MỘT PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI MÔ HÌNH...

MỘT PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI MÔ HÌNH TimeER SANG

OWL ONTOLOGY

Nguyễn Văn Toán, Võ Hoàng Liên Minh, Hoàng Quang

Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế

77 Nguyễn Huệ, TP. Huế

[email protected], [email protected], [email protected]

Tóm tắt: Việc thiết kế ontology từ mô hình thực thể - mối quan hệ (mô hình ER) là một

trong những cách tiếp cận đã và đang được quan tâm giải quyết. Bài báo đề xuất một

phương pháp chuyển đổi mô hình TimeER sang OWL ontology bằng cách chuyển đổi các

thành phần trên mô hình TimeER thành các thành phần trong ontology được biểu diễn bằng

OWL 2 trên cơ sở cải tiến các phương pháp chuyển đổi mô hình ER sang OWL ontology

trước đây và bổ sung thêm các quy tắc chuyển đổi các thành phần liên quan đến yếu tố thời

gian của mô hình TimeER.

Từ khóa: Web ngữ nghĩa, OWL ontology, TimeER, chuyển đổi mô hình

1 Giới thiệu

Trong những năm gần đây, ontology đã trở thành một thuật ngữ được biết đến nhiều

trong lĩnh vực khoa học máy tính và có ý nghĩa khác xa so với nghĩa ban đầu của nó. Ontology

được xem như là “linh hồn” của web ngữ nghĩa. Chúng giúp con người và máy có thể hợp tác,

cùng làm việc, giúp máy có thể “hiểu” và có khả năng xử lý thông tin hiệu quả [3].

Đích hướng đến của W3C là đưa web hiện tại thành web ngữ nghĩa. Có nhiều cách tiếp

cận trong việc thiết kế ontology cho web ngữ nghĩa. Thiết kế ontology bằng cách chuyển đổi mô

hình thực thể - mối quan hệ sang OWL ontology là cách tiếp cận đã có nhiều nghiên cứu [2, 5, 8,

13]. Kết quả của các chuyển đổi này được biểu diễn dưới dạng OWL 1, một ngôn ngữ chưa hỗ

trợ ràng buộc về khóa như trên mô hình ER nên kết quả của chuyển đổi chưa thỏa mãn ràng

buộc về khóa như ở mô hình ER.

Mô hình TimeER là một mô hình ER có hỗ trợ yếu tố thời gian. So với các mô hình ER có

hỗ trợ yếu tố thời gian khác thì mô hình TimeER hỗ trợ yếu tố thời gian đầy đủ nhất [6]. Hiện

tại, chưa có nghiên cứu nào về việc chuyển mô hình TimeER sang OWL ontology, mặc dù nó

được xem là việc mở rộng của việc chuyển đổi mô hình ER sang OWL ontology nhằm cho phép

thiết kế các OWL ontology có yếu tố thời gian.

Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất một phương pháp chuyển đổi mô hình TimeER

sang OWL ontology và kết quả này cho phép bảo toàn các thông tin của mô hình ER, bao gồm

các tập thực thể với ràng buộc khóa, các thuộc tính và các mối quan hệ. Ngoài ra, phương pháp

chuyển đổi còn biểu diễn được các yếu tố thời gian của mô hình TimeER trên OWL ontology.

Theo đó, cấu trúc của bài báo ở những phần tiếp theo như sau: Mục 2 sẽ giới thiệu về mô hình

TimeER và OWL ontology. Tiếp theo, Mục 3 sẽ trình bày phương pháp chuyển đổi mô hình

EER sang OWL ontology đã có, đồng thời bổ sung các quy tắc thêm ràng buộc khóa để OWL

ontology kết quả đảm bảo ràng buộc khóa. Tiếp nữa, Mục 4 sẽ đề xuất một phương pháp

chuyển đổi mô mình TimeER sang OWL ontology. Phương pháp này kế thừa phương pháp

mailto:[email protected]



chuyển đổi ở Mục 3 và đồng thời bổ sung thêm các quy tắc để chuyển đổi các thành phần có

yếu tố thời gian trong mô hình TimeER sang OWL ontology. Cuối cùng, trong Mục 5, các kết

luận và các thảo luận về hướng nghiên cứu tiếp theo được đưa ra.

2 Giới thiệu về mô hình TimeER và OWL ontology

2.1 Giới thiệu mô hình TimeER

Mô hình TimeER được xem là một mở rộng của mô hình EER (Extended ER) bằng cách

hỗ trợ các yếu tố thời gian [6]. Mô hình này cho phép hỗ trợ các loại thời gian sau: thời gian

sống (thời gian mà một thực thể tồn tại trong thực tế), thời gian hợp lệ (thời gian mà một sự

kiện được xem là đúng trong thực tế), và thời gian giao tác (thời gian mà một thực thể/sự kiện

là hiện thời trong cơ sở dữ liệu).

Mô hình này quy ước rằng, đối với các thực thể, hệ thống chỉ có thể hỗ trợ thời gian sống

(Life Span, ký hiệu là LS), hoặc thời gian giao tác (Transaction Time, ký hiệu là TT), hoặc cả hai

loại thời gian này (ký hiệu là LT). Còn đối với các thuộc tính, hệ thống chỉ cho phép hỗ trợ thời

gian hợp lệ (Valid Time, ký hiệu là VT), hoặc thời gian giao tác (TT) hoặc cả hai loại thời gian

này (BiTemporal, ký hiệu là BT). Ngoài ra, do một mối quan hệ có thể xem là một kiểu thực thể

hoặc một thuộc tính, nhờ vậy mà người thiết kế có thể xác định các yếu tố thời gian hỗ trợ cho

mối quan hệ đó nếu cần.

