Introdução à Web Semântica Ana Maria de C. Moura PRODERJ - RJ [email protected]

Introdução à Web Semântica

Ana Maria de C. MouraPRODERJ - RJ

[email protected]

A.M Moura - SDMS 2004 2

Sumário A Evolução da Web

Pesquisa, Recuperação, Organização e Extração de Recursos na Web

A Web SemânticaFundamentosOntologiasLinguagens p/ representação de ontologias

Ferramentas e Projetos de Suporte à Web Semântica

Conclusão


IntroduçãoA Web: como tudo começou 1990 – CERN (European Organization for Nuclear Research) Idéia: tornar o conhecimento accessível a todos e de forma

amigável WWW Consortium (W3C) - 1994 – Tim Berners-Lee

(MIT, INRIA, Keio University) objetivos:

dar suporte à evolução da tecnologia da informação: infraestrutura - redes, gráfico, interface

encorajar cooperação na indústria: desenvolvimento de interfaces e plataformas padrões

Interação humana apenas


A evolução da Web 1993 Mosaic: 50 sites 1994: primeiras máquinas de busca (webcrawler,

wwww - World Wide Web Worm)

1996: US$ 1 bilhão compras na Internet (150 países) 1997: 1 milhão de páginas 1998: 300 mil provedores

.... 2004: de 4 bilhões de páginas Web*

945 milhões de usuários* www.google.com


Gerações Web: rumo à Web semântica

1a geração

TCP/IPftp, e-mail, Gopher,... pág. html manuais

pág.htmlgeradas automatica/(leitura, browsing, formulários)mecanismos busca

conectividade

2a geração

apresentação

3a geração ......

programação

(processamento humano)

Serviços WebXML WSDL(Web Service Description Language)

UDDI (Universal Description, Discovery & Integration)

WSFL (Web-Services Flow Language)

SOAP (Simple Object Access Protocol)

Web Semântica

+Serviços

Web

Tecnologia

Inovação


Problemas na Web Atual Aumento exponencial de publicações na Web

2004: de 4 bilhões de páginas Web

50% a mais de novas páginas a cada ano!!

somente 20% estarão acessíveis em 1 ano!!! Somente 62% apresentam contéudo novo

[Ntoulas et al 04]


Problemas na Web Atual Busca da Informação

Problema de “precisão” das atuais ferramentas de pesquisa

navegação através de links e uso de pal. chaves p/ busca

Problemas p/ identificar, descrever e localizar recursos de forma mais eficiente


Na Web Atual:Busca de informação

Nice pubs in Nice

The Old Book12, R. Victor Hugo

The White Swan3 Av. Hemingway

The Horseshoe

Nice pubs in Nice

The Old Book12, R. Victor Hugo

The White Swan3 Av. Hemingway

The Horseshoe

Summary of the novel

"The Old Man And The Sea"by Ernest Hemingway

This new edition starts with a large historical introduction of the work

Summary of the novel

"The Old Man And The Sea"by Ernest Hemingway

This new edition starts with a large historical introduction of the work

Missed Missed Recall RecallNoise Noise Precision Precision


Pesquisa, Recuperação, Organização e Extração de Recursos na Web

Estratégias importantesMecanismos de buscaBibliotecas digitaisLinguagens de consulta WebMecanismos de extração

(wrappers)


Mecanismos de Busca Busca baseada em pal. chavesex: Alta Vista, Infoseek, Yahoo, MetaCrawler, Google...Problemas com a recuperação da informação Recuperação (recall) limitada:

toda a informação relevante foi localizada? um documento naquele assunto, porém com uma descrição diferente da

palavra chave não é recuperada Precisão limitada:

quantos documentos são realmente relevantes? um documento de um assunto diferente que utiliza as mesmas palavras é

recuperado Relevância:

baseada em vetor de palavras é duvidosa PageRank (Google)


Usam topologia da Web em consultas p/ controlar navegação e obter melhores respostas: navegação e pesquisa WebSQL [Mihaila 96] , W3QL[Konopnicki et al.98] WebSQL explora estrutura e topologia do documento semântica clara baseada num modelo de grafo virtual

documento(url, titulo,texto,type, lenght,modif)

ex: encontre todos os documentos html sobre XML

select d.url, d.titulofrom Documento d such that d mentions “XML”where d.type=“text.html”

Linguagens de consulta Web


Mecanismos de extração baseado em Wrappers

Agente de consulta

Mediador

Wrapper1 Wrapper2Wrappern

BD2BD1BD1BDn

....

lida com usuário

lida c/ fontes deinformação

[Widerhold 1992]


Mecanismos de extração

Programas extratores (Wrappers) Mapeiam páginas Web em um conjunto de

objetos organizados sob forma de árvore de modo a extrair informações relevantes

Abordagens p/ desenvolvimento de Wrappers [Laender SBBD 2001]

Baseadas em contexto Baseadas em conteúdo


Wrappers – exemplos

Contexto W4F [Sahuguet et al, DKE 36(2), 2000] RoadRunner [Crescenzi VLDB 2001]

DeBye [Laender et al., DKE, 2002] (modelo de dados -padrões/exemplos p/ extração)

...... Conteúdo

Ontologia específica de domínio

ex: BYU Tool [Embley et al., DKE 31(3),1999]

Estrut. doc. HTML


Problemas na Web Atual (cont) Integração de informações:

O site A tem descrição de produtos de software

O site B tem preços de material de computação

Problema: Combinar produtos e preços.

Dificuldade: Como integrar tais informações?


Enfim, na Web Atual Situação atual:

O conteúdo pode ser “lido”, mas não processado pela máquina

Problema: É difícil automatizar processos/serviços na Web Como interoperar informações num ambiente

heterogêneo? Como integrar recursos na Web?

