Requisitos de Ontologias

Transcrição

1 Requisitos de Ontologias Ricardo de Almeida Falbo Engenharia de Ontologias Departamento de Informática Universidade Federal do Espírito Santo

2 Agenda Engenharia de Requisitos de Software x Engenharia de Requisitos de Ontologias Requisitos e Tipos de Requisitos Interessados em Requisitos Descrição de Requisitos Processo de Engenharia de Requisitos (ER)

3 Requisitos de Software O que são requisitos de software? Serviços que o sistema deve prover Propriedades gerais do sistema Restrições sob as quais ele deve operar Restrições que devem ser satisfeitas no seu processo de desenvolvimento 3

4 Requisitos de Ontologias O que são requisitos de ontologias? Conteúdo que a ontologia deve prover Propriedades gerais associadas ao potenciais usos da ontologia Restrições relacionadas ao conteúdo (p.ex., levar em consideração certas fontes, tais como normas) Restrições que devem ser satisfeitas no seu processo de desenvolvimento 4

5 Tipos de Requisitos de Software Requisitos Funcionais Requisitos Não Funcionais atributos de qualidade restrições de processo, de implementação, de entrega, orçamentárias restrições externas: interoperabilidade, restrições legais ou éticas Outros aspectos relacionados: Regras de Negócio 5

6 Tipos de Requisitos de Ontologias Requisitos Funcionais: referem-se ao conhecimento a ser representado na ontologia Requisitos Não Funcionais atributos de qualidade de ontologias restrições de processo (p.ex., seguir uma convenção de nomes, estar alinhada a standards), de implementação (p.ex., linguagem de implementação específica), de entrega, orçamentárias restrições externas: interoperabilidade (com outras ontologias, inclusive de fundamentação) Outros aspectos relacionados: Restrições de Domínio 6

7 Interessados em Requisitos de Software Desenvolvedores Gerentes de Projeto Clientes Usuários do Sistema Especialistas de Domínio 7

8 Interessados em Requisitos de Ontologias Desenvolvedores Gerentes de Projeto Clientes Potenciais Usuários da Ontologia Especialistas de Domínio 8

9 Descrição de Requisitos de Software Requisitos de Usuário nível mais alto de abstração Documento de linguagem natural Definição de estágios iniciais do desenvolvimento Requisitos base para contratação e planejamento Requisitos de Sistema detalhamento dos requisitos Documento de usuário de modelos (diagramas) Especificação de base para o desenvolvimento Requisitos 9

10 Descrição de Requisitos de Ontologias Requer o uso combinado de linguagem natural, modelos e linguagem formal para formalização da ontologia. Documento de Especificação de Ontologias 10

11 Processo de ER de Software 11

12 Levantamento de Requisitos de Software Descoberta de informações Propósito do sistema Escopo do sistema Fontes de requisitos Especialistas de domínio (clientes e usuários) Conhecimento geral sobre o domínio (livros, normas, modelos) Documentos e Negócio da Organização Reutilização (p.ex., Padrões de Análise) Identificação de requisitos 12

13 Levantamento de Requisitos de Ontologias Descoberta de informações Propósito da ontologia Escopo da ontologia Fontes de requisitos Especialistas de domínio Potenciais usuários da ontologia Conhecimento geral sobre o domínio (livros, normas, modelos etc. Recursos não ontológicos) Documentos e Negócio da Organização Reutilização de Recursos Ontológicos (reúso de ontologias, padrões ontológicos) Usos pretendidos Identificação de requisitos 13

14 Técnicas de Levantamento de Requisitos de Software Entrevistas Dinâmicas de Grupo (p.ex., Brainstorming) Análise de Documentos Questionários dentre outras Idem para Ontologias Análise de Documentos / Recursos Não Ontológicos 14

15 Análise de Requisitos Modelagem Conceitual Perspectivas: Estrutural Comportamental Forte interdependência entre as atividades de Levantamento e Análise de Requisitos Problema: esta atividade envolve pessoas de diferentes áreas de conhecimento e com objetivos individuais e organizacionais diferentes Conflito de Requisitos e, por conseguinte, necessidade de negociação e estabelecimento de priorização de requisitos. 15