2.2 Giới thiệu OWL ontology

OWL (Web Ontology Language) là ngôn ngữ mô tả các lớp, các thuộc tính và các quan hệ

giữa các đối tượng này theo cách mà máy có thể hiểu được nội dung web [3]. OWL chủ yếu mô

tả các lớp (class) và các thuộc tính (property). Lớp mô tả cấu trúc của khái niệm, tương tự như

tập thực thể trong mô hình ER. Có hai loại thuộc tính: thuộc tính dữ liệu (datatype property) và

thuộc tính đối tượng (object property). Thuộc tính được sử dụng để mô tả về lớp được gọi là

thuộc tính dữ liệu. Các thuộc tính này tương tự như các thuộc tính trong mô hình ER. Thuộc

tính để liên kết các lớp với nhau được gọi là thuộc tính đối tượng. Các thuộc tính này tương tự

các mối quan hệ (nhị nguyên, phản xạ) trong mô hình ER. OWL cũng có mối quan hệ kế thừa.

Ngoài ra, OWL cũng hỗ trợ biểu diễn một số các ràng buộc.

OWL 1 được phân thành ba chủng loại với khả năng biểu diễn ngữ nghĩa tăng dần và

khả năng quyết định giảm dần: OWL Lite, OWL DL, OWL Full. Trong đó, OWL DL được xây

dựng trên nền tảng logic mô tả, có khả năng biểu diễn tốt hơn OWL Lite nhưng vẫn bảo đảm

khả năng quyết định [3]. Tuy nhiên, khả năng biểu diễn của OWL DL vẫn còn hạn chế. OWL 2

được xem là một mở rộng của OWL DL bằng cách thêm vào các cú pháp biểu diễn mà vẫn

không làm mất khả năng quyết định [7]. Đặc biệt, OWL 2 có khả năng biểu diễn khóa của lớp

tương tự như khóa của tập thực thể trong mô hình ER.

OWL chỉ hỗ trợ các mối quan hệ nhị phân. Tuy nhiên, trong thực tế vẫn tồn tại các mối

quan hệ có số thành phần tham gia lớn hơn hai. Để biểu diễn các mối quan hệ loại này bằng

OWL, chúng ta có thể phân tách chúng thành các mối quan hệ nhị nguyên.

Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ trình bày phương pháp chuyển đổi mô hình EER sang

OWL ontology đã có đồng thời thêm các quy tắc ràng buộc về khóa để ontology thu được đảm

bảo được các ràng buộc này như trong mô hình EER.

3 Chuyển đổi mô hình EER sang OWL ontology

Trong phần này, chúng tôi trình bày các quy tắc chuyển đổi mô hình EER sang OWL

ontology. Trong các quy tắc chuyển đổi này, một thành phần trên mô hình EER sẽ được chuyển

đổi thành các thành phần tương ứng trong OWL sao cho các thành phần này phải biểu diễn

được dữ liệu và các ràng buộc trên mô hình EER. Điều này đảm bảo rằng OWL ontology thu

được biểu diễn được dữ liệu và các ràng buộc trên mô hình EER ban đầu.

Phần này sẽ lần lượt trình bày các quy tắc chuyển đổi các thành phần trong mô hình EER:

tập thực thể mạnh và các thành phần hướng đối tượng, thuộc tính của tập thực thể, tập thực thể

yếu, mối quan hệ nhị nguyên, mối quan hệ phản xạ và mối quan hệ đa nguyên.

3.1 Chuyển đổi tập thực thể mạnh và các thành phần hướng đối tượng

3.1.1 Chuyển đổi tập thực thể mạnh

Quy tắc EER1: Mỗi tập thực thể mạnh, tạo thêm một lớp tương ứng trong OWL có định

danh là tên của tập thực thể đó [13]. Hình 1 minh họa cho Quy tắc EER1.

<owl:Class rdf:ID=”EMPLOYEE”/>

Hình 1. Chuyển đổi tập thực thể

3.1.2 Chuyển đổi mối quan hệ kế thừa không kế thừa từ một tổng quát hợp nhất

Quy tắc EER2: Với mỗi mối quan hệ kế thừa không kế thừa từ một tổng quát hợp nhất,

bổ sung ràng buộc lớp con (kế thừa) cho lớp tương ứng của tập thực thể lớp con có lớp cha là

lớp tương ứng với tập thực thể lớp cha [13]. Hình 2 minh họa cho Quy tắc EER2.

<owl:Class rdf:Id=” ENGINEER”>

<rdfs:subClassOf rdf:resource=”#EMPLOYEE”

</owl:Class>

Hình 2. Chuyển đổi mối quan hệ kế thừa không kế thừa từ một tổng quát hợp nhất

3.1.3 Chuyển đổi phân lớp không giao

EMPLOYEE EMPLOYEE

EMPLOYEE

ENGINEER

Quy tắc EER3: Với mỗi tập thực thể lớp con của một phân lớp không giao, bổ sung vào

lớp tương ứng các ràng buộc không giao nhau với các lớp tương ứng với các tập thực thể lớp

con khác cùng kế thừa vào phân lớp không giao đó [13]. Hình 3 minh họa cho Quy tắc EER3.

