BIỂU DIỄN CÁC MÔ HÌNH THỰC THỂ MỐI QUAN …it.husc.edu.vn/Media/ChuyenMuc/KhoaHoc/Hoithao-Hoinghi/...nghĩa, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, quản trị cơ sở dữ

Hội nghị khoa học: Một số vấn đề tiên tiến trong Công nhệ thông tin và truyền thông – Huế, 30/05/20015

1

BIỂU DIỄN CÁC MÔ HÌNH THỰC THỂ - MỐI QUAN HỆ THỜI

GIAN BẰNG LOGIC MÔ TẢ

Hoàng Quang1, Nguyễn Viết Chánh2

Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Khoa học

77 Nguyễn Huệ - Huế, Việt Nam [email protected], [email protected]

Tóm tắt: Mối quan hệ giữa logic mô tả v| cơ sở dữ liệu (CSDL) l| kh{ khăng khít. Thực tế

cho thấy nhu cầu của việc x}y dựng c{c hệ thống vừa có khả năng biểu diễn tri thức, vừa

cho phép quản trị CSDL l| thật sự cần thiết. Hệ biểu diễn cơ sở tri thức logic mô tả ngo|i

việc cho phép quản lý c{c tri thức nội h|m, còn cung cấp một khung chuẩn được xem l| gần

gũi với c{c ngôn ngữ được dùng để biểu diễn mô hình thực thể - mối quan hệ (mô hình ER).

Mặt kh{c, mô hình ER thời gian được dùng để mô hình hóa c{c khía cạnh thời gian của lược

đồ CSDL mức kh{i niệm. Vì vậy, việc sử dụng logic mô tả để biểu diễn c{c mô hình ER thời

gian l| thật sự hữu ích trong việc hình thức hóa c{c mô hình dữ liệu mức kh{i niệm. Dựa

v|o logic mô tả có yếu tố thời gian, Alessandro Artale v| c{c cộng sự (2011) đã biểu diễn c{c

lược đồ ER thời gian v| c{c r|ng buộc to|n vẹn bằng c{ch hình thức hóa c{c phụ thuộc bao

h|m bởi c{c tiên đề bao h|m. Nghiên cứu n|y, ngo|i việc giới thiệu một phương ph{p biểu

diễn của c{c t{c giả trên, bổ sung v|o đó, chúng tôi muốn đề xuất việc biểu diễn c{c thuộc

tính đa trị trên c{c mô hình ER thời gian bằng logic mô tả.

Từ khóa: Mô hình ER, Mô hình ER thời gian, Logic mô tả, Logic mô tả có yếu tố thời gian.

1 Giới thiệu

Trong những năm gần đ}y, người ta thường nhắc đến logic mô tả (Description Logic)

như l| một phương thức biểu diễn tri thức hiệu quả. Lĩnh vực ứng dụng của logic mô tả rất đa

dạng, logic mô tả được xem như l| những ngôn ngữ với mục đích biểu diễn tri thức v| suy

luận. Trong những ứng dụng cụ thể có sử dụng logic mô tả, tri thức của miền ứng dụng được

đặc tả bằng c{c kh{i niệm v| c{c mối quan hệ.

Thời gian qua, việc {p dụng logic mô tả đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như: công

nghệ phần mềm, thiết lập cấu hình, c{c 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 v| cơ sở dữ liệu kh{ khăng khít. Thực tế, nhu cầu x}y dựng

hệ thống vừa có khả năng biểu diễn tri thức logic mô tả, vừa cho phép quản trị cơ sở dữ liệu l|

thật sự cần thiết. C{c hệ quản trị cơ sở dữ liệu giải quyết vấn đề to|n vẹn dữ liệu v| 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 h|m. Hơn nữa, logic mô tả còn cung cấp một khung chuẩn được xem l| gần gũi với c{c

ngôn ngữ được dùng để mô hình hóa dữ liệu, như l| mô hình thực thể - mối quan hệ.

Mặt kh{c, mô hình thực thể - mối quan hệ (ER) có yếu tố thời gian được dùng để mô hình

hóa c{c khía cạnh thời gian của lược đồ cơ sở dữ liệu mức kh{i niệm, cụ thể như thời gian hợp

lệ - l| thời gian m| sự kiện xảy ra l| đúng trong thực tế, v| thời gian giao t{c – l| thời gian khi

sự kiện được lưu trong cơ sở dữ liệu. Mô hình ER thời gian có hai phương ph{p tiếp cận chính

được c{c nh| nghiên cứu đưa ra l|: Phương ph{p tiếp cận không tường minh v| phương ph{p

mailto:[email protected]

Hoàng Quang, Nguyễn Viết Chánh

2

tiếp cận tường minh, để hỗ trợ cho việc mô hình hóa c{c mô hình ER thời gian, từ đó biểu diễn

c{c r|ng buộc to|n vẹn thời gian. C{c phiên bản kh{c nhau về mô hình ER đã được đề xuất

nhằm mô hình hóa c{c kh{i niệm thời gian của c{c mô hình ở mức kh{i niệm. Việc mô hình hóa

n|y đã đưa ra một số phương ph{p hình thức hóa v| c{c mở rộng trong mô hình ER thời gian.

