Luận án TS: Nghiên cứu Phương pháp Chuyển đổi giữa Mô hình Mức Khái niệm và Ontology

ĐẠI HỌC HUfẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC VÕ HOÀNG LIÊN MINH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI GIỮA MÔ HÌNH MỨC KHÁI NIỆM VÀ ONTOLOGY NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH MÃ NGÀNH: 9.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: 1. HOÀNG HỮU HẠNH HUẾ - NĂM 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi. Nội dung tham khảo từ các công trình khác đều được trích dẫn rõ ràng. Các kết quả viết chung với các tác giả khác đều được sự đồng ý trước khi đưa vào luận án.

Các kết quả của luận án là trung thực và chưa được công bố trong các công trình khác ngoài các công trình của tác giả. Nghiên cứu sinh Võ Hoàng Liên Minh i LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo trường Đại học Khoa học đã tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận án, cảm ơn tập thể thầy cô giáo Khoa Công nghệ thông tin của Trường đã giúp đỡ và động viên, đóng góp các ý kiến quí giá để hoàn thiện công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS Hoàng Quang và PGS.

TS Hoàng Hữu Hạnh vì sự hướng dẫn tận tình cho tôi các phương pháp nghiên cứu, phương pháp viết bài báo khoa học và phương pháp tổng hợp tri thức trong quá trình học tập, nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả người thân, bạn bè và những người xung quanh luôn chia sẻ, động viên trong những lúc khó khăn. Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn đối với cha mẹ và gia đình đã luôn ủng hộ, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh Võ Hoàng Liên Minh ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN.

ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC THUẬT NGỮ. viii DANH MỤC KÝ HIỆU.

ix DANH MỤC HÌNH ẢNH. xi DANH MỤC BẢNG BIỂU. xiv PHẦN MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU MỨC KHÁI NIỆM VÀ ONTOLOGY .1 Giới thiệu các mô hình cơ sở dữ liệu mức khái niệm .1 Mô hình ER .2 Mô hình ER mở rộng .3 Giới thiệu mô hình TimeER .4 Biểu đồ lớp UML .2 Giới thiệu về Web ngữ nghĩa và Ontology .5 Ngôn ngữ của ontology.7 Ngôn ngữ OWL .9 Trình soạn thảo ontology .3 Tổng quan về các nghiên cứu chuyển đổi các mô hình .1 Các kết quả đề xuất chuyển đổi mô hình thực thể - mối quan hệ sang OWL 27 1.2 Các kết quả đề xuất chuyển đổi biểu đồ lớp UML sang OWL.3 Các kết quả đề xuất trích xuất mô hình cơ sở dữ liệu mức khái niệm từ OWL 34 1.4 Tổng kết chương 1.

