Conceptual Modelling

2020/2021

Academic Year

RUS

Instruction in Russian

5

ECTS credits

Delivered at:

Department of Information Systems and Technologies (Faculty of Informatics, Mathematics, and Computer Science (HSE Nizhny Novgorod))

Course type:

Elective course

When:

1 year, 3, 4 module

Instructors

Babkin, Eduard

Gromoff, Alexander

Программа дисциплины

Аннотация

Разработка моделей индивидуального или коллективного понимания и описания окружающего мира в виде компьютерных артефактов является важным элементом профессиональной подготовки современного специалиста области цифровизации. Эти знания и навыки чрезвычайно востребованы в задачах семантической интеграции, поддержки принятия решений, построения моделей архитектуры предприятия, управления требованиями к ИТ- системам. В международной научной практике совокупность подходов к такого вида моделированию и навыки работы с соответствующими инструментами называется концептуальным моделированием. В рамках этого курса "концептуальное моделирование" будут рассмотрены основополагающие вопросы представления в виде компьютерных моделей ключевых элементов индивидуально-субъектного и коллективного представления таких элементов действительности, как идентичность, часть-целое, изменения во времени, событие, ситуация, отношение и ряд других. Студенты получат возможность ознакомиться с тем, как эти традиционные для философии аспекты сегодня находят отражение в компьютерных моделях, представляются и анализируются с помощью различных методов концептуального моделирования (DOLCE, OntoUML, BORO), каким образом используются в процессе моделирования и анализа современной организации. Курс предназначен для магистров Бизнес-информатики первого года обучения, для изучения курса необходимы базовые знания по структурам данных, желательно, но необязательно базовое знание нотации UML.

Цель освоения дисциплины

• Формирование четкого представления о месте и функциях концептуального моделирования в системе профессиональных знаний специалиста по бизнес-информатике.
• Выработка научных подходов к классификации и концептуализации информации о предметной области на основе современных методов таксономии и различных методов онтологического инжиниринга.
• Создание устойчивого навыка практического использования современных инструментов и программных систем в ходе моелирования организации, разработки ИС, решения задач семантической интеграции.

Планируемые результаты обучения

• Знать базовые определения по предмету
• Демонстрировать примеры последствий при некачественном концептуальном моделировании
• Уметь сопоставлять понятия КМ с понятиями архитектуры предприятия, программной инженерии, управления знаниями
• Знать генезис теории и методов концептуального моделирования
• Уметь дать определение для "понятие", "термин", "концепт", указав на общие и отличительные свойства
• Уметь дать объяснение понятию "семантический треугольник"
• Уметь дать характеристику разным типам классификации
• Знать основные типы классификаторов, применяемых в организационной деятельности
• Уметь дать определение основным разделам философии "метафизика", "онтология", "эпистемология", "этика"
• Уметь дать краткую характеристику основных онтологических проблем "часть-целое", "изменение", "событие"
• Знать подходы к решению основных онтологических проблем в различных философских школах
• Знать отличия номенклатур от классификаторов
• Уметь составлять простейшие номенклатуры по описаниям предметной области
• Знать общие и отличительные особенности трех видов классификаций
• Уметь разрабатывать три вида классификаций по описанию предметной области
• Знать назначение основных отраслевых классификаторов, используемых в орг. деятельности на территории РФ
• Уметь применять отраслевые классификаторы по результатам анализа описания предметной области
• Уметь дать характеристику подхода к определению семантики в теории концептуальных пространств
• Уметь строить концептуальное описание объектов в соответствии с теорией Гарденфорса
• Уметь строить концептуальное описание действий соответствии с теорией Гарденфорса
• Уметь строить концептуальное описание событий в соответствии с теорией Гарденфорса
• Уметь дать характеристику подхода к определению семантики в онтологии BWW
• Уметь строить концептуальное описание сущностей в соответствии с онтологией BWW
• Уметь строить концептуальное описание процессов изменений в соответствии с онтологией BWW
• Уметь определять состав и границы моделируемой системы в соответствии с онтологией BWW
• Уметь определять общие и отличительные характеристики различных видов онтологий в соответствии с классификацией Гуарино
• Уметь дать характеристику подхода к определению семантики в онтологии UFO
• Уметь строить концептуальное описание объектов в соответствии с онтологией UFO
• Уметь строить концептуальное описание процессов изменений в соответствии с онтологией UFO
• Уметь строить концептуальное описание процессов и результатов социального взаимодействия в соответствии с онтологией UFO
• Уметь определять разработанную онтологию UFO на языке OntoUML
• Уметь дать характеристику подхода к определению семантики в теории BORO
• Уметь строить концептуальное описание бизнес-объектов в соответствии с теорией BORO
• Уметь строить концептуальное описание процессов и результатов изменений в соответствии с теорией BORO
• Уметь дать характеристику основным составляющим теории речевых актов Ю. Хабермаса на конкретных примерах
• Уметь дать характеристику подхода к определению семантики в теории Enteprise Ontology
• Уметь строить концептуальное описание процесса коммуникации в соответствии с теорией Enteprise Ontology
• Уметь строить концептуальное описание состояний мира в соответствии с теорией Enterprise Ontology
• Уметь аргументированно дать оценку качеству предъявленной концептуальной модели
• Уметь называть характеристики основных этапов процесса онтологического инжиниринга
• Уметь продемонстрировать наличие основных онтологических шаблонов по предъявленным примерам концептуальных моделей
• Знать название и назначение основных классов инструментальных средств, используемых в ходе онтологического инжиниринг
• Знать основные общие и отличительные черты известных отраслевых стандартов на основе онтологий
• Уметь дать основную характеристику модельно-ориентированным методам разработки информационных систем
• Уметь дать основную характеристику предметно-ориентированным методам разработки информационных систем
• Уметь использовать язык RDF для кодификации предметных онтологий
• Уметь использовать язык SPARQL для обработки предметных онтологий
• Знать основные способы использования специализированных СУБД и хранилищ для работы с онтологиями
• Знать основные способы использования библиотеки JENA и OWLREADY2
• Знать приемы практической разработки и анализа онтологий в среде Protege
• Уметь классифицировать проблему интероперабельности по разным уровням по предъявленному описанию предметной области
• Знать основные приемы КМ для решения проблем интероперабельности в логистике
• Знать основные приемы КМ для решения проблем интероперабельности в медицине
• Знать основные приемы КМ для решения проблем коммуникации в программной инженерии
• Знать основные приемы КМ для решения проблем поддержки принятия решений в образовании
• Знать назначение и ожидаемый результат для процедур валидация и верификации концептуальных моделей
• Уметь определять вычислительную концептуальную модель средствами реляционной логики
• Уметь выполнять анализ модели на языке реляционной логики в среде MIT Alloy Analyzer
• Понимать генетическую связь между методами КМ и Искусственного Интеллекта
• Уметь дать описание остовых характеристик научного подхода к автоматической генерации понятий (концептов)
• Уметь дать общее описание перспективным путям развития теории и методов КМ

