Ontologias de Engenharia de Software

Transcrição

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

2 Agenda Semantic Web Based SE Ontologias de Todo Domínio de ES SEontology (Dillon et al., 2008) (Wongthongtham et al., 2009) SWEBOK Ontology (Abran et al., 2006)

3 Semantic-Web Based SE Dificuldades da ES (Zhao et al. 2009): Expansão de reúso de código para reúso de todos os tipos de informação (requisitos, processos, casos de teste etc.). Contudo, a atual forma de representação dessa informação torna difícil gerenciar, recuperar e, portanto, reusar. Diversidade de processos usados em um mesmo projeto distribuído e equipes com conhecimento também diverso. Necessidade de compartilhamento e reúso de conhecimento. A Web Semântica provê um framework integrado, de modo que a informação possa ser bem organizada, amplamente publicada e compartilhada, facilmente recuperada e integrada de maneira simples. O objetivo é permitir que os conteúdos na Web sejam compreensíveis por agentes humanos e de software. Ontologia é um importante componente da Web Semântica.

4 Semantic-Web Based SE Técnicas de Web Semântica (WS) e ontologias são aplicadas à ES com o intuito de: Formalizar a informação Prover amplo acesso a partir de diferentes localizações físicas Prover um serviço de busca universal que se aplique a todos os tipos de conhecimento sobre software Permitir a comparação e correspondência (matching) de conceitos.

5 Semantic-Web Based SE A abordagem de Semantic-Web based SE tipicamente envolve os seguintes passos: Recursos de informação sobre ES (processos, métodos, ferramentas, e sobre o software em si) são reunidos. Conceitos são extraídos desses recursos e incluídos em uma ontologia, a qual é implementada em uma linguagem de ontologias (OWL). Recursos de informação são publicados na Web para processamento tanto por pessoas quanto por agentes de software.

6 Semantic-Web Based SE A ideia de Zhao et al. (Zhao et al. 2009) apoia-se na existência de uma ontologia (ou um conjunto de ontologias) relacionada ao domínio de ES. Uma ontologia central neste contexto é uma ontologia de processo de software. Ontologia de Processo de Software

7 Software Process Ontology Ontologia de Processo de Software: define atividades, fases do processo e modelos de processo, bem como artefatos. Aplicações: Processos podem ser modelados e compartilhados na Web Técnicas de WS podem ser usadas para: automatizar processos, montar processos dinamicamente, adaptar elementos de processo, consultar e raciocinar sobre especificações de atividades, reusar produtos de trabalho (artefatos).

8 Domain Ontologies Ontologias de Domínio de Aplicação: representam o conhecimento sobre um domínio de aplicação e a informação de negócio requerida para construir aplicações neste domínio específico. São resultado de um processo de Engenharia de Domínio. Aplicações: Conhecimento de domínio pode ser modelado e compartilhado na Web, tanto para aprendizado quanto para reúso em diversas atividades do processo de software.

9 Requirement Ontology Ontologia de Comportamento de Sistema: modela comportamentos de sistema e as ações que o sistema realiza em certos cenários. Principais conceitos: evento, ação etc. Aplicações: Uso na Engenharia de Requisitos.

10 Architecture and Design Ontologies Ontologia de Arquitetura de Software: modela conceitos relacionados a arquitetura, tais como estilos arquitetônicos, componentes e suas interações. Aplicações: Descrever estilos arquitetônicos. Ontologia de Design OO: define conceitos usados na modelagem OO, tais como classes, interfaces, métodos e atributos.

11 Pattern Ontology Ontologia de Pattern: visa prover um catálogo (???) de patterns, incluindo design patterns, patterns de usabilidade, patterns de aplicações Web, etc. Aplicações: Descrever formalmente os patterns.

12 Implementation Ontologies Ontologia de Artefato de Software: provê um conjunto de conceitos que permitem classificar os diferentes artefatos de acordo com seus formatos e estruturas interna (arquivos de texto, diagramas, imagens, código etc.) ou de acordo com seus tipos (código fonte, design e documentação). Inclui, ainda, conceitos relacionados a artefatos, tal como pessoa que pode ser o criador do artefato, e projeto onde o artefato pode ser produzido. Aplicações: Organizar artefatos produzidos durante a implementação (?).

13 Implementation Ontologies Ontologia de Código Fonte OO: formalmente especificar os principais conceitos de linguagens de programação OO, tais como pacote, classe, atributo, método, parâmetro, variável etc. A diferença entre esta ontologia e a ontologia de Design OO é que esta envolve mais construtos de linguagens de programação que não são usados no design, tal como variáveis locais.