Tuy nhiên, trong mô hình ER thời gian có một số r|ng buộc phức tạp không thể biểu diễn được,

v| mô hình ER thời gian lại có nhiều phiên bản kh{c nhau, giữa c{c phiên bản có một số ký hiệu

biểu diễn không đồng nhất, l|m cho người thiết kế gặp không ít khó khăn trong thiết kế cơ sở

dữ liệu.

Dựa v|o logic mô tả có yếu tố thời gian, Alessandro Artale v| c{c cộng sự (2011) đã biểu

diễn c{c lược đồ ER thời gian v| c{c r|ng buộc to|n vẹn bằng c{ch hình thức hóa c{c phụ thuộc

bao h|m bởi c{c tiên đề bao h|m. Nghiên cứu n|y, ngo|i việc giới thiệu một phương ph{p biểu

diễn của c{c t{c giả trên, bổ sung v|o đó, chúng tôi muốn đề xuất việc biểu diễn c{c thuộc tính

đa trị trên c{c mô hình ER thời gian bằng logic mô tả. Theo đó, cấu trúc của b|i b{o n|y được tổ

chức như sau. Đầu tiên l| phần giới thiệu về c{c mô hình ER thời gian. Tiếp đến l| phần giới

thiệu về logic mô tả có yếu tố thời gian. Trên cơ sở đó, chúng tôi trình b|y một phương ph{p

biểu diễn c{c mô hình ER thời gian bằng logic mô tả có yếu tố thời gian. Cuối cùng l| phần kết

luận.

2 Giới thiệu các mô hình ER thời gian

Trong CSDL thời gian, người ta đã đưa ra nhiều mô hình dữ liệu kh{c nhau, mỗi mô hình

đều có những ưu điểm v| nhược điểm nhất định. Mô hình ER thời gian (mô hình thực thể - mối

quan hệ có yếu tố thời gian) l| một mô hình được sử dụng để mô hình hóa CSDL có yếu tố thời

gian ở mức kh{i niệm. Mô hình ER thời gian được biểu diễn dưới dạng sơ đồ ER và cho phép

hỗ trợ c{c yếu tố thời gian bên trong sơ đồ, cụ thể l| thời gian hợp lệ (Valid Time) v| thời gian

giao tác (Transaction Time). Nó giúp chúng ta dễ d|ng thấy được sự t{c động của yếu tố thời

gian đối với mô hình dữ liệu này.

Hình 1. Một ví dụ về sơ đồ ER thời gian *4+


3

Có hai c{ch tiếp cận trong việc x}y dựng các mô hình ER thời gian, đó l| c{ch tiếp cận

không tường minh v| c{ch tiếp cận tường minh.

2.1 Mô hình ER thời gian theo phương pháp tiếp cận không tường minh

Phương ph{p tiếp cận không tường minh của mô hình ER thời gian cất giấu c{c khía

cạnh thời gian trong mô hình n|y. Theo đó, một mô hình ER thời gian không tường minh

không bao gồm bất kỳ một cấu trúc thời gian n|o bên trong một mô hình ER chuẩn. Mỗi cấu

trúc ER luôn được mô tả với một ngữ nghĩa thời gian, để cho thấy c{c tập thực thể hay c{c mối

quan hệ thời gian l| c{c đối tượng có khả năng thay đổi theo thời gian. Như vậy, mô hình thời

gian theo c{ch tiếp cận n|y tương tự như mô hình ER chuẩn v| khía cạnh thời gian chỉ được

hiểu ở mức ngữ nghĩa *4+.

Một mô hình ER có yếu tố thời gian theo c{ch tiếp cận không tường minh được x}y dựng

bắt đầu từ tập c{c tên tập thực thể, c{c tên mối quan hệ, c{c tên vai trò, c{c tên thuộc tính và các

tên miền trị.

Ngữ nghĩa của lược đồ ER được đưa ra bằng việc đặc tả các trạng th{i CSDL m| nó l| đặc

trưng cho cấu trúc thông tin được biểu diễn bởi lược đồ. Việc biểu diễn một mô hình ER thời

gian theo c{ch tiếp cận không tường minh l| phụ thuộc vào trạng thái CSDL ( ) ( ( ) )

có thể thay đổi theo thời gian [4]. Hay nói cách khác, trạng thái CSDL ( ) được tạo th|nh bởi

một tập hữu hạn kh{c rỗng l| tập tất cả c{c miền trị ph}n biệt được sử dụng trong lược đồ,

v| một h|m ( ) là một ánh xạ cho tương ứng một thành phần của mô hình ER thời gian với

một diễn giải của thành phần đó tại thời điểm t, cụ thể như sau:

- Mỗi miền trị D cho tương ứng với một tập ( ) tại thời điểm t.

- Mỗi tập thực thể E cho tương ứng với ( ) tại thời điểm t.

