Sistemas de informação governados por ontologias

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1 Sistemas de informação governados por ontologias Marco A. Casanova Departamento de Informática PUC-Rio 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 1

2 Tópicos Motivação Ontologias: Conceitos Linguagens Ferramentas Sistemas de informação governados por ontologias: Conceitos Exemplos Resumo 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 2

3 Referências Website do curso INF2031 Tópicos de Bancos de Dados II Karin Breitman. Web Semântica: A Internet do Futuro. LTC Editora (data de lançamento em agosto de 2005) Karin Breitman, Marco A. Casanova. Desenvolvimento de Ontologias para Engenharia de Software e Banco de Dados: Um tutorial Prático. (Tutorial aceito para 19 o SBES, 3 a 7 de outubro, Uberlândia, MG) 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 3

4 Referências G. Antoniou e F. Harmelen. A Semantic Web Primer. MIT Press, Cambridge, MA (2004) A. Gómez-Pérez, M. Fernadéz-Peréz, O. Corcho. Ontological Engineering. Springer Verlag (2004) M. Daconta, L. Obrst, K. Smith. The Semantic Web. Wiley Pub. Inc (2003) J. Sowa. Knowledge Representation: Logical, Philosophical and Computational Foundations. Brooks/Cole Books, Pacific Grove, CA (2000) 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 4

6 Referências Berners-Lee, Tim; James Hendler; Ora Lassila. The Semantic Web: A new form of Web content that is meaningful to computers will unleash a revolution of new possibilities. Scientific American. May 2001 Haas, L; Carey, M. The Top 10 Reasons Why Federated Can t Succeed (and Why it Will Anyway) Guarino, Nicola. Formal Ontology and Information Systems. in N. Guarino (ed.), Formal Ontology in Information Systems. Proceedings of FOIS 98, Trento, Italy, 6-8 June Amsterdam, IOS Press, pp /3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 6

7 Motivação / Web Semântica Fatos... a Web é sintática! concebida para divulgar informação para seres humanos a Web hoje é gigantesca! 8 bilhões de páginas (?) hiper-lincadas entre si pesquisa através de buscadores que não interpretam os resultados 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 7

8 Motivação / Web Semântica Problema... apresentação a cargo de máquinas interpretação a cargo de humanos 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 8

9 Motivação / Web Semântica A Web semântica é uma visão para o futuro da Web em que informação recebe significado explícito, tornando mais fácil para máquinas processar e integrar automaticamente a informação disponível na Web 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 9

10 Scientific American, May 2001: 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 10

11 Motivação / Web Semântica Web semântica = Web com páginas e recursos anotados semanticamente 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 11

12 Motivação / Interoperabilidade Problema... criar uma federação de fontes de dados fontes de dados devem interoperar fontes de dados devem permanecer independentes DS 1 DS 2 DS n... DS n+1 n+1 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 12

13 Motivação / Interoperabilidade Interoperabilidade requer a definição de mapeamentos a nível de metadados mapeamentos entre classes e propriedades de diferentes fontes exemplos: Infraero.Aeroporto subclassof Amadeus.Airport Infraero.Cod subpropertyof Amadeus.Code Infraero.Nome subpropertyof Amadeus.Name Amadeus.Airport Infraero.Aeroporto Code Name City Cod Nome Estado 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 13

14 Motivação / Interoperabilidade Interoperabilidade requer a definição de mapeamento entre instâncias mapeamentos entre instâncias de fontes distintas exemplo: a Amadeus.Airport sameindividualas b Infraero.Aeroporto se e somente se a.code = b.cod Amadeus.Airport Infraero.Aeroporto Code Name City Cod Nome Estado GIG Galeão Rio de Janeiro GIG Galeão RJ SDU Santos Dumont Rio de Janeiro SDU Santos Dumont RJ CDG Charles de Gaulle Paris PHB Santos Dumont PI 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 14

15 Motivação / Interoperabilidade Problema: a definição de mapeamentos a posteriori é extremamente difícil, se não impossível The Top 10 Reasons Why Federated Can t Succeed (and Why it Will Anyway) Haas + Carey Número 10: Robustês Número 9: Segurança Número 8: Atualização Número 7: Configuração Número 6: Administração Número 5: Heterogeneidade Semântica Número 4: Insuficiência de Metadados Número 3: Desempenho (Transferência de Dados) Número 2: Desempenho (Complexidade) Número 1: Desempenho (Otimização de consultas) 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 15

