ontologies 2011 2012

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Les Ontologies S. Garlatti

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Page 1: Ontologies 2011 2012

Les Ontologies

S. Garlatti

Page 2: Ontologies 2011 2012

Plan

Introduction• Notion d’ontologie et de sens• Rôle des Ontologies• Historique

Ontologies• Définitions• Types d’ontologies

Différents types de systèmes

• Les logiques de description

Page 3: Ontologies 2011 2012

Notion d’ontologie et de sens

Le concept de « Voie »

Page 4: Ontologies 2011 2012

Notion d’ontologie et de sens

Le concept de « Voie »

Page 5: Ontologies 2011 2012

Notion d’ontologie et de sens

Le concept de « Voie »

Page 6: Ontologies 2011 2012

Notion d’ontologie et de sens

Le concept de « Voie »

Page 7: Ontologies 2011 2012

Notion d’ontologie et de sens

Définir une ontologie c’est

• Donner un sens unique à des concepts

- Pas de Polysémie

• Donc définir un « domaine » de sens particulier

- Les voies de communication, la médecine, les galaxies, les arts martiaux, etc.

• Consensus dans une communauté de pratiques

Page 8: Ontologies 2011 2012

Notion d’ontologie et de sens

Construire une Ontologie

• C’est représenter des connaissances

Connaissances ?????

Page 9: Ontologies 2011 2012

Rôle des ontologies

Définir un vocabulaire commun et partagé par une communauté de pratiques• Avoir une compréhension commune

• Communiquer, échanger, etc.

Page 10: Ontologies 2011 2012

Rôle des ontologies

Expliciter et formaliser des connaissances

• Donner un sens unique à des « entités du monde réel »

Page 11: Ontologies 2011 2012

Rôle des ontologies

Donner du sens à des ressources

• Indexation de celles-ci, puis

• Recherche d’information (ressources)

• Réutilisation, partage et échange

Page 12: Ontologies 2011 2012

Rôle des ontologiesRaisonnement / inférence

• Construire et découvrir de nouvelles informations et/ou connaissances à partir des ontologies et des ressources existantes

Page 13: Ontologies 2011 2012

Historique

Les réseaux sémantiques

• Quillian (1968)

- Un mécanisme général d'association pour représenter le sens des mots

- Ensemble de nœuds et d‘associations représentés par des liens.

- Un réseau sémantique forme un graphe orienté dont les nœuds et les arcs sont étiquetés

- Un graphe d'héritage, structuré au moyen d'une relation de généralisation  /  spécialisation qui relie entre eux des objets "sémantiquement proches"

Page 14: Ontologies 2011 2012

Historique

Page 15: Ontologies 2011 2012

Historique

Puis différentes interprétations de cette notion

• Les Frames: M. Minsky [75] a proposé un autre modèle appelé "frames". Ces "frames" sont des granules de connaissances plus importantes que les nœuds d'un réseau sémantique

• Les Logiques de Description: Brachman et Schmolze [77] ont proposé un autre modèle à mi-chemin entre les réseaux sémantiques et les Frames de Minsky dont le premier représentant s'appelle KL-ONE

• Les Graphes Conceptuels: Sowa [84]

• Les Frames-Logic Kifer [95]

Page 16: Ontologies 2011 2012

Historique

Points communs

• Réification des entités du « monde réel » sous forme- D’objets : des classes ou des individus

- Ou de propriétés

• Un objet est défini par une conjonction de propriétés qui peuvent être des couples attributs / valeurs ou des relations entre objets

• Organisation des classes :- Un graphe orienté sans circuit, dont un graphe d’héritage

muni d’une relation « SubClassOf »

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Historique

Points Communs

• Graphe d'héritage, par des liens « SubClassOf » qui déterminent

- Une relation de généralisation/spécialisation entre les classes et une relation d’instanciation « Member-of » entre individus et classes.