CHUYỂN ĐỔI MÔ HÌNH THỰC THỂ - MỐI QUAN HỆ SANG OWL .2 Các nghiên cứu đề xuất trước đây .1 Chuyển đổi tập thực thể .2 Chuyển đổi mối quan hệ kế thừa (Is-A) .3 Chuyển đổi thuộc tính .4 Chuyển đổi mối quan hệ .3 Các quy tắc chuyển đổi bổ sung.1 Chuyển đổi thực thể yếu và mối quan hệ định danh.2 Chuyển đổi thuộc tính đa trị phức hợp lồng nhau .3 Chuyển đổi mối quan hệ phản xạ .4 Chuyển đổi mô hình TimeER sang OWL .1 Tạo ontology ban đầu biểu diễn yếu tố thời gian .2 Chuyển đổi tập thực thể có yếu tố thời gian .3 Chuyển đổi thuộc tính có yếu tố thời gian .4 Chuyển đổi mối quan hệ có yếu tố thời gian .5 Chuyển đổi thuộc tính có yếu tố thời gian của mối quan hệ .5 Kết quả thực nghiệm .6 Tổng kết chương 2. CHUYỂN ĐỔI BIỂU ĐỒ LỚP UML SANG OWL .1 Các nghiên cứu trước đây .1 Chuyển đổi lớp .2 Chuyển đổi thuộc tính .3 Chuyển đổi quan hệ giữa các lớp .2 Các quy tắc chuyển đổi bổ sung.1 Chuyển đổi thuộc tính có cấu trúc .2 Chuyển đổi quan hệ kết hợp phản xạ .3 Chuyển đổi quan hệ kết tập chia sẻ .4 Chuyển đổi quan hệ kết hợp có yếu tố hạn định.3 Kết quả thực nghiệm .4 Tổng kết Chương 3. TRÍCH XUẤT MÔ HÌNH CƠ SỞ DỮ LIỆU MỨC KHÁI NIỆM TỪ OWL ONTOLOGY .1 Trích xuất mô hình EER từ OWL .1 Các quy tắc trích xuất đã đề xuất .2 Các quy tắc trích xuất bổ sung .3 Thuật toán trích xuất mô hình EER .4 Ví dụ minh họa .2 Trích xuất biểu đồ lớp UML từ OWL .1 Trích xuất lớp .2 Trích xuất thuộc tính .3 Trích xuất quan hệ giữa các lớp .4 Ví dụ minh họa .3 Tổng kết chương 4 .132 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .133 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ.135 TÀI LIỆU THAM KHẢO .136 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Từ Nội dung viết tắt tiếng Diễn giải tiếng Việt viết Anh tắt BT BiTemporal Thời gian hợp lệ và thời gian giao tác CSDL Cơ sở dữ liệu LS LifeSpan Thời gian sống là thời gian mà một thực thể tồn tại trong thực tế. Lse LifeSpan end Thời gian sống kết thúc LSs LifeSpan start Thời gian sống bắt đầu LT Lifespan and Transaction Thời gian sống và thời gian giao tác time MDA Model Driven Architecture Kiến trúc hướng mô hình OCL Object Constraint Language Ngôn ngữ ràng buộc đối tượng Ngôn ngữ xây dựng mô hình phần mềm được định nghĩa như một chuẩn thêm vào UML cho phân tích và thiết kế hướng đối tượng.

ODM Ontology Definition Đặc tả của Object Management Group Metamodel (OMG) để tạo ra các khái niệm về kiến trúc hướng mô hình có thể áp dụng cho việc xây dựng ontology. OWL Web Ontology Language Ngôn ngữ ontology QVT OMG's Bộ ngôn ngữ tiêu chuẩn để chuyển đổi mô Query/View/Transformation hình được xác định bởi Object Management Group. SASD Structured Analysis and Phân tích và thiết kế cấu trúc Structured Design TT Transaction Time Thời gian giao tác là thời gian mà một thực thể/sự kiện là hiện thời trong CSDL TTe Transaction Time end Thời gian kết thúc giao tác TTs Transaction Time start Thời gian bắt đầu giao tác UML Unified Modeling Language Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất VT Valid Time Thời gian hợp lệ là thời gian mà một sự kiện được xem là đúng trong thực tế. vi VTe Valid Time end Thời gian kết thúc hợp lệ VTs Valid Time start Thời gian bắt đầu hợp lệ W3C World Wide Web Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế về World Wide Consortium Web.

XMI XML Metadata Interchange Một chuẩn OMG cho việc trao đổi siêu dữ liệu metadata giữa các công cụ, kho dữ liệu và các ứng dụng, cho phép người dùng mô tả đối tượng bằng XML. vii DANH MỤC THUẬT NGỮ Thuật ngữ Diễn giải tiếng Việt Close World Assumption Giả thiết thế giới đóng CSDL Cơ sở dữ liệu Data property Thuộc tính dữ liệu disjoint Phân ly Domain Miền xác định (của thuộc tính) Miền của một thuộc tính chỉ định tập hợp các đối tượng có thể liên quan đến các giá trị khác với thuộc tính. Object property Thuộc tính đối tượng Open World Assumption Giả thiết thế giới mở overlap Chồng lấp Range Phạm vi (của thuộc tính) Phạm vi của thuộc tính chỉ định tập hợp các đối tượng hoặc giá trị dữ liệu có thể liên quan đến từ các đối tượng khác với thuộc tính. viii DANH MỤC KÝ HIỆU Ký hiệu Diễn giải tiếng Việt attE Thuộc tính đơn trị attE của tập thực thể E.

attU Thuộc tính attU của lớp U trong biểu đồ lớp UML. C(E) Lớp C(E) trong OWL, được chuyển đổi từ tập thực thể E của mô hình ER. C(U) Lớp C(U) trong OWL, được chuyển đổi từ lớp U của biểu đồ lớp UML. COWL Tập các lớp trong OWL DP(attE) Thuộc tính dữ liệu DP(attE) trong OWL, được chuyển đổi từ thuộc tính đơn trị attE của mô hình ER.