Um início de solução: Descrever os dados contidos na Web e representá-los

de forma conveniente


O que é Web Semântica? É uma extensão da Web

atual que visa dar significado semântico ao conteúdo das páginas Web, criando um ambiente onde agentes de software e usuários possam trabalhar de forma cooperativa [Tim Berners-Lee et al. 2001]


Web Semântica: Visão W3C

“A Web Semântica é uma visão: é a idéia de de se ter dados na Web definidos e ligados de uma maneira tal que possam ser usados por máquinas não só com o objetivo de apresentação, mas p/ automação, integração e reuso de dados entre aplicações” *

*: World Wide Web Consortium: “Semantic Web Activity Statement.” http://www.w3.org/2001/sw/Activity


Usando a Web Semântica...

“The Perfect Storm”[Hendler 2001]


Uso de Agentes Web

Acesso a um agente de um servidor geográfico: “Obter uma foto satélite dessa região do Atlântico”


Resultado da Consulta Uma imagem satélite obtida ontem às 10 horas da manhã está

disponível na Web no endereço http://.... Uma nova imagem satélite que será feita hoje às 10 horas estará

disponível por $100 - aperte aqui p/ autorizar a transferência de fundos e obter a imagem (é necessário fornecer um cartão de crédito)

Numa situação de emergência um avião de guarda costeira pode ser enviado a qualquer local na área indicada. Nota: você será responsável pelos custos de vôo se a situação não for de emergência (aperte aqui p/ mais informações)

Um observador de grande-altitude pode ser enviado até aí em 13 hs. Clique aqui p/ iniciar procedimento (é necessário autorização militar, código e oficial responsável. Caso de abuso resultará em prisão).

Um serviço denominado “serviço comercial” para prover imagens satélites é anunciado para disponibilização em 2004. Mais informações consulte http://....


Objetivos da Web Semântica Dados científicos:

integração entre dados ponteiros para condições experimentais, fontes, algoritmos

Comércio Eletrônico significados bem definidos p/ documentos catálogos, preços, taxas, especificações

Gerenciamento pessoal de informações: calendários, fotos,....

Plataforma comum p/ manipulação de BDs, inferência, etc. Regras e ontologias Novos desafios: WS- IA


A Web Semântica requer Capacidade p/ representar e gerenciar conteúdo semântico

na Web

Como um agente pode “aprender” o significado de um novo termo a partir de uma especificação formal?

Necessidade de formalização (metadados, ontologias)

descrição de propriedades e relacionamentos sobre itens; regras, inferência


A Web Semântica requer (cont.)

Integração e interoperabilidade2 agentes estão semanticamente

integrados se puderem comunicar-se entre si com sucesso!

Mas é preciso levar em consideração linguagens de representação distintas incompatibilidade de conceitos termos e estilos diferentes de modelagem


Níveis de semântica

Consensohumano

Implícito

motor: “mecanismoque propulsiona energia e faz veículo se locomover”

Texto descritivo

Informal(explícito)

(motor tem (superclasses (...))

Semântica explícitaelaborada: usada em tempo de execução

Semântica processada: usada em tempo de execução (inferência)

Formal(p/ humanos)

Formal(p/ máquinas)

Web

[Uschold e Gruninger 2002]


Semântica Formal p/ Processamento por Máquina

O objetivo deste relatório édescrever o funcionamento damáquina XPTO e analisar as suas funcionalidades....

123 deve ser utilizado na temperatura.....

Ontologia Motor (MTO)( has (superclasses (periferico– mecanico)) (text-def (“Serve para....”)))

(todo has (componentes_ fisicos (cilindro, valvula, pistao)) (funcionalidade(injetar combustivel)))

Oba, conheçoesta ontologia!

< conceito id=motor-gasolina> motor a gasolina </conceito> (motor-gasolina has

Marcador semântico? (superclasses MTO.motor))

motor a gasolina

motor

motorweb


Web atual x Web Semântica


URI Unicode

XML Namespaces

Sig

natu

re

Enc

rypt

ion

RDF Model & Syntax

RDFS

Ontology

Rules

Logic framework

Proof

Trust

Fonte: http://www.w3.org/2002/Talks/04-sweb/slide12-0.html

A Visão da Web Semântica pela W3C

camadasintática

camadade dados

camadade ontol.

camadade lógica

camadade prova

camadade validação

caract.

internac.

esquema

dadosintática/correto

representaçãodado/metadado

significadodo dado

regras

intercâmbio entre agentes

verdades


<bibliografia>

<livro> <titulo> Principles of Distributed Database Systems </ titulo>

<autor> Ozsu </autor> <autor> Valduriez </autor>

<editor> Prentice Hall </ editor >

<ano> 1999 </ ano >

</ livro >

< livro > < titulo > Data on the Web </ titulo >

<autor> Abiteboul </autor> <autor> Buneman </autor>

<autor> Vianu </autor>

< editor > Morgan Kaufmann </ editor >

<ano> 1999 </ ano >

</livro>

XML descreve conteúdo


Características do XML XML é flexível

Meta linguagem Usuários definem suas próprias marcações (tags)

Separação nítida entre conteúdo, estrutura e layout stylesheets (XSL) p/ converter em HTML

Estrutura documentos sob forma de árvore Estrutura pode refletir algum significado APIs p/ parsers XML (DOM, SAX)

Um documento XML pode conter uma descrição opcional de sua gramática (DTD)


XML para Integração de Dados

mediador/wrapper como elemento integrador de visão de fontes de dados

BD

wrapper

mediador - XML

wrapper wrapper

File Web


“Impedance Mismatch”

Objetosid nome peso 001 cegonha 8.0 002 bailarina 40.0 ... ... ...

cod conc 100 transp

200 dança

... ...

Conceito

Objeto

Tabelas RelacionaisÁrvore XML

Grafo RDF


Porém, XML não é suficiente... Vantagem do uso do XML: reutilização do parser e validação do documento; porém, Diferentes possibilidades de expressar um mesmo domínio de discurso, podendo acarretar

em ambiguidade de interpretação

Livroautortítulopreçoidioma

< livro lang= “Ingles” preco= “US$ 60.00”

titulo= “Principles of Distributed Database Systems”

autor=“Ozsu Valduriez”></livro>< livro lang= “Ingles”>

<preco= “US$ 60.00”>

<titulo>Principles of Distributed …</titulo>

….

