Опыт построения информационной системы на основе онтологии информационных ресурсов количественной предметной области Фазлиев

Содержание
Абстрактная структура информационной системы
(данные, приложения и интерфейсы пользователя)
Слои информационной системы (e-Science)
Опыт построения слоя знаний в ИС с помощью OWL DL.
Tbox. Вычислительные задачи в области молекулярной спектроскопии. Данные и метаданные.
Abox. Данные измерений и вычислений. Открытый или замкнутый мир?
Отношения транзитивности и рефлексивности в количественной спектроскопии.
Примеры. Ограничения на значения и существование, среднеквадратические отклонения, упорядочение сущностей по значениям свойств.

Абстрактная структура информационной системы
Данные
Приложения
Интерфейсы
Guarino N. Formal Ontology and Information Systems // Proceedings of FOIS’98. Trento. Italy, 6–8 June 1998. Amsterdam: IOS Press. P. 3–15.

Слои информационной системы (e-Science)
Данные и вычисления
Метаданные (информационный слой)
Онтологии (слой знаний)
De Roure D., Jennings N., Shadbolt N. A Future e-Science Infrastructure // Report commissioned for EPSRC/DTI Core e-Science Programme. 2001. 78 p.

Опыт построения слоя знаний в ИС с помощью OWL DL
Предметные области ИС
“Water @ccessible Distributed Information System”
D = D1& D2 & D3
D1 – Mолекулярная спектроскопия
D2 – Атомы и молекулы
D3 - Публикации

Открытый или замкнутый мир?
Точка зрения пользователя
Tbox
Замкнутое множество понятий ПО
Расширяемое множество понятий ПО
Abox
Возможность дополнения фактов (измерения и вычисления)
Фиксация числа фактов

Вещество
Молекулярная спектроскопия
Вычислительные
задачи
Публикации
Состояния и
процессы
DC метаданные
Факты о веществе
Tbox
Abox
Публичная
компонента
Пользовательская
компонента

Задача нахождения уровней
энергии изолированной молекулы (T1)
Задача вычисления
коэффициентов Эйнштейна(Т6)
Задача нахождения параметров
спектральных линий (ET)
Измерение спектров (E)
Задача приписывания
квантовых чисел (T5)
Задача нахождения частот перехода
изолированной молекулы (T2)
Задача нахождения уровней
энергии изолированной молекулы (T1)
Задача нахождения параметров
спектральной линии молекулы (T3)
Задача нахождения
спектральных функций (T4)
Прямые задачи
Обратные задачи
В качестве модели предметной области выбраны две цепи задач.
Модель молекулярной спектроскопии
(0-ое приближение)

Задача нахождения
уровней энергии
изолированной молекулы (T1)
Задача вычисления
коэффициентов Эйнштейна(Т6)
Задача нахождения параметров
спектральных линий (ET)
Задача приписывания
квантовых чисел (T5)
Задача нахождения
частот перехода
изолированной молекулы (T2)
Задача нахождения
уровней энергии
изолированной молекулы (T1)
Задача нахождения
параметров спектральной
линии молекулы (T3)
Задача нахождения
спектральных функций (T4)
Прямые задачи
Обратные задачи
Модель молекулярной спектроскопии
( 1-ое приближение)
Стандартные отклонения

