dezvoltarea aplicațiilor web (10/12): specificarea ontologiilor via owl 2. logicile descrierii....
Post on 27-May-2015
167 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Dezvoltarea aplicațiilor Web
Ontologii în contextul WWWOWL 2
de la formalizare la realizarea raționamentelor
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
“O hartă nu înseamnă teritoriul.”
Alfred Korzybski
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
realități
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
realități
Ontologiile au drept scopmodelarea unei (părți a unei) lumi
termenii limbajului de modelare folositcorespund entităților din cadrul lumii
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
În unele cazuri, modelarea unor domeniinecesită expresivități care nu sunt oferite
de limbajul OWL 1.0
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Extinderea OWL cu noi construcții care însăsă păstreze proprietățile din cadrul OWL DL
OWL 2
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Expresivitate ridicată
de exemplu:restricții de cardinalitate calificate,
restricții privind reflexivitatea,înlănțuirea proprietăților (property chains)
etc.
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL 2 oferă putere de expresivitate mai mare(Horrocks, 2009):
restricții de cardinalitate calificate
e.g., persoane care au 2 prieteni vegetarieni
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL 2 oferă putere de expresivitate mai mare(Horrocks, 2009):
restricții privind reflexivitatea locală
exemplu: “narcissists love themselves”
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL 2 oferă putere de expresivitate mai mare(Horrocks, 2009):
exprimarea de proprietăți anti-reflexive sau asimetrice
exemplificare: “nothing can be a proper part of itself” (proprietate anti-reflexivă)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL 2 oferă putere de expresivitate mai mare(Horrocks, 2009):
modelarea proprietăților disjuncte
e.g., o persoană nu poate fi simultan părinte și fiuai unei persoane date
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL 2 oferă putere de expresivitate mai mare(Horrocks, 2009):
posibilitatea de exprimare a cheilor (keys),în sensul bazelor de date
exemplu: locația geografică + numărul de înmatriculare semnifică identificatorul unic al unui autovehicul
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Exprimarea facilă a reuniunilor disjuncte(disjoint unions)
Element DisjointUnion Earth Wind Fire Water
syntactic sugar
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Exprimarea negațiilor
iPad is not a device owned by Ana33 is not the age of Dan
syntactic sugar
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Meta-modelare în OWL2
o resursă poate fi modelată simultan ca individ și clasă
SnowLeopard subClassOf BigCat – clasăSnowLeopard type EndangeredSpecies – individ
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Suport pentru adnotări
alături de proprietăți între obiecte (object property) și cele vizând datele (data property),
pot fi specificată o suită de proprietăți de adnotare (annotation property)
creator, date, versionInfo, priorVersion, backwardCompatibleWith, deprecated, incompatibleWith, seeAlso etc.
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Asocierea de profile
stabilirea construcțiilor OWL 2 ce corespundunei anumite complexități computaționale
în vederea efectuării raționamentelor automate
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Profile OWL 2:
raționamente pentru ontologii largi: ELinterogări asupra unui volum mare de instanțe: QLraționamente în contextul sistemelor de reguli: RL
www.w3.org/TR/owl2-profiles/
de studiat M. Krötzsch, OWL 2 Profiles, Springer (2012)http://korrekt.org/page/OWL_2_Profiles
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL EL
oferă suport pentru efectuarea de raționamenteîn timp polinomial pentru ontologii cu număr mare
de clase și/sau proprietăți
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL EL
utilizare uzuală:ontologii din domeniul științelor vieții
care vizează mai ales scalabilitatea
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL EL
nu pot fi folosite:calificări universale – e.g., AllValuesFrom
restricții vizând cardinalitateadisjuncții la nivel de clase, proprietăți sau obiecte
enumerări ce implică mai mult de un individproprietăți obiectuale inverse, (a)simetrice, funcționale
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL QL
suport pentru efectuarea de interogări (optimizate)în stilul bazelor de date convenționale
se pretează pentru ontologiiavând un volum mare de fapte (indivizi)
logspace
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL QL
ofera expresivitatea necesară specificării de lexicoanesau de scheme de tip UML ori ER (entity-relation)
similar cu OWL Lite – versiunea 1
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL QL
se poate baza pe rescrierea interogărilorconform tehnicilor de raționament automat
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL QL
nu pot fi utilizate:calificări existențiale – e.g., SomeValuesFrom
calificări universale – e.g., AllValuesFromenumerări de indivizi/literali
restricții privind cardinalitateadisjuncția
proprietăți (invers) funcționale și tranzitiveaserțiuni privind egalitatea indivizilor (SameIndividual)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL RL
permite exprimarea regulilor în cadrul ontologiilor
poate fi implementat în cadrul sistemelor convenționalede baze de date relaționale
complexitatepolinomială
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL RL
soluție complementară la limbajele de specificare a regulilor la nivel de Web
RIF – Rule Interschange Format
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Specificarea regulilor pentru procesarea în Jena(exemplu realizat de Sergiu Bursuc, absolvent FII)
# reguli Jena privind descoperirea cunoștințelor despre un regizor
[(?movie cinema:directedBy ?director) ->
[(?director cinema:directsGenre ?genre) <-
(?movie cinema:hasGenre ?genre) ]
[(?director cinema:investigatesTheme ?theme) <-
(?movie cinema:hasTheme ?theme) ]
[(?director cinema:usesImagery ?imagery) <-
(?movie cinema:hasImagery ?imagery) ] ]
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Pentru detalii sintactice, a se consulta:
Sandro Hawke, OWL 2 Reference Card, W3C, 2009www.w3.org/2007/OWL/refcard
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Instrumente oferind suport pentru OWL 2
editare și medii de dezvoltare: Protégé, Fluent Editor, TopBraid Composer
procesare – implementare de referință: OWL API
sisteme de efectuare de raționamente (reasoners):FaCT++, HermiT, Pellet, Racer Pro etc.