<owl:Class rdf:Id=” ENGINEER”>

<rdfs:subClassOf rdf:resource=”#EMPLOYEE” />

<owl:complementOf rdf:resource=”#SECRETARY”/>

</owl:Class>

Hình 3. Chuyển đổi phân lớp không giao

3.1.4 Chuyển đổi phân lớp chồng chéo

Quy tắc EER4: Với mỗi phân lớp chồng chéo, bổ sung ràng buộc hợp các lớp tương ứng

với các tập thực thể khác cùng kế thừa vào một phân lớp chồng chéo [5]. Hình 4 minh họa cho

Quy tắc EER4.

<owl:Class rdf:Id=”PERSON”>

<owl:unionOf rdf:parseType=”Collection”

<owl:Class rdf:about=”#STUDENT” />

<owl:Class rdf:about=”#ALUMNUS” />

</ owl:unionOf >

</owl:Class>

Hình 4. Chuyển đổi phân lớp chồng chéo

3.1.5 Chuyển đổi tổng quát hợp nhất

Quy tắc EER5: Với mỗi tập thực thể là con của một tổng quát hợp nhất, bổ sung ràng

buộc hợp cho lớp tương ứng với tập thực thể đó [5]. Các lớp trong ràng buộc là các lớp tương

ứng với các tập thực thể trong tổng quát hợp nhất đó. Hình 5 minh họa cho quy tắc EER5.

<owl:Class rdf:Id=”VEHICLE”>

<owl:unionOf rdf:parseType=”Collection”

<owl:Class rdf:about=”#CAR” />

<owl:Class rdf:about=”#TRUCK” />

</ owl:unionOf >

</owl:Class>

Hình 5. Chuyển đổi tổng quát hợp nhất

EMPLOYEE

ENGINEER SECRETARY

d

PERSON

STUDENT ALUMNUS

o

VEHICLE

CAR TRUCK

U

3.2 Chuyển đổi thuộc tính

Nếu mô hình EER tồn tại thuộc tính phức hợp và đơn trị thì ta biểu diễn thuộc tính này

bằng các thuộc tính đơn và đơn trị của nó. Hình 6 minh họa việc biểu diễn thuộc tính phức hợp

và đơn trị bằng các thuộc tính đơn và đơn trị.

Ta có thể xem thuộc tính phức hợp và đa trị lồng nhau của một tập thực thể như là tập

thực thể yếu của tập thực thể đó nên cách chuyển đổi thuộc tính này giống như cách chuyển đổi

tập thực thể yếu như ở Mục 3.3.

Quy tắc EER6: Với mỗi thuộc tính A của tập thực thể E, tạo thêm một thuộc tính dữ liệu

với định danh là A có phạm vi là kiểu dữ liệu tương ứng trong OWL và miền là lớp E [13]. Hình

7 minh họa cho Quy tắc EER6.

Hình 7. Chuyển đổi thuộc tính của tập thực thể

Quy tắc EER7: Với mỗi thuộc tính A là thuộc tính đơn trị thì ta thiết lập tính chất hàm

cho thuộc tính dữ liệu A [13].

Hình 6. Biểu diễn thuộc tính phức hợp và đơn trị bằng các thuộc tính đơn và đơn trị

<owl:DatatypeProperty rdf:about="#EmployeeID">

<rdf:type rdf:resource="&owl;FunctionalProperty"/>

<rdfs:domain>

<owl:Restriction>

<owl:onProperty rdf:resource="#EmployeeID"/>

<owl:minQualifiedCardinality

rdf:datatype="&xsd;nonNegativeInteger">1

</owl:minQualifiedCardinality>

<owl:onDataRange rdf:resource="&xsd;string"/>

</owl:Restriction>

</rdfs:domain>

</owl:DatatypeProperty>

Hình 8. Thiết lập tính chất hàm và ràng buộc số lượng cực tiểu cho thuộc tính

EMPLOYEE

EmployeeID

EMPLOYEE

EFirstName ELastName

EMPLOYEE

EName

EFirstName ELastName

xsd:string EMPLOYEE

E

EmployeeID

EMPLOYEE

EmployeeID

Quy tắc EER8: Với mỗi thuộc tính A không cho phép null thì ta thiết lập ràng buộc số

lượng cực tiểu của thuộc tính dữ liệu A là 1 [5]. Hình 8 minh họa cho Quy tắc EER7 và EER8.

Quy tắc EER9: Với mỗi thuộc tính A là thuộc tính khóa của tập thực thể E thì ta bổ sung

thuộc tính dữ liệu A vào tập thuộc tính khóa của lớp E. Hình 9 minh họa cho Quy tắc EER9.

<owl:Class rdf:about="#EMPLOYEE">

<owl:hasKey rdf:parseType="Collection">

<rdf:Description rdf:about="#EmployeeID"/>

</owl:hasKey>

</owl:Class>

Hình 9. Bổ sung thuộc tính vào tập thuộc tính khóa của lớp

3.3 Chuyển đổi tập thực thể yếu

Quy tắc EER10: Với mỗi tập thực thể yếu W của tập thực thể E, tạo thêm lớp có định

danh là W đồng thời tạo thêm hai thuộc tính đối tượng ngược nhau thể hiện quan hệ giữa lớp E

và lớp W có định danh, miền, phạm vi như Bảng 1. Với mỗi giá trị bản số min/max khác 0 và

khác n () trên mối quan hệ định danh, thêm ràng buộc số lượng cực tiểu/cực đại tương ứng

vào thuộc tính đối tượng vừa thêm có miền là lớp tương ứng với tập thực thể có cặp bản số đó.