Индивид «information source V4_T5_279_1998_ToBr_H2_17O-H2O»
V4_T5_279_Transitions_MD_for_NormalModes
hasSpectralBand V4_T5_279_for_NormalModes_v1UP_v2UP_v3UP_v1LOW_v2LOW_v3LOW_SpectralBand
hasQuantumNumbersType NomalModes
hasTotalMaxAngularMomentum 12 hasTotalMinAngularMomentum 0
hasNumberOfInvalidTransitions 0 hasNumberOfValidWater-C2V-Transitions 142 hasNumberOfRejectedTransitions 0 hasNumberOfUnassignedTransitions 0
hasNumberOfValidTransitions 142 hasNumberOfUniqueTransitions 142
hasNumberOfValidIdentifications 142 hasNumberOfInvalidWaterTransitions 0
hasNumberOfInvalidWater-C2V-Transitions 0 hasNumberOfInvalidIdentifications 0
hasNumberOfNonuniqueTransitions 0
V4_T5_279-T5_OutputData_MD
hasBroadeningSubstance_MD V4_T5_279_BroadeningSubstances_MD_for_H2O
hasWavenumbers_MD V3_T5_279_ Wavenumbers_MD
hasTransitions_MD V4_T5_279_Transitions_MD_for_NormalModes
hasPhysicalCondition_MD V4_T5_279_PhysicalCondition_MD
hasIntensity_MD V3_T5_279_Intensity_MD
V4_T5_279_BroadeningSubstances_MD_for_H2O
hasBroadeningSubstance H2O
hasHalfwidth_MD V3_T5_279_Halfwidth_MD_for_H2O
hasPressure_MD V4_T5_279_PressureValue_MD_for_H2O
hasPressureDependence_MD V4_T5_279_PressureDependence_MD_for_H2O
hasShift_MD V3_T5_279_Shift_MD_for_H2O
hasTemperatureDependence_MD V4_T5_279_TemperatureDependence_MD_for_H2O
V4_T5_279_ Wavenumbers_MD
hasUnit cm-1
hasUncertainty false
hasMaxWavenumber 2010.911865
hasMinWavenumber 1315.606567
hasNumberOfWavenumbers 142
V4_T5_279_1998_ToBr_H2_17O-H2O
isSolutionOf T5
hasMethod UNDEFINED
hasSubstance H2_17O
hasOutputData_MD_V4_T5_279-T5_OutputData_MD
hasReference Toth R.A., Brown L.R., Self-broadened widths and frequency shifts of water vapor lines between 590 and 2400 cm-1. // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiation Transfer, 1998, v.59, p.529-562.
V4_T5_279_PhysicalCondition_MD
hasTemperature_MD V4_T5_279_TemperatureValue_MD
hasPressure_MD V4_T5_279_PressureValue_MD
V4_T5_279_Intensity_MD
hasUnit cm-1_molecule
hasUncertainty false
isPresented false
V4_T5_279_PressureValue_MD_for_H2O
hasUnit atm
hasFloatValue 1
V4_T5_279_Halfwidth_MD_for_H2O
hasUnit cm-1_atm-1
hasUncertainty true
isPresented true
V4_T5_279_PressureDependence_MD_for_H2O
hasUncertainty false
isPresented false
V4_T5_279_Shift_MD_for_H2O
hasUnit cm-1_atm-1
hasUncertainty true
isPresented true
V4_T5_279_TemperatureDependence_MD_for_H2O
hasUncertainty false
isPresented false
V4_T5_279_TemperatureValue_MD
hasUnit K
hasFloatValue 296
V4_T5_279_PressureValue_MD
hasUnit atm
hasFloatValue 1
V4_T5_279_for_NormalModes_v1UP_v2UP_v3UP_v1LOW_v2LOW_v3LOW_SpectralBand
hasBandType v1UP_v2UP_v3UP_v1LOW_v2LOW_v3LOW
hasNumberOfSpectralBands 1
59 Высказывания
H2O
hasSymmetryGroup C2v hasPhysicalState SingleMolecule
Субъектно-предикатная структура
Abox. Данные измерений и вычислений.

Индивид «information source 1998_ToBr_H2_17O-H2O»
V4_T5_279_Transitions_MD_for_NormalModes
hasSpectralBand V4_T5_279_for_NormalModes_v1UP_v2UP_v3UP_v1LOW_v2LOW_v3LOW_SpectralBand
hasQuantumNumbersType NomalModes
hasTotalMaxAngularMomentum 12 hasTotalMinAngularMomentum 0
hasNumberOfInvalidTransitions 0 hasNumberOfValidWater-C2V-Transitions 142 hasNumberOfRejectedTransitions 0 hasNumberOfUnassignedTransitions 0
hasNumberOfValidTransitions 142 hasNumberOfUniqueTransitions 142
hasNumberOfValidIdentifications 142 hasNumberOfInvalidWaterTransitions 0
hasNumberOfInvalidWater-C2V-Transitions 0 hasNumberOfInvalidIdentifications 0
hasNumberOfNonuniqueTransitions 0
V4_T5_279-T5_OutputData_MD
hasBroadeningSubstance_MD V4_T5_279_BroadeningSubstances_MD_for_H2O
hasWavenumbers_MD V3_T5_279_ Wavenumbers_MD hasTransitions_MD V4_T5_279_Transitions_MD_for_NormalModes
hasPhysicalCondition_MD V4_T5_279_PhysicalCondition_MD
hasIntensity_MD V3_T5_279_Intensity_MD
V4_T5_279_BroadeningSubstances_MD_for_H2O
hasBroadeningSubstance H2O
hasHalfwidth_MD V3_T5_279_Halfwidth_MD_for_H2O
hasPressure_MD V3_T5_279_PressureValue_MD_for_H2O
hasPressureDependence_MD V4_T5_279_PressureDependence_MD_for_H2O
hasShift_MD V3_T5_279_Shift_MD_for_H2O
hasTemperatureDependence_MD V4_T5_279_TemperatureDependence_MD_for_H2O
V4_T5_279_ Wavenumbers_MD
hasUnit cm-1
hasUncertainty false
hasMaxWavenumber 2010.911865
hasMinWavenumber 1315.606567
hasNumberOfWavenumbers 142
V4_T5_279_1998_ToBr_H2_17O-H2O
isSolutionOf T5 hasMethod UNDEFINED hasSubstance H2_17O hasOutputData_MD_V3_T5_279-T5_OutputData_MD
hasReference Toth R.A., Brown L.R., Self-broadened widths and frequency shifts of water vapor lines between 590 and 2400 cm-1. // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiation Transfer, 1998, v.59, p.529-562.
V4_T5_279_PhysicalCondition_MD
hasTemperature_MD V4_T5_279_TemperatureValue_MD
hasPressure_MD V4_T5_279_PressureValue_MD
V4_T5_279_Intensity_MD
hasUnit cm-1_molecule
hasUncertainty false
isPresented false
V4_T5_279_PressureValue_MD_for_H2O
hasUnit atm
hasFloatValue 1
V4_T5_279_Halfwidth_MD_for_H2O
hasUnit cm-1_atm-1
hasUncertainty true
isPresented true
V4_T5_279_PressureDependence_MD_for_H2O
hasUncertainty false
isPresented false
V4_T5_279_Shift_MD_for_H2O
hasUnit cm-1_atm-1
hasUncertainty true
isPresented true
V4_T5_279_TemperatureDependence_MD_for_H2O
hasUncertainty false
isPresented false
V4_T5_279_TemperatureValue_MD
hasUnit K
hasFloatValue 296
V4_T5_279_PressureValue_MD
hasUnit atm
hasFloatValue 1
V4_T5_279_for_NormalModes_v1UP_v2UP_v3UP_v1LOW_v2LOW_v3LOW_SpectralBand
hasBandType v1UP_v2UP_v3UP_v1LOW_v2LOW_v3LOW
hasNumberOfSpectralBands 1
H2O
hasSymmetry Group C2v
hasPhysicaltate SingleMolecule