- Mỗi thuộc tính A có miền trị D của một tập thực thể E cho tương ứng với một hàm

( ) ( ) ( ) nhằm x{c định gi{ trị thuộc tính A của mọi thực thể thuộc E tại thời

điểm t.

- Mỗi mối quan hệ R bậc k (R có thể kèm các thuộc tính A1,…,Am với các miền trị tương

ứng lần lượt là D1,…,Dm) cho tương ứng với một tập ( ) c{c bộ được g{n nhãn trên .

Một bộ được g{n nhãn trên l| bao gồm thông tin về k thực thể tham gia v|o mối

quan hệ R và các giá trị tương ứng của m thuộc tính A1,…,Am (nếu có) tại thời điểm t.

Một trạng thái CSDL ( ) được coi là một trạng thái CSDL hợp lệ nếu nó thỏa mãn các

điều kiện sau:

- Mỗi cặp tập thực thể E1, E2 với E1 Isa E2, thì ( )

( )

tại mỗi thời điểm t.

- Nếu n, m là các giá trị tương ứng với các giá trị min, max trong ràng buộc bản số giữa

mối quan hệ R và tập thực thể E thì ( ): { ( )| , - + tại mỗi

thời điểm t, trong đó #S l| lực lượng của tập S.

Chúng ta xem xét mô hình ER ở Hình 1, phương ph{p tiếp cận không tường minh không

sử dụng c{c cấu trúc thời gian liên quan đến thời gian hợp lệ của c{c tập thực thể v| mối quan

hệ. Vì vậy, mô hình ở Hình 1 nên được sửa đổi, vì có một số cấu trúc không thích hợp. Chẳng

hạn, mối quan hệ Profit cần chuyển th|nh một thuộc tính của tập thực thể Department, mối quan

hệ Salary cần chuyển th|nh một thuộc tính của tập thực thể Employee, tập thực thể Work-period


4

không tồn tại vì nó biểu diễn thời gian hợp lệ của mối quan hệ Worksfor. Từ đó, ta có mô hình

ER thời gian theo c{ch tiếp cận không tường minh l| như Hình 2 sau:

Hình 2. Một mô hình ER thời gian theo c{ch tiếp cận không tường minh

Như vậy một mô hình ER thời gian theo c{ch tiếp cận không tường minh l| không chỉ rõ

ngữ nghĩa thời gian trên sơ đồ ER của nó. Vì vậy, chúng ta cần bổ sung thêm c{c r|ng buộc to|n

vẹn để biểu diễn ngữ nghĩa của thế giới thực hoặc ngữ nghĩa thời gian của mô hình.

2.2 Mô hình ER thời gian theo phương pháp tiếp cận tường minh

Kh{c với mô hình ER thời gian theo phương ph{p tiếp cận không tường minh l| cất giấu

khía cạnh thời gian bên trong cấu trúc của mô hình ER, mô hình ER thời gian theo c{ch tiếp cận

tường minh vừa giữ lại ngữ nghĩa phi thời gian cho c{c cấu trúc ER thông thường, mặt kh{c nó

còn bổ sung các cấu trúc mới cho phép biểu diễn các tập thực thể, c{c mối quan hệ thời gian và

các phụ thuộc thời gian giữa chúng [4]. C{c mô hình ER thời gian theo phương ph{p tiếp cận

tường minh đã được nghiên cứu như: TERM, RAKE, MOTAR, TEER, STEER, ERT,

TimeER,<*1+.

Đối với phương ph{p tiếp cận tường minh, việc biểu diễn mô hình có thể trở nên phức

tạp hơn do nó cho phép việc hỗ trợ yếu tố thời gian trên mô hình. Cụ thể, có một cấu trúc dữ

liệu mới được bổ sung để biểu diễn khía cạnh thời gian của mô hình. Việc thêm một cấu trúc

mới trong c{ch tiếp cận này là có lợi cho việc giữ nguyên ý nghĩa của mô hình ER thông

thường, đặc tính n|y được gọi l| khả năng tương thích hướng lên. Đặc tính quan trọng này

không thể thực hiện được trong phương pháp tiếp cận không tường minh. Thật vậy, nếu

phương pháp tiếp cận không tường minh không l|m thay đổi mô hình ER, thì ngược lại đối với

phương ph{p tiếp cận tường minh cho phép thiết kế CSDL mà có một số thành phần là phi thời

gian và các thành phần còn lại là có yếu tố thời gian.


5

3 Giới thiệu logic mô tả có yếu tố thời gian

Mục n|y giới thiệu kh{i qu{t về logic mô tả có yếu tố thời gian nhằm l|m cơ sở lý thuyết

cho việc sử dụng logic mô tả để biểu diễn các mô hình ER thời gian sẽ được trình b|y trong mục

sau.

3.1 Giới thiệu

Logic mô tả được x}y dựng dựa trên bộ từ vựng (bộ ký tự) gồm ba tập chứa các thành

phần cơ bản: tập tên cá thể (chứa tất cả các tên cá thể), tập tên khái niệm (chứa tên tất cả

các khái niệm), tập tên vai trò (chứa tên tất cả c{c vai trò).