16 Captura e Formalização da Ontologia Modelagem Conceitual Perspectivas: Estrutural (Ontologia de Domínio / Tarefa / Aplicação) Comportamental (Ontologia de Tarefa / Aplicação) Forte interdependência entre as atividades de Levantamento e Análise de Requisitos Problema: dificuldade de se estabelecer consenso Necessidade de negociação e estabelecimento de priorização de requisitos. 16

17 Documentação de Requisitos Registro e oficialização dos resultados da ER. Por que documentar? Facilitar a comunicação Reduzir esforço de desenvolvimento Base para estimativas, V&V de requisitos e manutenção/evolução Ainda mais importante para a Engenharia de Ontologias, já que uma ontologia idealmente é construída para ser reutilizada. 17

18 Boas Práticas na Documentação de Requisitos Produzir documentos diferentes para classes de usuários diferentes Definir modelos (templates) Definir termos especializados em um glossário Cada requisito deve ter um identificador único Idem para ontologias (avaliar primeiro item) 18

19 V&V de Requisitos Verificação: assegurar que o software está sendo construído de forma correta. Artefatos produzidos atendem aos requisitos estabelecidos? Padrões organizacionais foram consistentemente aplicados? Foco: consistência entre requisitos e modelos e entre modelos conformidade a padrões organizacionais de documentação de requisitos. Validação: assegurar que o software que está sendo desenvolvido é o software correto. Os requisitos (e o software deles derivado) atendem ao uso proposto? Requer a participação de usuários e clientes 19

20 V&V de Ontologias Verificação: assegurar que a ontologia está sendo construída de forma correta. Ontologias respondem às QCs? Padrões organizacionais foram consistentemente aplicados? Foco: consistência entre QCs e modelos conformidade a padrões organizacionais de documentação de requisitos. Validação: assegurar que a ontologia que está sendo desenvolvida é a ontologia correta. Os requisitos (e a ontologia deles derivada) atendem ao uso pretendidos? Requer a participação de especialistas de domínio. 20

21 V&V de Requisitos Como? Prototipagem Revisões Definição de casos de teste para requisitos Definição de critérios de aceitação de requisitos 21

22 V&V de Ontologias Como? Revisões Tabelas de verificação de QCs Definição de casos de teste para requisitos Tabelas de instanciação com dados do mundo real 22

23 Gerência de Requisitos Envolve gerenciar: alterações nos requisitos acordados relacionamentos entre requisitos dependências entre requisitos e outros artefatos versões de requisitos / modelos / documentos de requisitos Rastreabilidade: habilidade de se acompanhar a vida de um requisito em ambas as direções do processo de software (rastreabilidade bidirecional) e durante todo o ciclo de vida Idem para ontologias, mas com dificuldades maiores, dado o nível mais alto de abstração e por uma ontologia estar podendo ser usada por várias aplicações. 23

24 Especificação de Requisitos de Ontologias 24

25 Modelo de Documento de Especificação de Requisitos de Ontologias

26 Especificação de Requisitos de Ontologias Tarefa 1: Identificar propósito, escopo e linguagem de implementação. Tarefa 2: Identificar potenciais usuários. Tarefa 3: Identificar usos pretendidos.

27 Especificação de Requisitos de Ontologias Tarefa 4: Identificar requisitos (RNFs e RFs). RFs: QCs e respostas associadas (instâncias dos conceitos) Tarefa 5: Agrupar RFs (modularização). No meu modo de ver, respostas associadas são parte de um caso de teste para testar uma QC. As respostas associadas correspondem ao resultado esperado, considerando uma entrada específica.

