Ontologia de Domínio da Biodisponibilidade de Ferro: Uma Experiência no Projeto Nutri-Fuzzy-Orixás

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1 Ontologia de Domínio da Biodisponibilidade de Ferro: Uma Experiência no Projeto Nutri-Fuzzy-Orixás Alessandra Brito F. Oliveira 1; Vera Maria Benjamim Werneck 1 ; Regina Serrão Lanzillotti 1 ; Haydée Serrão Lanzilotti 2 ; Eliane de Abreu Soares 2 ; Emilson Souza Portella 2 ; Sônia da Silva Ávila 2 1 UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro IME - Instituto de Matemática e Estatística vera@ime.uerj.br 2 UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro INU Instituto de Nutrição haydeelan@uol.com.br RESUMO A modelagem do conhecimento é considerada uma tarefa complexa no desenvolvimento de sistemas baseados em conhecimento. Neste contexto foi desenvolvido este trabalho que apresenta a modelagem do conhecimento do projeto Nutri-Fuzzy-Orixás, que utiliza Ontologia de Domínio como metodologia para modelar o conhecimento do domínio da biodisponibilidade de ferro. Palavras-Chaves: Inteligência Artificial, Modelagem do Conhecimento, Ontologias de Domínio ABSTRACT The knowledge model is considered a complex task in the development of knowledge based systems. This work was developed considering the model of knowledge to support the Nutri-Fuzzy-Orixás project that uses Ontology Domain as methodology for model knowledge of Iron Bioavailability Domain. Key Words: Artificial Intelligence, Ontology Domain, and Model Knowledge 1. INTRODUÇÃO A modelagem de conhecimento possui um papel fundamental na construção de sistemas baseados em conhecimento, pois deve representar de forma coerente e organizada o conhecimento adquirido, para que este seja utilizado no sistema. Este artigo tem como objetivo apresentar uma ontologia de domínio da biodisponibilidade de ferro, utilizada no Nutri-Fuzzy-ORIXÁS. Este projeto interdisciplinar que surgiu a partir da

2 necessidade de se estudar a biodisponibilidade e a complexidade da interação entre os diferentes nutrientes, abrange as áreas de Nutrição, Estatística e Ciência da Computação. Na Nutrição, o projeto aborda a biodisponibilidade de nutrientes para garantir uma qualidade nutricional para grupos populacionais específicos. Uma pesquisa para delinear esta população está prevista, tendo a Estatística e a Lógica Fuzzy como apoio a este trabalho. Na Ciência da Computação está sendo construído um sistema baseado em conhecimento, o Nutri-Bio-Expert, para auxiliar os nutricionistas e profissionais afins a melhor compreender a biodisponibilidade de nutrientes. O desenvolvimento do Nutri-Bio-Expert se apoiará no ambiente ORIXÁS [1] que dá apoio ao desenvolvimento de sistemas baseados em conhecimento (SBC). Este apoio é realizado através do gerenciamento das atividades definidas no processo de desenvolvimento, da utilização de uma estratégia de aquisição e de um método para modelagem do conhecimento denominado KADS-Estendido, que será reformulado para suportar ontologia de domínio para modelagem do domínio da aplicação. A incorporação da representação através de ontologias se dará por vários motivos, principalmente por ser uma especificação explícita de compartilhar conceitos e o modelo abstrato de pensamento [2]. 2. ONTOLOGIAS DE DOMÍNIO Atualmente, as abordagens de compartilhamento e reusabilidade do conhecimento vêem modificando o método de modelagem de conhecimento, que passa então a modelar o conhecimento do domínio independente da tarefa a ser realizada pelo sistema. Dentro deste contexto, considerou-se adequado o uso de ontologia de domínio no processo de modelagem do conhecimento, já que esta foi desenvolvida com enfoque para compartilhamento e a reutilização de conhecimento. Na literatura existem várias definições de ontologia, havendo atualmente um grande interesse na criação, divulgação e compartilhamento de ontologias sobre os mais variados domínios (UCHOLD e GRUNINGER, 1996; ROSENBERG, 1997; GUARINO, 1998; CHANDRASEKARAN et al., 1999; GOMÉS-PÉREZ e BENJAMINS, 1999; LÓPEZ et al., 1999; OLIVEIRA, 1999; VALENTE et al., 1999; SILVA, 2000; KNUBLAUCH e ROSE, 2000; FOURO, 2001)[3,4], porém qualquer que seja sua definição, a ontologia resultará num vocabulário, que representará o entendimento consensual de um grupo de pessoas que atuam sobre um mesmo domínio [5]. Logo, uma ontologia deve consistir de um vocabulário (conceitos e relações) e axiomas (definições, propriedades e restrições). Para representar uma ontologia várias linguagens de representação do conhecimento podem ser utilizadas. Neste trabalho utilizamos LINGO [6], uma linguagem gráfica que facilita a comunicação entre engenheiros do conhecimento e especialistas. LINGO possui primitivas básicas para representar conceitos e relações, e introduz notações capazes de capturar certos axiomas, uma vez que o traço marcante de uma ontologia são seus axiomas. Como estamos tratando de ontologia de domínio, escolhemos LINGO para representar a ontologia, pois não se deseja incorporar na descrição de uma ontologia compromissos ontológicos que outras linguagens embutem.[6]. Além disso, a participação no minicurso Apoiando a Engenharia e Gerência de Sistemas Organizados através de Ontologias realizado no IV SBES, e a simplicidade da linguagem foram fatores influentes na escolha da representação.