Bảng 1. Các thuộc tính thêm vào khi chuyển

đổi tập thực thể yếu

Bảng 2. Các thuộc tính thêm vào khi chuyển

mối quan hệ nhị nguyên không có thuộc tính

Định danh Miền Phạm vi

EhasW E W

WOfE W E


ARB A B

BRA B A

Lưu ý: Nếu tập thực thể W là tập thực thể yếu của nhiều tập thực thể chủ thì ứng với mỗi

tập thực thể chủ ta thêm hai thuộc tính đối tượng ngược nhau thể hiện quan hệ giữa lớp W và

lớp tương ứng với tập thực thể chủ đó như trên.

Hình 10. Chuyển đổi tập thực thể yếu

EMPLOYEE

DEPENDENT

Dep_of

Name Relationship

EMPLOYEE

DEPENDENT xsd:string

xsd:string

Name

Relationship

:Thuộc tính khóa của lớp DEPENDENT

EMPLOYEE

EmployeeID

Các thuộc tính của tập thực thể yếu cũng được chuyển đổi thành các thuộc tính dữ liệu

của lớp tương ứng và được thực hiện tương tự như việc chuyển đổi các thuộc tính của tập thực

thể mạnh.

Quy tắc EER11: Với mỗi thuộc tính khóa bộ phận của tập thực thể W, bổ sung thuộc tính

dữ liệu tương ứng vào tập các thuộc tính khóa của lớp W.

Quy tắc EER12: Với mỗi thuộc tính đối tượng được sinh ra từ quy tắc EER10 có miền là

lớp W, bổ sung thuộc tính này vào tập thuộc tính khóa của lớp W.

Hình 10 minh họa cho các Quy tắc EER10, EER11 và EER12.

3.4 Chuyển đổi mối quan hệ

3.4.1 Chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên không có thuộc tính

Quy tắc EER13: Với mỗi mối quan hệ nhị nguyên R không có thuộc tính giữa hai tập thực

thể A, B, tạo thêm hai thuộc tính đối tượng ngược nhau thể hiện quan hệ giữa lớp A và lớp B

[13] có định danh, miền và phạm vi như Bảng 2. Với mỗi giá trị bản số min/max khác 0 và khác

n trên mối quan hệ R, thêm ràng buộc số lượng cực tiểu/cực đại tương ứng vào thuộc tính đối

tượng vừa thêm có miền là lớp tương ứng với tập thực thể có cặp bản số đó. Hình 11 minh họa

cho Quy tắc EER13.

Hình 11. Chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên không có thuộc tính

3.4.2 Chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên có thuộc tính

Bảng 3. Các thuộc tính thêm vào khi chuyển mối quan hệ nhị nguyên có thuộc tính


AHasR A R

ROfA R A

BHasR B R

ROfB R B

EMPLOYEE

DEPARTMENT

Work_for

EMPLOYEE

DEPARTMENT

Hình 12. Chuyển đổi mối quan hệ nhị nguyên có thuộc tính

Quy tắc EER14: Với mỗi mối quan hệ nhị nguyên R có thuộc tính giữa hai tập thực thể A,

B, tạo thêm một lớp có định danh là R, tạo thêm hai thuộc tính đối tượng ngược nhau: AHasR,

ROfA thể hiện quan hệ giữa lớp R và lớp A như Bảng 3, tạo thêm hai thuộc tính đối tượng

ngược nhau BHasR, ROfB thể hiện quan hệ giữa lớp R và lớp B như Bảng 3. Các thuộc tính của

mối quan hệ R được chuyển thành các thuộc tính dữ liệu của lớp R [13]. Thêm tính chất hàm và

ràng buộc cực tiểu là 1 vào hai thuộc tính: ROfA, ROfB. Với mỗi giá trị bản số min/max khác 0

và khác n trên mối quan hệ R thuộc tập thực thể A, thêm ràng buộc số lượng cực tiểu/cực đại

tương ứng vào thuộc tính đối tượng AHasR. Với mỗi giá trị bản số min/max khác 0 và khác n

trên mối quan hệ R thuộc tập thực thể B, thêm ràng buộc số lượng cực tiểu/cực đại tương ứng

vào thuộc tính đối tượng BHasR. Nếu mối quan hệ nhị nguyên R là mối quan hệ n-n thì bổ sung

hai thuộc tính đối tượng ROfA, ROfB vào tập thuộc tính khóa của lớp R. Hình 12 minh họa cho

Quy tắc EER14.

3.4.3 Mối quan hệ phản xạ

Việc chuyển đổi mối quan hệ phản xạ được thực hiện tương tự như việc chuyển đổi mối

quan hệ nhị nguyên.

Lưu ý: Sử dụng tên vai trò của mối quan hệ đặt định danh cho thuộc tính đối tượng để

phân biệt hai thuộc tính ngược nhau thể hiện quan hệ của lớp mới được tạo ra với chính nó.

3.4.4 Mối quan hệ đa nguyên

Việc chuyển đổi mối quan hệ đa nguyên R giữa các tập thực thể Ei cũng được thực hiện

tương tự như mối quan hệ nhị nguyên có thuộc tính bằng cách tạo thêm một lớp có định danh

là R và các cặp thuộc tính đối tượng ngược nhau thể hiện quan hệ giữa lớp R và các lớp Ei cùng

các ràng buộc số lượng cực đại, cực tiểu. Đồng thời, các thuộc tính của mối quan hệ R được

chuyển thành các thuộc tính dữ liệu của lớp R và bổ sung các thuộc tính đối tượng vừa thêm có

miền là lớp R vào tập thuộc khóa của lớp R.