16 Motivação / Interoperabilidade Nenhum problema é tão grande, ou complicado, que não se possa fugir dele o problema definição a posteriori de mapeamentos como fugir dele projeto a priori de fontes de dados anotadas semanticamente 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 16

17 Motivação / Ontologias Ontologia: fornece um vocabulário para criar anotações semânticas permite criar novos termos, combinando os já existentes especifica formalmente o significado dos termos permite definir relacionamentos com termos de outras ontologias Onto (o que existe) + Logos (conhecimento sobre) 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 17

18 Motivação / Ontologias Visão: Grande número de pequenas ontologias interligadas toda empresa, universidade, agência governamental terá seu conteúdo conectado a uma ontologia James Hendler, Agents and the Semantic Web 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 18

19 Motivação / Sistema de informação baseado em ontologias Sistema de informação baseado em ontologias: possui ontologias explícitas ontologias ocupam um papel proeminente componentes do sistema utilizam as ontologias em suas tarefas 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 19

20 Motivação / Sistema de informação baseado em ontologias Primeiros passos explicite a semântica embutida nos dados e no código use ontologias para prover o vocabulário tente reusar ontologias já existentes use uma linguagem padronizada para descrever as ontologias Próximos passos... faça uma reengenharia do sistema em torno da ontologia reescreva partes do sistema para interpretar a ontologia 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 20

22 Referências Requirements for a Web Ontology Language (W3C Working Draft 08 July 2002) W3C - Semantic Web Activity The Semantic Web Community Portal 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 22

23 Conceitos Definição: uma ontologia, para uma área do conhecimento, especifica: o vocabulário (ou seja, o conjunto de termos) utilizado o significado pretendido para os termos uma ontologia é uma teoria formal para uma área do conhecimento 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 23

24 Conceitos Tipos de Ontologias 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 24

25 Conceitos / Exemplos Dublin Core Metadata Initiative conjunto mínimo de elementos descritivos para facilitar a descrição e indexação automática de objetos, como documentos, interligados entre si, de forma semelhante ao catálogo de uma biblioteca 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 25

26 Conceitos / Exemplos <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xml:lang="en-us"> <rdf:description rdf:about=" <dc:identifier rdf:resource=" /> <dc:description>photograph taken at 6:00 am on Corfu</dc:description> <dc:title>walkingonthebeachin Corfu</dc:title> <dc:creator>john Peterson</dc:creator> <dc:contributor>sally Smith, lighting</dc:contributor> <dc:format>image/jpeg</dc:format> </rdf:description> </rdf:rdf> 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 26

27 Conceitos / Exemplos Dublin Core Metadata Initiative 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 27

28 Conceitos / Exemplos Open Directory Project diretório para a Web editado manualmente (!) construído e mantido por uma comunidade de voluntários (!!) 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 28

29 Conceitos / Exemplos Open Directory Project 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 29

30 Conceitos / Exemplos Open Directory Project 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 30

31 Conceitos / Exemplos Friend of a Friend FOAF projeto para criar uma Web de homepages, processáveis por máquina, descrevendo pessoas, ligações entre elas e as coisas que elas fazem ou criam ontologia descrevendo pessoas 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 31

32 Conceitos / Exemplos wn:document subclassof wn:agent-3 Document subclassof homepage name gender rdfs:literal Agent geo:spatialthing based_near page rdfs:literal subclassof subclassof knows Person interest rdfs:resource firstname rdfs:literal surname rdfs:literal rdfs= wn= geo= 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 32

33 Conceitos / Exemplos WordNet 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 33

34 Conceitos / Exemplos CYC 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 34

35 Conceitos / Ontologia x Esquema Conceitual Esquema Conceitual: normalmente não utilizado em tempo de execução usualmente sem semântica formal valores dos atributos tirados dos domínios subjacentes restrições de integridade relevantes para atualizações Ontologia: normalmente utilizada em tempo de execução usualmente com semântica formal valores dos atributos são cidadãos de primeira classe restrições de integridade utilizadas para inferência 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 35