• Une classe déclare les propriétés qui lui sont spécifiques

• Toute propriété non présente dans un objet peut être héritée des classes plus générales (mécanisme d'héritage)

• Héritage simple ou multiple

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Historique

Points Communs

• Soit G = (X,H) le graphe d'héritage avec X l'ensemble des objets,

- X = Y  Z avec Y l'ensemble des « classes » et Z l'ensemble des « individus »,

- Ce graphe G possède toujours une racine unique et défini un ordre partiel sur X

- H l'ensemble des arcs, avec H l'ordre induit par le graphe G et

- x, y X tels que x ≤H y alors y est un ancêtre de x et x est un descendant de y.

Page 19: Ontologies 2011 2012

Historique

Définitions d’une classe

• Définition en extension

- L'extension propre d'une classe est définie par un ensemble d'individus

- L'extension au sens large d'une classe est définie par un ensemble d’individus et les classes plus spécifiques

• Définition en intension ou compréhension

- Une classe est définie en intension par l'ensemble des propriétés qu’elle possède ou qu’elle hérite

Page 20: Ontologies 2011 2012

Historique

Rapports entre Extension et Intension

• Soient Extp(x) l'extension propre de l'objet x et Ext(x) l'extension au sens large de l'objet x, alors

x, y Y tels que x H y  Ext(x) Ext(y)

y Y et z Z, tels que z  H y  z  Extp(y)

• Soient z un objet, Int(x) l'intension de x ou ensemble de propriétés définissant x, c'est-à-dire celles déclarées dans z et celles héritées de ces ancêtres, alors

x, y Y tels que x  H y  Int(y)   Int(x)

Page 21: Ontologies 2011 2012

Historique

Deux types de classes

• Celles définies en Condition Nécessaires et Suffisantes

• Celles définies comme des Prototypes

- Théorie du prototype de E. Rosch

Page 22: Ontologies 2011 2012

Historique

Mécanismes d’inférence

• L'héritage : c'est un mécanisme de partage de propriétés entre des entités structurées dans une hiérarchie qui induit un raisonnement monotone ou non monotone selon les systèmes.

Page 23: Ontologies 2011 2012

Historique

Mécanismes d’inférence

• Le filtrage : recherche d’un ensemble d'objets qui satisfont à certains critères donnés.

- Le filtrage est souvent fondé sur une logique à trois valeurs, vrai, faux, et inconnu (en monde ouvert)

– Un objet ne vérifiant pas les conditions du filtre n'est pas rejeté s'il n’est pas contradictoire avec le filtre

– Objets répartis en trois classes sûrs, possibles et impossibles

Page 24: Ontologies 2011 2012

Historique

Mécanismes d’inférence

• La classification: la classification est l'opération qui permet de placer un objet x dans un graphe d'héritage.

Deux cas sont à considérer :

– L’individu

– La classe

Page 25: Ontologies 2011 2012

Ontologie

« Naissances des Ontologies »

• Début années 90

• Méthodologies d’acquisition des connaissances

• Séparer les différentes catégories de connaissances et les raisonnements associés pour

- Construire mieux, plus rapidement, plus facilement,

- Réutiliser et partager les connaissances acquises

- Maintenir plus facilement ces dernières

Page 26: Ontologies 2011 2012

Ontologie

Les concepts et les propriétés d’un domaine hiérarchiquement organisés sont regroupés dans une entité appelée

« Ontologie » Pas d’individus !!!!!

Une fois construite et acceptée par une communauté particulière, une ontologie doit traduire un consensus explicite et un certain niveau de partage par les membres de la communauté.

Page 27: Ontologies 2011 2012

Ontologie

Philosophie : ARISTOTE a défini l’Ontologie comme la science de l’Être

Définition (Petit Robert) : la partie de la métaphysique qui s’intéresse à l’Être en tant qu’Etre

Ontologie

• Est habituellement comprise comme une science des étants plutôt que comme une science de l’Être en tant qu’Être

- C’est-à-dire qu’elle s’intéresse davantage à ce qui existe (les étants ou existants) qu’aux principes de ce qui existe (l’Être)

« Ontologie » sera utilisé dans le contexte de l’Ingénierie des connaissances, de l’intelligence artificielle ou du Web sémantique

Page 28: Ontologies 2011 2012

Ontologie

Définition 1 (Gruber 1993)

• “An ontology is a formal, explicit specification of a shared conceptualization of a domain of interest”.- Conceptualisation : les objets, les concepts et autres entités

qui sont supposés exister dans un domaine particulier et les relations qu’ils entretiennent entre eux.