</ livro >


Representação de Conhecimento na Web

Premissas Conhecimento na Web é distribuído Conhecimento na Web é tendencioso

Não existe verdade universal Ambiente propício a discussões

Diversificação de usuários; extensibilidade e simplicidade

É necessário separar conteúdo de estrutura!!

- Resource Description Framework (RDF) - Topic Maps


Resource Description Format (RDF)

Modelo de metadados simples e expressivo: trata dados/metadados de forma uniforme

Provê interoperabilidade na Web (XML) Meio de integração entre diferentes padrões de

metadados Expressa vocabulários distintos com base em um

modelo de dados e sintaxe comuns (XML) Visa processamento por máquina Constituído de:

Modelo RDF Sintaxe RDF http://www.w3.org/RDF


Modelo RDF: estrutura básica

Recurso Valorpropriedade

http://www.ipanema.ime.eb.br/~anamoura/public/metadado.html Ana Maria

Documento

Valor

autora

Representação de um documento em RDF

Statement

sujeito predicado


RDF

http://www.ipanema.ime.eb.br/~anamoura/public/metadado.html Ana Maria

Documento Valordc:creator

Metadados<?xml version=“1.0”><rdf: RDF xmlns:rdf= “http://www.w3c.org./1999/02/22/22-rdf-syntax-ns#” xmlns:dc = “http://purl.org/dc/elements/1.1”> <rdf: Description about= “http://www.ipanema.ime.eb.br/~anamoura/public/metadado.html ”> <dc: creator>Ana Maria</dc: creator> <dc:subject> metadados</s:subject> </rdf: Description> </rdf: RDF>

dc:subject


Coleções em RDF

http://curso/top.avanc.bd/turma01

bagid

rdf:bag

/alunos/Andre

/alunos/Abilio

/alunos/Emerson

/alunos/Adriana

rdf:type

rdf:_1

rdf:_4

…..

• rdf: Bag• rdf: Seq.• rdf: Alt

s:constituida_por


RDF/XML com um Bag<rdf: RDF xmlns:rdf= “http://www.w3c.org./1999/02/22/22-rdf-syntax-ns#” xmlns:s = “http://minhas definicoes#”><rdf: Description about=http://curso/top.avanc.bd/turma>

<s: constituida_por > <rdf:bag> <rdf:li resource= “/alunos/Andre”> <rdf:li resource= “/alunos/Abilio”> <rdf:li resource= “/alunos/Emerson”> <rdf:li resource= “/alunos/Adriana”> </rdf:bag></s: constituida_por >

</rdf: Description> </rdf: RDF>


RDF Schema (RDFS)

RDF define somente o modelo de dados É preciso definir um vocabulário – uma linguagem

que permita definir estrutura semântica! RDF schema são recursos Web (têm uri) e podem

ser descritos usando o modelo RDF RDFS permite definir propriedades de recursos

(título, autor, etc.) e relacionamentos entre essas propriedades


Primitivas básicas do RDFSClasses básicas

Classe raiz rdfs:Resource MetaClass rdfs:Class Literais rdfs:Literal

Properties (herda do RDF) rdfs:subclassOf – propertyConstraintProperty

rdfs:domain rdfs:range

rdfs:label, rdfs:comment, etc. rdf:type (instância de)


Primitivas básicas do RDFS


Exemplo de aplicação usando o RDF Schema

rdfs::Resource

rdfs:Class

xyz:Veiculo

s = rdfs:subClassOf t = rdf:typer= rdfs ranged= rdfs domain

s t s

t

t s

xyz:VeículoDePassageiro

t s

xyz:Caminhão

t `marca

`modelo

d

dliteral

r

r

veiculomarcamodelo

veic.pass caminhao


Codificando em RDFS<rdf:RDF

xmlns: rdf=“http:llwww.w3.orp,/1999/02/22-rdf-syntax-ns#”xmlns: rdfs=“http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#”>

<rdf:Description ID=“Veiculo ”><rdf:type resource=“http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class”/><rdfs:subClassOf

resource=“http://www.w3.org/TR/WD-rdf-schema#Resource”/></rdf:Description>

<rdf:Description ID=“VeículoDePassageiro”><rdf:type resource=“http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class”/><rdf:subClassOf resource=“#Veiculo”/>

</rdf:Description>

<rdf:Description ID=“Caminhão”><rdf:type resource=“http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class”/><rdf:subClassOf resource=“#Veiculo”/>

</rdf:Description>

</rdf:RDF>


RDF/RDFS: a interoperabilidade ainda não é plena...

Interoperabilidade de recursos a nível:Sintático: um modo padrão para a representação e

transporte de metadados

Estrutural: representação para modelo de dados distintos especificando como os recursos estão organizados, os tipos e os possíveis valores para cada tipo

Semântico: compreensão plena de conteúdo axiomas, mecanismos de inferência

Ontologias


Ontologia

lida com a natureza e organização da realidade

O que é o ser?Quais são as características comuns a todos os seres?

Filosofia (Aristóteles 384-322 aC)


Ontologia na Ciência da ComputaçãoInteligência Artificial

“tudo que existe deve poder ser representado por um formalismo”

Constituída por um vocabulário e um conjunto de declarações, é de fato a base para a comunicação entre humanos e máquinas e/ou agentes


Ontologia Visa dar significado semântico pleno à informação Tema importante em várias áreas de pesquisa

Recuperação da informação (mecanismos de busca)Ontologia

Bibliotecas Digitais

Web Semântica

Comércio eletrônico

Process. ling.natural

Integração de informação

Eng. conhecimento Gerência do conhecimento


Ontologia A comunicação entre humanos é possível através de

palavras/símbolos Mapeamento de palavras/símbolos para “coisas” é feito

de maneira indireta através de relações e conceitos

Conceito

Símbolo Coisa“Manga”

lembra refere-se a

significa(referente)