36 Conceitos / Uso de Ontologias Cuidados no uso de ontologias: Compartilhamento: ontologias devem poder ser divulgadas de forma aberta fontes de dados diferentes devem poder compartilhar a mesma ontologia uma ontologia deve poder ser estendida com novas definições fornecidas por outras ontologias 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 36

37 Conceitos / Uso de Ontologias Cuidados no uso de ontologias: Evolução: ontologias devem poder evoluir ao longo do tempo porém uma fonte de dados deve poder indicar a versão da ontologia que ela segue (documentos de uma versão podem ou não ser compatíveis com outra versão da mesma ontologia, mas deve ser possível distinguir qual versão um documento segue) 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 37

38 Conceitos / Uso de Ontologias Cuidados no uso de ontologias: Interoperabilidade: ontologias diferentes podem representar os mesmos conceitos porém deve ser possível relacionar as representações do mesmo conceito oriundas de ontologias diferentes 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 38

39 Conceitos / Uso de Ontologias Cuidados no uso de ontologias: Detecção de inconsistências: ontologias diferentes podem ser contraditórias porém deve ser possível detectar inconsistências 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 39

41 Referências RDF Prime (W3C Working Draft 23 January 2003) OWL Web Ontology Language - Overview (W3C Candidate Recommendation 18 August 2003) M. Horridge et al. A Practical Guide To Building OWL Ontologies Using The Protégé-OWL Plugin and CO-ODE Tools, Edition 1.0, The University Of Manchester (August 27, 2004) 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 41

42 Referências 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 42

43 Linguagens WOL Web Ontology Language: permite descrever os seguintes conceitos: classes no domínio de interesse classes de relacionamentos entre indivíduos propriedades (ou atributos) dos indivíduos os próprios indivíduos, suas propriedades e relacionamentos 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 43

44 Linguagens Classificação: Notação Gráfica: Redes Semânticas Topic Maps UML RDF Baseada em Lógica Lógica de Descrição (OIL, DAML+OIL, OWL) Lógica de Primeira Ordem / Regras (RuleML, Prolog, KIF) Grafos Conceituais Lógicas de Ordem Superior (LBase) Lógicas Não-Clássicas (Flogic, Non-Mon, modalidades) Probabilistic/fuzzy 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 44

45 Linguagens 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 45

46 Linguagens / RDF Resource Description Framework (RDF) recomendação do W3C ( provê uma sintaxe simples e um formalismo gráfico para modelar e processar dados e metadados, de forma simples 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 46

47 Linguagens / RDF RDF Model: um recurso em RDF é qualquer URIref uma afirmação em RDF é uma tripla (S, P, O), entendida como S possui P com valor O, onde S é o sujeito da afirmação, designado por um recurso P é o predicado da afirmação, designado por um recurso O é o o objeto da afirmação, designado por um recurso ou literal um grupo de afirmações em RDF deve ser entendido como a conjunção das afirmações 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 47

48 Linguagens / RDF Exemplo: has a creator whose value is John Smith sujeito: predicado: objeto: 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 48

49 Linguagens / RDF Notação em triplas: < < < Notação em grafo: Sujeito propriedade Objeto 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 49

50 < < < < < "August 16, 1999". < < "English". literais 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 50

51 Linguagens / RDF Exemplo: ex:index.html exterms:creation-date "August 16, 1999". ex:index.html exterms:language "English". ex:index.html dc:creator <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xmlns:exterms=" <rdf:description rdf:about=" <exterms:creation-date>august 16, 1999</exterms:creation-date> <exterms:language>english</exterms:language> <dc:creator rdf:resource=" </rdf:description> </rdf:rdf> 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 51

52 <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xmlns:exterms=" <rdf:description rdf:about=" <exterms:creation-date>august 16, 1999</exterms:creation-date> <exterms:language>english</exterms:language> <dc:creator rdf:resource=" </rdf:description> </rdf:rdf> 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 52

53 Linguagens / RDF Schema RDF Schema (RDFS) estende RDF com um vocabulário para definir: classes propriedades de classes hierarquia de classes e de propriedades vocabulário: Class, Property type subclassof, subpropertyof range, domain 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 53