Lưu ý: Nếu mối quan hệ R tồn tại ràng buộc hàm thì loại bỏ thuộc tính đối tượng có

phạm vi là lớp tương ứng với tập thực thể xuất hiện bên phải ràng buộc hàm ra khỏi tập thuộc

tính khóa của lớp R.

Trong phần tiếp theo, chúng tôi sẽ trình bày phương pháp chuyển đổi các thành phần có

yếu tố thời gian trong mô hình TimeER thành các thành phần tương ứng trong OWL ontology.

4 Chuyển đổi mô hình TimeER sang OWL ontology

Để chuyển đổi mô hình TimeER sang OWL, chúng ta thực hiện theo ba bước:

EMPLOYEE

PROJECT

Works_for

Hours (1, n)

(1, n)

EMPLOYEE

Works_for

PROJECT

:Thuộc tính khóa của lớp Works_for

xsd:unsignedByte Hours

- Bước 1: Chuyển đổi các thành phần không có yếu tố thời gian trên mô hình TimeER (kể

cả tập thực thể) sang OWL. Bước này được thực hiện như Mục 3.

- Bước 2: Tạo OWL ontology biểu diễn các yếu tố thời gian trong mô hình TimeER. Bước

này sẽ tạo một số thành phần trên OWL nhằm mục đích biểu diễn được dữ liệu và các ràng

buộc của các yếu tố thời gian trên mô hình TimeER. Bước này được thực hiện như Mục 4.1.

- Bước 3: Chuyển đổi các thành phần có yếu tố thời gian trên mô hình TimeER sang

OWL. Các thành phần có yếu tố thời gian bao gồm: yếu tố thời gian của tập thực thể, thuộc tính

có yếu tố thời gian, mối quan hệ có yếu tố thời gian và thuộc tính có yếu tố thời gian của mối

quan hệ. Bước này được thực hiện như Mục 4.2.

4.1 Tạo ontology ban đầu biểu diễn yếu tố thời gian

4.1.1 Tạo lớp InstantDateTime

Tạo lớp InstantDateTime thể hiện cho một mốc thời gian. Trong lớp này, tạo một thuộc

tính dữ liệu có tính chất hàm và ràng buộc số lượng cực tiểu là 1 có định danh là hasDateTime có

phạm vi là xsd:dateTime và thuộc tính này là thuộc tính khóa của lớp InstantDateTime. Hình 13

thể hiện lớp InstantDateTime và thuộc tính hasDateTime.

Hình 13. Lớp InstantDateTime

4.1.2 Tạo các thuộc tính đối tượng thể hiện ràng buộc thời gian trong mô hình TimeER

Tạo sáu thuộc tính đối tượng có tính chất hàm và ràng buộc số lượng tối thiểu là 1:

hasVTs, hasVTe, hasLSs, hasLSe, hasTTs, hasTTe biểu diễn các quan hệ giữa lớp owl:Thing với lớp

InstantDateTime cùng có phạm vi là lớp InstantDateTime và có miền là lớp owl:Thing.

4.2 Chuyển đổi các thành phần có yếu tố thời gian trên mô hình TimeER

Bảng 4. Các thuộc tính khóa tương ứng với yếu tố thời gian

Yếu tố thời gian Thuộc tính khóa

VT hasVTs

LS hasLSs

TT hasTTs

LT hasLSs, hasLSe, hasTTs

BT hasVTs, hasVTe, hasTTs

4.2.1 Chuyển đổi yếu tố thời gian của tập thực thể

InstantDateTime xsd:dateTime hasDateTime

Quy tắc TimeER1: Với mỗi yếu tố thời gian XX của một tập thực thể E, tạo thêm lớp có

định danh E_XX, bổ sung hai thuộc tính đối tượng ngược nhau: EHasXX có miền là lớp E và có

phạm vi là lớp E_XX, XXOfE có miền là lớp E_XX và có phạm vi là lớp E, đồng thời XXOfE có

tính chất hàm và có ràng buộc số lượng cực tiểu là 1. Tập thuộc tính khóa của lớp E_XX gồm

thuộc tính XXOfE và một số thuộc tính thể hiện ràng buộc thời gian tùy thuộc vào loại yếu tố

thời gian XX như Bảng 4. Hình 14 minh họa cho Quy tắc TimeER1.

Hình 14. Chuyển đổi yếu tố thời gian của tập thực thể

4.2.2 Chuyển đổi thuộc tính có yếu tố thời gian của tập thực thể

Quy tắc TimeER2: Với mỗi thuộc tính A có yếu tố thời gian XX của tập thực thể E, tạo

thêm lớp có định danh là A_XX, tạo thêm hai thuộc tính đối tượng ngược nhau: AhasXX có

miền là lớp E và phạm vi là lớp A_XX, XXOfA có miền là lớp A_XX và có phạm vi là lớp E,

đồng thời lớp XXOfA có tính chất hàm và có ràng buộc số lượng cực tiểu là 1. Chuyển thuộc

tính A thành thuộc tính dữ liệu của lớp A_XX theo như các quy tắc: EER6, EER7 và EER8 và tập

thuộc tính khóa của lớp A_XX bao gồm thuộc tính XXOfA và một số thuộc tính thể hiện ràng

buộc thời gian tùy thuộc vào loại yếu tố thời gian XX như Bảng 4. Hình 15 minh họa cho Quy

tắc TimeER2.