DP(attU) Thuộc tính dữ liệu DP(attU) trong OWL, được chuyển đổi từ thuộc tính attU của biểu đồ lớp UML. DP_attEOWL Tập các thuộc tính dữ liệu trong OWL. E Tập thực thể mạnh E của mô hình ER. ER Mô hình ER mở rộng để thực hiện chuyển đổi (đầu vào của thuật toán).

fileER, Là các file xml mô tả cho các mô hình EER, biểu đồ lớp UML và fileUML, OWL ontology fileOWL keyE Thuộc tính khóa keyE của tập thực thể E. OP_attEOWL Tập các thuộc tính đối tượng trong OWL OWL OWL ontology (đầu ra của thuật toán). Q Yếu tố hạn định Q trong quan hệ kết hợp giữa lớp tổng thể A với lớp bộ phận F R Mối quan hệ nhị nguyên R của mô hình ER. R Quan hệ R trong biểu đồ lớp UML.

role Vai trò của quan hệ trong biểu đồ lớp UML sub_attU Thuộc tính thuộc tính thành phần sub_attU là con thuộc tính attU của lớp U trong biểu đồ lớp UML. sub_E Tập thực thể sub_E kế thừa từ tập thực thể E TimeER Mô hình có yếu tố thời gian TimeER để thực hiện chuyển đổi (đầu vào của thuật toán). ix U Lớp U của biểu đồ lớp UML. UML Biểu đồ lớp UML để thực hiện chuyển đổi (đầu vào của thuật toán).

UML Biểu đồ lớp UML để thực hiện chuyển đổi (đầu vào của thuật toán). W Tập thực thể yếu W. x DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Biểu diễn lớp cha và lớp con trong mô hình EER .2 Ký hiệu chuyên biệt hóa và các lớp con trong mô hình EER .3 Ví dụ hai tập thực thể CAR và TRUCK .4 Ví dụ tổng quát hoá.5 Ví dụ về vai trò trong quan hệ .6 Ví dụ về quan hệ tổng quát hóa .7 Ví dụ về quan hệ kết hợp .8 Ví dụ về quan hệ kết tập thông thường .9 Ví dụ về quan hệ kết tập chia sẻ .10 Biểu diễn thuộc tính kiểu dữ liệu name của lớp StaffMember .11 Biểu diễn thuộc tính đối tượng isTaughtBy.1 Kiến trúc các bước chuyển đổi từ mô hình CSDL mức khái niệm sang OWL .2 Chuyển đổi tập thực thể con trong mối quan hệ kế thừa.3 Chuyển đổi ràng buộc phân ly trong cấu trúc chuyên biệt hóa/tổng quát hóa .4 Chuyển đổi tập thực thể con trong ràng buộc phân ly trong cấu trúc Chuyên biệt hóa/Tổng quát hóa .5 Chuyển đổi tập thực thể con trong ràng buộc chồng lấp trong cấu trúc Chuyên biệt hóa/Tổng quát hóa .6 Ví dụ chuyển đổi ràng buộc chồng lấp trong cấu trúc Chuyên biệt hóa/Tổng quát hóa .7 Chuyển đổi tập thực thể Employee và thuộc tính.8 Ví dụ chuyển đổi thuộc tính đa trị .9 Ví dụ chuyển đổi thuộc tính phức hợp .10 Ví dụ chuyển đổi mối quan hệ không có thuộc tính .11 Ví dụ chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên có thuộc tính.12 Chuyển đổi tập thực thể yếu và mối quan hệ định danh.13 Ví dụ thuộc tính đa trị phức hợp lồng nhau .14 Kết quả chuyển đổi thuộc tính đa trị phức hợp lồng nhau sang OWL 54 xi Hình 2.15 Ví dụ biểu diễn mối quan hệ phản xạ đối xứng bằng đồ thị có hướng G .