54 Linguagens / RDF Schema Vocabulário de RDF: rdf: Vocabulário de RDF Schema: rdfs: 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 54

55 Linguagens / RDF Schema Definição de classe: sujeito: o nome da classe propriedade: rdf:type objeto: rdfs:class Exemplo: ex:motorvehicle rdf:type rdfs:class. 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 55

56 Linguagens / RDF Schema Definição de subclasse: sujeito: o recurso identificando o nome da classe propriedade: rdfs:subclassof objeto: o recurso identificando o nome da classe Exemplo: ex:van rdf:type rdfs:class. ex:van rdfs:subclassof ex:motorvehicle. 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 56

57 Linguagens / RDF Schema Subclasse (cont.): a propriedade rdfs:subclassof é transitiva Exemplo de subclasses transitivas: ex:van rdf:type rdfs:class. ex:minvan rdf:type rdfs:class. ex:van rdfs:subclassof ex:motorvehicle. ex:minvan rdfs:subclassof ex:van. ex:minvan rdfs:subclassof ex:motorvehicle. 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 57

58 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 58

59 Linguagens / RDF Schema Exemplo de esquema em triplas: ex:motorvehicle rdf:type rdfs:class. ex:passengervehicle rdf:type rdfs:class. ex:van rdf:type rdfs:class. ex:truck rdf:type rdfs:class. ex:minivan rdf:type rdfs:class. ex:passengervehicle rdfs:subclassof ex:motorvehicle. ex:van rdfs:subclassof ex:motorvehicle. ex:truck rdfs:subclassof ex:motorvehicle. ex:minivan rdfs:subclassof ex:van. ex:minivan rdfs:subclassof ex:passengervehicle. 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 59

60 <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:rdfs=" Exemplo de esquema em RDF/XML <rdf:description rdf:id="motorvehicle"> <rdf:type rdf:resource=" </rdf:description> <rdf:description rdf:id="passengervehicle"> <rdf:type rdf:resource=" <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdf:description> <rdf:description rdf:id="truck"> <rdf:type rdf:resource=" <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdf:description> <rdf:description rdf:id="van"> <rdf:type rdf:resource=" <rdfs:subclassof rdf:resource="#motorvehicle"/> </rdf:description> <rdf:description rdf:id="minivan"> <rdf:type rdf:resource=" <rdfs:subclassof rdf:resource="#van"/> <rdfs:subclassof rdf:resource="#passengervehicle"/> </rdf:description> </rdf:rdf> 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 60

61 Linguagens / RDF Schema Liberalidades de RDF/RDFS: não há distinção entre classes e indivíduos: <Raça,type,Class> <Yorkshire,type,Raça> <Hércules,type,Yorkshire> propriedades podem ter propriedades: <donodeyorkshire,subpropertyof,donodecachorro> <donodeyorkshire,type,propriedadedefamilia> não há distinção entre os vocabulários de RDF/RDFS e da aplicação: <type,range,class> <Property,type,Class> <type,subpropertyof,subclassof> 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 61

62 Linguagens / RDF Schema Problemas com RDFS: RDFS não captura a semântica de recursos em detalhe: não há restrições sobre domínio e contra-domínio: não é possível expressar que o contra-domínio de temfilho é Pessoa, quando aplicado a pessoas, e Cachorro, quando aplicado a cachorros não há restrições de cardinalidade ou existência: não é possível exprimir que toda pessoa tem exatamente uma mãe, ou que toda pessoa possui dois pais não é possível exprimir as propriedades de transitividade, inversibilidade e simetria 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 62

63 Linguagens / OWL História OIL DAML-ONT DAML+OIL OWL desenvolvida na Europa desenvolvida nos EUA esforço do Joint EU/US Committee on Agent Markup Languages subconjunto de DL, estendendo RDF DAML+OIL submetida ao W3C como base para padronização formado o Web-Ontology (WebOnt) Working Group WebOnt desenvolve OWL a partir de DAML+OIL OWL passou a ser uma W3C Recommendation (10/02/2004) 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 63

