web semântica: conceitos e tecnologias

PIPCA - Computação Aplicada

Web Semântica: Conceitos e Tecnologias

João Pablo Silva da Silva([email protected])

19/05/2010


Roteiro

• Web Semântica

• Visão Geral, Estruturas e Aplicações

• Ontologias

• Definição, Elementos e Engenharia

• OWL

• Definição e Estrutura

• Consultas

• Consultas DL e SPARQL

20/05/2010 2Web Semântica: Conceitos e Tecnologias


Visão Geral

• Extensão da Web que permite que humanos e computadores trabalhem em cooperação.

• Surgiu em 2001 quando Tim Berners-Lee, James Hendler e Ora Lassila publicaram um artigo na revista Scientific American.

• Tem como finalidade atribuir um significado aos conteúdos publicados na Internet de modo que seja perceptível tanto pelo humano como pelo computador.

• Objetiva desenvolver tecnologias e linguagens que tornem a informação legível para as máquinas.



Estrutura da Rede Semântica



A Onda Semântica



Aplicações Web Semântica (1)

• Freebase: Uma base de dados aberta, onde as pessoas criam dados e conectam esses dados entre si, onde são classificados por temas e seções.

• Powerset: É um motor de busca de linguagem natural. Pode processar perguntas, por exemplo.

• Twine: Aprende sobre você e os seus interesses a partir do conteúdo que você cria e compartilha, fazendo um grafo desse conteúdo.

• AdaptiveBlue: Um plug-in que oferece links de acordo com o contexto da página que se está navegando.

• Hakia: Apontado como um dos mais promissores motores de busca em alternativa ao Google, faz a análise de sentenças na hora de fazer uma busca.



Aplicações Web Semântica (2)

• Talis: Plataforma para criação de aplicações semânticas na web, sendo possível criar, compartilhar e reutilizar informações nessa plataforma.

• TrueKnowledge: Tenta responder as suas perguntas a partir de uma base de dados com conhecimentos e conexões.

• TripIt: Organizador de viagens, sendo possível criar viagens e receber informações do flickr e wikipedia, dentre outras coisas.

• ClearForest: Permite identificar pessoas, países, tecnologias, companhias, organizações, produtos e dados geográficos em um texto.

• Spock: Permite buscar por pessoas e obter informações associadas a essas pessoas.



Roteiro

• Web Semântica


• Ontologias


• OWL


• Consultas




Definindo Ontologias

• Especificação explicita de conceitualizações.

• Define primitivas representacionais de um determinado domínio de conhecimento.

• Conceitos, Atributos e Associações.

• São representações formais, explicitas e compartilhadas.

• Formais, pois são manipuláveis por computadores.

• Explicitas, pois são uma forma de representação.

• Compartilhadas, pois viabilizam a colaboração



Elementos de uma Ontologia (1)

• Conceitos

• Também chamado de classes.

• São abstrações que caracterizam o que se quer representar.

• Exemplo: Pessoa, Cidade, Profissão, etc.

• Atributos

• Também chamado de propriedades.

• São características aplicáveis a um conceito.

• Exemplo: Nome da Pessoa, População da Cidade, etc.



Elementos de uma Ontologia (2)

• Associações

• Também chamado de relacionamentos.

• Estabelecem as relações entre os conceitos.

• Exemplo: Pessoa pertence a Cidade, etc.

• Indivíduos

• Também chamado de instâncias.

• São as ocorrências de cada conceito.

• Exemplo: João, Maria, Porto Alegre, Motorista, etc.



Bibliotecas de Ontologias

• A DAML Ontology Library mantém um legado de ontologias em DAML.

• O SchemaWeb é um diretório de esquemas RDF expressos em RDFS, OWL e DAML+OIL.

• O Swoogle é um diretório e mecanismo de busca para todos os recursos RDF disponíveis na Web, incluindo ontologias.

• A biblioteca OntoSelect oferece um serviço similar para ontologias em RDF/S, DAML e OWL.

• O Ontaria é um "diretório pesquisável e navegável de dados da web semântica", que foca em vocabulários RDF com ontologias OWL.



Engenharia de Ontologias (1)

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• Determinar Domínio e Escopo, onde é definido o domínio de conhecimento que se quer representar e qual o escopo da aplicação que se deseja construir.

• Considerar Reuso de Ontologias, a qual faz pensar sobre questões de reuso de ontologias já definidas.

• Enumerar Termos Importantes, que leva ao levantamento de termos do domínio sem a preocupação de classificá-los como conceito ou propriedade.




• Definir Classes e Hierarquias, onde, a partir da listagem de termos, eliminam-se redundâncias e definem-se as classes da ontologia organizadas em uma hierarquia.

• Definir Propriedades de Classes, sendo definidas propriedades que complementam a descrição dos conceitos da ontologia.

• Definir Restrições de Propriedades, onde são estabelecidas restrições para cada propriedade.

• Criar Instâncias da Ontologia, que estabelece a criação de indivíduos para a ontologia.