N. Guarino et P. Giaretta

• L’ontologie comme un système conceptuel informel, • L’ontologie comme la représentation d’un système conceptuel

via une théorie logique et son vocabulaire.

Page 29: Ontologies 2011 2012

Définitions

Gruber et M. Uschold et al.• Ontologie (déf. 2) : Une ontologie implique ou comprend une

certaine vue du monde par rapport à un domaine donné.

- Cette vue est souvent conçue comme un ensemble de concepts, leurs définitions et leurs interrelations.

- On appelle cela une conceptualisation.

• Une ontologie peut prendre différentes formes mais elle inclura nécessairement un vocabulaire de termes et une spécification de leur signification.

• Une ontologie est une spécification rendant partiellement compte d’une conceptualisation.

Page 30: Ontologies 2011 2012

Définitions

Une structure d’ontologie est un quintuplet O := {C, R, HC, rel, AO} (source Steffen Staab)

• C et R : ensembles disjoints des concepts et des relations

• HC hiérarchie (taxonomie) de concepts : HC C x C , HC(C1, C2) signifie que C1 est un sous-concept de C2 (relation orientée)

• Rel : relation rel: R C x C (définit des relations sémantiques non taxonomiques) avec 2 fonctions associées- dom : R C avec dom(R):= 1(rel(R))- range : R C avec range(R):= 2(rel(R)) co-domaine

- rel(R) = (C1,C2) s’écrit aussi R(C1,C2)

• Ontologie abstraite

Page 31: Ontologies 2011 2012

Définitions

Le lexique d’une structure d’ontologie O:= {C, R, HC, rel, AO} est un quadruplet L:= {LC, LR, F, G}

• LC et LR : ensembles disjoints des entrées lexicales des concepts et des relations

• F, G : deux relations appelées références F LC (pour les concepts), G LR x R (pour les relations), - Pour L LC : F(L) = {C C / (L,C) F} - F-1 (L) = {L L / (L,C) F}

• Idem pour G et G-1

Ontologie concrète : couple (O, L)

Page 32: Ontologies 2011 2012

Définitions Structure d’une base de connaissances : quadruplet KB:= {O, I, inst,

instr} (source N. Aussenac)

• O:= {C, R, HC, rel, AO} est une ontologie

• I est un ensemble d’individus

• inst : C-> 2I Fonction d’instanciation de concept

• Instr : R -> 2IxI Fonction d’instanciation de relation

Lexique d’une base de connaissances LKB := (LI,J)

personne

entrepriseemployé Travaille-pour

Dupont SNCFTravaille-pour

ontologie

BC

Page 33: Ontologies 2011 2012

Définitions

Ontologie : Ensemble des objets reconnus comme existant dans le domaine

• Construire une ontologie c’est aussi décider de la manière d’être et d’exister des objets.

• Modèles des connaissances d’un domaine qui sont pertinentes pour une application, une tâche donnée

• Conceptualisation en classes génériques, relations et règles

Page 34: Ontologies 2011 2012

Définitions

Contraintes qui s’imposent au concepteur d’ontologies

• Une ontologie est bien une conceptualisation, entendons par là que l’on y définit des concepts

- Utilisée dans un artefact informatique dont on veut spécifier le comportement,

- L’ontologie est une théorie logique pour laquelle on précisera le vocabulaire manipulé

- La conceptualisation étant spécifiée parfois de manière très précise, une théorie logique ne peut pas toujours en rendre compte de façon exacte : elle ne peut assumer la richesse interprétative du domaine conceptualisé dans une ontologie et ne le fait donc que partiellement.

Page 35: Ontologies 2011 2012

Types d’ontologies

Que représente une ontologie ?