64 Linguagens / OWL Redutos de OWL OWL full OWL DL OWL Lite Características de OWL DL: semântica bem definida teoria bem desenvolvida (complexidade, decidibilidade) procedimentos de prova bem estudados motores de inferência otimizados 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 64

65 Linguagens / OWL Construtores de Classes em OWL 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 65

66 Linguagens / OWL Axiomas de OWL 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 66

67 <owl:class rdf:id="whitewine"> <owl:intersectionof rdf:parsetype="collection"> <owl:class rdf:about="#wine" /> <owl:restriction> <owl:onproperty rdf:resource="#hascolor" /> <owl:hasvalue rdf:resource="#white" /> </owl:restriction> </owl:intersectionof> </owl:class> <owl:class rdf:about="#burgundy"> <owl:intersectionof rdf:parsetype="collection"> <owl:class rdf:about="#wine" /> <owl:restriction> <owl:onproperty rdf:resource="#locatedin" /> <owl:hasvalue rdf:resource="#bourgogneregion" /> </owl:restriction> </owl:intersectionof> </owl:class> <owl:class rdf:id="whiteburgundy"> <owl:intersectionof rdf:parsetype="collection"> <owl:class rdf:about="#burgundy" /> <owl:class rdf:about="#whitewine" /> </owl:intersectionof> </owl:class> 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 67

68 Linguagens / OWL Inferência sobre uma base de conhecimento K : K é consistente sse existe um modelo I de K C subsume D em K C é equivalente a D em K C é satisfatível em K sse para todo modelo I de K, C I D I sse para todo modelo I de K, C I = D I sse existe um modelo I de K tal que C I Ø xéuma instância de C em K sse para todo modelo I of K, x I C I x,y éuma instância de R em K sse para todo modelo I of K, (x I,y I ) R I 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 68

71 References A survey on ontology tools (Chapter 6) OntoWeb IST , 31 May M. Horridge et al. A Practical Guide To Building OWL Ontologies Using The Protégé-OWL Plugin and CO-ODE Tools, Edition 1.0, The University Of Manchester (August 27, 2004) Jeremy J. Carroll et al. Jena: Implementing the Semantic Web Recommendations. HP Labs, Palo Alto. Jena RDF API Tutorial - 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 71

72 Ferramentas Ferramentas devem ajudar os usuários a especificar e manter ontologias que sejam consistentes todas as classes podem ter instâncias corretas capturem a intuição dos especialistas no domínio minimalmente redundantes apenas os sinônimos desejados ricamente axiomatizadas descrições detalhadas 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 72

73 Ferramentas Ferramentas devem ajudar os usuários a armazenar ontologias de porte significativo consultar ontologias: encontrar a classe mais geral ou específica recuperar instâncias (como em bancos de dados) integrar e alinhar ontologias 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 73

74 Ferramentas / Edição Protégé ( editor de ontologias de código aberto baseado em Java estendível, permitindo a definição de plug-ins modelo de dados nativo: baseado em frames estende o OKBC possui uma ampla comunidade de usuários disponível para download, juntamente com plug-ins e ontologias desenvolvido pelo Stanford Medical Informatics - SMI 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 74

75 Ferramentas / Edição 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 75

76 Ferramentas / Armazenamento Jena ( toolkit para desenvolvimento de aplicações na Web semântica inclui: uma API para RDF leitura e escrita de RDF em RDF/XML, N3 e N-Triples suporte à RDQL (linguagem de consulta para RDF) uma API para OWL armazenamento em memória e persistente desenvolvida pela Hewlett-Packard 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 76

78 Ferramentas / Armazenamento RDF API métodos para manipular sentenças métodos para manipular recursos parsers integrados para RDF/XML, N3 e N-TRIPLES 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 78

79 Ferramentas / Armazenamento Subsistema de Persistência (com suporte a RDQL) armazenamento e recuperação de sentenças em RDF usando um banco de dados opera com MySQL, Oracle, PostgreSQL permite consultas em RDQL 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 79

80 Ferramentas / Armazenamento Subsistema de Inferência: permite a utilização de ferramentas de inferência baseadas em regras permite materializar sentenças em RDF derivadas 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 80