14 Implementation Ontologies Ontologia de Versão: visa modelar os relacionamentos entre arquivos, releases e revisões em projetos de software. Ontologia de Configuração de Software: modela restrições (p.ex., dependência) entre componentes e versões. Aplicações: Facilitar a gerência de configuração.

15 Documentation Ontologies Ontologia de Documentação: consiste de uma grande quantidade de conceitos que podem aparecer no conteúdo de documentos de software (?). Ontologia de Documento: modela tipos de documentos e seus relacionamentos (usetemplate, related, refinedin, update, etc.). A diferença entre essas ontologias é que a ontologia de documento visa organizar documentos, enquanto a ontologia de documentação visa organizar a informação registrada nos documentos.

16 Quality Ontologies Ontologia de Qualidade: representa conhecimento reusável sobre diferentes características, subcaracterísticas e métricas de qualidade. Ontologia de Teste: define conceitos relacionados a teste, tais como testador, ambiente, contexto, artefato sendo testado, método de teste e atividade.

17 Quality Ontologies Ontologia de Defeito: define os conceitos usados para descrever defeitos encontrados durante a fase de teste de software, tais como defeito, ação, pessoa e comentário.

18 Maintenance Ontology Ontologia de Processo de Manutenção de Software: define os conceitos relacionados à manutenção e suas relações, tais como atividade (atividade de manutenção, atividade de modificação etc.), pessoa (engenheiro de manutenção, cliente etc.), procedimento, recurso etc.

19 Technology Ontology Ontologia de Tecnologia: é um repositório de tecnologias de desenvolvimento de software, ambientes, plataformas, ferramentas etc.

20 Classificação de Ontologias De acordo com as atividades relacionadas (atividades facilitadas pelas ontologias)??

21 Classificação de Ontologias De acordo com o tipo de informação sendo modelada

22 Classificação de Ontologias De acordo com o escopo de aplicação?? System configuration ontology is mainly designed to capture constraints and interrelationships between components of a system. Each software system should have its own configuration. Thus, this ontology is project-specific. Documentation ontology consists of a large body of concepts that are expected to appear in the content of documents. The information within this ontology is mainly related to a specific project.

23 Uso de Ontologias na ES A partir de uma perspectiva de ciclo de vida: Requisitos: Ontologias de domínio: apoio ao levantamento de requisitos funcionais. Ontologia de qualidade: apoio ao levantamento de requisitos não funcionais. Ontologias de domínio: aprendizado sobre o domínio. Ontologias de domínio e de comportamento de sistema: apoio à anotação e recuperação de casos de uso. Ontologias de domínio: apoio à avaliação de requisitos, por meio de mapeamento entre itens da especificação de requisitos e elementos da ontologia de domínio.

24 Uso de Ontologias na ES A partir de uma perspectiva de ciclo de vida: Design: Ontologia de patterns: apoio à disseminação e ao aprendizado sobre patterns. Ontologias de modelo de features: orientações para o design, bem como checagem de consistência. Implementação e Integração: Ontologias de domínio e de código fonte OO: geração de código. Ontologias de domínio: derivação de modelos de dados relacionais. Ontologias de configuração de sistema: serviços web para consulta e raciocínio sobre a configuração do sistema, apoiando a avaliação e a checagem automática da integração.

25 Uso de Ontologias na ES A partir de uma perspectiva de ciclo de vida: Teste: Ontologia de código fonte OO: apoio à detecção de áreas potencialmente problemáticas no código. Ontologia de teste: apoio à comunicação e interação entre agentes de software realizando atividades de teste. Manutenção: Ontologia de processo de manutenção: ferramenta de apoio ao planejamento e gerência. Ontologias de domínio, de design OO, teste e qualidade: apoio à gerência de artefatos, dependências e consistência entre eles, bem como apoio ao controle de alterações.

26 Uso de Ontologias na ES A partir de uma perspectiva de ciclo de vida X: já há usos?: há potencial????????

27 Uso de Ontologias na ES A partir de uma perspectiva de questões críticas (gerais): Documentação Rastreabilidade Controle de Alteração Controle da Qualidade Reutilização Seleção de Tecnologia e Apoio ao Processo

28 Documentação Artefatos de software podem ser classificados de acordo com a ontologia de artefatos de software. Artefatos podem ser anotados com conceitos de ontologias de domínio. Serviços de busca podem ser providos para facilitar o acesso à informação (documentação semântica).

29 Rastreabilidade Conceitos de ontologias de domínio podem ser usados para ligar artefatos relacionados, tais como requisitos, componentes, código fonte e casos de teste. Ligações de rastreabilidade podem ser descobertas e serviços de busca podem ser providos. Matrizes de rastreabilidade podem ser geradas a partir de anotações em diferentes documentos.

