Introdução às Ontologias
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Roteiro
1. O que é uma ontologia?2. Elementos de uma ontologia3. Origem e motivação das ontologias4. Tipologias das ontologias5. Exemplo de ontologia conceitual especialista6. Exemplo de ontologia conceitual geral7. Exemplo de ontologia lingüística geral8. Problemática geral e questões sobre ontologias
O que é uma ontologia?
Definição: especificação (semi-)formal explícita formal explícita de uma concepção compartilhadaconcepção compartilhada Concepção: Concepção: modelo das entidades, relações, axiomas e
regras de algum domínio Formal:Formal:
processável por máquina permitindo raciocínio automático com semântica lógica formal
Compartilhada:Compartilhada: por uma comunidade, permitindo entendimento
Conceitos de computação relacionados: Base de conhecimento reutilizável Esquema de banco de dados
Elementos de uma ontologia
Hierarquia de conceitos: entidades
cada entidade definida por conjunto de pares atributo-valor correspondem:
as classes dos modelos orientado a objetos as entidades do modelo relacional aos termos do modelo lógico
atributos propriedades x atributos relações preenchidos por valores atômicas (tipos primitivos) x por outros
conceitos Status epistemológico do valor
Exatamente conhecida, default, probabilista
relações sem hierarquia x em hierarquia paralela a hierarquia de entidades correspondem:
associações, agregações e atributos dos modelos OO cujos valores são objetos
as relações do modelo relacional aos predicados do modelo lógico
Elementos de uma ontologia
Restrições: sobre valores possíveis dos atributos do conceitos correspondem:
as assinaturas de classes em modelos OO as axiomas universalmente quantificados em modelos lógicos as restrições de integridade nos esquema de BD
Regras dedutivas: sobre atributos de (conjunto de) conceitos permitem inferência automática da existência de
instâncias de conceitos a partir da existência de outras instâncias
correspondem: as regras dos sistemas especialistas e programação em lógica aos métodos dos modelos OO as visões em BD
Elementos de uma ontologia
Instâncias de conceitos: definição de entidade e relações específicos (indivíduos) correspondem:
aos fatos de sistemas especialistas e programação em lógica aos objetos dos modelos OO aos dados dos BD
Serviços suportados por uma ontologia
Consultas e manipulação: correspondem:
métodos de acesso a valor e de reflexão em linguagens OO consultas de interrogação e manipulação em BD ask, tell e retract das bases de conhecimento
sobre conceitos: Quais são as entidades E relacionadas a entidade e0 via relações r1,
r2? Quais são as relações R mais gerais que r1? Definição d de entidade E é consistente com o resto da ontologia?
sobre instâncias um indivíduo I com propriedades P1, ..., Pn é instância de quais
conceitos?
Raciocínio automático geralmente dedutivo
Origem e motivação para ontologias
Gerenciamentodo Conhecimentoem Organizações
desde 90
Integraçãode Dadosdesde 95
SistemasMulti-agentes
desde 95
Recuperaçãode Informação
na Webdesde 00
PsicologiaCognitivadesde 60
Lingüísticadesde 60
SistemasEspecialistas
desde 80
Processamentode Linguagem
Naturaldesde 80
OntologiasFilosofia
desde 350 A.C.
Engenhariade Software:
requisitos e reusodesde 90
Tipologia das ontologias
Especialista:Especialista: modela um domínio particular restrito Geral:Geral:
modela o conhecimento de senso comum compartilhado por todos os seres humanos
parte de mais alto nível, reutilizável em vários domínios Conceitual:Conceitual: fundamentada na capacidade de
raciocinar Lingüística:Lingüística: fundamenta no vocabulário de uma(s)
língua(s) De meta-dados:De meta-dados: “especializada” na descrição de
recursos on-line, no entanto sobre qualquer domínio De tarefas e métodos:De tarefas e métodos: modela procedimentos e
comportamentos abstratos no lugar de entidades ou relações
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n
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n
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is member of PC
Exemplo de ontologia conceitual geral: fragmentos da ontologia de senso
comum de Russell e Norvig em UML
Anything
AbstractObjectsEvents
Sets Numbers RepresentationalObjects
Categories
Sentences Measurements
Intervals PlacesPhysicalObjects Processes
MomentsThings Stuff
Animals Agents
Humans
Solid Liquid Gas
Sub-problemas de modelagem de uma ontologia geral
Categorias e conjuntos Medidas Objetos compostos Tempo Espaço Mudanças Eventos e processos Objetos físicos Substâncias Objetos mentais e crênças
Ontologias Genéricas: Categorias Também chamadas de classes, relações,
tipos ... conjuntos de objetos com propriedades comuns organiza e simplifica a base de conhecimento.
Exemplos de simplificação: comprar(Maçã123) x comprar(Maçã) - classe-
instância Todo mamífero bebe leite - herança
Taxonomia: tipo particular de ontologia:
relações hierárquicas entre classe e sub-classes em forma de árvores
propriedades discriminantes ex. biologia sistemática
Relações entre Categorias
Disjunção: não há interseção entre as categorias s Disjunção(s)
(c1,c2 c1 s c2 s c1 c2 c1 c2 = )
ex. Disjunção({Animais, Vegetais})
Decomposição exaustivas,c DecomposiçãoExaustiva(s,c)
(i. i c c2 c2 s i c2)
ex. DecomposiçãoExaustiva({Americano, Canadense, Mexicano}, Norte-Americano)
Partição: decomposição exaustiva disjuntas,c Partição(s,c) Disjunção(s)
DecomposiçãoExaustiva(s,c)ex.. Partição(({macho, fêmea}), animal)
Ontologias Genéricas: também podem representar
Medidas Valores atribuídos às propriedades dos objetos do mundo
real: peso, comprimento, altura, etc...