81 Ferramentas / Armazenamento Subsistema de Ontologia (OWL API) oferece suporte a RDFS um subconjunto de OWL DAML+OIL não define componentes mínimos de uma ontologia 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 81

82 Ferramentas / Interoperabilidade Alinhamento (Mapping): produz expressões relacionando conceitos das duas ontologias normalmente as ontologias cobrem domínios complementares O1 O1 carro O2 O2 veículo Integração (Merging): produz uma única ontologia, criada por combinação, extensão, especialização ou adaptação de ontologias de diferentes domínios O1 O2 O3 O4 O ( O = O1 + O2 + O3 + O4 ) carro veículo automóvel meio de transporte terrestre 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 82

83 Ferramentas / Interoperabilidade Plug-ins do Protégé: 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 83

84 Ferramentas / Interoperabilidade Interface do Protégé: 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 84

85 Ferramentas / Interoperabilidade Componente para Alinhamento Taxonômico de Ontologias (CATO) O1 O2 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 85

86 Primeira Primeira ontologia ontologia escrita escrita em em OWL Segunda Segunda ontologia ontologia escrita escrita em em OWL Comparação Léxica (sem e com sinônimos) Poda Estrutural Primeira ontologia enriquecida escrita Primeira em ontologia enriquecida escrita em OWL OWL Segunda ontologia enriquecida escrita Segunda em ontologia enriquecida escrita em OWL OWL a 1 Etapa Transformação de OWL para XML Primeira ontologia enriquecida escrita em XML Segunda ontologia enriquecida escrita em XML Comparação Estrutural a 2 Etapa Conceitos classificados como similares Medidas de Similaridades 3 a Etapa Primeira ontologia enriquecida escrita em OWL Conceitos classificados como bem similares Segunda ontologia enriquecida escrita em OWL Primeira e Segunda ontologias alinhadas escritas em OWL 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 86

87 Ferramentas / Mecanismos de Inferência Mecanismos baseados em Lógica de Primeira Ordem: implicação lógica é parcialmente decidível Mecanismos baseados em Lógica de Descrição: reduto de Lógica de Primeira Ordem decidibilidade é alcançada reduzindo o poder de expressão da linguagem exemplos: FaCT ( Racer ( 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 87

88 Ferramentas / Mecanismos de Inferência 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 88

89 Ferramentas / Mecanismos de Inferência 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 89

90 Ferramentas / Mecanismos de Inferência FaCT Reasoner 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 90

92 Referências Guarino, Nicola. Formal Ontology and Information Systems. in N. Guarino (ed.), Formal Ontology in Information Systems.Proceedings of FOIS 98, Trento, Italy, 6-8 June Amsterdam, IOS Press, pp Requirements for a Web Ontology Language (W3C Working Draft 08 July 2002) 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 92

93 Conceitos ontologia de alto-nível ontologia de domínio ontologia de tarefas ontologia de aplicação 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 93

94 Conceitos Uso de ontologias durante a fase de projeto: ontologia de aplicação pode ser: off-the-shelf (disponível a priori) especialmente desenvolvida para a aplicação, possivelmente a partir de uma ontologia de alto-nível 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 94

95 Conceitos Uso de ontologias durante a fase de execução: sistema de informação consciente de ontologias: um componente do sistema utiliza ontologias, se necessário sistema de informação baseado em ontologias: possui ontologias explícitas ontologias ocupam um papel proeminente componentes do sistema utilizam as ontologias em suas tarefas aplicativos banco de dados interface do usuário 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 95

96 Conceitos Uso de ontologias em banco de dados: durante a fase de projeto: análise de requisitos: uma ontologia pode oferecer suporte para a análise de especificações informais projeto conceitual: uma ontologia pode gerar o esquema conceitual integração: ontologias podem facilitar a criação de mapeamentos entre fontes de dados 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 96

97 Conceitos Uso de ontologias em banco de dados: durante a durante a fase de execução: mediação de acesso processamento de consultas intensionais modificação de consultas 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 97

98 Conceitos Uso de ontologias na interface do usuário: durante a fase de projeto: geração da interface a partir de templates durante a durante a fase de execução: geração dinâmica da interface 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 98