Roteiro

• Web Semântica


• Ontologias


• OWL


• Consultas




Definição

• OWL propõe uma linguagem padrão para descrever classes e seus relacionamentos, os quais podem ser usados por aplicações e documentos web.

• Derivada das linguagens OIL e DAML+OIL.

• Desenvolvida para aumentar capacidade de expressar semântica disponível em XML, RDF e RDFS.

• OWL é capaz de:

• formalizar um domínio de conhecimento;

• definir indivíduos para um domínio de conhecimento;

• inferir sobre um domínio de conhecimento.



Sublinguagens: OWL Lite

• Suporta usuários que necessitam de uma classificação hierárquica e restrições simples.

• Embora suporte restrições de cardinalidade, ela sópermite valores de cardinalidade 0 ou 1.

• É mais simples fornecer ferramentas que suportem OWL Lite que seus parentes mais expressivos.

• Também permite um caminho de migração mais rápido de tesauros e outras taxonomias.

• Tem uma menor complexidade formal que OWL DL.



Sublinguagens: OWL DL

• Suporta usuários que querem a máxima expressividade, enquanto mantém a:

• computabilidade: todas as conclusões sejam computáveis;

• decidibilidade: todas as computações tem tempo finito.

• Inclui todas as construções da linguagem OWL, porém elas somente podem ser usadas com algumas restrições:

• embora uma classe possa ser subclasse de muitas classes, uma classe não pode ser instância de outra classe.

• É assim chamada devido a sua correspondência com as lógicas de descrição.



Sublinguagens: OWL Full

• Suporta usuários que querem a máxima expressividade e a liberdade sintática do RDF sem nenhuma garantia computacional:

• em OWL Full uma classe pode ser tratada simultaneamente como uma coleção de indivíduos e como um indivíduo por si mesma.

• Permite que uma ontologia aumente o vocabulário pré-definido de RDF ou OWL.

• É improvável que algum software de inferência venha a ser capaz de suportar completamente cada recurso da OWL Full.



Relações entre as Sublinguagens

• Toda ontologia OWL Lite válida é uma ontologia OWL DL válida.

• Toda ontologia OWL DL válida é uma ontologia OWL Full válida.

• Toda conclusão OWL Lite válida é uma conclusão OWL DL válida.

• Toda conclusão OWL DL válida é uma conclusão OWL Full válida.



Namespaces

• Componentes iniciais necessários indicar qual vocabulário será utilizado.

• Provê a correta interpretação, desambiguação, dos termos utilizados na ontologia.



Cabeçalhos

• Após os namespaces uma série de outras definições a respeito da ontologia podem ser feitas.

• Tags de comentário, versionamento, importação, dentre outras, podem ser usadas.

• Propriedades usadas como anotações também podem ser declaradas.



Classes

• O conceito mais básico em um domínio corresponde as classes raízes da ontologia.

• Cada indivíduo em OWL pertence a classe owl:Thing.• Cada classe definida é subclasses de owl:Thing.

• A tag rdf:Class nada diz sobre a classe. É apenas um identificador pode ser um número, um caractere, etc.



Subclasses

• Outro conceito fundamental é o de subclasses, o qual permite definir a hierarquia da taxonomia através de generalizações/especializações.

• A tag rdfs:label permite dar um nome mais significativo para a classe.

• Nomes podem ser dados de acordo com o idioma.



Indivíduos

• São instâncias das classes.



Propriedades

• As classes e os indivíduos não seriam interessantes se fossem definidas somente por taxonomias.

• As propriedades permitem definir fatos sobre classes e indivíduos. Sendo de dois tipos:

• DataType Properties: relação entre instâncias de classes e literais;

• Object Properties: relação entre instâncias de duas classes.

• Para restringir uma propriedade utiliza-se domain e range:



Herança entre Propriedades

• Diferentemente das linguagens de programação, onde os tipos são utilizados para verificar consistência, em OWL, o tipo pode ser usado para inferir.

• Desta forma, pode-se inferir que “SaltonChardonnay1998” évinho pois o domínio de <feitoDaUva> é vinho.



Herança entre Propriedades

• Assim como classes, propriedades podem ser organizadas hierarquicamente:

• O Descritor relaciona o vinho aos seus componentes, como: gosto, suavidade, corpo e sabor. A Cor é uma sub-propriedade de Descritor.



Restrições de Propriedades

• É possível expandir a definição de Vinho, para indicar que um Vinho é feito de pelo menos uma uva vinífera.

• Esta subclasse anônima representa o conjunto de coisas com pelo menos uma propriedade feitoDaUva.



Tipos de Dados

• A OWL utiliza a maioria dos tipos de dados do XML Schema, como:

• Exemplo:



Propriedade de Indivíduo

• Primeiro descreve-se os indivíduos Região e Vinícola, para então definir o vinho CabernetSauvignon.



Propriedades Transitivas

• P(x,y) e P(y,z) implica P(x,z).

• A propriedade localizadoEm é transitiva.



Propriedades Simétricas

• P(x,y) iff P(y,x).

• A propriedade regiaoAdjacente é simétrica.

• A região do ValeDosVinhedos é adjacente àCapitalDoChampagne, e vice-versa.