Để biểu diễn tri thức bằng logic mô tả, công việc trước tiên ta phải l|m đó l| x}y dựng c{c

kh{i niệm từ c{c kh{i niệm nguyên tố, c{c vai trò nguyên tố v| c{c luật kh{i niệm. Hệ thống

kh{i niệm m| ta có được gọi l| hộp thuật ngữ (TBox). Đ}y l| một trong hai th|nh phần chính

của hệ cơ sở tri thức dựa v|o logic mô tả. Một th|nh phần chính kh{c của hệ cơ sở tri thức l|

hộp khẳng định (ABox). Hộp n|y chứa tập c{c khẳng định nhằm biểu diễn mối quan hệ giữa

kh{i niệm với c{ thể hay giữa hai c{ thể với nhau. Bên cạnh việc biểu diễn tri thức, phần quan

trọng kh{c của logic mô tả l| cung cấp c{c việc suy luận dựa trên tri thức đã được biểu diễn *9+.

Bên cạnh đó, để biểu diễn c{c yếu tố trong logic mô tả có thể thay đổi theo thời gian, một

mở rộng của logic mô tả đã ra đời l| logic mô tả có yếu tố thời gian (gọi tắt l| logic mô tả thời

gian). Trong logic mô tả thời gian, người ta bổ sung c{c to{n tử thời gian v| ngữ nghĩa của nó

giúp biểu diễn c{c kh{i niệm thay đổi theo thời gian.

3.2 Ngôn ngữ thuộc tính AL

C{c kh{i niệm phức tạp trong logic mô tả được x}y dựng bằng ngôn ngữ thuộc tính AL

(Attributive Language) hoặc c{c ngôn ngữ mở rộng của của ngôn ngữ thuộc tính AL, m| ta gọi

c{c ngôn ngữ n|y l| c{c “ngôn ngữ mô tả”. Từ c{c mô tả cơ sở l| c{c kh{i niệm v| vai trò

nguyên tố. C{c mô tả phức tạp được x}y dựng bằng việc kết hợp c{c mô tả cơ sở thông qua c{c

t{c tử. Người ta thường dùng ký tự A và B để biểu diễn kh{i niệm nguyên tố, ký tự R và P để

biểu diễn c{c vai trò, ký tự C và D để biểu diễn c{c kh{i niệm định nghĩa.

Ngôn ngữ mô tả cơ bản AL là ngôn ngữ có cú ph{p đơn giản nhất. Cú pháp của ngôn

ngữ mô tả AL được liệt kê trong bảng sau:

Bảng 1. Cú pháp của ngôn ngữ AL

(Khái niệm C, D l| được định nghĩa từ nguyên tố A)

⊤ (Khái niệm đỉnh)

(Khái niệm đ{y)

(Phủ định kh{i niệm nguyên tố A)

(Giao của hai khái niệm C, D)

(Lượng từ với mọi)

⊤ (Lượng từ tồn tại)

3.3 Cơ sở tri thức

Một cơ sở tri thức (KB) được biểu diễn bằng logic mô tả chứa hai th|nh phần chính.

Th|nh phần thứ nhất đó l| “hộp thuật ngữ” (TBox), nơi chứa đựng c{c kh{i niệm x}y dựng


6

bằng ngôn ngữ mô tả; th|nh phần thứ hai đó l| “hộp khẳng định” (ABox) l| nơi chứa c{c khẳng

định hay nói cụ thể hơn l| c{c mô tả về thế giới. Bên cạnh đó, bằng việc suy luận ta có thể nhận

ra được những tri thức đúng đắn *9+. Hình 3 minh họa kiến trúc chung của hệ logic mô tả.

Hình 3. Kiến trúc của hệ logic mô tả

3.3.1 Hộp thuật ngữ (TBox - Terminology)

Hộp thuật ngữ (TBox) được sử dụng để lưu trữ c{c thuật ngữ. Đó l| c{c kh{i niệm định

nghĩa được định nghĩa thông qua c{c kh{i niệm v| vai trò nguyên tố dựa trên các tác tử của

ngôn ngữ mô tả mà hệ thống sử dụng.

C{c tiên đề thuật ngữ thường có dạng:

( ) (tiên đề bao hàm)

( ) (tiên đề tương đương)

Trong đó: C, D l| c{c kh{i niệm; R, S là các vai trò.