Quais são os problemas? Pessoas, organização e sistemas de software

precisam se integrar, mas... comunicação pobre: diferentes vocabulários,

conceitos, estruturas e métodos utilizados de formas diferentes

dificuldades de identificar requisitos e conseqüentemente especificar o sistema

interoperabilidade potencial p/ reuso e compartilhamento esforço desnecessário, “reinventando a roda”


Solução? Reduzir ou eliminar confusão conceitual e teminológica e

chegar a um entendimento compartilhadoframework unificado

base p/comunicação (≠ necessidades, ptos de

vista)interoperabilidade entre sistemas

(tradução entre modelagens, paradigmas, linguagens, ferramentas)

Eng. Sistemas reusabilidade: atrib, entidades, relacionam, processos,....;

consistência devido à representação formal;especificação (melhor identificação requisitos

leva a uma melhor definição do sistema


Uso de Ontologias

Comunicaçãoentre

pessoas e organizações

Interoperabilidadeentre

sistemas

Reuso consistência(bibl. ontologias)

especificação

Engenharia de sistemas

Terminologia uniforme; reduz ambiguidade Integração de ambientes


Ontologia: algumas definições [Guarino1996]

Uma ontologia é uma especificação explícita de uma conceitualização [Gruber1994] Uma ontologia é uma especificação do nível de conhecimento

explícito de uma conceitualização, que pode ser afetado por um domínio e objetivo para os quais foi destinada [van Heijst et al.1996]

Uma ontologia são acordos acerca de conceitualizações compartilhadas

Uma ontologia é o entendimento compartilhado em algum domínio de interesse

Constituída por um vocabulário e um conjunto de declarações, é de fato a base para a comunicação entre humanos e

máquinas/agentes


Ontologia é uma especificação formal explícita de uma conceitualização compartilhada. Gruber, T. R.: “A translation approach to portable ontologies”, Knowledge Acquisition, 5(2): 199-220, 1993.

“Conceitualização: modelo abstrato de algum fenômeno do mundo, cujos conceitos foram identificados como relevantes para aquele fenômeno.

Explícita: conjunto de conceitos utilizados e as restrições aplicadas são previamente e explicitamente definidas.

Formal: espera-se que uma ontologia seja processável por um computador, o que exclui definições em linguagem natural, por exemplo.

Compartilhada: descreve um conhecimento consensual, que é utilizado por mais de um indivíduo e aceito por um grupo.” [Studer et al. 1998]


Compartilhamento

entendimento sobre conceitospara comunicação entre agentes

Filtragemmodelos de abstração: uma

ontologia define o que deveria ser extraído de um sistema

Propriedades de uma ontologia


Terminológicaconj. básico de conceitos e relações.

Ex: animal, homem, vegetal,...

Assertivaconj. de axiomas: assertivas aplicadas aos

conceitos e relaçõesexemplos:

solteiro(x) homem(x) casado(x) carnívoro(x) animal(x) come (y) y = 'carne' herbívoro(x) animal(x) come (y) y = 'vegetais' animal(x) carnívoro(x) herbívoro(x)

Uma ontologia pode conter informações de naturezas distintas...


Pragmática

camada de ferramentas:

informações pragmáticas não incluídas nas demais

Ex: conceito classe

Como desenhar este conceito? Informação

(APIs em IDL...) pragmática

Uma ontologia pode conter informações de naturezas distintas...


Principais componentes de uma ontologia 5 diferentes tipos de componentes:

Classes: Conceitos do domínio ou tarefas, geralmente

organizados em taxonomias Em uma ontologia universitária: estudante e

professor são duas classes Relações:

Um tipo de interação entre conceitos do domínio Ex.: subclass-of, is-a


Principais componentes de uma ontologia (cont.)

Funções: Caso especial de relações onde o n-ésimo elemento é único

para os n-1 elementos precedentes Ex.: Preço de um carro usado

Axiomas: Sentenças verdadeiras Ex.: se um estudante está matriculado na disciplina X e Y é

pré-requisito de X, então o aluno já cursou Y Instâncias:

Representam elementos específicos Ex: O estudante João é uma instância da classe Estudante


A “Inteligência” Abordagem declarativa

Descreve um domínio com suas entidades e características, através de “fatos” declarativos, que não estão dentro dos programas

Motores de inferência deduzem novos fatos a partir dos existentes Teorias

Fundamentadas em lógica matemática e Sistemas para expressar e manipular conhecimento declarativo de

forma tratável e eficiente computacionalmente Formalismo provê

Acesso aos fatos (conhecimento) Mecanismo de inferência (ou estratégia de resolução) Estratégias de controle e escalonamento da inferência


Resumindo... Ontologias visam capturar o conhecimento

consensual de forma genérica e formal, de modo a poder ser reutilizado e compartilhado entre aplicações e pessoas


Ontologias: Metodologias Uschold & King Tove(TOronto Virtual Enterp.) [Grüninger&Fox]

Methontology [Fernándes, Gómez-Pérez, Juristo]

Ontology101 [Noy & McGuiness]

Construção de ontologias baseadas no LAL (Léxico Ampliado da Linguagem) [Leite]


Criação de Ontologias conforme “Ontology101” Conforme [Noy & McGuiness, 2001]:

Passo 1: Determine o domínio e o escopo da ontologia Escopo=Questões de Competência (exs)

Passo 2: Considere o reuso de ontologias existentes Passo 3: Enumere termos importantes da ontologia Passo 4: Defina as classes e a hierarquia de classes Passo 5: Defina as propriedades das classes—”slots” Passo 6: Defina as restrições das propriedades

(“facets of the slots”) Passo 7: Crie instâncias

Ontology Development 101: A Guide to Creating Your First Ontology, http://protege.stanford.edu/publications/ontology_development/ontology101-noy-mcguinness.html


Evolução de Ontologias

catálogo

termos/glossário

tesauro

(is-a) informal

formal is a

frames lógica

instânciasformais

restriçõesde valor

axiomas,relações dedisjunção/conjunçãoinversa ...