99 Conceitos Uso de ontologias na aplicação: programas de aplicação tipicamente contém semântica do domínio implicitamente embutida parte da semântica está embutida na declaração das classes parte da semântica está embutida no próprio código 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 99

100 Conceitos Uso de ontologias na aplicação: durante a fase de projeto: o desenvolvedor pode gerar a parte estática do código com o auxílio de ontologias 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 100

101 Conceitos Uso de ontologias na aplicação: durante a fase de execução: a semântica do domínio, implicitamente embutida no próprio código, deve ser explicitamente representada, transformando o código em um sistema baseado em conhecimento no mínimo, o comprometimento ontológico do código deve ser explicitado, facilitando assim a sua manutenção e transparência 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 101

103 Referências Requirements for a Web Ontology Language (W3C Working Draft 08 July 2002) mygrid site: Wroe,C., Stevens,R., Goble,C., Roberts,A. and Greenwood,M. A Suite of DAML+OIL Ontologies to Describe Bioinformatics Web Services and Data. International Journal of Cooperative Information Systems, 12, /3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 103

104 Exemplos Exemplos de aplicações e ferramentas baseados em ontologias: Portais Acervos multimídia Computação Ubíqua Agentes Inteligentes Pesquisa e indexação semântica (na Web) Ferramentas para suporte à decisão Aplicações de bancos de dados inteligentes Aplicações para comércio eletrônico 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 104

105 Exemplos / Portais Portais: Definição de Web portal: Web site que fornece informação sobre um tópico específico Conteúdo de um Web portal: fornecido e indexado por membros da comunidade, ou recolhido de provedores de conteúdo na Web, com base em meta-tags que identificam o tópico do conteúdo 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 105

106 Exemplos / Portais Portais: Papel de uma ontologia: prover terminologia e regras de inferência para descrever conteúdo uniformizar a descrição do conteúdo fornecido e indexado por membros da comunidade, ou por provedores de conteúdo na Web facilitar a pesquisa (semântica) do conteúdo pelos usuários do portal 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 106

107 Exemplos / Portais Portais: Exemplos: OntoWeb - portal para a comunidade interessada em pesquisa sobre ontologias The Open Directory Project - diretório para a Web, construído manualmente por uma comunidade de voluntários - "HUMANS do it better" The Semantic Web Community Portal 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 107

108 Exemplos / Acervos Multimídia Acervos Multimídia: Definição de Acervo Multimídia: biblioteca permitindo pesquisa e recuperação de material multimídia digital Conteúdo de um Acervo Multimídia: imagens, áudio, vídeo e outros dados multimídia, em formato digital conteúdo indexado através de atributos adicionais, incluindo descritores e palavras-chave 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 108

109 Exemplos / Acervos Multimídia Acervos Multimídia: Tipos de ontologias para acervos multimídia: ontologia voltada para as mídias: descreve os tipos de mídias e suas características ontologia voltada para o conteúdo: descreve o conteúdo (dentro de um ou mais domínios de conhecimento específicos) 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 109

110 Exemplos / Acervos Multimídia Acervos Multimídia: Exemplos: Projeto Portinari - Web site sobre a obra de Portinari TERRA - terra.nasa.gov Terra vista do espaço 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 110

111 Exemplos / Computação Ubíqua Computação Ubíqua: Definição de Computação Ubíqua(*): novo paradigma de computação oferecendo, ao usuário leigo, acesso e utilização de aparelhos com capacidade computacional baseado em arquiteturas de rede (sem fio) sem configuração prévia necessita de funcionalidade adicional para descrever, anunciar e contratar serviços oferecidos pelos aparelhos requer interoperabilidade casual (serendipitous interoperability), ou seja, capacidade de interoperar sem previsão prévia (*) Onipresente 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 111

112 Exemplos / Computação Ubíqua Computação Ubíqua: Exemplos de formalismos para descrição de processos e recursos: OWL-S (anteriormente DAML-S): ontologia de processos Composite Capability/Preference Profile (CC/PP): linguagem baseada em RDF para representar informação sobre características dos dispositivos 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 112

113 Exemplos / Computação Ubíqua Computação Ubíqua: Exemplos de formalismos para descrição de processos e recursos: OWL-S (anteriormente DAML-S): ontologia de processos Composite Capability/Preference Profile (CC/PP): linguagem baseada em RDF para representar informação sobre características dos dispositivos 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 113

