Разработка сервиса создания графа знаний коллекции математических уравнений

Перечисленные математические источники могут быть объединены в единую семантическую сеть в соответствии с принципами LOD.

Таким образом, в работе рассматривается задача формирования набора связанных данных с использованием подхода, в основе которого лежит представление коллекции математических объектов в виде графа знаний. Вершины и ребра полученного графа знаний описываются с использованием набора специализированных схем - онтологий.

Целью данной работы является разработка сервиса создания графа знаний коллекции математических уравнений, расположенных на портале EqWorld и обеспечения связывания создаваемого графа знаний с онтологией профессионального математического знания OntoMathPRO [21].

Конкретными задачами научного исследования являются:

Разработка функционала извлечения информации об уравнениях с портала EqWorld.

Разработка функционала связывания создаваемого графа знаний с онтологией OntoMathPRO и обогащения уже имеющейся в онтологии информацией.

Разработка функционала генерации RDF-триплетов и создания графа знаний на их основе в специализированном хранилище данных с обеспечением возможности выполнения SPARQL-запросов к

сформированному графу знаний.

Объектом исследования является моделирования графов знаний в области математического знания.

Предмет исследования - граф знаний для описания и хранения математических уравнений.

Структура настоящей работы состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и приложения.

В первой главе представлен обзор предметной области, связанной с графами знаний. В главе 2 описана использованная в работе онтология OntoMathPRO. В главе 3 приведены способы создания графов знаний. В главе 4 описывается модель программного решения и основные составляющие модули. В главе 5 приводится реализация модулей программного решения. Глава 6 посвящена демонстрации использования созданного графа знаний.

Список литературы состоит из 51 наименования, включая 5 из интервала 2022-2024 гг. Список литературы сформирован в соответствии с ГОСТ Р 7.0.100-2018 [8].

Блок-схемы, приведённые в работе, сформированы в соответствии с ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85) [7].

Разработка программного решения выполнялась в интегрированной среде разработки Visual Studio 2022. Использовался язык C# и платформа .NET.

Апробация работы проводилась в рамках выступлений на научных семинарах «Интеллектуальные методы управления цифровыми математическими библиотеками» (научный руководитель Липачёв Е.К.) и семинаре «Электронные библиотеки» (научный руководитель Елизаров А. М.).

Введение ........................................................................................................ 6

Глава 1. Графы знаний ............................................................................... 10

1.1 Определение графа знаний ............................................................... 10

1.2 Стандарты описания графов знаний ................................................ 11

1.2.1 Стандарт RDF............................................................................... 12

1.2.2 Стандарт RDFS............................................................................. 12

1.2.3 Стандарт OWL ............................................................................. 13

1.3 Структура графа знаний.................................................................... 15

1.4 Области применения графов знаний ................................................ 16

Глава 2. Онтология OntoMathPRO ............................................................... 19

Глава 3. Способы создания графов знаний ............................................... 23

3.1 Возможные источники информации, на основе которых создаются графы знаний 23

3.2 Языки отображения R2RML и RML..................................................... 24

Глава 4. Модель сервиса создания графа знаний ...................................... 28

4.1 Источник данных .............................................................................. 28

4.2 Архитектура программного.................................................... решения 31

4.3 Модуль извлечения информации об уравнениях с портала EqWorld - ParserService 32

4.4 Модуль связывания создаваемого графа знаний с онтологией OntoMathPRO - LinkingService ............................................................................................ 35

4.4.1 Метод прямого поиска ................................................................ 35

4.4.2 Метод с использованием вычисления косинусной меры сходства векторных представлений ........................................................................................ 38

4.4.3 Объединение описанных методов в единый алгоритм ............... 44

4.5 Модуль генерации RDF-триплетов - RdfGenerationService.............. 45

Глава 5. Программная реализация прототипа сервиса создания графа знаний 47

5.1 Организация хранения и взаимодействия с информацией, представленной по модели RDF .............................................................................................. 47