Tesauro de RecuperaçãoTesauro de Recuperação(M. Luiza A. Campos – UFF 2002)(M. Luiza A. Campos – UFF 2002)

• Unesco através do programa UNISIST define Tesauro de recuperação sob dois aspectos:

1 - Segundo a Estrutura

- “É um vocabulário controlado e dinâmico de termos relacionados semântica e genericamente cobrindo um domínio específico do conhecimento”.

2 - Segundo a Função - “É um dispositivo de controle terminológico usado na tradução da linguagem natural dos documentos, dos indexadores ou dos usuários numa ‘linguagem do sistema’ (linguagem de documentação, linguagem de informação) mais restrita.”


Tesauro Organiza conceitos (e não objetos) num domínio de

conhecimento Compilação de palavras e frases através de descritores,

mostrando sinônimos, relacionamentos hierárquicos, associativos e de dependência [Matthews et. al 2001];

Organização segue princípios lógicos de identidade, partição, associação É um tipo de: Uma procissão religiosa é um tipo de cortejo É parte de: Uma procissão é parte de uma festa religiosa

Controlado por padrões internacionais (ex. ISO2788:1986 [ISO1986] – tesauro p/ único idioma)


Tesauro Organização do conhecimento:

Domínios do saber Processos (ações, fenômenos, estados) Entidades (instituições, nomes, locais, eventos, ...)

Classes e relações Gênero/espécie ex: Ser humano/ homem Relação partitiva (parte de) ex: corpo humano/ cabeça, tronco,

membros... Equivalência ex: tangerina/mexirica Oposição ex: inflação/deflação Relacionamento de associação (material- produto; coisas-

processo)ex : Barbeiro / Doença de Chagas; Vacina/Veneno

Objetos: Termos: palavras de um idioma (pode ser multi-lingual) ou Conceitos: todo termo refere-se a um único conceito


Relações num tesauroTesauro

Conceito na hierarquia (C)

Termo genérico (TG)

Termo genérico partitivo (TGP)

Termo específico (TE)

Termo específico partitivo (TEP)

Termo associado (TA)

Equivalência (UP)

Uso (U)

Nota (N)

Exemplo [Gomes90]

Parte sistemática

Arma

Arma de fogo

Revolver

Canhão ...

Arma branca

Arma branca de choque

Adaga

estilete

Faca

Facão

Espada

Gládio

Parte alfabética

Arma branca

TG Arma

TE Arma branca de choque

TA Equipamento defesa

Arma branca de choque

TG Arma branca

TE Faca

Arma de fogo

TG Arma

TE Revolver

TEP Gatilho

...........





Tesauros - Exemplos Tesauro do Folclore e Cultura Popular (http://www.museudofolclore.com.br/tesauro/)

UMLS (Unified Medical Language System) (http://umlsks.nlm.nih.gov/) Terminologia médica (National Library of Medicine) 730.000 conceitos 1.500.000 significados Sinônimos, derivações, relacionamentos entre termos, variantes léxicos...

ELSST (European Lexico Social Science Thesaurus) (http://www.limber.rl.ac.uk/External/external.htm) Terminologia p/ Ciências Sociais tesauro multi-linguístico (inglês, frances, espanhol e alemão) 49 hierarquias de termos MS – Access , gerando representação em RDF (interoperabilidade Web) ou uso

convencional (listagem alfabética) adotado como padrão europeu na área Extensão p/: finlandês, dinamarquês, norueguês e grego


Linguagens de Ontologias - Classificação

Linguagens de Ontologiastradicionais

Lógica de Predicados: Cycl [Lenat&Guha1990]

Frame: Ontolingua [Farquhar et al. 1996]

F-Logic[Kifer et al. 1995]

CML* [Schereiber et al. 1994]

OCML** [Motta E.1999]

Lógica descritiva: Loom [McGregor1991]

Outras: Telos [Mylopoulos et al.1990]

[Corcho&Perez2000] [Su&Ilebrekke2002]

* Conceptual Modeling Language** Operational Conceptual Modeling Language

Padrões Web

XMLRDF

XOLSHOEOILDAML + OILOWL

Linguagens de Ontologias p/Web

Topic Maps


XOL (XML- based Ontology Exchange Language) [Karp et al.1999]

Linguagem p/ intercâmbio de ontologias Primitivas de modelagem e semântica baseada no

modelo OKBC Lite (Open Knowledge Base Connectivity) <module> ( ontology, kb, database, dataset)

cabeçalho (nome, versão) classes/subclasses slots (propriedades) instâncias

</module>

Linguagens de Ontologias p/ a Web


Exemplo

Homem Mulher

Pessoa

tem irmãostem pai nomedata_nasc


Exemplo de ontologia em XOL<module>

<name> Familia - ontologia </name><version> 1.2 </versao.<documentation> Esse exemplo visa... </documentation>

<class>< name > homem </name><documentation> classe de pessoas de sexo masculino... </documentation><subclass-of> pessoa </ subclass-of>

</class>< name > mulher </name><documentation> classe de pessoas de sexo feminino </documentation><subclass-of> pessoa </ subclass-of>

</class><slot>

<name> data_nasc </name><domain> pessoa </domain> <slot-cardinality> 1 </slot-cardinality> <slot-numeric-min> 1900 </slot-numeric-min> <slot-value-type>integer </slot-value-type>

</slot>

Classes

Atributos, relacionamentos

característicass/ ontologia


XOL – Exemplo arquivo XOL (cont)<slot>

<name>tem_ irmaos </name><documentation>...... </documentation><domain> pessoa </domain> <slot-value-type>homem </slot-value-type>

</slot><slot>

<name>tem_pai </name><documentation>...... </documentation><domain> pessoa </domain> <slot-value-type>homem </slot-value-type>

<slot-inverse> pai_de <slot-inverse></slot><individual>

<name> Pedro </name> <instance-of> homem </instance-of>

<slot-values> <name> data_nasc </name> <value> 10/09/1970 </value>

</slot-values>

Instâncias


XOL – Exemplo arquivo XOL (cont)<slot-values>

<name> tem_pai </name> <value> Paulo </value>

</slot-values> </individual><individual>

<name> Paulo </name> <instance-of> homem </instance-of>

<slot-values> <name> data_nasc </name> <value> 15/01/1950 </value>

</slot-values> <slot-values>

<name> pai-de </name> <value> Pedro </value>

</slot-values> </individual>

</module>

Observe relacionamentos

inversos!!