Содержание учебной дисциплины

• Введение в концептуальное моделирование
  Базовое определение КМ Базовое определение информационной системы Взаимосвязь с системным взглядом на организацию Повышение роли КМ в процессе цифровизации Пререквизиты для изучения Знакомство со структурой, соержанием, задачами и материалами курса Суть понятия онтология в КМ
• Взаимосвязь КМ с когнитивной лингвистикой и таксономией
  Понятие, термин, концепт в современной когнитивной лингвистике Роль понятий в восприятии объектов Взаимосвязь с системным анализом КМ и Информационнные системы в организации Концептуальная модель, схема Научные основы классификации, способы классификации Существующие классификаторы
• Философские основы концептуального моделирования
  Определение метафизики и эпистемологии Ключевые философские проблемы сквозь призму концептуального моделирования Основы философской доктрины Марио Бунге Элементы современной аналитической философии
• Простейшие инструменты и формы концептуализации
  Номенклатуры Классификации Назначение и способ разработки ментальный карт Основные элементы реляционной модели данных Диграммы сущность-связь Многомерное концептуальное представление
• Концептуальные пространства П. Гарденфорса
  Определение семантики в теории Гарденфорса Категория объектов Моделирование свойств Моделирование действий Моделирование событий
• Теория концептуализации: онтология Бунге-Ванга-Вебера (BWW)
  Определение семантики в онтологии BWW Научный метод построения онтологии Моделирование субстанции, формы и сущности Моделирование изменений Определение конкретной системы
• Теория концептуализации:UFO
  Классификация онтологий по Н. Гуарино Определение семантики в онтологии Ж. Гиззарди Моделирование сущности Моделирование свойств и ролевых позиций Моделирование состояний и изменений Моделирование социальных взаимодействий Онтология UFO и язык OntoUML
• Теория концептуализации:BORO
  Определение семантики в онтологии К.Партриджа Моделирование бизнес-объектов Принципы 4хмерного моделирования Моделирование состояний и измененений
• Теория концептуализации: Основы Enterprise Ontology
  Базовые принципы теории речевых актов Ю. Хабермаса Определение семантики в онтологии Я. Дитца Моделирование взаимодействия Моделирование состояний и изменений"
• Методология и стандартизация
  Понятие метода онтологического инжинринга Критерии сравнения и оценки концептулаьных моделей Принципы инструментальной поддержки КМ Семантические паттерны Стандарты орг. деятельности на основе онтологий
• Взаимосвязь ИТ и концептуального моделирования
  Модельно-ориентированная разработка Предметно-ориентированная разработка Semantic Web RDF/OWL SHACL Логический вывод Графовые базы данных Семантические хранилища
• Типовые примеры использования результатов КМ в бизнес-информатике
  Общая проблема интероперабельности и поддержки коммуникации Задачи КМ в Логистике Задачи КМ в Управлении требованиями Задачи КМ при поддержке принятия решений в образовании Задачи КМ в Медицине
• Формализация вычислительных аспектов КМ
  Валидация и верификация концептуальных моделей Требования к формальным методам Реляционная логика как инструмент проверки концептуальных моделей Система MIT Alloy Analyzer
• Перспективы развития теории и методов КМ
  Взаимосвязь КМ и ИИ Разработка методов автоматической генерации концептов Развитие языков моделирования"

