC.
Реализация и апробирование метода распределенной обработки реляционных данных в OOVC в рамках системы обработки знаний Libretto.
Методы исследования. В диссертации используются методы математической логики и теории программирования.
Научная новизна. В рамках работы введено понятие объектной теории базы данных, строящейся на языке логики OOVC Также показано, что объектная теория корректно моделирует реляционные структуры данных и позволяет работать с ними средствами дескриптивной логики OOVC Особое внимание уделялось проблеме несоответствия замкнутой парадигмы баз данных и открытой парадигмы дескриптивных логик. Показано, что свойство замкнутости аксиоматизируемо в достаточно простой дескриптивной логике, являющейся расширением OOVC Ограничения, накладываемые аксиомами замкнутости, позволяют выделять множество моделей объектных теорий БД, корректных с точки зрения реляционных структур. Также нами была решена проблема моделирования алгебр Кодда средствами дескриптивных логик, что завершает комплекс работ по моделированию баз данных и механизмов работы с ними логическими средствами. Разработанная теория обосновывает возможность работы с реляционными данными в рамках самих дескриптивных логик без привлечения гибридных формализмов высокой сложности.
Таким образом, новизна полученных результатов заключается в разработке нового средства представления реляционных данных как знаний и создания онтологии реляционных баз данных. Для интеграции знаний из
логических и реляционных формализмов используются только дескриптивные логики, а не производится построение гибридного формализма, объединяющего в себе инструменты для работы с онтологиями (дескриптивные логики) и инстументы для работы с реляционными структурами (реляционная алгебра, или язык Datalog).
Практическая значимость. Методы, разработанные в рамках данной работы, имеют потенциал для использовании в двух основных группах приложений. Во-первых, данный метод может быть использован в интел-лектуализированных системах обработки знаний. Аксиоматизация поведения баз данных в рамках логических систем позволяет вовлечь в сферу работы систем обработки знаний огромный объем фактов и данных, хранящихся сегодня в реляционном формате в глобальной информационной среде, включая сферы науки и образования.
Во-вторых, поскольку базы данных погружаются в объектную дескриптивную логику ООТ>7 основной задачей которой является моделирование логических объектных описаний, совместимых с типами данных объектно-ориентированных языков программирования, то разработанные нами методы могут стать основой для объектного подхода к манипулированию базами данных в рамках объектно-ориентированных сред программирования. В частности, использование этих методов планируется в рамках системы Libretto для построения многоплатформенных решений, которые ориентированы на разработку приложений, работающих в распределенных информационных пространствах, в частности, в рамках облачных вычислений.
Основные положения, выносимые на защиту:
Метод формализации реляционных структур данных в логике OOVC и его обоснование.
Аксиоматическая система, описывающая парадигму замкнутого мира баз данных на языке дескриптивных логик, и теорема о минимальной модели.
Метод определения операций алгебры Кодда в рамках объектных теорий баз данных и его обоснование.
Апробация подхода к логической обработке реляционных данных на основе экспериментальной реализации метода формализации реляционных структур в рамках системы Libretto.
Личный вклад автора состоит в следующем:
Построен логический формализм, позволяющий интерпретировать реляционные базы данных как объектные теории в логике OOVC (в нераздельном соавторстве совместно с руководителем).
Построена теория замкнутого мира CW, позволяющая разрешить противоречия, существующие между семантикой баз данных и дескриптивными логиками (в нераздельном соавторстве совместно с руководителем).
Формализованы базовые операции алгебры Кодда в логике ООТ>7 показана их выразимость на языке Libretto, а также доказано, что преобразования теорий баз данных полностью соответствуют преобразованиям баз данных при аналогичных операциях алгебры Кодда (в нераздельном соавторстве совместно с руководителем и А.А. Га-врюшкиной).
Разработан программный модуль к системе Libretto, реализующий разработанные формализмы и позволяющий взаимодействовать с реляционными базами данных на языке Libretto.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы были представлены на следующих конференциях и семинарах, и подтверждены свидетельствами:
Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ No. 2011610184 «Система разработки метаданных для мультимедийных ресурсов» от 11 января 2011 г. Правообладатель ГОУ ВПО «ИГУ». Авторы Москвина А.С, Казаков И.А., Манцивода А.В., Кохо М.А.
Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ No. 2010610789 «Онлайн система поддержки работы отдела аспирантуры высшего учебного заведения» от 22 января 2010 г. Правообладатель ГОУ ВПО «ИГУ». Авторы Казаков И.А., Малых А.А., Манцивода А.В.
Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика» (Санкт-Петербург, 2008, 2009, 2011 гг.).
Международная конференция «Мальцевские чтения» (Новосибирск, 2011).
5. Всероссийская конференция «Искусственный интеллект и управление» (ИИУ-2011, Геленджик, 2011).
Публикации. По результатам диссертации опубликовано 7 научных статей, тезисов, докладов (в том числе 2 статьи в журналах, входящих в «Перечень ведущих и рецензируемых журналов и изданий ВАК РФ 2008г.»).
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 100 наименований.
