Web semântica e ontologias - um estudo de caso

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    18-Dec-2014

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Estudo de Caso sobre Web Semntica e Ontologias, desenvolvido em JAVA.

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<ul><li><p>ALISON ROBERTO DE OLIVEIRA CARVALHO CAIO FUNES NASCIMENTO </p><p>WEB SEMNTICA E ONTOLOGIAS: UM ESTUDO DE CASO </p><p>FRANCA 2009 </p><p>Trabalho de Concluso de Curso apresentado como exigncia parcial, para a obteno do grau no curso de Cincia da Computao, da Universidade de Franca. </p><p>Orientador: Prof. Dr. Daniel Facciolo Pires </p></li><li><p>Catalogao na fonte Biblioteca Central da Universidade de Franca </p></li><li><p>Carvalho, Alison Roberto de Oliveira C321w Web semntica e ontologias : um estudo de caso / Alison Roberto de </p><p>Oliveira Carvalho, Caio Funes Nascimento ; orientador: Daniel Facciolo Pires. </p><p>2009 </p><p>78 f. : 30 cm. </p><p>Trabalho de Concluso de Curso. Bacharel em Cincia da Computao </p><p> 1. Informtica Internet Semntica. 2. Computao Web semntica. 3. Web semntica Ontologias. 4. Ontologia (CERCOnt) Metodologia 101 (desenvolvimento). I. Nascimento, Caio Funes. II. Universidade de Franca. III. Ttulo. </p><p>CDU 681.324:801.54 </p></li><li><p>ALISON ROBERTO DE OLIVEIRA CARVALHO CAIO FUNES NASCIMENTO </p><p>WEB SEMNTICA E ONTOLOGIAS: UM ESTUDO DE CASO </p><p>Orientador: __________________________________________________ Nome: Prof. Dr. Daniel Facciolo Pires. Instituio: Universidade de Franca. </p><p>Examinador: _________________________________________________ Nome: Instituio: </p><p>Examinador: _________________________________________________ Nome: Instituio: </p><p>Franca, ____ / ____ / ______ </p></li><li><p>DEDICAMOS, aos nossos pais, pela educao e apoio sem medidas; ao nosso orientador Prof. Dr. Daniel Facciolo Pires, pela pacincia e por acreditar em ns no decorrer da pesquisa, e a todas as pessoas que fizeram este trabalho tornar-se possvel. </p></li><li><p>AGRADECEMOS, a Deus por dar-nos inteligncia e sade; ao nosso orientador Prof. Dr. Daniel Facciolo Pires; aos nossos pais e amigos que estiveram ao nosso lado durante o desenvolvimento deste trabalho; s pessoas que de algum modo fizeram com que o desenvolvimento deste trabalho fosse possvel. </p></li><li><p>RESUMO </p><p>CARVALHO, Alison Roberto de Oliveira; NASCIMENTO, Caio Funes. Web Semntica e Ontologias: Um Estudo de Caso. 2009. 78 f. Trabalho de Concluso de Curso (Graduao em Cincia da Computao) Universidade de Franca, Franca. </p><p>Este trabalho props o desenvolvimento de uma ontologia baseado nos conceitos da Web Semntica. Esta Ontologia de nome CERCOnt destina-se a classificao de cabos utilizados para a construo de redes de computadores, tais como suas aplicaes e propriedades. A metodologia 101 foi utilizada para o desenvolvimento da CERCOnt pela sua facilidade e simplicidade. Uma aplicao em JAVA foi desenvolvida com a API JENA para testar a eficincia da CERCOnt de modo que esta pudesse responder questes de sua competncia. A ontologia foi representada computacionalmente em RDF Schema, e inferncias feitas nesta em SPARQL. </p><p>Palavras-chave: Web Semntica; Ontologia; CERCOnt. </p></li><li><p>ABSTRACT </p><p>CARVALHO, Alison Roberto de Oliveira; NASCIMENTO, Caio Funes. Web Semntica e Ontologias: Um Estudo de Caso. 2009. 