28 Questões de Competência São uma forma de especificar RFs de ontologias. Questão: Que técnicas usar para realmente identificar requisitos (e posteriormente especificá-los como QCs)? Técnicas de levantamento de requisitos citadas anteriormente. Quando técnicas interativas (i.e., aquelas que envolvem a interação com pessoas) forem aplicadas, os participantes típicos incluem especialistas de domínio e potenciais usuários da ontologia. Não espere definir todas as QCs antes de iniciar a modelagem conceitual da ontologia. Essas são tipicamente atividade paralelas e iterativas. Assim, novas QCs podem vir do próprio modelo conceitual em elaboração. 28

29 Estratégias para Identificar QCs Top-down: Começa por questões mais complexas, que são posteriormente decompostas em outras mais simples. Bottom-up: Inicia por questões simples, as quais são usadas posteriormente para derivar questões mais complexas. Middle out: A equipe inicia simplesmente escrevendo questões importantes que são compostas ou decompostas posteriormente para criar questões mais abstratas e mais simples, respectivamente.

30 Exemplo de RFs e RNFs Eu adicionaria: NFR2. This model should be based on the main pharmaceutical classification and models used in the pharmaceutical sector. 30

31 QCs - Exemplos Pharmaceutical Group CQ1. What is the drug commercial name? CQ2. What is the drug main active ingrediente? CQ3. What is its Spanish national code? CQ8. Which is the drug laboratory manufacturer? CQ10. What is the drug commercial price? CQ11. Which is the drug generic name? CQ13. Which is the drug composition? CQ14. Is it a narcotic? CQ15. Which are the drug contraindications? CQ16. What is the drug dosage? CQ17. Which method of administration has the drug? CQ19. What indications does the drug have?

32 Especificação de Requisitos de Ontologias Tarefa 6: Validar o conjunto de requisitos. Identificar: (i) possíveis conflitos entre requisitos, (ii) requisitos ausentes e (iii) contradições entre requisitos. Tarefa 7: Priorizar requisitos. Tarefa 8: Extrair termos e sua frequência.

33 Re(Uso) de Recursos Ontológicos e Não Ontológicos Visando acelerar o processo de desenvolvimento de ontologias, engenheiros de ontologias estão (re)usando tanto quanto possível recursos ontológicos e não ontológicos. Recursos Ontológicos: ontologias existentes, fragmentos de ontologias existentes, padrões ontológicos. Recursos Não Ontológicos (NORs): recursos de conhecimento disponíveis que provejam definições de conceitos refletindo algum grau de consenso dentro de uma comunidade.

34 Recursos Não Ontológicos Villazón-Terrazas e Gómez-Pérez (2012) categorizam NORs de acordo com três características: Tipo do NOR: Glossários, Léxicos, Esquemas de Classificação, Thesaurus, Folksonomias. Tipo do modelo de dados usado para representar o conhecimento do NORs: conceitual, lógico e físico. Implementação do recurso: em bases de dados, planilhas, arquivos XML, arquivo plano (flat file).

35 Exemplo Tipo do NOR: Esquema de Classificação Modelo de Dados: Enumeração de Caminho (Path Enumeration Data Model) Implementação: Planilha

36 Recursos Ontológicos Ontologias Existentes: Ontologias de Fundamentação (Base para Análise Ontológica) Core Ontologies (Especialização) Ontologias de Domínio Problema: Ontologias selecionadas para reúso são geralmente grandes e cobrem um espectro mais amplo do que aquele que o designer necessita. É difícil reusar apenas fragmentos úteis de uma ontologia. Custo do reúso pode ser maior do que construir uma nova ontologia a partir do zero. Algumas ontologias pequenas e simples (tal como FOAF) têm demonstrado o potencial de ontologias realmente reutilizáveis.

37 Documento de Especificação de Requisitos de Ontologias

38 Documento de Especificação de Requisitos de Ontologias Equivalente a um Documento de Definição de Requisitos em Engenharia de Software E os resultados da modelagem (Documento de Especificação de Requisitos)?

39 Documento de Especificação de Ontologia de Referência (SABiO) Introdução Descrição do Propósito e Usos Pretendidos da Ontologia Descrição do Escopo (Cobertura) da Ontologia Descrição (Breve) do Domínio Ontologia de Referência Modularização da Ontologia Subontologia Questões de Competência Modelo Conceitual (OntoUML) Axiomas Tabela de Verificação das Questões de Competência Tabela de Instanciação da Subontologia Dicionário de Termos