Luận Văn chuyển đổi từ mô hình uml sang owl ontology và ứng dụng

MỤC LỤC
TÓM TẮT NỘI DUNG . .7
MỞ ĐẦU . .8
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ UML VÀ OWL ONTOLOGY . .9
1.1. Ngôn ngữ UML (Unified Modeling Language) . .9
1.1.1. Ngôn ngữ mô hình hóa UML . .9
1.1.2. Một số thành phần chủ yếu của ngôn ngữ UML . 9
1.2. Ontology . .14
1.3. OWL (Web Ontology Language) . .14
1.3.1. Các mức của OWL . 15
1.3.2. Bản mô tả từ vựng ngôn ngữ OWL Lite . .15
1.4. OWL Ontolgogy . .24
1.4.1. Các phần tử trong OWL Ontology . .25
1.4.2. Một số công cụ hỗ trợ việc xây dựng OWL Ontology . .25
CHƯƠNG 2: CÁC QUY TẮC CHUYỂN ĐỔI TỪ MÔ HÌNH UML SANG OWL
ONTOLOGY . 32
2.1. Giới thiệu . 32
2.2. Quy tắc chuyển đổi từ mô hình UML sang OWL Ontology . 32
2.2.1 Gói (Package) . .33
2.2.2. Lớp (Class) . 34
2.2.3. Chú thích . 35
2.2.4. Giao diện (Interface) . 36
2.2.5. Tổng quát hóa . .36
2.2.6. Liên kết (Association) . .37
2.2.7. Các vai trò (Roles) . .41
2.2.8. Các thuộc tính (Attributes) . 41
2.2.9. Ràng buộc số lượng . .42
2.2.10. Mối quan hệ phụ thuộc . 44
2.2.11. Liệt kê . .45
2.2.12. Kết tập . .46
2.2.13. Phương thức . .47
CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH THỰC HIỆN KIỂM TRA KẾT QUẢ ÁP DỤNG MẪU
VÀO MÔ HÌNH THIẾT KẾ UML . 50
3.1. Giới thiệu . 50
3.2. Mẫu Union Pattern (UP) . .50
3.2.1. Giới thiệu . .50
3.2.2. Các tính chất cấu trúc cần đảm bảo . 51
3.2.3. Một số trường hợp áp dụng sai mẫu Union Pattern . 52
3.3. Mẫu thiết kế Composite . 53
3.4. Bài toán . 55
3.4.1. Các bước thực hiện . 56
3




CHƯƠNG 4: KIỂM TRA KẾT QUẢ TÍCH HỢP MẪU UNION PATTERN VÀO MÔ
HÌNH THIẾT KẾ HÀNH VI CÁC CON VẬT . 58
4.1. Mô tả bài toán cụ thể . .58
4.2. Các bước thực hiện . .60
4.2.1. Bước 1: Biển đổi hai biểu đồ lớp UML sang siêu mô hình . .60
4.2.2. Bước 2: Chuyển đổi từ siêu mô hình UML sang OWL Ontology . 60
4.2.3. Các luật ràng buộc : . .73
4.2.4. Bước 3: Kiểm tra bằng công cụ . .75
4.3. Kết quả kiểm tra và đánh giá. .75
CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT . .76
5.1. Kết quả đạt được: . 76
5.2. Kết luận . 76
PHỤ LỤC 1 . .77
PHỤ LỤC 2 . .91
Tài liệu tham khảo . .104