Субъектно-предикатная структура
«information source 1998_ToBr_H2_17O-H2O»
61 высказывания

Индивид «Information source V4_T7_269_NaMaLeTe_D2O_to_V4_T1_284_ShZoPo_D2O_by_EnergyLevels_on_NormalModes_RMSPair»
(131 + 5Nbands) высказывания

Количественная предметная область
NT – число высказываний в Tbox
NA – число высказываний в Abox (M - факты предметной области)
NА(P) – число высказываний в Abox (P - факты предметной области, P M)
NT << NА(p) << NA

Web-service of publications
data base synchronization
Web-service for the formation
of a homogeneous set of
inverse and direct
tasks solutions properties in
a distributed system
Web-service for the formation
of an ontology of molecular
spectroscopy tasks’
solutions properties
Interfaces
Protégé
interface
W@DIS, CaD@DIS
Data and computations layer
Information layer
Knowledge layer
Data
Node Applications
Interfaces
Web-services
Архитектура распределенной информационной системы
для молекулярной спектроскопии
Semantic Web approach

Иерархия математических теорий
Sowa J.F. Knowledge Representation: Logical, Philosophical, and Computational Foundations, Brooks Cole Publishing Co., Pacific Grove, CA, 2000. 594 p.

Отношения транзитивности и рефлексивности в количественной спектроскопии
Транзитивность
a=b & b=c => a=c
Рефлексивность
a = a
Симметрия
a=b => b=a
Антисимметрия
a =< b & b =< a => a = b

Примеры. Ограничения на значения и существование
Формальные ограничения
Тип данных –
квантовые числа – натуральные числа,
интенсивность, столкновительная полуширина, вакуумные волновые числа, уровни энергии – положительные действительные числа, ….
Интервалы изменения –
0 < волновые числа < 45000 cm-1, 10-17 cm/mol < интенсивность <10-30 cm/mol
Правила отбора -
нормальные моды - ka+kc=J or J+1, …..
точные квантовые числа – J < 60, 0 < s < 5, ……
Ограничения опубликования
Решение задачи должно быть опубликованным информационным ресурсом
Неформальные ограничения
Точки зрения экспертов
Ограничения в задачах достоверности данных в молекулярной спектроскопии

Примеры. Сводка публикаций. Ограничения на значения

Сравнение массивов спектральных данных Hitran и GEISA в диапазоне 0-50 см-1
Точность, с которой проводилось сравнение данных измерений задана шрифтом.
Подчеркнутые цифры означают, что сравнение проведено с точностью 0.01 см-1, цифры курсивом -
с точностью 0.1 см-1, и выделенные жирным шрифтом – с точностью 1 см-1.
Примеры. Декомпозиция. Ограничения на существование

Декомпозиция источников данных
Сравнение массивов спектральных данных Hitran и GEISA в диапазоне 50-20000 см-1
Точность, с которой проводилось сравнение данных измерений задана шрифтом.
Подчеркнутые цифры означают, что сравнение проведено с точностью 0.01 см-1, цифры курсивом -
с точностью 0.1 см-1, и выделенные жирным шрифтом – с точностью 1 см-1.