114 Exemplos / mygrid Projeto: parceiros: 5 universidades britânicas EBI - European Bioinformatics Institute colaboradores da indústria financiamento: 3.4 milhões de libras 0.4 milhões de libras em bolsas duração: outubro de 2001 a abril de 2005 Newcastle Sheffield Manchester Nottingham Hinxton Southampton 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 114

115 Exemplos / mygrid Características: arquitetura: grid de Web services personalizável via ontologias foco: experimentos in silico de Bioinformática resultados aplicáveis a e-science em geral Newcastle Sheffield Manchester Nottingham Hinxton Southampton 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 115

116 Ciclo de vida de um experimento Definição Personalização Localização e reuso de experimentos e recursos Execução e monitoramento Compartilhamento de serviços e experimentos Gerência do ciclo de vida, da proveniência, e dos resultados 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 116

118 Workflows Literatura Registro da proveniência das execuções dos workflows Anotações Ontologias Fontes de dados Serviços Pesquisadores 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 118

119 Classes de serviços Semântica do domínio Especificação Serviço Abstrato Ontologia Alinhamento Seqüência Serviço Concreto Ontologia Blastn Instâncias de serviços Semântica operacional Executável Modelo de Dados Instância de Serviço Ontologia Instância Executada invoked proxy Resultado da execução 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 119

120 Ontologias do mygrid Ontologia Alto Nível substância estrutura... Especializa Contribui Ontologia Tarefas acesso apresentação... Ontologia Informática Ontologia Web Services estrutura de dados banco de dados metadados... Ontologia Biologia Molecular proteína nucleotídeo seqüência... Ontologia Bioinformática Ontologia Bibliografia artigo abstrato citação... SWISS-PROT database BLAST alinhamento... Ontologia Instituições EBI NCBI NLM 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 120

121 Tamanho das Ontologias do mygrid Ontologia # Classes (prim. / deriv.) # Propriedades Tamanho do vocabulário 1 Indivíduos Biologia Molecular 112 (66/46) Bibliografia 6(6/0) Tarefas 117(2/115) Informática 96 (48/48) Bioinformática 75 (31/44) Alto Nível 50(40/10) Instituições 1 (1/0) (1) Tamanho do vocabulário usado para criar descrições de conceitos. 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 121

123 Resumo Ontologia: fornece um vocabulário para criar anotações semânticas permite criar novos termos, combinando os já existentes especifica formalmente o significado dos termos permite definir relacionamentos com termos de outras ontologias 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 123

124 Resumo Visão: Grande número de pequenas ontologias interligadas toda empresa, universidade, agência governamental terá seu conteúdo conectado a uma ontologia James Hendler, Agents and the Semantic Web 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 124

125 Resumo Sistema de informação baseado em ontologias: possui ontologias explícitas ontologias ocupam um papel proeminente componentes do sistema utilizam as ontologias em suas tarefas 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 125

126 Resumo 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 126

127 E o futuro? 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 127

128 O futuro é previsível? Consider a future device for individual use, which is a sort of mechanized private file and library. It needs a name, and, to coin one at random, "memex" will do. A memex is a device in which an individual stores all his books, records, and communications, and which is mechanized so that it may be consulted with exceeding speed and flexibility. It is an enlarged intimate supplement to his memory.... The process of tying two items together is the important thing. When the user is building a trail, he names it, inserts the name in his code book, and taps it out on his keyboard.... Thereafter, at any time, when one of these items is in view, the other can be instantly recalled merely by tapping a button below the corresponding code space. Moreover, when numerous items have been thus joined together to form a trail, they can be reviewed in turn, rapidly or slowly, by deflecting a lever like that used for turning the pages of a book.... Wholly new forms of encyclopedias will appear, ready made with a mesh of associative trails running through them, ready to be dropped into the memex and there amplified... by Vannevar Bush The Atlantic Monthly; July, 1945; As We May Think; Volume 176, No. 1; pages /3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 128

129 O futuro é imprevisível! 5/3/2006 (c) Dept. Informática - PUC-Rio 129