Report
Подход к преобразованию модели базы знаний предметной области на основе мультиграфа в реляционную модель базы данных
| Title: | Подход к преобразованию модели базы знаний предметной области на основе мультиграфа в реляционную модель базы данных |
|---|---|
| Publisher Information: | Системы управления, связи и безопасности, 2024. |
| Publication Year: | 2024 |
| Subject Terms: | моделирование динамических систем, intelligent systems, интеллектуальная система, экспертная система, databases, software systems development, база данных, expert information, programming and automation, expert systems, проблема представления знаний, dynamical systems modeling, база знаний, мультиграф знаний, экспертная информация, разработка программных систем, knowledge representation problem, knowledge bases, knowledge multigraph, программирование и автоматизация |
| Description: | Purpose. The problem of building modern software-intelligent and expert systems requires solving a variety of different tasks. At present, the complexity of building such systems lies in the fact that the known ‘classical’ models and approaches to the construction of expert systems do not agree well with the relational model of data representation, which makes it impossible to effectively use modern industrial database management systems for the organization and representation of knowledge, as well as their use in various information systems. The purpose of the work is to transform the proposed multigraph knowledge base model of the subject area into a relational database model to improve the efficiency of information processing using modern automated control systems. Methods The approach allowing the transformation and storage of knowledge of subject areas in tabular representation and relational databases are proposed. The approach reflects the principles and rules for performing the decomposition of the knowledge base model with a multigraph, representation of the knowledge multigraph using algorithmic data structures (hash-tables), storing the knowledge multigraph in the tabular form of the database using the selected symbolic format (JSON), as well as performing the reverse transformation and aggregation of the multigraph vertex lists from relational to non-relational form. The following generals’ scientific methods were used: analysis, decomposition, synthesis, modeling, formalization, structurization, algorithmization, generalization, comparison, description, computational experiment, as well as set theory and graph theory, on the basis of which the used model of knowledge representation was built. Computers and software tools – database management systems, programming languages, and their interpreters – were used as research materials. Novelty. The elements of novelty are a new mathematical model of representation of knowledge of the subject area on the basis of the multigraph, as well as the proposed approach to the transformation of the knowledge base model on the basis of the multigraph into a relational database model. Results. A comparative analysis is carried out, and the main definitions, features, and differences between data and knowledge are given. The process of building the multigraph knowledge base model designed to solve computational problems in the selected subject area is described. Problems of interaction with the multigraph knowledge base are identified and described. An approach to solving the identified issues was developed and applied, which consists of transforming the multigraph knowledge base model of the subject area into a relational database model. Types, formats, and structures of knowledge representation and the peculiarities of their application in the selected management system are considered. Practical relevance. The software implementation of the knowledge base in the selected programming language is shown. Listings with code fragments in programming languages for interaction with the base, as well as examples of knowledge representation and processing, are given. The implementation of the proposed approach makes it possible to organize and store knowledge in the form of databases, which allows for more efficient knowledge processing and management using a relational model. In addition, knowledge management is performed using existing, proven, and productive industrial-level database management systems. The use of the proposed approach opens new opportunities for the design and implementation of modern software-intelligent and expert systems. Постановка задачи: проблема построения современных интеллектуальных и экспертных программных систем требует решения множества разнообразных задач. В настоящее время сложность построения подобных систем заключается в том, что известные «классические» модели и подходы к построению экспертных систем плохо согласуются с реляционной моделью представления данных, что делает невозможным эффективное применение современных промышленных систем управления базами данных для организации и представления знаний, а также их использования в различных информационных системах. Целью работы является преобразование предложенной модели базы знаний предметной области на основе мультиграфа в реляционную модель базы данных для повышения эффективности обработки информации с использованием современных автоматизированных систем управления. Используемые методы: Предложен подход, позволяющий преобразовывать и хранить знания предметных областей в табличном представлении и реляционных базах данных. В подходе отражены принципы и правила по выполнению декомпозиции модели базы знаний с мультиграфом, представлению мультиграфа знаний с использованием алгоритмических структур данных (хеш-таблиц), хранению мультиграфа знаний в табличном виде базы данных с использованием выбранного символьного формата (JSON), а также выполнению обратного преобразования и агрегации списков вершин мультиграфа из реляционного вида в нереляционный. При этом были использованы следующие общенаучные методы: анализ, декомпозиция, синтез, моделирование, формализация, структуризация, алгоритмизация, обобщение, сравнение, описание, вычислительный эксперимент, а также теория множеств и теория графов на базе которых была построена используемая модель базы знаний. В качестве материалов исследования использовались компьютеры и инструментальные средства программного обеспечения – системы управления базами данных, языки программирования и их интерпретаторы. Новизна: элементами новизны являются новая математическая модель базы знаний предметной области на основе мультиграфа, а также предложенный подход к преобразованию модели базы знаний на основе мультиграфа в реляционную модель базы данных. Результат: проведен сравнительный анализ, приведены основные определения, особенности и отличия между данными и знаниями. Описан процесс построения модели базы знаний на основе мультиграфа, предназначенной для решения задач из выбранной предметной области. Выявлены и описаны проблемы взаимодействия с мультиграфовой базой знаний. Разработан и применен подход к решению выявленных проблем, заключающийся в преобразовании модели базы знаний предметной области на основе мультиграфа в реляционную модель базы данных. Рассмотрены типы, формат и структура представления знаний с особенностями их применения в выбранной системе управления. Практическая значимость: Показана программная реализация базы данных и знаний на выбранном языке программирования. Приведены листинги с фрагментами кода на языках программирования для взаимодействия с базой, а также примеры представления и обработки знаний. Реализация предложенного подхода дает возможность организации и хранения знаний в виде баз данных, что позволяет более эффективно выполнять обработку и управление знаниями с применением реляционной модели. Кроме того, управление знаниями осуществляется с использованием существующих, проверенных и производительных систем управления базами данных промышленного уровня. Использование предложенного подхода открывает новые возможности для проектирования и реализации современных экспертных и интеллектуальных программных систем. |
| Document Type: | Research |
| DOI: | 10.24412/2410-9916-2024-4-158-178 |
| Rights: | CC BY |
| Accession Number: | edsair.doi...........0291574c09fc8b13c8c2808b837a19d7 |
| Database: | OpenAIRE |
| DOI: | 10.24412/2410-9916-2024-4-158-178 |
|---|