5.2 Реализация модуля извлечения информации об уравнениях - ParserService 50

5.3 Реализация модуля связывания с концептами онтологии - LinkingService 57

5.4 Оценка точности связывания ............................................................ 66

5.5 Реализация модуля генерации триплетов - RdfGenerationService .. 68

5.5.1 Разработка RML-правил............................................................... 69

5.5.2 Управление вызовом библиотеки RMLMapper............................ 72

Глава 6. Демонстрация использования созданного графа знаний ........... 76

Заключение .................................................................................................. 81

Список литературы ..................................................................................... 83

Приложение ................................................................................................. 88

Приложение 1. Листинг разработанных RML-правил............................. 88

Приложение 2. Список использованных разделов портала EqWorld..... 90

Приложение 3. Листинг основной части кода модуля ParserSerivce....... 93

Приложение 4. Листинг основной части кода модуля LinkingService ... 95

Приложение 5. Листинг основной части кода модуля RdfGenerationService 97

1. Библиотека Accord.Net. // accord-framework.net: [сайт]. URL: http://accord-framework.net/ (дата обращения: 24.04.2024).

2. Библиотека dotNetRDF. // dotnetrdf.org: [сайт]. URL:

https://dotnetrdf. org/ (дата обращения: 26.03.2024).

3. Библиотека Html Agility Pack. // html-agility-pack.net: [сайт]. URL: https://html-agility-pack.net/documentation (дата обращения: 9.03.2024).

4. Библиотека RMLMapper. // rml. io: [сайт]. URL: https://rml.io/tools/ (дата обращения: 3.03.2024)

5. Гаврилова Т. А., Кудрявцев Д. В., Муромцев Д. И. Инженерия знаний. Модели и методы. // Лань. - 2023. 324 с. - ISBN 978-5-507-44194-5.

6. Годовая инфографика Data Never Sleeps 11.0. // domo.com: [сайт]. - 2023. URL: https://www.domo.com/learn/infographic/data-never-sleeps-11 (дата обращения: 16.02.2024).

7. ГОСТ 19.701-90 (ИСО 5807-85). Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения: межгосударственный стандарт: издание официальное: утвержден и введен в действие Постановлением комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 26.12.90 N 3294: дата введения 1992-01-01. - Москва: Стандартинформ, 2010. - 158 с. - Текст: непосредственный.

8. ГОСТ Р 7.0.100-2018. Библиографическая запись.

Библиографическое описание. Общие требования и правила составления: национальный стандарт Российской Федерации: издание официальное: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 3 декабря 2018 г. N 1050-ст: дата введения 2019-07-01. - Москва: Стандартинформ, 2018. - 124 c. - Текст: непосредственный.

9. RDF 1.1. Concepts and Abstract Syntax. // www.w3.org: [сайт]. URL: https://www.w3.org/TR/rdf11-concepts/ (дата обращения 15.12.2023).

10. Елизаров А. М., Кириллович А. В., Липачёв Е.К., Невзорова О. А. Онтология математического знания OntoMathPRO // Доклады Российской академии наук. Математика, информатика, процессы управления. - 2022. - Т. 507. - № 1. С. 29-35.

11. Лекция 1. Введение в представление знаний. // migalkin. github.io: [сайт]. - 2021. - URL: https://migalkin.github.io/kgcourse2021/lectures/lecture1 (дата обращения: 2.12.2023).

12. Лекция 2. RDF, RDFS, OWL. // migalkin.github.io: [сайт]. - 2021. - URL: https://migalkin.github.io/kgcourse2021/lectures/lecture2 (дата

обращения: 11.12.2023).

13. Лекция 3. SPARQL и Графовые хранилища. // migalkin. github. io: [сайт]. - 2021. - URL: https://migalkin.github.io/kgcourse2021/lectures/lecture3 (дата обращения: 21.12.2023).