Hình 15. Chuyển đổi thuộc tính có yếu tố thời gian của tập thực thể

4.2.3 Chuyển đổi mối quan hệ có yếu tố thời gian

Quy tắc TimeER3: Với mỗi mối quan hệ R có yếu tố thời gian XX giữa các tập thực thể Ei,

tạo lớp có định danh là R. Tương ứng với mỗi tập thực thể E tham gia vào mối quan hệ R, tạo

hai thuộc tính đối tượng ngược nhau thể hiện quan hệ giữa lớp R và lớp E: EhasR có miền là lớp

E và có phạm vi là lớp R, RofE có miền là lớp R, có phạm vi là lớp E, có tính chất hàm và có ràng

buộc số lượng cực tiểu là 1, đồng thời, với mỗi giá trị bản số min/max theo thời gian bên tập

thực thể E khác 0 và khác n thêm một ràng buộc số lượng cực tiểu/cực đại tương ứng cho thuộc

tính EHasR. Các thuộc tính phi thời gian của mối quan hệ R được chuyển thành thuộc tính dữ

liệu của lớp R như các quy tắc EER6, EER7 và EER8. Nếu R là mối quan hệ nhị nguyên hoặc

phản xạ 1-1 thì khóa của lớp R bao gồm một trong hai thuộc tính đối tượng vừa thêm có phạm

vi là lớp tương ứng với tập thực thể tham gia vào mối quan hệ R và một số thuộc tính thể hiện

ràng buộc thời gian tùy thuộc vào loại yếu tố thời gian XX như Bảng 4, ngược lại thì khóa của

lớp R bao gồm các thuộc tính đối tượng vừa thêm có phạm vi là lớp tương ứng với tập thực thể

EMPLOYEE LS

EMPLOYEE

EMPLOYEE_LS

LSOfEMPLOYEE

EMPLOYEEHasLS

DEPARTMENT

Profit BT

Profit_BT

DEPARTMENT

xsd:long Profit

ProfitHasBT

BTOfProfit

phía nhiều và một số thuộc tính thể hiện ràng buộc thời gian tùy thuộc vào loại yếu tố thời gian

XX như Bảng 4. Hình 16 minh họa cho Quy tắc TimeER3.

Hình 16. Chuyển đổi mối quan hệ có yếu tố thời gian

Lưu ý: Nếu R là mối quan hệ đa nguyên có ràng buộc hàm thì loại bỏ thuộc tính đối

tượng có phạm vi là lớp tương ứng với tập thực thể xuất hiện bên phải ràng buộc hàm ra khỏi

tập thuộc tính khóa của lớp R.

4.2.4 Chuyển đổi thuộc tính có yếu tố thời gian của mối quan hệ

Quy tắc TimeER4: Với mỗi thuộc tính A có yếu tố thời XX của mối quan hệ R, tạo lớp có

định danh A_XX, tạo hai thuộc tính đối tượng ngược nhau thể hiện quan hệ của lớp R và lớp

A_XX có ràng buộc số lượng cực tiểu là 1: AhasXX có miền là lớp R và có phạm vi là lớp A_XX,

XXOfA có miền là lớp A_XX và có phạm vi là lớp R, đồng thời XXOfA có tính chất hàm.

Chuyển thuộc tính A thành thuộc tính dữ liệu của lớp A_XX theo như các quy tắc: EER6, EER7

và EER8 và khóa của lớp A_XX bao gồm thuộc tính XXOfA và một số thuộc tính thể hiện ràng

buộc thời gian tùy thuộc vào loại yếu tố thời gian XX như Bảng 4. Hình 17 minh họa cho Quy

tắc TimeER4.

Hình 17. Chuyển đổi thuộc tính có yếu tố thời gian của mối quan hệ

5 Ví dụ minh họa

Phần này trình bày một ví dụ hoàn chỉnh về việc chuyển mô hình TimeER sang OWL

ontology. Mô hình TimeER ban đầu là một mô hình khái niệm cho một công ty được trình bày

trong Hình 18.

Works_for

VT

EMPLOYEE

PROJECT

Works_for

EMPLOYEE PROJECT

Income BT

Works_for

Income_BT

Works_for

xsd:long Income

IncomeHasBT BTOfIncome

Hình 18. Mô hình TimeER ban đầu [6]

Quá trình chuyển đổi được thực hiện theo các quy tắc trình bày ở Mục 4 ở trên. Kết quả

của việc chuyển đổi là một OWL ontology. Kết quả này gồm ba phần: danh sách các lớp, danh

sách các thuộc tính đối tượng và danh sách các thuộc tính dữ liệu. Danh sách các lớp kết quả

được trình bày ở Bảng 5, danh sách các thuộc tính đối tượng kết quả được trình bày ở Bảng 6 và

danh sách các thuộc tính dữ liệu kết quả được trình bày ở Bảng 7.