Propriedades Funcionais

• Propriedade Funcional: P(x,y) e P(x,z) implica y = z.

• temFabricante é funcional. Um vinho tem um único Fabricante, isto é, um Vinho pode ser associado apenas com um Fabricante.



Propriedades Inversas

• P1(x,y) iff P2(y,x).

• A iff B significa que (A implica em B) e (B implica em A).

• Vinhos possuem fabricantes, que na definição de Vinhos são restritos à Vinícolas. Então cada Vinícola produz um conjunto de vinhos que as identifica como fabricantes.



Propriedades Inversamente Funcional

• P(y,x) e P(z,x) implica que y = z.

• O inverso de uma Propriedade Funcional é uma Propriedade inversamente funcional.

• owl:InverseFunctional implica que os elementos do range provêm um identificador único para cada elemento do domínio.



Restrições Aplicadas ao Contexto (1)

• Os mecanismos vistos até o momento para restringir TIPO são globais, já que se aplicam à todas as instâncias da propriedade.

• Os mecanismos allValuesFrom e someValuesFrom se aplicam somente ao contexto local onde foram definido.



Restrições Aplicadas ao Contexto (2)

• O fabricante do Vinho deve ser uma Vinicola. A restrição allValuesFrom aplica-se na propriedade temFabricante somente da classe Vinho. Outros fabricantes não são atingidos por esta restrição.

• Se utilizar someValuesFrom, quer dizer que pelo menos uma das propriedades temFabricante deve ser uma Vinicola.



Cardinalidades

• É possível definir um número de elementos EXATO na cardinalidade.

• Um Vinho deve ter apenas 1 Ano de Fabricação.



hasValue

• É possível definir uma classe a partir da existência de indivíduos com algumas propriedades específicas.

• Um indivíduo será membro desta classe se possuir pelo menos uma de suas propriedades que satisfaça uma condição.

• Aqui, é declarado que todos vinhos Tannat são secos. Isto é, sua propriedade temAcucar deve ter pelo menos um valor igual à Seco.



Equivalência entre Classes e Propriedades

• Utiliza-se a propriedade owl:equivalentClass para indicar que duas classes possuem a mesma instância.

• Com objetivo de agrupar uma série de componentes de ontologias, como sendo parte de uma terceira ontologia, pode ser útil afirmar que uma primeira classe ou propriedade em particular é equivalente a uma segunda classe ou propriedade.



Equivalência entre Classes e Propriedades

• Aqui afirma-se que uma classe Vinho na ontologia Food estabelece um link com as características da ontologia Vinho, através da definição de uma classe na ontologia Food (&food;Vinho), e posteriormente declarando-a equivalente a classe vinho, da ontologia Vinho.

• Da mesma forma pode-se utilizar owl:equivalentProperty para relacionar propriedades.



Declaração de Indivíduos Iguais

• A utilização é parecida com a das classes, porém através deste se afirma que dois indivíduos são idênticos.

• Utilizado para identificar indivíduos em diferentes documentos a um outro, com objetivo de unificar duas ontologias.

• Para OWL, dois diferentes nomes não significa que eles referem-se a indivíduos diferentes.



Declaração de Indivíduos Diferentes

• Utilizado para declarar que dois indivíduos são diferentes.

• Utilizado para declarar que todos indivíduos são diferentes.



Classes Complexas

• OWL fornece construtores com os quais é possível formar classes.

• Estes construtores são utilizados para criar as “class expressions”.

• OWL suporta:

• “set operations”

• “namely union”

• “intersection”

• “complement”



Operações: Intersecção

• intersectionOf Identifica que tudo o que for vinho e branco, é uma instancia de Vinho Branco.



Operações: União

• unionOf utilizado para identificar que a classe Fruta inclui as extensões de FrutaDoce e as extensões de FrutaNaoDoce.



Operações: Complemento

• complementOf é utilizado para identificar indivíduos de um domínio que não pertencem a algumas classes.

• A classes NaoAlimento inclui como seus membros todos os indivíduos que NÃO pertencem a extensão de Alimento.



Classes Enumeradas

• oneOf fornece meios para especificar uma classe através da enumeração direta de seus membros. O seguinte define que a classe CorDoVinho possui os membros Branco, Rose e Tinto.

• Cada elemento do construtor oneOf deve ser um individuo declarado.

• Um indivíduo deve pertencer a alguma classe, no exemplo acima cada indivíduo foi referenciado pelo nome.



Classes Disjuntas

• Definindo Fruta como sendo a união entre FrutaDoce e FrutaNaoDoce.

• disjointWith parciona Fruta em duas sub-classes distintas, por elas não são conectadas.



Roteiro

• Web Semântica


• Ontologias


• OWL


• Consultas




Sintaxe Manchester

• Sintaxe suportada pelo Protégé-OWL para realização de consultas baseadas em lógica de descrição.



Exemplo de Consultas DL (1)



Cláusulas SPARQL

• Similar ao SQL e serve para realizar consultas em grafos RDF ou OWL.



Exemplo de Consulta SPARQL (1)


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