3 3. A ONTOLOGIA DE DOMÍNIO DO NUTRI-FUZZY-ORIXÁS A ontologia do Nutri-Fuzzy-Orixás utiliza como modelo a Teoria do Domínio [7] que é composto da organização de conceitos, propriedades e restrições do domínio através de ontologias do domínio e do mapeamento desses conceitos com as tarefas identificadas para o domínio considerado. A teoria do domínio pode ser dividida em sub-teorias, onde cada subteoria é uma ontologia sobre uma parte específica do domínio considerado. O processo de construção da ontologia de domínio da biodisponibilidade de ferro passou por várias etapas. Na primeira etapa foram definidas a identificação do propósito e a especificação de requisitos, a partir de reuniões com os especialistas da área de nutrição, que resultou nas seguintes questões: i. O que caracteriza uma dieta biodisponível em ferro? ii. O que seria é essencial para definir uma dieta biodisponível em ferro? iii. Quais os fatores que influenciam nesta dieta? iv. Qual o processo de trabalho do nutricionista para que tenha como resultado uma dieta biodisponível em ferro? e v. O que auxilia o nutricionista no processo de trabalho do nutricionista? A partir deste contexto, foram definidas cinco subteorias que responderam de forma completa estas questões: Dieta biodisponível em ferro que responde à questão i. e define os conceitos inerentes a uma dieta biodisponível em ferro; Composição de alimentos que responde às questões ii. e v. e contém os conceitos referentes à composição de alimentos; Interação entre nutrientes e fatores antinutricionais que responde as questões ii. e v. e aborda os conceitos de como interagem os nutrientes e fatores antinutricionais; Fatores inerentes ao indivíduo que responde à questão iii. e descreve os conceitos que definem os fatores inerentes ao indivíduo; Processo de trabalho do nutricionista que reponde a questão iv. e apresenta os conceitos envolvidos nas atividades desenvolvidas pelos nutricionistas. A representação gráfica em LINGO da subteoria de domínio da Biodisponibilidade de Ferro do Projeto Nutri-Fuzzy-Orixás pode ser visualizada na figura 1. Na segunda etapa, foram desenvolvidas todas as subteorias que compõem o Domínio da Biodisponibilidade de Ferro (na figura 2 está representada uma das sub-teorias), e descritos os conceitos referentes a cada sub-teoria. A validação da ontologia com a equipe de especialistas foram realizadas através de reuniões entre estes e a equipe técnica, que validou primeiro a representação e depois os conceitos e as instanciações relacionadas a cada conceito de cada subteoria. Para concluir esta etapa de modelagem do domínio, a ontologia terá de ser validada também por engenheiros do conhecimento com experiência em ontologias. 4. CONCLUSÃO Este projeto apresentou uma experiência de utilização de ontologias de domínio no processo de modelagem do conhecimento, por considerar relevante a separação do domínio de aplicação, da tarefa a ser realizada pelo sistema, além do compartilhamento e a reutilização de conhecimento.

4 B a s e Composição dos Interação de Nutrientes e Fatores Antinutricionais Técnicas Dietéticas Classificação dos Essencial Base Auxílio Dieta Biodisponível em Ferro R E S U L T A D O Processo de Trabalho do Nutricionista Influência Fatores Inerentes ao Indivíduo Figura 1 Sub-Teoria de Domínio da Biodisponibilidade de Ferro Nutrientes que Interagem com o Ferro interação Fatores Antinutricionais do Ferro interação 1,* composição preparo combinação *. 1 Refeições *, 1 Dieta aumento Nível de Absorção de Ferro Figura 2 Subteoria da Dieta Biodisponível

5 O uso de ontologia de domínio para modelar o conhecimento do Nutri-Fuzzy-Orixás, mostrou-se uma representação do conhecimento eficaz, pois apresenta de forma explícita, coerente e organizada o conhecimento disponível. E assim permitiu que os nutricionistas discutissem e melhorassem sua compreensão do conhecimento e dessa nova forma de atuar, pois este é um projeto acadêmico que estuda a biodisponibilidade e a complexidade dos diferentes nutrientes. O uso da linguagem LINGO, para representar a ontologia, também se mostrou de grande utilidade, pois facilitou o diálogo entre engenheiros do conhecimento e especialistas para modelar e validar o conhecimento especificado. O próximo passo, a partir desta experiência, é reformular o método Kads-Estendido do ambiente ORIXÄS [1], para que este suporte ontologia de domínio. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] WERNECK, V.M.B. et al., ORIXÁS: Um Ambiente de Desenvolvimento de Sistemas Baseados em Conhecimento, XIV SBES-Simpósio Brasileiro de Engenharia de Software, SBC, Outubro de 2000, ( ). [2] Gruniger, M. and Lee, J.; Ontology Applications and Design ; Communication of ACM; Vol. 45, Number 2, February 2002, [3] FOURO, A.M.M., Apoio à Construção de Base de Dados de Pesquisa em Ambientes de Desenvolvimento de Software Orientados a Domínio, Tese de M, Sc., Programa de Engenharia de Sistema e Computação, COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 1997, (8-9). [4]UCHOLD, M., GRUNINGER,M., Ontologies principles, methods and applications, The Knowledge Engineering Review, Vol 11:2, pp93-136,1996. [5] GUARINO, N., Formal Ontology and Information System, In: Guarino, N. (ed) Formal Ontology in Information System, pp 3-15, IOS Press, [6] FALBO, R., Integração de Conhecimento em um Ambiente de Desenvolvimento de Software, Tese de D. Sc., COPPE/UFRJ, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 1998, (66-72). [7] OLIVEIRA, K. M., ROCHA, A. R., TRAVASSOS, G. H. et al., O uso da Teoria do Domínio no Processo de Desenvolvimento de Software, In: Anais da X Conferência Internacional de Tecnologia de Software, pp , Curitiba, Brasil, Mai., 1999b.