Sistema FOQuE para Expansão Semântica de Consultas baseada em Ontologias Difusas

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1 Sistema FOQuE para Expansão Semântica de Consultas baseada em Ontologias Difusas Defesa de dissertação Aluna: Cristiane Akemi Yaguinuma Orientador: Prof. Dr. Mauro Biajiz Co-orientadora: Profª. Drª. Marilde T. P. Santos Junho/2007

2 Sumário Introdução Expansão semântica de consultas Ontologias tradicionais Ontologias difusas Sistema FOQuE Arquitetura Tipos de expansão de consulta Testes realizados Conclusões Trabalhos futuros 2/28

3 Introdução Preços do produto pc? nome preço - - Conceitos semanticamente relacionados codigo nome preço 1 notebook pda desktop 4000 Banco de Dados pc 3/28

4 Motivação Preços do produto pc? nome preço notebook 6000 pda 1500 desktop 4000 Respostas mais relevantes? codigo nome preço 1 notebook pda desktop 4000 Banco de Dados pc Expansão de Consultas pc desktop notebook pda Ontologia 4/28

5 Motivação Preços do produto pc? relevância nome preço 0.9 desktop notebook pda 1500 pc codigo nome preço 1 notebook pda desktop 4000 Expansão de Consultas Banco de Dados pc desktop notebook pda 1.0 Ontologia Difusa (Fuzzy Ontology) 5/28

6 Objetivo Expandir consultas para obter respostas aproximadas relevantes Explorar construções semânticas de ontologias difusas Homônimos Especialização de classes Relacionamentos de similaridade Relacionamentos todo-parte Transitividade difusa Classificar os resultados aproximados 6/28

7 Expansão de consultas Visa modificar a consulta, seja pela alteração de suas condições ou pela adição de termos relacionados aos termos especificados na consulta para obter resultados aproximados relevantes Abordagem clássica: co-ocorrência estatística de palavras-chave Problema: não considera o significado dos termos durante a verificação das ocorrências Uso de ontologias para representar a semântica de domínios 7/28

8 Expansão semântica de consultas baseada em ontologias Analisa conceitos, relacionamentos e axiomas de ontologias para adicionar termos à consulta ou alterar suas condições Limitações Não representa informações imprecisas Intensidade dos relacionamentos entre conceitos Intensidade com a qual um conceito pertence a uma determinada classe ou categoria Não classifica os resultados conforme a sua relevância para a consulta nome preço Respostas mais relevantes? notebook 6000 pda 1500 desktop /28

9 Lógica difusa (Fuzzy Logics) Baseada na teoria de conjuntos difusos (Fuzzy Sets) introduzida por Lotfi A. Zadeh Conjunto difuso: conjunto cujos elementos possuem grau de pertinência dentro do intervalo [0,1] A (x) = 0.8 Relação difusa: associação entre elementos cuja intensidade é expressa por um valor do intervalo [0,1] R(x,y) = 0.65 Propriedades: Reflexiva: R(x,x) = 1 Simétrica: R(x,y) = R(y,x) Transitiva : R( x, z) max min[ R( x, y), R( y, z)] y Y Relação de proximidade similaridade 9/28

10 Expansão semântica de consultas baseada em ontologias difusas Benefícios Semântica de domínio mais expressiva Classificação dos resultados Grau de pertinência nome 1.0 caqui 0.7 tomate Abordagens analisadas na literatura Taxonomias difusas Similaridade Homônimos Outras construções semânticas: Relacionamentos todo-parte difusos Transitividade difusa 10/28

11 Sistema FOQuE (Fuzzy Ontology-based Query Expansion) Resultado classificado Consulta do usuário (SQL) minmembership minsimilarity mincloseness Classificação dos resultados FOQuE Ontologia difusa Mapeamento entre ontologia e banco de dados Análise da consulta Consulta decomposta Expansão da Consulta Resultado expandido Banco de Dados Consulta Expandida (SQL) 11/28

12 Ontologia difusa classes difusas instanceof subclassof instance Of 12/28

13 Ontologia difusa relacionamentos difusos instanceof instanceof subpropertyof 13/28

14 Mapeamento entre ontologia e banco de dados regras antecedente conseqüente antecedente: elementos da ontologia difusa conseqüente: elementos do banco de dados Produto(x), rdfs:label(x,y) Produto(x), nome(x,y) Produto Produto instanceof desktop1 rdfs:label rdfs:label string desktop codigo nome 1 notebook 2 pda x x y y 3 desktop 14/28

15 Expansão de consultas de FOQuE Expansão de Homônimos SELECT Produto.marca, Produto.preco FROM Produto WHERE Produto.nome = ventilador Mapeamento: ventilador_ambiente Produto(x), nome(x, ventilador ), tipo(x, eletrodomestico ) Expansão SELECT Produto.marca, Produto.preco FROM Produto WHERE ((Produto.nome = ventilador ) AND (Produto.tipo = eletrodomestico )) 15/28

16 Expansão de consultas de FOQuE Expansão de Classes SELECT Produto.preco, Produto.unidade FROM Produto WHERE Produto.nome = vegetal minmembership = 0.7 Expansão SELECT Produto.preco, Produto.unidade FROM Produto WHERE ((((((((Produto.nome = vegetal ) OR Produto.nome = cenoura ) OR Produto.nome = batata ) OR Produto.nome = berinjela ) OR Produto.nome = brocolis ) OR Produto.nome = acelga ) OR Produto.nome = alface ) OR Produto.nome = espinafre ) 16/28