3.3.2 Hộp khẳng định (ABox – Assertion Box)

Hộp khẳng định chứa c{c khẳng định để biểu diễn c{c c{ thể. Nếu ta ký hiệu c{c c{ thể

là a, b; c{c kh{i niệm là C, D và vai trò là R thì c{c khẳng định thường có dạng sau:

C(a) gọi l| khẳng định kh{i niệm

R(a, b) gọi l| khẳng định vai trò

¬R(a, b) gọi l| phủ định một khẳng định vai trò

a ≈ b gọi l| khẳng định đẳng thức

a ≄ b gọi l| khẳng định bất đẳng thức

Khẳng định kh{i niệm cho biết một c{ thể thuộc kh{i niệm n|o, khẳng định vai trò thể

hiện mối quan hệ giữa hai c{ thể, phủ định một khẳng định vai trò cho thấy hai c{ thể không có

mối quan hệ n|o đó, khẳng định đẳng thức thể hiện hai tên c{ thể giống nhau v| khẳng định

bất đẳng thức thể hiện hai tên c{ thể kh{c nhau.

3.4 Logic mô tả thời gian

Logic mô tả thời gian ALCQIT có được bằng c{ch kết hợp logic thời gian và logic mô tả

phi thời gian ALCQI.


7

3.4.1 Các logic thời gian được sử dụng trong logic mô tả thời gian

Các logic thời gian được sử dụng để mô tả sự thay đổi theo thời gian của các khái niệm

hoặc các vai trò, với các toán tử thời gian là ( ) và ( ). Ngoài ra còn có các

luật được bổ sung có cú ph{p được biểu diễn như bảng sau [5].

Bảng 4. Cú pháp của logic thời gian trong logic mô tả thời gian

+C |-C |*C |+C |-C |*C | C | C |C D |C D

+R |-R |*R |+R |-R |*R | R | R |R S |R S

Trong đó: C, D l| c{c kh{i niệm; R, S l| c{c vai trò; v| c{c to{n tử thời gian n|y mô tả như

sau: + (một thời điểm trong tương lai), - (một thời điểm trong qu{ khứ), + (bất cứ thời điểm

n|o trong tương lai), - (bất cứ thời điểm nào trong quá khứ), (tại thời điểm sau điểm thời

gian n|o đó) v| (tại thời điểm trước điểm thời gian n|o đó).

Các toán tử thời gian cho các khái niệm có thể được suy ra từ các toán tử cơ bản như sau:

+C ⊤ ; -C ⊤ ; C ; trong khi đó +, -, l| c{c đối số của +, -, . Đối với

toán tử thời gian * (tại một số thời điểm trong hiện tại) v| đối số của nó * (tại mọi thời điểm

trong hiện tại), chúng được định nghĩa tương ứng như sau: *C +C -C và *C

+C -C.

3.4.2 Ngữ nghĩa trong ALCQIT

Logic mô tả thời gian l| sự kết hợp của c{c logic thời gian v| logic mô tả phi thời gian,

nên nó cũng chứa c{c th|nh phần như c{ thế, kh{i niệm (kh{i niệm nguyên tố v| kh{i niệm

định nghĩa), vai trò (vai trò nguyên tố v| vai trò định nghĩa) v| c{c t{c tử được sử dụng để xây

dựng nên khái niệm v| vai trò định nghĩa từ các khái niệm và vai trò nguyên tố. Từ đó, ta có

ngữ nghĩa của logic mô tả ALCQIT được định nghĩa như sau *4+.

Một cấu trúc thời gian ( ), trong đó P là một tập hợp của c{c điểm thời gian và <

là các quan hệ thứ tự trên P. Một diễn giải thời gian ALCQIT trên T là một bộ ba ⟨ ( ) ⟩,

bao gồm:

- Một tập I của c{c c{ thể kh{c rỗng (miền diễn giải của I) và;

- Một h|m ( ).I t

(hàm diễn giải của I) là một ánh xạ tại mỗi thời điểm t P , sao cho:

o Mỗi khái niệm tương ứng với một tập con của ;

o Mỗi vai trò tương ứng với một tập con của .

Theo đó, ngữ nghĩa của ALCQIT được cho ở Bảng 5, với C, D là các khái niệm và R, S là

các vai trò.

Bảng 5. Ngữ nghĩa của ALCQIT

⊤ =

=

( ) = ( )

( ) = ( ) ( )


8

( ) = ( ) ( )

( ) = * | ( ) ( ) ( )+

( ) = * | ( ) ( ) ( )+

( ) = { | { ( ) ( ) ( )} }

( ) = { | { ( ) ( ) ( )} }

( ) = * | ( ( ) ( ) ( ))+

( ) = * | ( ( ) ( ) ( ))+

(+C) = * | ( )+

(-C) = * | ( )+

(+C) = * | ( )+

(-C) = * | ( )+

( ) = ( ) ( )

( ) = ( ) ( )

( ) = ( ) ( )

( ) = *( ) |( ) ( )+

( ) = ( ) ( )

( ) = *( ) | (( ) ( ) ( ) ( ) ( ))+

( ) = *( ) | (( ) ( ) ( ) ( ) ( ))+

(+R) = *( ) | ( ) ( )+

(-R) = *( ) | ( ) ( )+

(+R) = *( ) | ( ) ( )+

(-R) = *( ) | ( ) ( )+

3.4.3 Cơ sở tri thức ALCQIT

Một cơ sở tri thức là một tập hữu hạn c{c tiên đề thuật ngữ có dạng . Một diễn

giải I trên một cấu trúc thời gian ( ) thỏa mãn tiên đề thuật ngữ , nếu ( ) ( )

cho mỗi . Một cơ sở tri thức thỏa mãn cấu trúc thời gian T, nếu có một diễn giải thời gian