30 Controle de Alteração Ontologias de domínio podem ser uma boa base de conhecimento para previsão de alterações. Alterações em requisitos relacionados a certos fragmentos da ontologia podem ser comuns. Ontologias de código-fonte e de versão podem ser usadas para o desenvolvimento de serviços para apoiar a análise de impacto. Novamente, o uso de anotações semânticas é a base para o desenvolvimento de serviços dessa natureza.

31 Controle da Qualidade Ontologia de processo de software pode ser usada como base para automatização de processo, montagem dinâmica de processo e adaptação de elementos de processo a partir de componentes de processo. Ontologia de processo de software pode ser usada também para raciocinar sobre atividades, lições aprendidas etc. Ontologias de código-fonte, de defeito e de versão podem ser usadas para o desenvolvimento de serviços automáticos de coleta de métricas.

32 Reutilização Abordagens baseadas em Web Semântica podem ser usadas para anotar ativos de reúso (incluindo artefatos e, em especial, componentes) e para permitir busca semântica. Ontologias de artefatos de software, de domínio e de arquitetura podem ser usadas para este fim.

33 Seleção de Tecnologia e Apoio ao Processo Ferramentas podem ser anotadas com informações sobre seu escopo de aplicação, requisitos, tipos de entradas e formatos de saída. Usando ontologias de lógica de aplicação, qualidade e tecnologia, serviços de busca e seleção de ferramentas podem ser providos. Ambientes de Engenharia de Software Baseados em Conhecimento podem ser desenvolvidos usando vários tipos de ontologias. Ferramentas podem ser semanticamente integradas, usando ontologias como inter-língua.

34 Uso de Ontologias na ES A partir de uma perspectiva de questões críticas (gerais): ontologias usadas na solução de problemas X: já há usos?: há potencial????????????

35 Ontologias em ES Segundo Happel et al. (2010): O desenvolvimento e manutenção de ontologias é um desafio por si só, que precisa ser justificado por ganhos de produtividade. Contudo, para avaliar o sucesso em vários dos cenários vislumbrados do uso de ontologias em ES, é preciso aplicá-las (problema do ovo e da galinha ). Não há (nem haverá) uma única ontologia satisfazendo todas as necessidades. São várias as aplicações de ontologias em ES e, portanto, as ontologias resultantes vão variar em expressividade, escopo e propósito.

36 SEontology SEontology: Ontologia proposta pelo grupo de Dillon et al. (Dillon et al., 2008) (Wongthongtham et al., 2009) the world s first and only Software Engineering Ontology [ ] available online at (Dillon et al., 2008). The SEontology consists of the following sub-ontologies: software requirements ontology software design ontology construction ontology software testing ontology software tools and methods ontology In addition to the SEontology, the group at DEBII has defined a Multisite Project Management Ontology [3] which consists of 11 sub-ontologies: process, product, enterprise architecture, software component, actor & role, team, service level, quality, risk, control structure and location.

37 SEOntology The whole set of software engineering concepts representing software engineering domain knowledge is captured in SEontology. Domain knowledge is separate from instance knowledge. The specific software engineering concepts used for the particular software project representing software engineering subdomain knowledge are captured in ontology.

38 SEontology Conhecimento do domínio de ES, de sub-domínios da ES e acerca das instâncias é disponibilizado para compartilhamento entre engenheiros de software pela Internet. Membros das equipes, a despeito de sua localização, podem consultar a informação semanticamente ligada e usá-la como base comum para comunicação. O propósito principal da SEontology é permitir a comunicação entre sistemas de computador ou entre engenheiros de software engineers de modo a obter um entendimento comum do conhecimento de ES e realizar certos tipos de computações (Wongthongtham et al., 2009).

39 SEontology É representada graficamente usando uma notação proposta pelos autores e é implementada em OWL. SEontology contém 362 conceitos e 303 relações. SEontology pode ser usada para facilitar: Compartilhamento de conhecimento (Ex.: modelagem de casos de uso) Comunicação (Ex.: diagrama de atividades) Aplicações práticas: Anotação e recuperação de informação.

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47 SWEBOK Ontology Baseada na versão 2004 do SWEBOK (Abran et al., 2006). SWEBOK: Guide to the Software Engineering Body of Knowledge: iniciativa que produziu um notável consenso acerca de um subconjunto do conhecimento de ES. 1ª Fase: envolveu aproximadamente 500 revisores de 42 países. 2ª Fase: envolveu mais de 120 revisores de 21 países.