17 Expansão de consultas de FOQuE Expansão por Similaridade SELECT Produto.marca, Produto.preco FROM Produto WHERE Produto.nome = telefone sem fio minmembership = 0.2 minsimilarity = 0.4 Expansão SELECT Produto.marca, Produto.preco FROM Produto telefone sem fio ~ pda? WHERE (((Produto.nome = telefone sem fio ) OR (Produto.nome = celular )) OR (Produto.nome = smart phone )) telefone sem fio ~ celular smart walk talk phone = 0.4 = 0.3= /28

18 Expansão de consultas de FOQuE Expansão por Proximidade todo-parte (1) similarto 1.0 comum1 = 11.5 total1 = 12.8 prox(desktop, notebook) = minmembership = 0.5 minsimilarity = 0.7 mincloseness = 0.6 comum2 = 11.5 total2 = 13.5 comum1 + comum2 total1 comum2 total2 + = total1 + total2 total2 total1 + total2 18/28

19 Expansão de consultas de FOQuE Expansão por Proximidade todo-parte (2) SELECT Produto.preco FROM Produto WHERE Produto.nome = desktop minmembership = 0.5 minsimilarity = 0.7 mincloseness = 0.6 Cálculo da proximidade todo-parte Expansão SELECT Produto.preco FROM Produto WHERE (((Produto.nome = desktop ) OR (Produto.nome = notebook )) OR (Produto.nome = pda )) 19/28

20 Expansão de consultas de FOQuE Expansão por Transitividade difusa (1) SELECT Comp.nome, Comp.preco FROM Produto Comp, Produto Todo, Composto C WHERE Comp.id = C.idparte AND Todo.id = C.idtodo AND Todo.nome = notebook Produto fuz:partof(x,y) Composto(z), Composto idparte(z,x) codigo fuz:haspart(x,y) nome Composto(z), preço idtodo(z,x) 0122 notebook 3564, placa mae onboard placa de video 110,00 idparte Conceito 0182 a ser expandido: 299,00 notebook Relacionamento transitivo: fuz:haspart(x,y) Relação Transitividade direta 20/28

21 Expansão de consultas de FOQuE Expansão por Transitividade difusa (2) minmembership = 0.6 minsimilarity = 0.7 mincloseness = 0.6 Expansão SELECT Comp.nome, Comp.preco FROM Produto Comp, Produto Todo, Composto C, Composto C_1 WHERE ((((Comp.id Relação direta = C_1.idparte) AND (C_1.idtodo = C.idparte)) AND (Todo.id = C.idtodo)) AND (((Todo.nome = notebook ) AND (Comp.nome <> placa de fax modem )) OR (((Todo.nome = desktop ) AND (Comp.nome <> placa de fax modem )) AND (Comp.nome <> impressora )))) UNION 1º nível de transitividade 1º nível de transitividade ( SELECT Comp.nome, Comp.preco Relação direta FROM Produto Comp, Produto Todo, Composto C WHERE (((Comp.id = C.idparte) AND (Todo.id = C.idtodo)) AND (((Todo.nome = notebook ) AND (Comp.nome <> placa de fax modem )) OR (((Todo.nome = desktop ) AND (Comp.nome <> placa de fax modem )) AND (Comp.nome <> impressora ))))) 21/28

22 Classificação dos resultados minmembership = 0.5 minsimilarity = 0.7 mincloseness = 0.6 Similaridade: pc (1.0) Proximidade: notebook ( ) notebook~laptop (1.0) pda ( ) pda~smart phone (0.85) Resultado original nome SELECT Produto.nome, Produto.preco FROM Produto desktop 2850,00 WHERE Produto.nome = desktop Grau de similaridade Grau de proximidade nome preço notebook 3564, laptop 4500, pda 1300, nome smart phone preço Resultado expandido por similaridade preço 1.0 pc 2500,00 Resultado expandido por proximidade 1200,00 22/28

23 Testes realizados Produtos de supermercado Disciplinas da área de computação UFSCar e USP São Carlos Diretrizes curriculares do MEC Relatório de avaliação do MEC 23/28

24 Testes realizados Notas de alunos nos pré-requisitos da disciplina Construção de compiladores 24/28

25 Testes realizados Notas de alunos nas diversas disciplinas pertencentes à categoria Arquitetura de computadores 25/28

26 Conclusões Testes realizados Aumento da revocação sem afetar a precisão dos resultados Contribuições Criação de meta-ontologia difusa Definição de novos tipos de expansão Proximidade todo-parte Transitividade difusa Construção de um protótipo do sistema FOQuE Classificação dos resultados aproximados conforme o tipo de expansão semântica 26/28

27 Trabalhos futuros Testes Considerar outros domínios de aplicação Avaliar o desempenho Expansão de consultas Aprimorar expansão por homônimos e transitividade Considerar outros tipos de relacionamentos (proximidade) Regras de domínio Ontologia difusa (Semi-)automatizar a obtenção dos graus difusos Mineração de regras de associação difusas (Extended SSDM) Estender FOQuE para sistemas de integração de fontes de dados heterogêneas 27/28

28 Sistema FOQuE para Expansão Semântica de Consultas baseada em Ontologias Difusas Defesa de dissertação Aluna: Cristiane Akemi Yaguinuma Orientador: Prof. Dr. Mauro Biajiz Co-orientadora: Profª. Drª. Marilde T. P. Santos Junho/2007

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