Bảng 5. Các lớp kết quả

Định danh Lớp cha Tập thuộc tính khóa

Employee EmpID

Department Number

Manager Employee

Dependent DependentName, DependentOfEmployee

Project ProID

Belong_to

Manages

InstantDateTime hasDateTime

Employee_LT LTOfEmployee, hasLSs, hasLSe, hasTTs

Salary_BT BTOfSalary, hasVTs, hasVTe, hasTTs

Department_TT TTOfDepartment, hasTTs

Location_VT LocationOfDepartment, hasVTs

Profit_BT ProfitOfDepartment, hasVTs, hasVTe, hasTTs

Employee LT Department TT

Project

Manager

Dependent

Belong_to

Work_for

VT

Resp_for

Manages

Dep_of

EmpName EmpID

Birth_day

Salary BT

Join_date

Number

DepName

Location VT

Profit BT hours/week

Rank

Budget BT

Expences

Income ProID

Type

App_date Relationship DependentName

(1, N)

(1, N)

(1, N)

(0, N)

(1, 1)

(1, 1)

(1, 1)

(1, 1) (1, 1)

(1, 1)

[1, N]

[1, N]

Expences_BT ExpencesOfProject, hasVTs, hasVTe, hasTTs

Income_BT IncomeOfProject, hasVTs, hasVTe, hasTTs

Work_for Work_forOfProject, hasVTs

Bảng 6. Các thuộc tính đối tượng kết quả

Định danh Miền Phạm vi Ràng buộc khác Thuộc tính ngược

EmployeeHasDependent Employee Dependent DependentOfEmployee

DependentOfEmployee Dependent Employee - FunctionalProperty

- min 1 Employee

EmployeeHasDependent

EmployeeHasBelong_to Employee Belong_to - min 1 Belong_to

- max 1 Belong_to

Belong_toOfEmployee

Belong_toOfEmployee Belong_to Employee - FunctionalProperty

- min 1 Employee

EmployeeHasBelong_to

DepartmentHasBelong_to Department Belong_to - min 1 Belong_to Belong_toOfDepartment

Belong_toOfDepartment Belong_to Department - FunctionalProperty

- min 1 Department

DepartmentHasBelong_to

ManagerHasManages Manager Manages - min 1 Manages

- max 1 Manages

ManagesOfManager

ManagesOfManager Manages Manager - FunctionalProperty

- min 1 Manager

ManagerHasManages

ProjectHasManages Project Manages - min 1 Manages

- max 1 Manages

ManagesOfProject

ManagesOfProject Manages Project - FunctionalProperty

- min 1 Project

ProjectHasManages

DepartmentResp_forProject Department Project - min 1 Project ProjectResp_forDepartment

ProjectResp_forDepartment Project Department - min 1 Department

- max 1 Department

DepartmentResp_forProject

EmployeeHasLT Employee Employee_LT LTOfEmployee

LTOfEmployee Employee_LT Employee - FunctionalProperty

- min 1 Employee

EmployeeHasLT

SalaryHasBT Employee Salary_BT BTOfSalary

BTOfSalary Salary_BT Employee - FunctionalProperty

- min 1 Employee

SalaryHasBT

LocationHasVT Department Location_VT VTOfLocation

VTOfLocation Location_VT Department - FunctionalProperty

- min 1 Department

LocationHasVT

ProfitHasBT Department Profit_BT BTOfProfit

BTOfProfit Profit_BT Department - FunctionalProperty

- min 1 Department

ProfitHasBT

ExpencesHasBT Project Expences_BT BTOfExpences

BTOfExpences Expences_BT Project - FunctionalProperty

- min 1 Project

ExpencesHasBT

IncomeHasBT Project Income_BT BTOfIncome

BTOfIncome Income_BT Project - FunctionalProperty

- min 1 Project

IncomeHasBT

DepartmentHasTT Department Department_TT TTOfDepartmant

TTOfDepartmant Department_TT Department - FunctionalProperty

- min 1 Department

DepartmentHasTT

EmployeeHasWork_for Employee Work_for - min 1 Work_for Work_forOfEmployee

Work_forOfEmployee Work_for Employee - FunctionalProperty

- min 1 Employee

EmployeeHasWork_for

ProjectHasWork_for Project Work_for - min 1 Work_for Work_forOfProject

Work_forOfProject Work_for Project - FunctionalProperty

- min 1 Project

ProjectHasWork_for

hasVTs owl:Thing InstantDateTime - FunctionalProperty

- min 1 InstantDateTime

hasVTe owl:Thing InstantDateTime - FunctionalProperty


hasLSs owl:Thing InstantDateTime - FunctionalProperty


hasLSe owl:Thing InstantDateTime - FunctionalProperty


hasTTs owl:Thing InstantDateTime - FunctionalProperty


hasTTe owl:Thing InstantDateTime - FunctionalProperty


Bảng 7. Các thuộc tính dữ liệu kết quả

Định danh Miền Phạm vi Ràng buộc khác

EmpID Employee xsd:string - FunctionalProperty

- min 1 xsd:string

EmpName Employee xsd:string - FunctionalProperty

- min 1 xsd:string

Birth_date Employee xsd:dateTime - FunctionalProperty

Salary Salary_BT xsd:long - FunctionalProperty

DependentName Dependent xsd:string - FunctionalProperty

- min 1 xsd:string

Relationship Dependent xsd:string - FunctionalProperty

Rank Manager xsd:string - FunctionalProperty

Join_date Belong_to xsd:dateTime - FunctionalProperty

Number Department xsd:long - FunctionalProperty

- min 1 xsd:long

DepName Department xsd:string - FunctionalProperty

- min 1 xsd:string

Location Location_VT xsd:string - min 1 xsd:string

Profit Profit_BT xsd:long - FunctionalProperty

hours/week Work_for xsd:byte - FunctionalProperty

App_date Manages xsd:dateTime - FunctionalProperty

Type Manages xsd:string - FunctionalProperty

ProID Project xsd:string - FunctionalProperty

- min 1 xsd:string

Expences Expences_BT xsd:long - FunctionalProperty

Income Income_BT xsd:long - FunctionalProperty

hasDateTime InstantDateTime xsd:dateTime - FunctionalProperty

- min 1 xsd:dateTime

6 Kết luận

Bài báo đã đề xuất một phương pháp chuyển đổi mô hình TimeER sang OWL ontology.

