Logic mô tả và ứng dụng trong cơ sở dữ liệu

- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC LOGIC MÔ TẢ VÀ ỨNG DỤNG TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ SỐ.
- LOGIC MÔ TẢ .
- Ngôn ngữ mô tả cơ bản AL .
- Ngữ nghĩa của các khái niệm AL .
- Họ ngôn ngữ logic mô tả AL .
- Ngôn ngữ mô tả là tập con của logic vị từ bậc nhất .
- HỆ CƠ SỞ TRI THỨC .
- Kiến trúc hệ logic mô tả .
- Định nghĩa khái niệm.
- MỞ RỘNG NGÔN NGỮ MÔ TẢ .
- SƠ LƯỢC VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU .
- CHUYỂN ĐỔI CƠ SỞ DỮ LIỆU THÀNH CƠ SỞ TRI THỨC CỦA LOGIC MÔ TẢ .
- MÔ HÌNH HOÁ LƯỢC ĐỒ THỰC THỂ - QUAN HỆ BẰNG LOGIC MÔ TẢ .
- BIỂU DIỄN MÔ HÌNH DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG BẰNG LOGIC MÔ TẢ .
- CHUYỂN DỮ LIỆU TỪ CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀO ABOX CỦA LOGIC MÔ TẢ TỔNG KẾT CHƯƠNG Chương 4.
- Nguyên tử truy vấn khái niệm .
- HỖ TRỢ MÔ TẢ - ĐỊNH NGHĨA VÀ THUẬT TOÁN .
- Các ứng dụng của logic mô tả có thể kể đến như công nghệ phần mềm, thiết lập cấu hình, y học, các hệ thống thư viện điện tử, hệ thống thông tin web ngữ nghĩa, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, quản trị cơ sở dữ liệu.
- Mối quan hệ giữa logic mô tả và cơ sở dữ liệu khá khăng khít.
- Thực tế, nhu cầu xây dựng các hệ thống mà vừa có khả năng biểu diễn tri thức logic mô tả và quản trị cơ sở dữ liệu là cần thiết.
- Các hệ quản trị cơ sở dữ liệu giải quyết vấn đề toàn vẹn dữ liệu và quản trị một số lượng lớn dữ liệu, trong khi đó hệ biểu diễn cơ sở tri thức logic mô tả quản lý tri thức nội hàm.
- Logic mô tả tương đương với các công cụ lập luận.
- Một yếu tố nữa tăng cường cho hệ quản trị cơ sở dữ liệu bằng logic mô tả là ngôn ngữ truy vấn.
- Bằng việc biểu diễn truy vấn cơ sở dữ liệu trong logic -8- mô tả người ta có khả năng phân loại chúng, vì thế xử lý kết quả như thực hiện và tối ưu hoá truy vấn.
- Hơn nữa, logic mô tả có thể được dùng để biểu diễn các ràng buộc và các câu trả lời nội hàm.
- Từ những nghiên cứu này, nên trong luận văn em sẽ trình bày theo hướng nêu lên các vấn đề cơ bản của logic mô tả, sơ lược về các mô hình cơ sở dữ liệu phổ biến, mối quan hệ giữa cơ sở dữ liệu và logic mô tả.
- Sơ lược về cơ sở dữ liệu: Trong chương này em xin đề cập một cách khái lược nhất về hai mô hình cơ sở dữ liệu đó là mô hình dữ liệu thực thể - quan hệ và mô hình dữ liệu hướng đối tượng.
- Chuyển đổi cơ sở dữ liệu thành cơ sở tri thức của logic mô tả: Chương này sẽ giới thiệu phương pháp để biến đổi các lược đồ của mô hình dữ liệu thực thể - liên kết cũng như mô hình hướng đối tượng thành bộ thuật ngữ (TBox) của logic mô tả, đồng thời thảo luận về việc chuyển đổi dữ liệu của cơ sở dữ liệu vào bộ khẳng định (ABox) của logic mô tả.
- LOGIC MÔ TẢ 1.1.
- Đây là một trong hai thành phần chính của hệ cơ sở tri thức dựa vào logic mô tả.
- Còn một thành phần chính khác của hệ cơ sở tri thức nêu trên là bộ khẳng định (ABox).