SHOE (Simple HTML Ontology Extensions) [Luke&Heflin2000]

Extensão do HTMLDefinição de ontologiasProvê definição de regras (cláusulas Horn)Fazer anotações em páginas html a partir

de propriedades de uma ou mais ontologias


SHOE - ExemploCriando uma ontologia<HTML><HEAD> <META HTTP-EQUIV=“SHOE” CONTENT=“VERSION=1.0”><TITLE> Arv.Genealogica</TITLE> ></HEAD> <BODY><ONTOLOGY ID=O1.Familia-ontologia ”version=“1.0”><USE-ONTOLOGY ID=“base.ontology” ”version=“1.0” PREFIX=“base” url=“http....”><DEF-CATEGORY NAME=“Pessoa” ISA=“base.SHOEEntity”> raiz<DEF-CATEGORY NAME=“Homem” ISA=“Pessoa”><DEF-CATEGORY NAME=“Mulher” ISA=“Pessoa”><DEF-RELATION NAME= “Tem pai”>

<DEF-ARG POS=“1” TYPE= “Pessoa”><DEF-ARG POS=“2” TYPE= “Pessoa”>

<DEF-RELATION NAME= “E irmao”><DEF-ARG POS=“1” TYPE= “Pessoa”><DEF-ARG POS=“2” TYPE= “Pessoa”>

<DEF-RELATION NAME= “nome”><DEF-ARG POS=“1” TYPE= “Pessoa”><DEF-ARG POS=“2” TYPE= “.STRING”>

</ONTOLOGY></BODY></HTML>

Relações

Relacionamentos


SHOE - ExemploCriando axiomas<DEF-INFERENCE DESCRIPTION= “e irmao(?pes1,?pes2) if tem pai (pes1,?pessoa)

and tem pai(pes2,?pessoa)><INF-IF>

<RELATION NAME= “tem pai”<ARG POS=1 VALUE=“pes1” USAGE=VAR><ARG POS=2 VALUE=“pessoa” USAGE=VAR>

</RELATION> SE<RELATION NAME= “tem pai”

<ARG POS=1 VALUE=“pes2” USAGE=VAR><ARG POS=2 VALUE=“pessoa” USAGE=VAR>

</RELATION> </INF-IF><INF-THEN>

<RELATION NAME= “e irmao” ENTÃO<ARG POS=1 VALUE=“pes1” USAGE=VAR><ARG POS=2 VALUE=“pes2” USAGE=VAR>

</RELATION> </INF-THEN></DEF-INFERENCE>


SHOE - ExemploCriando anotações em págs. HTML

.......

<TITLE> Minha home-page </TITLE>

<BODY>

<P> Sou Ana Maria Moura.

<P> Antes de mais nada apresento-lhes minha familia. Este eh meu pai <HREF=“http..../luiz”> tem pai </A>

</BODY>

É necessario no entanto especificar a ontologia na qual me baseio

<USE-ONTOLOGY ID=“O1.Familia-Ontologia

URL=“http......” VERSION=“1.0” PREFIX=“O1”>

É preciso também instanciar valores<RELATION NAME=“O1.nome”> <RELATION NAME=“O1.tem pai”>

<ARG POS=1 VALUE=“http//......./anamaria”> <ARG POS=1 VALUE=“http.../LUIZ”>

<ARG POS=2 VALUE=“Ana Maria Moura”> <ARG POS=1 VALUE=“ Luiz Moura”>



OIL (Ontology Inference Layer) (http://www.ontoknowledge.org/oil/)

OIL

Description Logics (DL)(Semântica formal &

Inferência)

Sistemas Baseados emFrames(Modelagem epistemológica, Primitivas)

Linguagens Web:XML/RDF


ontology-container

title “Exemplo - Ontologia”

creator “Ana Maria Moura”

subject “exemplo OIL”

language “Português” ...

ontology-definitions

class-def pessoa classe

slot-def motorista

slot-def idade

slot-def tem-pai

inverse e-filho_de

OIL - Exemploclass-def motorista

subclass–of pessoa

slotconstraint idade

value-type (min18)

class-def homem

subclass–of pessoa

class-def mulher

subclass–of pessoa, not homem

slot-constraint tem-pai

has-value homem

max-cardinality 1

elem. DC

propriedades de Pessoa

conjs. não disjuntos


OIL como extensão do RDFS linguagem de ontologia OIL é definida em RDFS qq agente RDF/RDFS pode processar instâncias OIL agentes OIL podem explorar semântica e inferência

rdfs:Resource

oil:Classexpression oil:ConstraintResource oil:rdf:Property

rdfs:Class oil:AND oil:OR oil:NOT oil:SlotConstraint oil:TransitiveProperty

oil:SymmetricProperty

oil:ReflexivePropertyoil:NumberRestriction oil:ValueType oil:HasValue

oil:MinCardinalityoil:Cardinality

oil:MaxCardinality

oil:ClassType

oil:PrimitiveClassoil:DefineClass

[Maedche &Staab, 2002]


DAML (DARPA Agent Markup Language)(http://www.daml.org)

iniciativa da agência DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency):

objetivo: linguagem universal de marcação p/ Web Semântica:

• rica p/ representar ontologias; suporte a agentes desenvolver ferramentas gratuitas; disponibilizar conteúdo significativo a ser manipulado por

essas ferramentas DAML + OIL (embutidos em RDF/RDFS)

Linguagem p/ representação de ontologias: W3C

Estendendo o OIL


DAML + OIL

Amplia número de propriedades aos axiomas: intersection of union of disjointUnion of same as one of .....