I trên T thỏa mãn tất cả c{c tiên đề trong . Trong trường hợp n|y I được gọi l| một mô hình

trên T của . Việc kiểm tra tính thỏa mãn của cơ sở tri thức (KB) cho thấy có ít nhất một mô hình

cho cơ sở tri thức. Cơ sở tri thức suy dẫn logic được một tiên đề trong cấu trúc thời gian

T (ký hiệu ) nếu được thỏa mãn bởi mỗi mô hình trên T của . Trong trường

hợp tiếp theo, cho rằng khái niệm C được gộp vào bởi khái niệm D trong cơ sở tri thức và cấu

trúc thời gian T. Khái niệm gộp vào có thể được chuyển về khái niệm thỏa mãn vì C được gộp

vào bởi D trong , nếu và chỉ nếu không thỏa mãn trong .

4 Mô hình hóa mô hình ER thời gian bằng logic mô tả

Việc biểu diễn một mô hình ER thời gian bằng logic mô tả được thực hiện thông qua việc

định nghĩa một h|m chuyển đổi từ mô hình ER thời gian sang cơ sở tri thức ALCQIT.


9

Như đã đề cập ở Mục 2, có hai phương pháp tiếp cận trong việc x}y dựng một mô hình

ER thời gian, đó l|: phương ph{p tiếp cận không tường minh và phương ph{p tiếp cận tường

minh. Chính vì v}y, để mô hình hóa các mô hình ER thời gian, ta cần thực hiện việc biểu diễn

n|y trên mỗi phương ph{p tiếp cận cụ thể. Tuy nhiên, nghiên cứu n|y chỉ tập trung v|o việc

mô hình hóa đối với c{c mô hình ER không tường minh.

Trước tiên, chúng ta xem xét việc chuyển đổi một mô hình ER (m| không xét đến c{c

r|ng buộc to|n vẹn) sang cơ sở tri thức ALCQIT như sau.

4.1 Chuyển đổi mô hình ER thời gian không tường minh sang cơ sở tri thức

Cho một mô hình ER . Khi đó, cơ sở tri thức gọi l| được chuyển đổi từ lược đồ

thông qua hàm ( ), nếu bao gồm 3 tập hợp sau:

Tập các khái niệm nguyên tố ( ) tương ứng cho từng tên miền trị, tên tập thực thể

và tên mối quan hệ A trong mô hình ER ;

Tập các vai trò nguyên tố ( ) tương ứng cho tên các thuộc tính và tên các vai trò của

một mối quan hệ P trong mô hình ER ;

Tập c{c tiên đề thuật ngữ của bao gồm c{c th|nh phần sau:

o Mỗi mối quan hệ IS-A giữa hai tập thực thể E1, E2 (hoặc hai mối quan hệ tương ứng

R1, R2) với E1 Isa E2 (hoặc R1 Isa R2) trong thì ta có tiên đề thuật ngữ sau: ( )

( ) (hoặc ( ) ( ))

Ví dụ 1. Áp dụng mô hình Hình 2. Ta có:

o Mỗi tập thực thể E với các thuộc tính A1,…,Ah tương ứng với các miền trị D1,…,Dh

thì ta có tiên đề thuật ngữ sau: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ( )) ( ( ))

Ví dụ 2. Áp dụng mô hình Hình 2. Để mô hình hóa c{c thuộc tính cho tập thực thể

Employee, giả sử ta có c{c miền tương ứng IDEmp: String, Firstname: String, Lastname:

String, Birthday: Date, Salary: Integer. Ta có tiên đề thuật ngữ sau:

( ) ( )

( ) ( ) ( )

o Mỗi mối quan hệ R với các thuộc tính A1,…,Ah tương ứng với các miền trị D1,…,Dh

thì ta có tiên đề thuật ngữ sau: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ( )) ( ( ))

Ví dụ 3.Áp dụng mô hình Hình 2. Để mô hình hóa các thuộc tính cho mối quan hệ

Manages, giả sử ta có các miền tương ứng Startdate: Date, Type: String. Ta có tiên đề

thuật ngữ sau:

( ) ( )

o Mỗi mối quan hệ R bậc k giữa các tập thực thể E1,…,Ek mà R được nối bởi k vai trò

U1,…,Uk thì ta có tiên đề thuật ngữ sau:


10

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( )) ( ( ))


( ) ( )

o Đối với c{c gi{ trị n, m tương ứng với gi{ trị (min, max) trong r|ng buộc về bản số,

trên vai trò U nối giữa mối quan hệ R v| tập thực thể E, và:

- Nếu thì ta có tiên đề thuật ngữ sau: ( ) ( ( ( )) ( )) với

* +

- Nếu thì ta có tiên đề thuật ngữ sau: ( ) ( ( ( )) ( )) với

* +


( ) ( )