MỞ ĐẦU
UML là ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất, với các kí hiệu trực quan nên
được sử dụng phổ biến trong ngành công nghiệp phần mềm. Một mô hình UML
thường chứa nhiều biểu đồ thể hiện các khía cạnh khác nhau của hệ thống và
thêm vào đó là các ràng buộc được mô tả bằng lời hoặc bằng ngôn ngữ ràng buộc
đối tượng để cho ngữ nghĩa của các yếu tố mô hình được chặt chẽ hơn.
Để kiểm tra các yếu tố mô hình UML có thỏa mãn một số thuộc tính đã
được định nghĩa, chúng ta không thể thực hiện được bằng các công cụ đặc tả
UML hiện tại. Cho đến nay, chúng ta thường phải chuyển mô hình UML sang đặc
tả bằng các ngôn ngữ có tính hình thức cao hơn và sử dụng các công cụ hỗ trợ
ngôn ngữ đó để phân tích tính đúng đắn của đặc tả.
Dựa trên hướng nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất sử dụng ngôn ngữ OWL
và Prolog để kiểm tra các yếu tố của mô hình UML. Theo cách tiếp cận này, các
yếu tố của mô hình sẽ được chuyển đổi sang các yếu tố tương ứng của đặc tả
OWL, còn các ràng buộc sẽ được mô tả bằng Prolog. Khóa luận này tập trung vào
tìm hiểu cách thức chuyển đổi từ đặc tả UML sang đặc tả OWL, sử dụng Prolog
để thể hiện các ràng buộc cho các yếu tố mô hình và thực hiện một ứng dụng thử
nghiệm.
Bài toán được chọn để thực hiện ứng dụng thử nghiệm là kiểm tra kết quả áp
dụng mẫu thiết kế cho một mô hình UML cho trước. Mẫu thiết kế cung cấp giải
pháp tốt để giải quyết các vấn đề gặp phải trong giai đoạn thiết kế. Các giải pháp
này được thẩm định nhiều lần trong các dự án thực tế trước đây, và nếu áp dụng
đúng các giải pháp mẫu đưa ra thì chúng ta sẽ thu được thiết kế có kiến trúc tốt
hơn so với mô hình ban đầu. Tuy nhiên, trong thực tế đã có rất nhiều trường hợp
áp dụng sai giải pháp mẫu đưa ra, dẫn đến mô hình thiết kế mới không thỏa mãn
các tính chất cấu trúc của giải pháp mẫu.
Khóa luận sẽ trình bày quy trình chuyển đổi các mô hình UML sang đặc tả
bằng ngôn ngữ OWL, các tính chất cấu trúc của giải pháp mẫu được mô tả bằng
Prolog để có thể kiểm tra được tính đúng đắn của việc áp dụng mẫu bằng công cụ
tự động. Việc xây dựng công cụ sử dụng ở đây được thực hiện bởi khóa luận tốt
nghiệp của sinh viên Vũ Văn Thế.
Cấu trúc của Khóa luận này bao gồm năm chương. Chương 1 trình bày khái
quát về UML, OWL Ontology và bản mô tả từ vựng của OWL cùng các mức của
nó. Chương 2 trình bày về các quy tắc chuyển đổi từ mô hình UML sang OWL
Ontology. Chương 3 trình bày về quy trình thực hiện kiểm tra kết quả áp dụng
mẫu vào mô hình thiết kế UML. Chương 4 sẽ thực hiện kiểm tra kết quả tích hợp
mẫu Union Pattern vào mô hình thiết kế cụ thể, và chương 5 sẽ tổng kết những
kết quả đạt được.
Trước tiên, để hiểu được các quy tắc chuyển đổi từ UML sang OWL
Ontology, ta cần hiểu được các khái niệm thế nào là UML, Ontology và OWL
Ontology. Và chương 1 sẽ trình bày chi tiết và rõ ràng hơn về vấn đề này.
8




CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ UML VÀ
OWL ONTOLOGY
1.1. Ngôn ngữ UML (Unified Modeling Language)
1.1.1. Ngôn ngữ mô hình hóa UML
Ngôn ngữ mô hình hóa UML là một ngôn ngữ biểu diễn mô hình theo
phương pháp hướng đối tượng được xây dựng bởi ba tác giả là: James Rumbaugh,
Grady Booch và Ivar Jacobson với mục đích là:
 Thứ nhất là tạo ra một công cụ để có thể mô hình hóa các hệ thống sử
dụng các khái niệm hướng đối tượng.
 Thứ hai là, nó sẽ thiết lập một mối liên hệ từ nhận thức của con người
đến các sự kiện cần mô hình hóa.
 Thứ ba, nó sẽ giải quyết vấn đề về thừa kế trong các hệ thống phức tạp,
có nhiều ràng buộc khác nhau.
 Và cuối cùng, nó tạo nên một ngôn ngữ mô hình hóa mà cả con người và
máy tính đều có thể hiểu được.
Như vậy, ngôn ngữ UML là ngôn ngữ biểu diễn mô hình, nó dựa trên một
tập hợp các kí tự để xây dựng các mô hình của hệ thống. Mỗi một thành phần
của nó mang một ý nghĩa khác nhau để có thể biểu diễn các khía cạnh khác nhau
của hệ thống. Để tìm hiểu thêm về UML, phần tiếp theo chúng ta sẽ nói kĩ hơn
về một số thành phần cơ bản của nó.
1.1.2. Một số thành phần chủ yếu của ngôn ngữ UML
1.1.2.1. Các loại biểu đồ
Trong UML có rất nhiều loại biểu đồ khác nhau được sử dụng để cung cấp
một cái nhìn chi tiết nhất về tất các các khía cạnh của hệ thống. Đầu tiên là biểu
đồ Ca sử dụng, sau đó là các Biểu đồ tuần tự, Biểu đồ cộng tác, Biểu đồ lớp, Biểu
đồ đối tượng, Biểu đồ chuyển trạng thái, v.v
o Biểu đồ Ca sử dụng
Biểu đồ này mô tả chức năng mà hệ thống cung cấp, đó là các hành vi,
nhiệm vụ của hệ thống mà người sử dụng mong muốn nó thực hiện, nó không
miêu tả các chức năng hoạt động bên trong hệ thống ra sao.