Phương pháp này là tổng hợp và cải tiến từ các phương pháp chuyển đổi mô hình ER và EER

sang OWL ontology trước đây, bằng cách cho phép bổ sung ràng buộc về khóa cho các lớp kết

quả. Tiếp đó, phương pháp đề xuất các lớp và các thuộc tính biểu diễn các yếu tố thời gian

tương ứng trên mô hình TimeER khi chuyển đổi các thành phần liên quan đến yếu tố thời gian

trên mô hình TimeER sang OWL ontology.

OWL ontology thu được từ việc chuyển đổi là bảo toàn thông tin trên cơ sở dữ liệu tương

ứng của mô hình TimeER.

OWL ontology kết quả là OWL 2, một mở rộng của OWL DL nên vẫn đảm bảo khả năng

quyết định. Việc chuyển đổi đã được chúng tôi thực hiện thành công với công cụ Protégé 4.3.0

cùng bộ lập luận HermiT 1.3.7. Điều này cho phép chúng tôi có thể thiết kế một hệ chuyển đổi

mô hình TimeER thành OWL ontology một cách tự động trong thời gian đến.

Tài liệu tham khảo

1. Elmasri, Navathe (2011), Fundamentals of Database Systems - Sixth Edition, Addison-Wesley

Publishers, United States of America.

2. Fahad, M (2008) “ER2OWL: Generating OWL Ontology from ER Diagram”, Intelligent Information

Processing IV, IFIP International Federation for Information Processing, Vol. 288, pp.28-37.

3. Hoàng Hữu Hạnh và Lê Mạnh Thạnh (2012), Giáo trình Web ngữ nghĩa, NXB GD, Đà Nẵng.

4. Horridge, Matthew (2011), A practical guide to building OWL ontologies using Protégé 4 and CO-

ODE tools - Edition 1.3, The University of Manchester.

5. Igor Myroshnichenko, M.S. and Murphy, M.C (2009) “Mapping ER schemas to OWL ontologies”,

IEEE International Conference on Semantic Computing, ICSC'09, pp.324-329.

6. Jensen, C.S (2000), Temporal Database Management, Dr.techn. thesis, Aalborg University,

(http://www.cs.auc.dk/~csj/Thesis/).

7. Motik B, Patel-Schneider P.F, Paria B, Bock C, Fokoue A, Haase P, Hoekstra R, Horrocks I,

Ruttenberg A, Sattler U, et al. OWL 2 Web Ontology Language: Structural Specification and

Functional-Style Syn-tax. W3C Recommendation, 27, 2009.

8. Pasapitch Chujai, Nittaya Kerdprasop, and Kittisak Kerdprasop (2014), “On Transforming the ER

Model to Ontology Using Protégé OWL Tool”, International Journal of Computer Theory and

Engineering, Vol. 6, No. 6, pp.484-489.

9. H. Quang, H.T. Thanh (2009), “Extension of Method for Converting TimeER Model to Relational

Model”, Journal of Computer Science and Cybernetics, Vol. 25, No. 3, pp.246-257.

10. Hoang, Q. and Nguyen, V.T. (2013) “Extraction of a temporal conceptual model from a relational

database”, Int. J. Intelligent Information and Database Systems, Vol. 7, No. 4, pp.340–355.

11 Sikha Bagui (2009), “Mapping OWL to the Entity Relationship and Extended Entity Relationship

models”, Int. J. Knowledge and Web Intelligence, Vol.1, No. 1, pp.125-149.

12. Vinu P.V., Sherimon P.C., Reshmy Krishnan, Youssef Saad Takroni (2014), “Parttern

representation model for n-ary relations in ontology”, Journal of Theoretical and Applied Information

Technology, Vol. 60, No. 2, pp.231-236.

13. Upadhyaya, S.R. and Kumar, P.S. (2005) “ERONTO: a tool for extracting ontologies from extended

E/R diagrams”, Proceedings of the 2005 ACM Symposium on Applied Computing, ACM, pp.666-670.

A MAPPING METHOD FROM TimeER MODEL TO OWL

ONTOLOGY

Toan Van Nguyen, Minh Hoang Lien Vo, Quang Hoang

Hue University of Sciences

77 Nguyen Hue, Hue City, Vietnam

[email protected], [email protected], [email protected]

Abstract. Design ontology from Entity - Relationship model (ER model) is one of the

approaches which have done. In this paper, we propose a method to map from the TimeER

model to the OWL ontology by mapping the components from TimeER model to OWL 2

base on improving the mapping methods from ER model to OWL ontology, and adding the

mapping rules for the temporal components of the TimeER model.

Keywords: Semantic web, OWL ontology, TimeER, model mapping




MỘT PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI MÔ HÌNH...

Documents

Transcript of MỘT PHƯƠNG PHÁP CHUYỂN ĐỔI MÔ HÌNH...