RDF/RDFS


<rdf:RDF xmlns:rdf ="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#" xmlns:daml="http://www.daml.org/2000/12/daml+oil#".... <rdfs:comment>Exemplo de ontologia usando daml+oil /rdfs:comment> <daml:imports rdf:resource="http://www.daml.org/2000/12/daml+oil"/></daml:Ontology>........<rdfs:Class rdf:ID= “Pessoa”> </rdfs:Class><rdfs:Class rdf:ID= “Homem”> <rdfs:subClassof rdf:resource=“#Pessoa”/> </rdfs:Class><rdfs:Class rdf:ID= “Mulher”> <rdfs:subClassof rdf:resource=“#Pessoa”/></rdfs:Class>

DAML + OILimportandovocabulários

Definindo Classes/Subclasses


DAML +OIL – uso de restrições<daml:UniqueProperty rdf:ID=“temPai”> <rdfs:domain rdf:resource=“#Pessoa”/> <rdfs:range rdf:resource=“#Homem/></ daml:UniqueProperty ><rdf:Property rdf:ID=“temIrmao”> <rdfs:domain rdf:resource=“#Pessoa”/> <rdfs:range rdf:resource=“#Homem/></rdf:Property ><rdf:Property rdf:ID=“temfilho”> <daml:inverseOf rdf:resource=“#temPai”/></rdf:Property><rdfs:Class rdf:abouit= “#Pessoa”> <rdfs:subClassof > <daml:Restriction daml:maxcardinality=“n”> <daml:onProperty rdf:resource=“#temIrmao”/> </daml:Restriction> </rdfs:subClassof></rdfs:Class><daml:disjointUnionOf rdf parseType=“daml:collection”> Coleção disjunta <rdfs:Class rdf:about=“Homem”/> <rdfs:Class rdf:about=“Mulher”/> </daml:disjointUnionOf></rdfs:Class>......

</rdf:RDF>

Toda pessoa só tem 1 pai

Relacionamento irmão

Relacionamento inversopai/filho

Pessoa pode ter váriosirmãos


Comparando linguagens RDF(S) OIL DAML+OIL XOL SHOE XTM

(1) Poder de expressividade

media - media - media + media media media +

(2) N0 construtores pequeno pequeno medio - medio pequeno med

(3) Mecanismos de abstração

cla,gen

agre,ass

cla,gen

agre,ass

cla,gen

agre,ass

cla,gen

agre,ass

cla,gen

agre,ass

cla,gen

ag,ass

(4) Axiomas não sim sim não sim não

(5) Inferência não sim sim não sim não

(6) Checagem de restrições

fraca fraca fraca fraca m.fraca fraca-

Obs:(1): media -: conj. limitado de propriedades(2): agreg: somente entre classes; disjunção somente em OIL, DAML+OIL e TM(4): tem como base LPO: OIL e DAML+OIL permitem definir propr. algébr.de relações(transit., simetria, negação, etc.)(6): fraca - : association templates- permite especificar um conj. de restrições de um tipo

(estendido de [Su e Ilebrekke 2002], [Perez e Corcho 2002])


Ontology Web Language (OWL)http://www.w3.org/2004/OWL/

revisão da DAML+OIL OWL faz uso de URIs para nomeação padrão recomendado

pela W3C -10/03/04. Características:

compartilhamento e interoperabilidade (ontologias como objetos) extensibilidade (reutilização de termos) metadados versionamento (evolução) axiomas (oneof/disjunção, subclasse,sameclassas) conj de classes e propriedades primitivas tipos de dados simples e complexos, equivalência de classes e

propriedades (transitividade,inversa,simetria, união, intercessão, sameproperty/sameclass/as...)

detecção de inconsistências (cardinalidades min/max) compatibilidade com outros padrões .....


OWL OWL Lite: hierarquia e características simples de

restrição. Ex: valores de cardinalidade limitados a 0 e 1; OWL DL: maior expressividade sem perda de completeza

computacional e decidibilidade dos sistemas. Inclui todos os construtores do OWL;

OWL Full: nível máximo de expressividade e liberdade sintática do RDF sem garantia computacional. Ex: uma classe pode ser tratada simultaneamente como uma coleção de elementos individuais e como um elemento individual. Não existe sw capaz de processar todas as características da linguagem.


OWL-DL (Exemplo)


Propriedades OWL


OWL-DL (Outro exemplo)<owl:Class rdf:about="#Mozzarella"> <rdfs:subClassOf> <owl:Class rdf:about="#Cheese"/> </rdfs:subClassOf> <rdfs:subClassOf> <owl:Restriction> <owl:onProperty> <owl:FunctionalProperty rdf:about="#hasFatContent"/> </owl:onProperty> <owl:someValuesFrom> <owl:Class rdf:about="#Low_fat"/> </owl:someValuesFrom> </owl:Restriction> </rdfs:subClassOf> <owl:disjointWith rdf:resource="#Parmesan"/> </owl:Class><owl:Class rdf:about="#Magherita_Pizza"> <rdfs:subClassOf> <owl:Restriction><owl:onProperty> <owl:ObjectProperty rdf:about="#has_topping"/> </owl:onProperty>


<owl:allValuesFrom> <owl:Class> <owl:unionOf rdf:parseType="Collection"> <owl:Class rdf:about="#Mozzarella"/> <owl:Class rdf:about="#Tomato"/> </owl:unionOf> </owl:Class> </owl:allValuesFrom> </owl:Restriction> </rdfs:subClassOf> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Pizza"/> <rdfs:comment rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string" >A magherita pizza kind of pizza and has has, amongst other things, Mozzarella and Tomato toppings</rdfs:comment> <rdfs:subClassOf> <owl:Restriction> <owl:someValuesFrom rdf:resource="#Tomato"/> <owl:onProperty> <owl:ObjectProperty rdf:about="#has_topping"/> </owl:onProperty> </owl:Restriction> </rdfs:subClassOf> <rdfs:subClassOf> <owl:Restriction> <owl:onProperty> <owl:ObjectProperty rdf:about="#has_topping"/> </owl:onProperty> <owl:someValuesFrom rdf:resource="#Mozzarella"/> </owl:Restriction> </rdfs:subClassOf> </owl:Class>


Ferramentas de suporte a ontologias Principais funcionalidades:

Permitir o desenvolvimento de ontologias a nível de: criação, visualização, dedução, navegação, edição, integração, compartilhamento, reuso,...