78 f. Trabalho de Concluso de Curso (Graduao em Cincia da Computao) Universidade de Franca, Franca. </p><p>This project aimed the development of an ontology based on Semantic Web concepts. This Ontology named CERCOnt is intended for classification of used cables for networks construction, such as it applications and properties. The methodology 101 was used for CERCOnt development for its facility and simplicity. An application in JAVA was developed with API JENA to test the CERCOnt efficiency, so that it could answer the questions of its competence. The ontology was represented computer in RDF Schema, and inferences did in ontology in SPARQL. </p><p>Keywords: Semantic Web; Ontology; CERCOnt. </p></li><li><p>LISTA DE FIGURAS </p><p>Figura 1 - Arquitetura das camadas da Web Semntica 15 </p><p>Figura 2 - Taxonomia de cabos para rede de computadores 23 </p><p>Figura 3 - Exemplo de cdigo em HTML 24 </p><p>Figura 4 - Exemplo de cdigo em XML 24 </p><p>Figura 5 - Exemplo de um documento RDF 26 </p><p>Figura 6 - Exemplo de um documento em RDFSchema 27 </p><p>Figura 7 - Protg em funcionamento 30 </p><p>Figura 8 - Hierarquia e relacionamento das interfaces. 31 </p><p>Figura 9 - Exemplo de documento RDF para consulta em SPARQL </p><p>34 </p><p>Figura 10 - Protg com SPARQL integrado 36 </p><p>Figura 11 - Definio dos Tipos Semnticos da CERCOnt 41 </p><p>Figura 12 - Criao da Classe Fibra_Optica, no arquivo CERCOnt.rdfs 48 </p><p>Figura 13 - Definio das propriedades da Classe Nao_Blindado 48 </p><p>Figura 14 - Exemplo de instncia da classe Fibra_Optica 49 </p><p>Figura 15 - Tela principal da aplicao JCERCOnt 50 </p><p>Figura 16 - Implementao do boto Inferir Modelo 51 </p></li><li><p>Figura 17 - Mtodo infereModelo() da classe CERCOnt.java 52 </p><p>Figura 18 - Resposta para a questo 1 53 </p><p>Figura 19 - Resposta para a questo 2 54 </p><p>Figura 20 - Resposta para a questo 3 55 </p><p>Figura 21 - Resposta para a questo 4 56 </p><p>Figura 22 - Resposta para a questo 5 57 </p><p>Figura 23 - Resposta para a questo 6 58 </p><p>Figura 24 - Resposta para a questo 7 59 </p><p>Figura 25 - Primeira parte da consulta SPARQL do boto 1 60 </p><p>Figura 26 - Segunda parte da consulta SPARQL do boto 1 61 </p><p>Figura 27 - Consulta SPARQL do boto 2 62 </p></li><li><p>SUMRIO </p><p>INTRODUO .......................................................................................................... 11 1 WEB SEMNTICA .................................................................................... 13 1.1 CONSIDERAES INICIAIS .................................................................... 13 1.2 WEB ATUAL x WEB SEMNTICA ............................................................ 13 1.3 ONTOLOGIAS........................................................................................... 16 1.3.1 Tipos de Ontologias .................................................................................. 17 1.3.2 Metodologias para Construo de Ontologias .......................................... 18 1.3.2.1 Metodologia Cyc........................................................................................ 18 1.3.2.2 Metodologia Ushold ................................................................................... 19 1.3.2.3 Metodologia Methontology ........................................................................ 20 1.3.2.4 Metodologia 101 ........................................................................................ 20 1.4 EXTENSIBLE MARKUP LANGUAGE (XML) ............................................ 24 1.5 RESOURCE DESCRIPTION FRAMEWORK (RDF) E RDFSCHEMA ...... 25 1.6 ONTOLOGY WEB LANGUAGE (OWL) .................................................... 27 1.7 CONSIDERAES FINAIS ...................................................................... 28 2 FERRAMENTAS PARA A WEB SEMNTICA......................................... 29 2.1 CONSIDERAES INICIAIS .................................................................... 29 2.2 PROTG ................................................................................................. 29 2.3 API JENA .................................................................................................. 30 2.4 INFERNCIAS .......................................................................................... 32 2.4.1 Inferncia baseada em ontologias............................................................. 32 2.4.2 Inferncia baseada em regras ................................................................... 