( ) ( ) ( )

Ta có thể biểu diễn tiên đề n|y rút gọn như sau:

( ) ( ) ( )

o Mỗi cặp ký hiệu X1, X2 mà:

- , hoặc:

- ,

thì ta có tiên đề thuật ngữ sau: ( ) ( ), với D l| tập tên miền trị; R l| tập tên mối

quan hệ v| E l| tập tên c{c tập thực thể.

o Đối với mỗi thuộc tính A là thuộc tính khóa của tập thực thể E thì ta có tiên đề

thuật ngữ sau:

( ) ( ( ))

⊤ ( ( ( )) ( )

Ví dụ 6. Áp dụng mô hình Hình 2 Biểu diễn sau đ}y l| mô hình hóa cho thuộc tính

IDDepart l| khóa của tập thực thể Department:

( )

⊤ ( )

o Nếu tập thực thể E là tổng quát hóa của các tập thực thể tách biệt nhau E1,…,En thì

có thể được chuyển th|nh c{c tiên đề thuật ngữ sau:

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) ( )


11

Ví dụ 7. Giả sử ta có tập thực thể Professor. Mỗi Professor có thể l| một Associate

Professor (AssProfessor) hoặc là một Full Professor (FullProfessor). Chúng ta biểu diễn

như sau:

o Mỗi tập thực thể E với c{c thuộc tính A1,…,Ap, Ap+1,…,Ah tương ứng với c{c miền trị

D1,….,Dp,Dp+1,…,Dh , trong đó A1,..,Ap l| c{c thuộc tính đơn trị v| Ap+1,…,Ah là các

thuộc tính đa trị, thì ta có tiên đề thuật ngữ sau:

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) . ( ) ( )/

( ( ) ( )) ( ( )) . ( )/ . ( ) ( )/

( ( ) ( ))

o Nếu một tập thực thể E có thuộc tính A l| thuộc tính phức hợp với các thành phần

A1,…,Ap thì ta có tiên đề thuật ngữ cho biểu diễn như sau:

( ) ( ) ( ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ))

. ( )/) ( ( ))

Ví dụ 8.

Hình 4. Ví dụ về thuộc tính đa trị

Trong ví dụ trên, tập thực thể Department có thuộc tính Locations là thuộc tính đa trị, ta có

tiên đề thuật ngữ biểu diễn như sau:

( ) ( )

( ) ( )) ( )

Ví dụ 9.

Hình 5. Ví dụ về thuộc tính phức hợp


12

Trong Hình 5 tập thực thể Employee có thuộc tính Name là thuộc tính phức hợp với hai

thuộc tính thành phần là FirstName và LastName, ta sẽ có tiên đề thuật ngữ biểu diễn như sau:

(

( ) ( ))

( )

( ) ( ) ( )

Ngoài ra, r|ng buộc to|n vẹn thời gian này được biểu diễn trong logic mô tả bằng c{ch bổ

sung thêm c{c tiên đề thuật ngữ trong . Một tiên đề thuật ngữ biểu diễn một bao h|m giữa c{c

kh{i niệm. Do vậy, một r|ng buộc to|n vẹn l| dạng phụ thuộc bao h|m được biểu diễn trong

logic mô tả thời gian ALCQIT.

4.2 Phụ thuộc bao hàm

Một ràng buộc toàn vẹn cho một mô hình ER là phụ thuộc bao hàm có thể được biểu

diễn trong cơ sở tri thức tương ứng với bằng một tiên đề thuật ngữ có dạng , trong đó

kh{i niệm nguyên tố xuất hiện trong C, tương ứng với các tên miền trị, tập thực thể, hoặc mối

quan hệ trong .

Việc chuyển đổi có một sự tương ứng giữa các trạng thái CSDL hợp lệ của và các mô

hình của cơ sở tri thức được suy ra. Việc xuất hiện của sự tương ứng n|y kéo theo một sự

tương ứng giữa c{c giải ph{p cho việc kiểm tra một tính chất trong mô hình ER và việc suy luận

tương ứng trong logic mô tả, v| ngược lại. Vì vậy, nó có thể khai th{c c{c thủ tục suy diễn trong

logic mô tả để kiểm tra các tính chất của lược đồ ER [4].

Ví dụ 10. Xét ví dụ được cho ở Hình 2, việc mã hóa các ràng buộc toàn vẹn này, được

biểu diễn bằng c{c tiên đề thuật ngữ trong một cơ sở tri thức như sau:

( )

R|ng buộc trên thể hiện rằng tất cả c{c người quản lý có đủ điều kiện sau khi họ đã trải

qua một thời gian là nhân viên và không phải l| người quản lý.

Thật ra, các ràng buộc toàn vẹn là các phép suy dẫn logic từ , chẳng hạn:

( )

Ràng buộc trên thể hiện rằng mỗi dự án có tồn tại một nhân viên làm việc cho dự {n đó

mà người này không phải l| người quản lý.