Exemplos: Ontolingua [Farquhar et al. 1996] Ontobroker (ontobroker.semanticweb.org) Protegé-2000 [Noy et al. 2000] OntoEdit [A.Maedche et al. 2000] Kaon [Handschuh et al. 2001] WebOnto (http://kmi.open.ac.uk/projects/ocml/) WebODE [Arprez et al. 2001] OilEdit [Bechhofer et al. 2001] DOGMA [MEERSMAN et.al, 2002] ...


OntoEdit

CaracterísticasUniv. Karlsruhe, Alemanhaprojeto e manutenção de ontologiasontologias multilingualmodelo de representação baseado em

framesnão suporta reuso


OntoEdit


Protégé Características

Univ. Standford, depto de Informática Médica (4a versão)

desenvolvimento e manutenção de sistemas de base de conhecimento

modelo de representação baseado em frames, compatível c/ OKBC

exporta representação em RDFS plugin para criação de ontologias em OWL


Protégé


KAON: The Karlsruhe Ontology and Semantic Web Infrastructure Características

Univ. Karlsruhe, Alemanha baseada na arquitetura de multi-camadas de Tim Berners-

Lee conj. de ferramentas que permite a criação, edição,

manutenção, dedução e compartilhamento de ontologias uso de DAML+OIL e Frame-Logic Apis p/ RDF, OWL Lógica descritiva a partir de uma ontologia OWL/DL


KAON


Avaliação de Ontologias OntoClean [Guarino,Welty 2002] metodologia independente de domínio

que provê um acompanhamento sobre quais decisões ontológicas devem

ser tomadas e como essas podem ser avaliadas. Exemplo:

classe água – instância de água?

classe oceano: oceano Atlântico, instância de oceano (todo)

é correto dizer que oceano é subclasse de água?


OntoClean a cada propriedade (classe) é atribuída uma meta-

propriedade que descreve seu comportamento em relação a noções ontológicas (rigidez, por ex.);

benefícios: validação de taxonomias estrutura básica da ontologia (propriedades rígidas) facilidade de integração de ontologias descoberta do uso inconsistente do conceito de

subclasse (subsumption)


Processos Produtos

Recursos

A verdadeira Integração na Web Semântica

COCO

CO

mapeamentomanual

CO: conteúdo ontológico

(Web Services)


Alguns projetos em andamento Kaon (Univ. Karlsruhe)

CREAM (framework p/ marcação de páginas) EDUTELLA ( Annotating Resources P2P- semanticweb2002)

SWWS (Semantic Web Enabled Web Services - Univ. Karlsruhe & Amsterdã) Harmonise (Interoperability in Tourism - Univ. Karlsruhe ) Ontologging (Multiple Ontologies & Ontology Evolution - Univ. Karlsruhe ) OntoShare (Btexact Technologies- semanticweb2002) Haystack (MIT AI Laboratory - semanticweb2002) Wonderweb (ontology infrastructure for the SW) OntoWeb (ontology-based information exchange for knowledge management and E-

commerce) SWAP (P2P e ontologias Univ. Karlsruhe) http://swap.semanticweb.org/public/theproject.htm

Semantic web services: http://dip.semanticweb.org/ ROSA ( repositório de objetos de aprendizagem com acesso semântico) Projetos Univ. Karlsruhe http://www.aifb.uni-karlsruhe.de/Forschungsgruppen/WBS/english ....

Univ.Amsterdã


Conclusões Grandes esforços na concepção de tecnologias:

padrões, linguagens, ferramentas Ontologia é a base p/ a Web Semântica

A Web semântica representa grandes desafios: Requer maior processamento de semântica formal menor esforço no desenvolvimento de aplicações na Web

Aprendizado de ontologias (ontology learning) processo semi-automático de suporte à engenharia de

ontologias (extração, reuso, evolução, interoperabilidade e gerenciamento)

OLDescobertaconhecimento

Engenhariaontologias


Questões em andamento

Evolução de ontologiasUso de múltiplas ontologiasOntologias e multimídia

Absorção de dimensões culturais: acesso ao conhecimento a níveis local, regional, nacional e internacional


Alguns eventos recentes e/ou futuros relevantes WWW04: 13th World Wide Web Conference

N. York, 17-22 Maio 2004 http://www2004.org/

ISWC2004: International Semantic Web Conference 7-11 Novembro 2004, Hiroshima, Japan http://iswc2004.semanticweb.org/

WWW2005: International WWW Conference 10-14 Maio 2005, Chiba, Japan http://www.www2005.org Semantic Web Challenge: Resultados

ICWE 2005: Int Conference on Web Engineering 25-29 July 2005 Sydney, Australia


URLs Interessantes URLs Essenciais:

World Wide Web Consortium (W3C) http://www.w3.org

Semantic Web: http://www.w3.org/2001/sw

Outras URLs: OWL Web Ontology Language:

http://www.w3.org/TR/owl-features/ Tutorial Costello: lists.oasis-open.org/archives/ uddi-spec/200401/ppt00000.ppt

Portal de Iniciativas na Web Semântica: http://www.semanticweb.org

Repositório de Projetos e Recursos para a Web Semântica http://semwebcentral.org

Ferramenta de Edição de Ontologias Protégé: http://protege.stanford.edu/

Ambiente de Implementação: http://sesame.aidministrator.nl/

OOHDM e SHDM (PUC-Rio): http://www.oohdm.inf.puc-rio.br:8668

(Dave Beckett´s (RDF) Resource Guide) http://www.ilrt.bris.ac.uk/discovery/rdf/resources/



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Documents

Introdução à Web Semântica Ana Maria de C. Moura PRODERJ - RJ [email protected]