- Để xây dựng một hệ thống cơ sở tri thức dựa trên logic mô tả người ta đã đúc rút thành ba bước quan trọng là.
- Trước hết là các ngôn ngữ định nghĩa khái niệm, tiếp theo là về cơ sở tri thức được xây dựng bằng logic mô tả và các thủ tục suy diễn cho các bài toán quyết định.
- Ta gọi các ngôn ngữ này là các “ngôn ngữ mô tả”.
- Xuất phát từ những “mô tả cơ sở” bằng các luật xây dựng khái niệm mà ngôn ngữ mô tả hỗ trợ ta hình thành nên các khái niệm mới.
- Thành phần cơ bản của ngôn ngữ mô tả AL là các khái niệm và các vai trò nguyên tố.
- Những luật cú pháp của ngôn ngữ mô tả AL thể hiện như sau: C, D ! A | (Khái niệm nguyên tố.
- (Khái niệm đỉnh.
- (Khái niệm đáy.
- Ngữ nghĩa của các khái niệm trong logic mô tả được thể hiện thông qua phép diễn dịch.
- HỆ CƠ SỞ TRI THỨC 1.3.1.
- -39- Giả sử Co là một mô tả khái niệm ALCN ở dạng chuẩn phủ định.
- Trong phần này ta xem xét các mở rộng quan trọng của logic mô tả.
- Datalog là một ngôn ngữ truy vấn cho các cơ sở dữ liệu suy diễn.
- Thuật ngữ Datalog được một nhóm nghiên cứu về lý thuyết cơ sở dữ liệu đưa ra vào khoảng giữa những năm 1980.
- Đánh giá truy vấn bằng Datalog là hợp lệ và hoàn chỉnh, thậm chí Datalog có thể được dùng để truy vấn các cơ sở dữ liệu lớn.
- Nguyên tử được gọi là cơ sở (ground) nếu nó chỉ chứa các hằng.
- Sự kiện cơ sở không chứa các biến.
- Tập các vị từ mở rộng tạo lên cơ sở dữ liệu mở rộng (EDB.
- Tập các vị từ tăng cường tạo nên cơ sở dữ liệu tăng cường (IDB.
- -46- Ta thấy rằng để biểu diễn cơ sở tri thức logic mô tả bằng ngôn ngữ Datalog là việc chuyển đổi tương đối dễ dàng.
- TỔNG KẾT CHƯƠNG Trong Chương 1 ta đã thảo luận về những khái niệm cơ bản của logic mô tả và ngôn ngữ truy vấn cơ sở tri thức Datalog.
- Cùng với biểu diễn cơ sở tri thức bằng ALC thông qua các TBox và ABox, Chương này cũng đã thảo luận phép diễn dịch I được dùng để xây dựng ngữ nghĩa cho logic mô tả.
- Datalog có khả năng cho phép ta xây dựng các luật (chủ yếu dựa vào biểu thức hội các hạng thức) để truy vấn các hệ cơ sở dữ liệu suy diễn.
- Nội dung của Chương 1 là cơ sở lý thuyết cơ bản, đồng thời cũng đã nêu được những ưu điểm (khả năng suy diễn đệ quy, biểu diễn ngữ nghĩa mở) để ta tiếp tục hướng tới bài toán ứng dụng logic mô tả để mở rộng năng lực biểu diễn trong cơ sở dữ liệu.
- Ở các chương tiếp theo ta sẽ hướng tới việc ứng dụng logic mô tả vào cơ sở dữ liệu.
- SƠ LƯỢC VỀ CƠ SỞ DỮ LIỆU Một cơ sở dữ liệu có thể nói là một tập hợp nhất quán các dữ liệu liên quan.
- Cơ sở dữ liệu gần tương tự như cơ sở tri thức.
- Trong cơ sở dữ liệu, cùng với thời gian người ta đã đưa ra nhiều mô hình dữ liệu khác nhau, mỗi mô hình đều có những ưu điểm, nhược điểm nhất định.
- MÔ HÌNH THỰC THỂ - QUAN HỆ Mô hình thực thể - quan hệ do Chen giới thiệu vào năm 1976, đến nay nó đã thành chuẩn và rất phổ biến trong mô hình hoá và thiết kế cơ sở dữ liệu.