( )

R|ng buộc trên biểu diễn rằng mọi người quản lý cần phải có thời gian l|m việc trong

qu{ khứ cho một dự {n (có thể l| một dự {n kh{c).

5 Kết luận

Trong b|i b{o chúng tôi đã trình b|y việc biểu diễn c{c mô hình ER thời gian không

tường minh bằng logic mô tả thời gian. Ngoài ra, chúng tôi đã bổ sung việc biểu diễn c{c thuộc

tính đa trị v| phức hợp trên c{c mô hình ER thời gian bằng các tiên đề bao hàm trong logic mô

tả.

Việc biểu diễn c{c mô hình ER thời gian tường minh bằng logic mô tả thời gian cũng

đang được chúng tôi quan t}m nghiên cứu theo c{ch thực hiện việc biểu diễn mô hình ER thời


13

gian tường minh bằng một mô hình ER không tường minh, từ đó {p dụng c{c kết quả nghiên

cứu trên để.thực hiện việc biểu diễn n|y bằng logic mô tả. Bấy giờ kết quả nghiên cứu cho cách

tiếp cận nói trên sẽ được xem như một hệ quả của nghiên cứu được ban đến trong bài báo này.


14

Tài liệu tham khảo

1. Quang Hoang, Van Toan Nguyen, “Extraction of a temporal conceptual model from a relational

database”, International Journal of Intelligent Information and Database Systems, Vol. 7, No. 4,

pp.340-355, 2013.

2. A. Artale, and E. Franconi, “Foundations of Conceptual Data Models”. In Conceptual Modeling:

Foundations and Applications, volume 5600 of Lecture Notes in Computer Science, 2009.

3. A. Artale, and E. Franconi, “Reasoning with Enhanced Temporal Entity-Relationship Models”. In

Proc. of the International Workshop on Spatio-Temporal Data Models and Languages. IEEE

Computer Society Press. Also in Proc. of the 6th International Workshop on Knowledge

Representation meets Databases (KRDB’99), and in Proc. of the 1999 International Workshop on

Description Logics (DL’99), 1999.

4. A. Artale, and E. Franconi, “Temporal ER Modelling with Description Logics”, In Proc. of the

Internation Conference on Conceptual Modeling (ER’99), 1999.

5. A. Artale, E. Franconi, and F. Mandreoli, “Description Logics for Modelling Dynamic Information”.

In J. Chomicki, R. van der Meyden, and G.Saake, editors, Logics for Emerging Applications of

Databases. Lecture Notes in Computer Science, 2003.

6. A. Artale, E. Franconi, F. Wolter, and M. Zakharyaschev, “Reasoning over Conceptual Schemas and

Queries in Temporal Database”. In Proc. of the 9th Italian Database Conference, 2002.

7. A. Artale, R. Kontchakov, V. Ryzhikov, and M. Zakharyaschev, “Tailoring Temporal Description

Logics for Reasoning over Temporal Models”. Lecture Notes in Computer Science, 2011.

8. D. Calvanes, M. Lenzerini, and D. Nardi, “Description Logics for Conceptual Data Modeling”. In Jan

Chomicki and Günter Saake, editors, Logics for Databases and Information Systems. Kluwer

Academic Publisher, 1998.

9. F. Baader, D. Calvanese, D. McGuinness, D. Nardi, and P.F. Patel-Shneiter, “The Description Logic

Handbook: Theory, Implementation and Applications”, Cambridge University Press, 2nd edition,

2007.

10.Sebastain Rudolph, “Foundations of Description Logics”, Karlsruhe Institute of Technology,

Germany, 2011.


15

EXPRESSING A TEMPORAL ENTITY-RELATIONSHIP MODEL AS

DESCRIPTION LOGIC

Hoang Quang, Nguyen Viet Chanh

Faculty of Information Technology – College of Sciences, Hue University

77 Nguyen Hue street, Hue city, VietNam [email protected], [email protected]

Abstract: The relationship between Description Logic (DL) and database is quite close.

Indeed, the needs of the building systems that can both manage a database and knowledge

representation are really necessary. A description-logic based knowledge representation

system is not only the knowledge management, but also provides a standard framework

which is seen to be close to the language used to represent the Entity-Relationship model

(ER model).

On the other hand, the temporal ER model is used to model the time aspects of the

conceptual database schema. Thus, the problem of the use of description logic to express

temporal ER models is really useful for modeling the conceptual data models. Based on the

temporal DL, Alessandro Artale et al (2011) presented temporal ER schemas and integrity

constraints in the form of complex inclusion dependencies. The paper approaches the

representation method of Alessandro Artale and proposes mapping multi-valued attributes

in the temporal ER model to DL.

Keywords: ER model, Temporal ER model, Description logic, Temporal description logic.

mailto:[email protected]

BIỂU DIỄN CÁC MÔ HÌNH THỰC THỂ MỐI QUAN …it.husc.edu.vn/Media/ChuyenMuc/KhoaHoc/Hoithao-Hoinghi/...nghĩa, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, quản trị cơ sở dữ

Documents