Vienošanās nr. 2010/0318/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/104

 Ieguldījums Tavā nākotnē

ERAF 2.1.1.1. aktivitāte „Atbalsts zinātnei un pētniecībai”

Projekts  „Dinamisko tīklu vizualizācijas un analīzes rīku komplekts”
Noslēgtās vienošanās par projekta īstenošanu Nr.2010/0318/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/104

Projekta vispārīgais mērķis: veicināt Latvijas konkurētspēju un saimnieciskā, zinātniskā un pārvaldes darba efektivitātes pieaugumu, piedāvājot ērtu tīklveida datu apstrādes tehnoloģiju.

Projekta specifiskais mērķis: starpdisciplināru pētījumu rezultātā izveidot viegli integrējamu un paplašināmu tīklveida datu analīzes un attēlošanas rīku izstrādes platformu un rīkus, kas atvieglos tīklveida datu pētnieku (kriminologu, sociologu, u.c.) darbu. Tā būs starpdisciplināra izstrādne IT un socioloģijā.

Projekta ietvaros tiks veikta: raksturīgo lietošanas scenāriju apzināšana un analīze; socioloģisko tīklu analīzes un vizualizācijas metožu izstrāde; tīklu veidošanas, analīzes un attēlošanas rīku izstrādes platformas arhitektūras risinājumu izpēte un karkasa izstrāde; grafu analīzes un grafu izvietojuma algoritmu izpēte un implementēšana; datu integrācijas metamodeļu un valodas izstrāde; datu avotu piesaistes, integrēšanas un sinhronizēšanas moduļa izstrāde; grafu attēlošanas un interaktīvas izpētes sistēmas izstrāde; dinamisko sociālo tīklu, biomolekulāro tīklu un kriminālistikas datu analīzes pilotprojektu izstrāde, šo rīku aprobācija.

Tiks sagatavotas 6 publikācijas un patenta pieteikums.

Īstenošanas vieta: Rīga, LU MII.
Projekta izpildes termiņš: 2011.gada 1.janvāris - 2013.gada 31.decembris.
Projekta kopējās attiecināmās izmaksas: 322 953 LVL, no tā ERAF finansējums 298 731 LVL un LUMII ieguldījums 24 222 LVL.
Projekta zinātniskais vadītājs: vadošais pētnieks Kārlis Freivalds

 PROJEKTĀ IZSTRĀDĀTĀ PROGRAMMATŪRA

Projekta ietvaros tika izstrādāta atvērtā koda tīklu veidošanas, analīzes un attēlošanas rīku izstrādes platforma (SDK). Platforma ir licencēta ar GNU GPLv3 licenci - gpl-3.0.txt (http://www.gnu.org/licenses/) un tā sastāv no diviem moduļiem:
  • Grafu izvietošanas un grafu analīzes algoritmu bibliotēkas moduļa (layoutengine). Moduļa galvenās komponentes ir atbilstošās grafu izvietošanas algoritmu implementācijas, platformas iekšējais datu modelis un dažādu ar grafiem saistītu pamata servisu implementācijas. Modulis ir realizēts programmēšanas valodā Java. Moduļa programmatūras pirmteksti - layoutengine_src.zip.
  • DEEK (diagram editor engine kit, deek). Moduļa galvenās komponentes ir datu vizualizācijas implementācijas (tiek lietotas valodas Java Swing klašu bibliotēkas klases), notikumu apstrādes modulis, DEEK iekšējais datu modelis un dažādu palīgservisu implementācijas. DEEK modulis ir realizēts programmēšanas valodā Java. Moduļa programmatūras pirmteksti - deek_src.zip.
Citi, projekta ietvaros izstrādātie, programmatūras moduļi ir brīvi pieejami kontaktējoties ar projekta realizētāju.
 
PROJEKTĀ RISINĀTĀ PROBLĒMA

Tīklveida dati tiek izmantoti daudzās zinātnes un tautsaimniecības jomās, piemēram - socioloģijā (cilvēku un grupu savstarpējās saites un to izmaiņa laika gaitā), kriminālistikā (personu, dokumentu un notikumu saistība), bioinformātikā (biomolekulāro tīklu analīze), datorsistēmu būvē (sistēmas komponenšu struktūra, darbības analīze), un citur.