- Ngữ nghĩa của lược đồ ER có thể được đưa ra bằng việc đặc tả trạng thái cơ sở dữ liệu đặc trưng với cấu trúc thông tin được biểu diễn bởi lược đồ.
- Tất cả ký hiệu miền D vào miền cơ sở DBD tương ứng.
- Một trạng thái cơ sở dữ liệu được xem xét là chấp nhận được nếu nó thoả tất cả các ràng buộc toàn vẹn.
- Một trạng thái cơ sở dữ liệu B là hợp lệ đối với lược đồ ER S, nếu nó thoả các điều kiện sau.
- MÔ HÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG Mô hình dữ liệu hướng đối tượng được giới thiệu với mục đích nhằm thừa kế chuẩn cơ sở dữ liệu mà có thể tích hợp với các hệ lập trình hướng đối tượng.
- Một thể hiện cơ sở dữ liệu J của lược đồ S được tạo thành bởi.
- Một thể hiện cơ sở dữ liệu J của một mô hình hướng đối tượng S được cho là hợp lệ nếu mỗi định nghĩa Class C is-a C1,...Cn type-is T trong S, nó có CJ µ CiJ với i ∈ {1,...,n}, và có (CJ) µ TJ.
- Bởi vậy, đối với một thể hiện cơ sở dữ liệu hợp lệ, biểu thức kiểu mà xuất hiện trong lược đồ -56- xác định tập hữu hạn các giá trị tích cực, phải được xem xét.
- Trong chương tiếp theo, kết hợp các kiến thức được thảo luận ở Chương 1 và Chương 2, ta sẽ thảo luận việc mô hình hoá cơ sở dữ liệu bằng logic mô tả.
- đồng thời đưa ra các thuật toán biến đổi một cơ sở dữ liệu thành một cơ sở tri thức dựa trên logic mô tả.
- CHUYỂN ĐỔI CƠ SỞ DỮ LIỆU THÀNH CƠ SỞ TRI THỨC CỦA LOGIC MÔ TẢ 3.1.
- MÔ HÌNH HOÁ LƯỢC ĐỒ THỰC THỂ - QUAN HỆ BẰNG LOGIC MÔ TẢ Bây giờ chúng ta biểu diễn ngữ nghĩa của mô hình ER bằng logic mô tả, bằng việc định nghĩa một hàm chuyển đổi φ từ lược đồ ER sang cơ sở tri trức ALCNI, và sau đó thiết lập sự tương ứng giữa các trạng thái cơ sở dữ liệu hợp lệ và mô hình của cơ sở tri thức nhận được.
- Cơ sở tri thức φ(S) nhận được từ một lược đồ ER S được định nghĩa bao gồm một khái niệm nguyên tố φ(A) cho từng ký hiệu miền, ký hiệu thực thể, hoặc ký hiệu quan hệ A trong S, một vai trò nguyên tố φ(P) cho từng ký hiệu thuộc tính hoặc ký hiệu vai trò P trong S, Cơ sở tri thức φ(S) được suy ra từ lược đồ S được định nghĩa và ví dụ áp dụng vào lược đồ ở Hình 2.1 như sau.
- Ngay cả khi lược đồ ER không có chu trình, thì cơ sở tri thức kết quả vẫn bao gồm chu trình.
- Để chứng tỏ rằng phép biến đổi bảo toàn ngữ nghĩa của mô hình ER, chúng ta định nghĩa một phép ánh xạ giữa các trạng thái cơ sở dữ liệu tương ứng với mô hình ER và các diễn dịch hữu hạn của cơ sở tri thức bắt nguồn từ đó.
- Chúng ta nói rằng một diễn dịch I của cơ sở tri thức φ(S) bắt nguồn từ lược đồ ER S là quan hệ - mô tả, nếu với tất cả các quan hệ R của S, có các vai trò U1.
- 1≤ i ≤ k Tính tương ứng của các mô hình ER với biểu diễn Lôgic mô tả.
- αS là phép ánh xạ từ các trạng thái cơ sở dữ liệu tương ứng với S tới các diễn dịch quan hệ - mô tả của φ(S), bằng các thuộc tính sau (cho β là một trạng thái cơ sở dữ liệu và I = αS(β.
- Nếu β là một cơ sở dữ liệu hợp lệ, thì I là một mô hình của φ(S.