33 2.5 API SPARQL ............................................................................................. 33 2.6 CONSIDERAES FINAIS ...................................................................... 36 3 DESENVOLVIMENTO DA ONTOLOGIA COM A METODOLOGIA 101 .. 37 3.1 CONSIDERAES INICIAIS .................................................................... 37 3.2 ESCOLHA DA METODOLOGIA................................................................ 37 3.2.1 Determinar o Domnio e Escopo da Ontologia .......................................... 38 </p></li><li><p>3.2.2 Considerar o Reuso de Outras Ontologias ................................................ 39 3.2.3 Enumerar os Termos Importantes da Ontologia ....................................... 39 3.2.4 Definir Classes e Hierarquia de Classes ................................................... 40 3.2.5 Definir as Propriedades das Classes ........................................................ 42 3.2.6 Definir os Valores das Propriedades ......................................................... 44 3.2.7 Criar Instncias ......................................................................................... 44 3.3 CONSIDERAES FINAIS ...................................................................... 46 4 DESENVOLVIMENTO DE UMA APLICAO PARA CONSULTA ONTOLOGIA ............................................................................................................. 47 4.1 CONSIDERAES INICIAIS .................................................................... 47 4.2 IMPLEMENTAO DA ONTOLOGIA CERCONT COM A FERRAMENTA PROTG ................................................................................................................. 47 4.2.1 Entendendo o arquivo CERCOnt.rdfs ....................................................... 48 4.2.2 Entendendo o arquivo CERCOnt.rdf ......................................................... 49 4.3 DESENVOLVIMENTO DA APLICAO PARA CONSULTA JCERCOnt . 49 4.4 CONSIDERAES FINAIS ...................................................................... 62 CONCLUSO ........................................................................................................... 64 REFERNCIAS ......................................................................................................... 65 APNDICE A CERCOnt.rdfs ................................................................................ 69 APNDICE B - CERCOnt.rdf ................................................................................... 72 APNDICE C - Modelo_Inferido_CERCOnt.rdf ..................................................... 74 </p></li><li><p>INTRODUO </p><p>Devido rpida popularizao e crescimento da Internet, graas simplicidade do HTML (Hyper Text Markup Language W3C) utilizado na criao de pginas Web, surgiram alguns problemas estruturais, pois essas pginas no eram padronizadas, e o HTML uma linguagem que objetiva apenas a apresentao da informao, tornando muito difcil a busca por informaes nesse tipo de sistema, j que as pginas esto desorganizadas, sem um padro em sua estrutura. </p><p>A Web continua a crescer rapidamente. No entanto, grande parte das pginas nela disponveis, mantm muito de sua caracterstica inicial, que o fato de serem direcionadas a pessoas, e no para serem processadas por algum software. Os computadores so utilizados apenas para mostrar a informao na tela, decodificando linguagens como HTML ou XML (eXtensible Markup Language W3C). A XML uma linguagem de marcao estruturada muito flexvel, permitindo aos desenvolvedores criar seus prprios elementos de marcao, que auxiliar na organizao do contedo na Web, uma vez que a XML permite a comunicao entre vrios sistemas diferentes, com regras bem definidas pelo XMLSchema. </p><p>Dessa forma, a Web Semntica surge a fim de adicionar significado a esses documentos, atravs de linguagens como o Resource Description Framework (RDF W3C) e Web Ontology Language (OWL W3C), entre outras, para que