48 SWEBOK O Guia não deve ser confundido com o Corpo de Conhecimento em si. O propósito do guia é descrever que porção do corpo de conhecimento é aceito de forma geral, organizar esta porção e prover acesso por meio de tópicos a ela. O corpo de conhecimento é encontrado nas referências e não no guia. 48

49 SWEBOK Categorias de Conhecimento

50 SWEBOK: Versão 2004 Áreas de Conhecimento: Requisitos de Software Design de Software Construção de Software Teste de Software Manutenção de Software Gerência de Configuração de Software Gerência de Engenharia de Software Processo de Engenharia de Software Métodos e Ferramentas de Engenharia de Software Qualidade de Software 50

51 SWEBOK: Versão 2004 Disciplinas Relacionadas: Engenharia de Computação Ciência da Computação Gerência Matemática Gerência de Projetos Gerência da Qualidade Ergonomia de Software Engenharia de Sistemas

52 SWEBOK: Versão 2014 Áreas de Conhecimento: Requisitos de Software Design de Software Construção de Software Teste de Software Manutenção de Software Gerência de Configuração de Software Gerência de Engenharia de Software Processo de Engenharia de Software Métodos e Modelos de Engenharia de Software Qualidade de Software Prática Profissional de Engenharia de Software Economia de Engenharia de Software Fundamentos de Computação Fundamentos de Matemática Fundamentos de Engenharia 52

53 SWEBOK: Versão 2014 Disciplinas Relacionadas: Engenharia de Computação Ciência da Computação Gerência Geral Matemática Gerência de Projetos Gerência da Qualidade Engenharia de Sistemas

54 SWEBOK Ontology Fases do Projeto: Construção da Proto-ontologia: Análise dos conceitos, relações e axiomas por área de conhecimento. Base: Guia do SWEBOK e padrões ISO e IEEE relacionados. Extração automática (processamento de linguagem natural) para completar a lista de conceitos e relações. Ciclos de Validação Interna: inicialmente com membros do projeto, visando progressivamente construir um consenso mais amplo, no que se refere aos elementos na protoontologia. Ciclos de Validação Externa: idem, mas considerando especialistas no domínio de ES de reputação internacional. Não fica claro se foi feita (o texto diz que será requerida ).

55 SWEBOK Ontology: Fases do Projeto

56 SWEBOK Proto-ontology Foram identificados no Guia SWEBOK: conceitos, 407 relações, fatos e 15 princípios.

57 SWEBOK Ontology Uso de uma ontologia de fundamentação como base: OpenCyc 0.9. Método de fundamentação usado: Encontrar na ontologia de fundamentação uma ou mais categorias que podem ser supertipo para uma categoria da ontologia do SWEBOK. Checar se o mapeamento é consistente com o restante da ontologia. Prover predicados apropriados para caracterizar a nova categoria. Editar no Protégé (ou outro editor) para se obter a versão formal final. A argumentação (a favor ou contra) acerca de um conceito ou predicado é feita tomando OpenCyc como base.

58 SWEBOK Ontology Principais elementos da ontologia, transversais a várias áreas de conhecimento do SWEBOK. Conceitos centrais: Atividade (foco em atividades efetivamente realizadas) subtipo de OC::PurposefulAction Engenheiro de Software (papel desempenhado por um agente humano) subtipo de OC::IntelligentAgent, excluding collectives: Equipe, Organização) Artefato (OC:: Artifact) Documento ( An important ontological differentiation is that of Documents and its propositional content, i.e. the information they contain. ) Programa de Computador: (OC::ComputerProgram, which is distinct from computer code and from both running and installed programs. )

59 Ontologia para Metodologias e Esforços de Desenvolvimento de Software

60 Ontologia para Metodologias e Esforços de Desenvolvimento de Software

61 Ontologia para Metodologias e Esforços de Desenvolvimento de Software - Processo

62 Ontologia para Metodologias e Esforços de Desenvolvimento de Software Estágios

63 Ontologia para Metodologias e Esforços de Desenvolvimento de Software - Produto

64 Ontologia para Metodologias e Esforços de Desenvolvimento de Software - Produtor

65 Referências Abran, A., Cuadrado, J. J., García-Barriocanal, E., Mendes, O., Sánchez-Alonso, S., Sicilia, M.A., Engineering the Ontology for the SWEBOK: Issues and Techniques. In: Ontologies in Software Engineering and Software Technology, Calero, C., Ruiz, F., Piatinni, M. (Eds.), Springer, 2006, pp Wongthongtham, P., Chang, E., Dillon, T, S., Sommerville, I., Development of a Software Engineering Ontology for Multisite Software Development, IEEE Transactions on Knowledge and Data Engineering, vol. 21, no. 8, August 2009, pp Zhao, Y., Dong, J., Peng, T., Ontology Classification for Semantic-Web-Based Software Engineering, IEEE Transactions on Services Computing, vol. 2, no. 4, October-December 2009, pp