Lai padarītu tīklveida datus un to īpašības uztveramas, nepieciešamas specifiskas datorprogrammas, kas tos apkopo, analizē un parāda kā grafiskus attēlus ar izceltām īpašībām. Šādu programmu radīšanai ir nepieciešami zinātņietilpīgi algoritmi un tehnoloģijas, kas ļautu integrēt dažādus datu avotus, atrast noteiktas datu īpašības un tās vizualizēt. Šo tehnoloģiju radīšanai nepieciešamas specifiskas zināšanas un pieredze, kāda, līdzās nedaudzām iestādēm pasaulē, ir projekta iesniedzējiem.
Šobrīd zināmās tehnoloģijas risina tikai atsevišķas aplūkotās problēmsfēras daļas. Grafu analīzes algoritmi ļauj atrast specifiskas tīklu īpašības, tomēr nepieciešami arī klasterizācijas algoritmi, kas ņemtu vērā dažādas iepriekš izrēķinātas pazīmes. Grafu vizualizācijas algoritmus nepieciešams padarīt dinamiskus, spējīgus darboties ar laikā mainīgiem datiem. Zināmie pārlūku prezentācijas rīki padara pieejamus dažādus grafikus, bet neļauj ērti attēlot tīklveida datus.
Nereti minētās komponentes ir dārgi komerciāli produkti, bet nedaudzās atvērtā koda komponentes ir savās iespējās ierobežotas, sarežģīti integrējamas un lietojamas. Uz LU MII esošo iestrādņu bāzes paredzēts radīt atvērtā koda tehnoloģisko bāzi, kas ietvertu datu integrācijas, tīklu analīzes, vizualizācijas un prezentēšanas rīkus, katrai komponentei sasniedzot labāku kvalitāti nekā zināmajiem analogiem.
 
PIEDĀVĀTAIS RISINĀJUMS
 
Tīklveida datu vizualizēšanas problēmas var risināt izstrādājot specializētu datu apstrādes tehnoloģiju, kur vienotā sistēmā būs iekļauti datu integrācijas rīki, analīzes un vizualizācijas algoritmi, rīki iegūto vizualizāciju prezentēšanai tīmeklī.
 
Tehnoloģijas lietotāji būs Latvijas un pasaules IT firmas, kas to iebūvēs savos rīkos, padarot tos ērtākus un funkcijām bagātākus. Aprobācijas fāzē ģeogrāfisku apsvērumu dēļ tehnoloģija plašāk tiks lietota Latvijā, bet vēlāk nodrošinās Latvijas eksporta pieaugumu. Projekta izstrādātāji sniegs konsultācijas izstrādātājiem par šīs tehnoloģijas optimālu lietošanu.
 
Firmu izstrādātie produkti ļaus sociologiem, kriminologiem un citu nozaru ekspertiem efektīvāk veikt savu darbu. Jau pašreiz savu interesi ir apstiprinājuši vairāki potenciālie lietotāji.
 
Projektā tiks izstrādāta tīklveidu datu vizualizēšanas platforma, kas nodrošinās nepieciešamās atbalsta tehnoloģijas un virkne paraugrīku, kuri dos piemērus un atvieglos tehnoloģiju ērtu adaptēšanu konkrētās nozarēs. Platformu ir plānots veidot kā atvērtā koda programmatūru, lai nodrošinātu tās pēc iespējas plašāku lietošanu, kā arī plaša izstrādātāju loka piedalīšanos, tādejādi veicinot tās ilgtspējīgu uzturēšanu. Paraugrīki ir plānoti kā bezmaksas rīki, lai ļautu dažādu nozaru ekspertiem un interesentiem iepazīties ar tehnoloģiju un ar tās palīdzību sasniegtajiem rezultātiem.
 
Starpdisciplināru pētījumu ietvaros tiks radīti jauni rīki sociālo aģentu (indivīdu, grupu, organizāciju, institūciju) attiecību padziļinātai izpētei, kas ļaus atklāt jaunu informāciju par sociālām parādībām un procesiem gan atsevišķās sociālajās grupās, gan sabiedrībā kopumā. Izmantojot šos rīkus, būs iespējams identificēt problēmpunktus attiecīgajos tīklos un rast optimālus risinājumus (piemēram, reorganizēt savstarpējo attiecību vidi un/vai pārvaldību, uzlabot konkrētu sociālo grupu stāvokli u.c.).
 
Datorzinātņu un sociālo zinātnieku sadarbībā tiks veidota integrēta pieeja un izpratne par tīkliem, kuros svarīga ir ne tikai kontaktu esamība un to intensitāte, bet arī rīcības jēga dažādu tīkla partneru izpratnē, viņu interešu un darbības saskaņošana, tādejādi nodrošinot tīklu sekmīgu funkcionēšanu. Nozīmīgu vietu ieņems konsultācijas ar praktiķiem tajās jomās, kurās tīklu darbība un konfigurācija tiks pētīta padziļināti (zinātniskās darbības, inovāciju un ekonomikas jomās). Praktiķu iesaiste projektā un viņu sadarbība ar zinātniekiem kopīgos semināros un radošajās laboratorijās, ļaus iestrādāt viņu prasības un redzējumu tīkla analītisko rīku veidošanā jau sākot ar prasību specifikācijas fāzi. Savas nozares eksperti sniegs nozīmīgu ieguldījumu veidojamo analīzes un vizualizācijas rīku izstrādē un to tālākās izmantošanas aprobācijā.
 
Apvienojot matemātikas, datorzinātņu un socioloģijas pieejas, kompetences un uzkrātās zināšanas, projekta ietvaros tiks izstrādāta jauna metodoloģija un jauni analīzes rīki, kas ļaus:
- kvantificēt būtiskās attiecības tīkla komponenšu starpā;
- strukturēt tīkla saiknes un kontaktus pēc to būtiskuma, nozīmes un sociālās jēgas;
- vizualizēt būtiskos tīkla elementus, attiecības un procesus integrētā kvantitatīvā un kvalitatīvā veidā.