possam ser processados por agentes de software e no s por seres humanos, j que essas linguagens so apenas para apresentao de informao. </p><p>A Web Semntica, no entanto, no consiste em uma Web separada, mas sim em uma extenso da Web atual onde a informao tem significado bem definido possibilitando pessoas e mquinas trabalharem cooperando entre si (BERNERS-LEE; HENDLER; LASSILA; 2001). </p><p>Para tanto, h ainda o uso de ontologias, que no contexto da Web Semntica uma especificao formal e explcita de uma conceitualizao compartilhada (BREITMAN, 2005, p. 30). </p><p>Assim, fica indispensvel o uso de ontologias quando o assunto Web Semntica, j que com elas, torna-se possvel, por exemplo, distinguir entre termos </p></li><li><p>distintos com o mesmo conceito, porm com identificadores diferentes, com o uso de um agente de software comparando essas informaes. </p><p>E nos dias de hoje, com o crescimento do uso das redes locais de computadores e a agregao de novos servios como voz, dados, telefonia, multimdia, surgiu a necessidade de se estabelecer critrios para ordenar e estruturar o cabeamento dentro das empresas. </p><p>Devido grande dificuldade de entendimento das propriedades e aplicaes dos cabos destinados ao desenvolvimento das redes de computadores, este projeto destina-se a esclarecer algumas dvidas sobre a aplicao de cada cabo, tornando o processo de escolha do cabo mais simples, segundo critrios estabelecidos pelo uso, ambiente, resistncia a interferncias, velocidade de transmisso, etc. </p><p>Dessa forma, a criao de uma ontologia que auxilie no entendimento dessas propriedades e particularidades de aplicao, ir contribuir para que projetistas de infra-estrutura possam executar seus projetos mais rapidamente. </p><p>Este trabalho visou a pesquisa de como definir, modelar e implementar uma ontologia sobre projetos de cabeamento estruturado em redes de computadores, seguindo as recomendaes da World Wide Web Consortium (W3C), e a criao de regras para consultas e inferncias nas instncias desta ontologia. </p><p>Para atingir tais objetivos, foram pesquisados os conceitos sobre ontologias relacionadas Cincia da Computao e as especificaes das linguagens RDF, RDFSchema e OWL. </p><p>Para o desenvolvimento do software proposto neste projeto, foi criada uma ontologia sobre propriedades e aplicaes dos cabos de redes de computadores, utilizando as ferramentas gratuitas Protg, a API JENA, e a API SPARQL. Foram implementados documentos em RDF e RDFSchema, uma aplicao em JAVA para inferncia nesses documentos, e estudados conceitos sobre a Web Semntica. Foram utilizados livros, consultas ao site da W3C, aos artigos e trabalhos sobre este assunto. </p></li><li><p>1 WEB SEMNTICA </p><p>1.1 CONSIDERAES INICIAIS </p><p>Neste captulo, feita uma introduo Web Semntica e assuntos a ela relacionados. abordada a situao da Web atual e algumas justificativas para a criao da Web Semntica. Tambm so apresentadas as tecnologias existentes para o desenvolvimento da Web Semntica. </p><p>1.2 WEB ATUAL x WEB SEMNTICA </p><p>Os seres humanos so capazes de utilizar a WWW (World Wide Web) ou simplesmente Web, para realizar diversas tarefas, tais como procurar resultados para a palavra rede de computadores, pesquisar um preo de um livro, entre outros. No entanto, um computador no pode realizar as mesmas tarefas, pois a maioria das pginas da Web est codificada em HTML (Hyper Text Markup Language), uma linguagem de marcao com o objetivo de formatar a visualizao em navegadores. Deste modo, humanos processam a informao, enquanto os computadores apenas apresentam-na. </p><p>A Web Semntica surge com o objetivo de solucionar este problema, adicionando significado aos dados disponveis de modo que estes possam ser compreendidos pelos computadores. Assim, os computadores poderiam ser utilizados para procurar, processar e recuperar informaes de forma a atender as...</p></li></ul>

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