Objetos compostos formados por partes que também são objetos: relação
“parte-de”.
Mudanças com eventos Cálculo de eventos: um fato é verdade em um intervalo
de tempo.
Medidas
Valores atribuídos aos objetos do mundo real: servem para descrever objetos ex. peso, comprimento, altura, diâmetro, ...
Medidas quantitativas são fáceis de representar ex. Tamanho(L1) = Polegadas(1,5) = Centímetros (3,81)
Medidas qualitativas são mais complicadas ex. beleza de um poema, dificuldade de um exercício O importante é ordenar
e1, e2 e1 Exercícios e2 Exercícios Elabora(João,e1) Elabora(Pedro,e2) Dificuldade(e1) < Dificuldade(e2)
Objetos Compostos Objetos formados por partes que também são
objetos São caracterizados pela estrutura dos objetos que os
compõem ex. massa de um carro é a soma das massas de suas
partes(carroceria, motor, pneu, ...)
Para representá-los, usamos a relação ParteDe e.g., ParteDe(motor, Carro), ParteDe(pneu, Carro)
Exemplo:a Bipede(a)
l1, l2, b Perna(l1) Perna(l2) Corpo(b) ParteDe(l1,a) ParteDe(l2,a)ParteDe(b,a)
Ligado(l1,b) Ligado(l2,b) l1 l2 l3 Perna(l3) ParteDe(l3,a) (l3 = l1 l3 = l2)
Objetos Compostos
ParteDe também serve para descrever estrutura de eventos: Script ou Schema ex. comer no restaurante
Quando se está interessado apenas nas características do conjunto: BunchOf ex. peso do saco de Maçãs BunchOf(Maçãs) define um objeto composto formado
pelas Maçãs do saco.
Representando Mudanças com Eventos
Cálculo de situações: adequado quando temos um único agente realizando
ações discretas e instantâneas (uma ação por situação).
inadequado quando: existem vários agentes no mundo. o mundo pode mudar espontaneamente. mudanças ocorrem continuamente.
Cálculo de eventos: versão contínua do calculo de situações No cálculo de situações, um fato é verdade em uma
situação No cálculo de eventos, uma coisa é verdade num
intervalo de tempo ex. SubEvento(BatalhaDaNormandia,SegundaGuerraMundial)
SubEvento(SegundaGuerraMundial, SéculoXX)
Cálculo de Eventos: Exemplos
Se duas pessoas ficaram noivas, então em algum intervalo no futuro elas irão se casar ou acabar o noivado:
x,y,i0 T(Noivado(x,y),i0)
i1 (Encontra(i0,i1) Depois(i1,i0))
T(Casamento(x,y) FimNoivado(x,y), i1)
A segunda guerra de Canudos ocorreu na Bahia no século XIXg g Guerras SubEvento(g,SéculoXIX)
ParteDe(Localização(g),Bahia)
Wordnet
• Princeton WordNet: • redes semântica de 70100 significados • de 95600 palavras (57000 substantivos) do inglês• organizados em 4 categorias sintática: substantivos,
verbos, adjetivos e advérbios,• são agrupados em conjuntos de sinônimos• disponível online: http://www.cogsci.princeton.edu/~
wn/• resulta de 15 anos de desenvolvimento manual por time
de psico-lingüistas
• EuroWordNet: http://www.hum.uva.nl/~ewn/• Resultado de um grande projeto da comunidade européia• Versão multi-língua adicionando e inter-ligando WordNets
do Espanhol, Francês, Italiano, Alemão, Holandês, Tcheco e Estoniano ao do Inglês
Wordnet
antonímiameronímia
family, household, menage
Person, individual, someone, human
sister, sis arm
relative, relation
unit, social unit
Brother, blood brother
body,organic structure
leg
hipernímiaLegenda:
sinonímia
Aplicações com o WordNet
Extração e recuperação de informação Classificação de texto Ensino de linguagens Construção de redes semânticas em outras
linguagens (EuroWordnet) Chatterbots (Geração e interpretação de texto)
EntityLocation Abstraction Grouping PossessionState PsychologicalFeature
Act Event Phenomenon
Root
PhysicalObject
LivingThing
Organism
Person
Problemática geral e questões sobre ontologias
Divisão: como delimito as classes e os atributos? quais são as distinções que trazem valor agregado?
Escopo: qual conhecimento incluir? qual a fronteira do meu domínio?
Granularidade: até que nível de detalhe modelar os domínio? problema da ramificação?
Validação: como avalio a qualidade do modelo? como escolho entre várias modelagem alternativas (as
vezes propostas por pessoas diferentes)?] como identificar aspectos importantes que estão
faltando?
Problemática geral e questões sobre ontologias
Muito difícil responder a essas perguntas porque: Almejados reuso e relativa independência de aplicação
impedem ser guiado completamente pelos requisitos de uma aplicação restrita
Para ontologias gerais de senso comum pior devido a imensidão em largura e profundidade do conhecimento a modelar
Metodologias ainda incipientes Methontology: Sensus: http://www.isi.edu/natural-language/resources/sensus.
html
No entanto, já existe tentativa de padronização: http://suo.ieee.org/