- βS là phép ánh xạ từ các diễn dịch quan hệ - mô tả của φ(S) tới các trạng thái cơ sở dữ liệu tương ứng với S, bằng các thuộc tính sau (cho I là một diễn dịch của φ(S) và β = βS(I.
- Nếu I là một mô hình của φ(S), thì β là một trạng thái cơ sở dữ liệu hợp lệ.
- ∆β là tập tất cả các đối tượng trong ∆I mà không có các trường hợp của bất cứ khái niệm nguyên tố nào tương ứng với một quan hệ hoặc một miền cơ sở.
- Logic mô tả là một trong những công cụ hiệu quả để tăng cường khả năng biểu diễn.
- Tổng quát hoá thực thể Chỉ có quan hệ trực tiếp giữa các thực thể được biểu diễn trong mô hình ER cơ sở mới là quan hệ IS-A.
- Để tổng quát hoá ta có thể dùng phép hợp và phép phủ định của logic mô tả.
- BIỂU DIỄN MÔ HÌNH DỮ LIỆU HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG BẰNG LOGIC MÔ TẢ Ta thiết lập một quan hệ giữa ngôn ngữ mô tả ALCQI và ngôn ngữ hướng đối tượng đã giới thiệu ở Chương 2.
- Nghĩa là ta sẽ cung cấp một phép ánh xạ từ lược đồi hướng đối tượng sang cơ sở tri thức ALCQI.
- Những ràng buộc này được biểu diễn bởi các khẳng định bao hàm thích hợp trong cơ sở tri thức.
- Nói một cách hình thức, cơ sở tri thức ψ(S) tương ứng với một lược đồi hướng đối tượng S chứa các khái niệm nguyên tố xác định trước là -65- AbstractClass, RecType và SetType, và một khái niệm ψ(C) ứng với mỗi lớp C trong S.
- CHUYỂN DỮ LIỆU TỪ CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀO ABOX CỦA LOGIC MÔ TẢ Như ta đã biết, các thực thể được xem là các khái niệm nguyên tố trong DL, các thuộc tính được biểu diễn bằng các vai trò.
- Ta có thể xây dựng thuật toán chuyển đổi dữ liệu từ các bảng của cơ sở dữ liệu quan hệ vào ABox của cơ sở tri thức logic mô tả thông qua thủ tục DBtoKBConvert sau đây: Procedure DBtoKBConvert.
- Hình 3.3: Thủ tục chuyển dữ liệu từ bảng vào ABox Để cụ thể hơn ta xét ví dụ về việc chuyển các dữ liệu được đưa ra dưới dạng các bảng quan hệ dưới đây thành cơ sở tri thức ABox tương ứng với mô hình dữ liệu ở Hình 2.1.
- Chương tiếp theo ta sẽ thảo luận cách thức thực hiện truy vấn trên cơ sở tri thức đã được chuyển đổi ở Chương này.
- Giả sử ta tìm tất cả các cặp sinh viên và giới tính trong cơ sở tri thức trên.
- -79- KẾT LUẬN Trong đề tài này em đã giới thiệu một cách tương đối đầy đủ về họ logic mô tả ALC, thảo luận về khả năng biểu diễn cơ sở tri thức của ngôn ngữ AL.
- đồng thời giới thiệu một ngôn ngữ lập trình tương thích để biểu diễn cơ sở tri thức bằng logic mô tả, đó là ngôn ngữ Datalog.
- Đề tài đã trình bày khẳ năng ứng dụng logic mô tả trong biểu diễn các mô hình cơ sở dữ liệu, như cơ sở dữ liệu quan hệ và cơ sở dữ liệu hướng đối tượng.
- Đề tài cũng đưa ra các phương pháp biến đổi một cơ sở dữ liệu thành cơ sở tri thức dựa trên logic mô tả, như biểu diễn dữ liệu của các bảng trong cơ sở dữ liệu quan hệ thành các sự kiện trong ABox của cơ sở tri thức.
- Với khả năng biểu diễn, truy vấn bằng logic mô tả ta có thể suy rộng ra rằng, cơ sở dữ liệu có thể được biến đổi thành cơ sở tri thức, với ngữ nghĩa truy vấn phong phú hơn.
- để xây dựng được một cơ sở tri thức cụ thể dựa trên một cơ sở dữ liệu cụ thể

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt