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Organize Seus Dados Com Grafos De Conhecimento Rafael Rocha

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Organize Seus Dados Com Grafos De ConhecimentoRafael Rocha

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Rafael RochaAnalista de TI - UFMGTPD (2006) - Fabrai-MGEspecialização (2010) - PUC-MGMestrado (2021) PPGGOC/ECI-UFMG

SOBRE MIM

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Introdução Grafo de Conhecimento

Aplicabilidade Considerações Finais03

01

04

02

Agenda

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Introdução

01

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Dados podem ser persistidos de modo estruturados, semi-estruturado e não estruturados.

Introdução - Persistência

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(Semi-)Estruturados

Introdução - Persistência

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Não Estruturados

Introdução - Persistência

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Qual a semelhança desses tipos de persistências?

Introdução - Persistência

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Qual a semelhança desses tipos de persistências?Não explicitam formalmente significado, ou seja, conhecimento.

Introdução - Persistência

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Qual a semelhança desses tipos de persistências?Não explicitam formalmente significado, ou seja, conhecimento.Conhecimento é um crença verdadeira justificada (Platão - Teeteto).

Introdução - Persistência

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Qual a semelhança desses tipos de persistências?Não explicitam formalmente significado, ou seja, conhecimento.Conhecimento é um crença verdadeira justificada (Platão - Teeteto).O São Paulo joga em São Paulo hoje. Rezo para São Paulo ajudar nessa partida.

Introdução - Persistência

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Qual a semelhança desses tipos de persistências?Não explicitam formalmente significado, ou seja, conhecimento.Conhecimento é um crença verdadeira justificada (Platão - Teeteto).O São Paulo joga em São Paulo hoje. Rezo para São Paulo ajudar nessa partida.Um ser humano sabe, mas a máquina não. O São Paulo (Time de Futebol) joga em São Paulo (Cidade) hoje. Rezo para São Paulo (Santo) ajudar nessa partida.

Introdução - Persistência

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Como representar esse conhecimento em banco de dados relacional?

Introdução - Problema

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Representar com normalização [TOWARDS, 2021].

Introdução - Problema

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Representar sem normalização.

Introdução - Problema

DW-Modelo Estrela [STAR, 2021] Estrutura OO [ANHØJ, 2003]

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Em todos os casos a interoperabilidade de significado (ou semântica) está em “contrato” codificado nos sistemas.

Introdução - Solução

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Em todos os casos a interoperabilidade de significado (ou semântica) está em “contrato” codificado nos sistemas.Representam conhecimento, mas com limitações.

Introdução - Solução

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Em todos os casos a interoperabilidade de significado (ou semântica) está em “contrato” codificado nos sistemas.Representam conhecimento, mas com limitações.

Para esse contexto é necessário os grafos de conhecimento.

Introdução - Solução

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Grafo De Conhecimento

02

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A representação básica de conhecimento é através de uma tripla.Uma tripla possui sujeito; predicado; objeto.

-Rafael apresenta uma palestra.

Grafo De Conhecimento

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A representação básica de conhecimento é através de uma tripla.Uma tripla possui sujeito; predicado; objeto.

- Rafael apresenta uma palestra. ----> TRIPLA

SUJEITO PREDICADO OBJETO

Grafo De Conhecimento

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Base de conhecimento <> grafo de conhecimento“Coisas” no lugar de strings e números (literais)Free Schema Facilidade de representar dados complexosBase matemática

Busca em profundidadeBusca em largura e distânciasetc

Grafo De Conhecimento

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Os grafos podem ser nos padrões World Wide Web Consortium(W3C); Open Source; Proprietário.Eles são armazenados em bancos de dados orientados a grafos (NoSQL).Amazon Neptune (W3C/Proprietário); Neo4J (Proprietário); OrientDB (Open Source/Proprietário); AnzoGraph DB (W3C/Proprietário); OpenLink Virtuoso (W3C); GraphDB (W3C)...Banco de dados de triplas é chamado de triplestore.

Grafo De Conhecimento

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O RDFS teve esboço inicial em 1999 [RDFS, 1999]. Adição de

vocabulário taxonômico.

O RDF teve esboço inicial em 1997 [RDF, 1997] com vocabulário base para representar o conhecimento.

Resource Description Framework

RDF Schema

RDF RDFS OWL

Grafo De Conhecimento - W3C

O OWL teve esboço inicial em 2002 [OWL, 2002]. Adição de vocabulário ontológico.

Web Ontology Language

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Propriedades taxonômicas

Todo homem é mortal.Sócrates é homem.Logo, Sócrates é mortal.

Grafo De Conhecimento - W3C

Mortal

Homem

Sócrates

SUB

Instância/Indivíduo

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OWL é linguagem para ontologia formalOntologia é conceitualização de entidades e seus relacionamentosFormal pois possuir rigor claro e explícito

Grafo De Conhecimento - W3C

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Propriedades ontológicas [HORRIDGE, 2009]Propriedade funcional

Propriedade transitiva

Grafo De Conhecimento - W3C

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Propriedade inversa

Propriedade simétrica

Grafo De Conhecimento - W3C

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Existem outras propriedades ontológicas.Ontologias de fundamentação

-Unified Foundational Ontology (UFO) -Basic Formal Ontology (BFO)

Ontologia de domínio Open Biological and Biomedical Ontologies (OBO)

Serialização dos grafos de conhecimento

Grafo De Conhecimento - W3C

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O São Paulo (Time de Futebol) joga em São Paulo (Cidade) hoje. Rezo para São Paulo (Santo) ajudar nessa partida.

Grafo De Conhecimento - W3C

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As triplas em XML permite conhecimento compartilhado com a máquina.Classes/vértices

Relacionamentos/Arestas

Grafo De Conhecimento - W3C

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Turtle é outra forma de serializar triplas.

Grafo De Conhecimento - W3C

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SPARQL Protocol and RDF Query Language (SPARQL) é utilizado para recuperar as triplas.Inspirado no Structured Query Language (SQL).Recuperação de grafos de conhecimento no DBPedia.select ?pais ?PIBpercapitawhere {?pais dct:subject dbc:Countries_in_South_America.?pais rdf:type dbo:Country.?pais dbp:gdpNominalPerCapita ?PIBpercapita.} order by DESC(xsd:float(?PIBpercapita)) LIMIT 100

Grafo De Conhecimento - SPARQL

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select ?pais ?PIBpercapitawhere { ?pais dct:subject dbc:Countries_in_South_America. ?pais rdf:type dbo:Country. ?pais dbp:gdpNominalPerCapita ?PIBpercapita.} order by DESC(xsd:float(?PIBpercapita)) LIMIT 100

Grafo De Conhecimento - SPARQL

Tripla

Tripla

Tripla

Sujeito Predicado Objeto

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select ?pais ?PIBpercapitawhere { ?pais dct:subject dbc:Countries_in_South_America. ?pais rdf:type dbo:Country. ?pais dbp:gdpNominalPerCapita ?PIBpercapita.} order by DESC(xsd:float(?PIBpercapita)) LIMIT 100

Grafo De Conhecimento - SPARQLAs variáveis

variável

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A consulta executada no DBPedia.

Grafo De Conhecimento - SPARQL

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O named graph tem vários propósitos.As triplas são inseridas em um grafo nomeado.Exemplo no triplestore GraphDB

Grafo De Conhecimento - Named Graph

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PREFIX tdc: <https://thedevconf.com/tdc#>INSERT DATA{ GRAPH <https://thedevconf.com/tdc/2020> { <https://thedevconf.com/tdc/2020/palestra/hoc-0000> tdc:autor "Fulano" ; tdc:palestra "Hello World" . } GRAPH <https://thedevconf.com/tdc/2021> { <https://thedevconf.com/tdc/2021/palestra/hoc-4320> tdc:autor "Rafael Rocha" ; tdc:palestra "Organize seus dados com grafos de conhecimento" . } }

Grafo De Conhecimento - Named Graph

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Grafo De Conhecimento - Named Graph

Named Graph Triplas

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Aplicabilidade

03

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Organizar o conhecimento com reaproveitamento de vocabulário.Facilidade na integração (semântica) de dados.Manter proveniência dos dados.

Quem gerou/alterou. Qual fonte/dispositivo. Onde.Racionador semântico (semantic reasoner) é um software que gera deduções a partir de uma base dados. Mantém a coesão com os axiomas ontológicos e axiomas criados por você.

Aplicabilidade

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O mapeamento gera grafos de conhecimento a partir de outros formatos.Cada ferramenta possui uma abordagem distinta.

Aplicabilidade - Mapeamento

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R2RML [R2RML, 2021]

Aplicabilidade - Mapeamento

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RML [RML, 2021]

Aplicabilidade - Mapeamento

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Karma [KARMA, 2021]

Aplicabilidade - Mapeamento

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OpenRefine+RDF Extension [OPEN, 2021]

Aplicabilidade - Mapeamento

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R SPARQL [SPARQLR, 2021]

Aplicabilidade - Linguagens

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Python SPARQL [SPARQLP, 2021]

Aplicabilidade - Linguagens

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Fim do ETL

Aplicabilidade

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Bem vindo a ingestão de dados

Aplicabilidade

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Pesquisa exploratória [HPI, 2021]

Aplicabilidade

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Sistema de recomendações

Aplicabilidade

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Detecção de fraude [FRAUD, 2021]

Aplicabilidade

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Analytics e Machine Learning [NODE2VEC, 2021]

Aplicabilidade

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Considerações Finais

04

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Grafo de conhecimento é forma eficiente de manter dados semânticos.Existem diversos bancos de dados orientados a grafos ou triplestores.Triple stores disponibiliza API para a recuperação das triplas.Fim dos pipelines de ETLDados para Analytics, Sistema de recomendação, ML, IA...

Considerações Finais

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REFERÊNCIAS[ANHØJ, 2003] ANHØJ, Jacob. Generic design of web-based clinical databases. Journal of Medical Internet Research, v. 5, n. 4, p. e27, 2003.[FRAUD, 2021] https://neo4j.com/blog/financial-services-neo4j-fraud-detection/[HPI, 2021] https://open.hpi.de/courses/knowledgegraphs2020[NODE2VEC, 2021] https://www.kaggle.com/ferdzso/knowledge-graph-analysis-with-node2vec[HORRIDGE, 2009] HORRIDGE, Matthew et al. A practical guide to building owl ontologies using protégé 4 and co-ode tools edition 1. 2. The university of Manchester, v. 107, 2009.[KARMA, 2021] - https://usc-isi-i2.github.io/karma/[OPEN, 2021] - https://openrefine.org/[OWL, 2002] - https://www.w3.org/TR/2002/WD-owl-absyn-20020729/[RDF, 1997] - https://www.w3.org/TR/WD-rdf-syntax-971002/[RDFS, 1999] - https://www.w3.org/TR/1999/PR-rdf-schema-19990303/[RML, 2021] - https://rml.io/specs/rml/[R2RML, 2021]- https://www.w3.org/TR/r2rml/[SPARQLP, 2021] - https://pypi.org/project/sparql-client/[SPARQLR, 2021] - https://www.r-bloggers.com/2013/01/sparql-with-r-in-less-than-5-minutes/[STAR, 2021] - https://en.wikipedia.org/wiki/Star_schema[TOWARDS, 2021] - https://towardsdatascience.com/data-analysis-in-mysql-operators-joins-and-more-in-relational-databases-26c0a968e61e

Amazon Neptune - https://aws.amazon.com/pt/neptune/DBPedia - https://dbpedia.org/sparql/GraphDB - https://graphdb.ontotext.com/Neo4J - https://neo4j.comOrientDB - https://orientdb.org/OpenLink Virtuoso - https://virtuoso.openlinksw.com/

https://neo4j.com/blog/financial-services-neo4j-fraud-detection/
https://usc-isi-i2.github.io/karma/
https://www.w3.org/TR/2002/WD-owl-absyn-20020729/
https://www.w3.org/TR/1999/PR-rdf-schema-19990303/
https://rml.io/specs/rml/
https://www.r-bloggers.com/2013/01/sparql-with-r-in-less-than-5-minutes/
https://en.wikipedia.org/wiki/Star_schema
https://aws.amazon.com/pt/neptune/
https://dbpedia.org/sparql/
https://graphdb.ontotext.com/
https://neo4j.com
https://orientdb.org/
https://virtuoso.openlinksw.com/
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