Элементы контроля

• Индивидуальный проект 1
• Индивидуальный проект 2
• Групповой проект 1
• Групповой проект 2
• Экзамен в виде теста в ЛМС

Промежуточная аттестация

• Промежуточная аттестация (4 модуль)
  0.2 * Групповой проект 1 + 0.2 * Групповой проект 2 + 0.2 * Индивидуальный проект 1 + 0.2 * Индивидуальный проект 2 + 0.2 * Экзамен в виде теста в ЛМС

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

• Allemang, Dean, and James Hendler. Semantic web for the working ontologist: effective modeling in RDFS and OWL. Elsevier, 2011.
• Copyright Chris Partridge. (n.d.). Business Objects: Re-Engineering for Re-Useii BUSINESS OBJECTS:RE-ENGINEERING FOR RE-USE Business Objects: First Edition published 1966 Second Edition published 2000. Http://Www.Brunel.Ac.Uk/~cssrcsp/Parts/Busobj6.Pdf.
• Daniel Jackson. (2012). Software Abstractions : Logic, Language, and Analysis: Vol. Rev. ed. The MIT Press.
• Dietz, J. L. G. (2006). Enterprise Ontology : Theory and Methodology. Berlin: Springer. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsebk&AN=161605
• Jordi Cabot, Cristina Gómez, Oscar Pastor, Maria Ribera Sancho, & Ernest Teniente. (2017). Conceptual Modeling Perspectives. Springer.
• Mauri Kaipainen, Frank Zenker, Antti Hautamäki, & Peter Gärdenfors. (2019). Conceptual Spaces: Elaborations and Applications (Vol. 1st ed. 2019). Springer.
• Steffen Staab, & Rudi Studer. (2009). Handbook on Ontologies: Vol. 2nd ed. Springer.
• Васюков В. Л. - КАТЕГОРНАЯ ЛОГИКА 2-е изд., пер. и доп. Учебное пособие для вузов - М.:Издательство Юрайт - 2020 - 178с. - ISBN: 978-5-534-09585-2 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/kategornaya-logika-454495
• Васюков В. Л. - ФОРМАЛЬНАЯ ФЕНОМЕНОЛОГИЯ 2-е изд., пер. и доп. Учебное пособие для вузов - М.:Издательство Юрайт - 2020 - 210с. - ISBN: 978-5-534-11497-3 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/formalnaya-fenomenologiya-454494
• Гаврилова Т. А., Кудрявцев Д. В., Муромцев Д. И. - Инженерия знаний. Модели и методы: учебник для вузов - Издательство "Лань" - 2020 - 324с. - ISBN: 978-5-8114-6473-9 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/147337

Рекомендуемая дополнительная литература

• Dimitris Karagiannis, Heinrich C. Mayr, & John Mylopoulos. (2016). Domain-Specific Conceptual Modeling : Concepts, Methods and Tools. Springer.
• Schorlemmer, M., Smaill, A., Kühnberger, K.-U., Kutz, O., Colton, S., Cambouropoulos, E., & Pease, A. (2014). COINVENT: Towards a Computational Concept Invention Theory. https://doi.org/10.13039/501100000780
• Васюков В. Л. - КАТЕГОРНАЯ ЛОГИКА 2-е изд., пер. и доп. Учебное пособие для академического бакалавриата - М.:Издательство Юрайт - 2019 - 201с. - ISBN: 978-5-534-06190-1 - Текст электронный // ЭБС ЮРАЙТ - URL: https://urait.ru/book/kategornaya-logika-444134