• Le type d’ontologie- L’ontologie de domaine

- L’ontologie d’une méthode de résolution de problème, le rôle de chaque concept dans le raisonnement est rendu explicite

- L’ontologie des utilisateurs, de l’entreprise

• Les propriétés- Non seulement le repérage et la classification des concepts mais

aussi les caractéristiques qui leur sont attachées.

• Les relations, autres que héritage : spatiale, temporelle, composition, etc.

Page 36: Ontologies 2011 2012

Types d’ontologies

Ontologies d’application double spécialisation : d’une ontologie du domaine et d’une ontologie de méthode

Ontologie formelle étude approfondie et raisonnée de la manière d’organiser des concepts fondamentaux - le temps, les relations partie-tout, la causalité, …

Ontologies de résolution de problème (de méthode) ex : ontologies de tâche, ONTOLINGUA

Ontologies du domaine ex : Ménélas

Ontologies » génériques ex : Wordnet, Bateman, CYC

Ontologies de représentation ex : la «frame ontology» d’ONTOLINGUA

Page 37: Ontologies 2011 2012

Types d’ontologies Ontologies développées dans un contexte

informatique

• Le but final est de spécifier un artefact informatique

L’ontologie devient alors un modèle des entités existantes qui y fait référence à travers des concepts du domaine.

L’ontologie devra ensuite être opérationnalisée, c’est-à-dire codée dans un langage opérationnel, exécutable par une machine.

Page 38: Ontologies 2011 2012

Types d’ontologies Rôles des ontologies dans le SW

- Définir de manière déclarative un vocabulaire commun résultat d’un consensus social dans un domaine donné

– Chaque élément de vocabulaire possède une interprétation unique partagée par tous les membres du domaine

- Décrire la sémantique des termes et leurs relations– L’interprétation de chaque terme est unique. Elle est

fournie par une sémantique formelle.– L’ensemble des termes et leurs relations fournissent un

cadre interprétatif dépourvu d’ambiguïté pour chaque terme.

- Fournir des mécanismes d’inférence qui respectent la sémantique formelle.

Page 40: Ontologies 2011 2012

Différents types de systèmes

Logique de Description

• CNS, héritage multiple sans conflit, subsomption

Graphes Conceptuels

• CNS, héritage multiple sans conflit, {objet = sous-graphe}, treillis, appariement de graphes

Frames-Logic

• CNS, héritage multiple sans conflit, + Prolog

Page 41: Ontologies 2011 2012

Les Logiques de Description

Une logique description fournit

• Des concepts : classes

• Des rôles : propriétés

• Des opérations (and, or, not, some, all, atleast, atmost…) sur ces éléments primitifs du langage

• Un mécanisme de classification fondé sur la relation de subsumption entre concepts ou rôles

- Induit généralement un graphe orienté sans circuit entre les concepts et entre les rôles

Page 42: Ontologies 2011 2012

Les Logiques de Description

Deux types de concepts

• Primitifs : sont des définitions incomplètes des concepts– Conditions Nécessaires mais non suffisantes pour

décider de l’appartenance

• Définis : sont des définitions complètes des concepts en Condition Nécessaire et Suffisante (CNS)

La classification ne peut opérer que sur des concepts définis

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Les Logiques de Description

Mécanismes d’inférences

• La subsomption A subsume B si et seulement si pour chaque modèle <D, x>, x [A]  x [B]. La classification est le processus qui identifie toutes les subsomptions appropriées parmi un ensemble donné de termes.

• L'héritagel'héritage est le processus d'identification des conditions qui s'appliquent à un concept en fonction de ses subsumants.

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Les Logiques de Description

Mécanismes d’inférences

• La complétion c'est le processus qui identifie et enregistre toutes les conditions qui s'appliquent à un concept, c'est-à-dire toutes celles dues à l'héritage,

• La cohérenceun terme est cohérent si et seulement s'il y a un modèle dans le lequel la dénotation du terme est non vide. En d'autres mots, A est cohérent seulement s'il existe un modèle <D, x> tel que x [A]  .Æ