interogare – OWL QL: Owlgres, OWLIM, QuOnto etc.
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
În ce manieră exprimăm – formal – înțelesul(meaning) construcțiilor modelate?
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
entailment
Date o mulțime de enunțuri RDF privitoarela un graf A și o mulțime de enunțuri referitoare
la un graf B, atunci A determină (entails) Bdacă fiecare enunț din B este adevărat și în A
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
entailment
Date o mulțime de enunțuri RDF privitoarela un graf A și o mulțime de enunțuri referitoare
la un graf B, atunci A determină (entails) Bdacă fiecare enunț din B este adevărat și în A
aceasta nu oferă obligatoriu seria pașilor deductivi care conduc de la A la B
(contrast cu procesul de inferență)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
entailment
OWL Full entailment
OWL DL entailment
OWL Lite entailment
RDFS entailment
RDF entailment
adaptare după (Hebeler et al., 2009)
util în realizarea interogărilor SPARQLla nivel de indivizi
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Înțelesul (meaning) e dat de asocierea unui formalism
un model teoretic oferă un mecanism de asocierede relații între sintaxă și interpretări
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Intelesul (meaning) e dat de asocierea unui formalism
un model teoretic oferă un mecanism de asocierede relații între sintaxă și interpretări
e.g., logica de ordin I (FOL – First Order Logic)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Pentru o construcție sintactică, pot exista mai multe sensuri (interpretări, modele)
dorim obiectivitate – e.g., eliminarea ambiguităților
termenul “toc” ≠ termenul “toc”
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Modelele se presupune că sunt analoageunei (părți a unei) lumi
elementele modelului corespund obiectelor lumii
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Trebuie specificată o relație formalăîntre sintaxă și modele
structura modelelor reflectă relațiile specificateîn cadrul sintaxei
utilizarea unei/unor logici
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Logici
limbaje formalizate menite a reprezenta cunoștințecu scopul de a putea fi deduse concluzii
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Logici
sintaxa exprimă propozițiile (sentences)în cadrul limbajului folosit
semantica definește înțelesul – formal – al propozițiilori.e., specifică adevărul (truth) unei propoziții
în cadrul lumii modelate
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Exemplu: limbajul aritmeticx + 33 > y este o propoziție; x33 + y > nu e propoziție
x + 33 > y este adevărată (true) iffnumărul x + 33 nu e mai mic decât numărul y
x + 33 > y este true într-o lume în care x = 1 și y = 7
x + 33 > y este false într-o lume în care x = 1 și y = 69
x + 33 > x este true în orice lume – tautologie
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Logicile sunt caracterizatede ceea ce exprimă (commit) ca “primitive”
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Logicile sunt caracterizatede ceea ce exprimă (commit) ca “primitive”
declarații ontologice – exprimă ce anume există:fapte (facts), lucruri (things), timp (time), credințe (beliefs)
declarații epistemologice – exprimă care este stareacunoașterii acumulate
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Limbaj (logic)
Declarații ontologice(ce anume există)
Declarații epistemologice (ce cunoaște o entitate/agent)
Logica prop. fapte (facts) true / false / unknown
Logica de ordin I (FOL)
fapte, obiecte, relații true / false / unknown
Logica temporală
fapte, obiecte, relații, timp
true / false / unknown
Teoria probab.
faptegrade de cunoaștere (belief)
0..1
Logica fuzzy grade de adevărgrade de cunoaștere (belief)
0..1
conform (Enrico Franconi, 2003)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Modele
lumi având o anumită structurăîn care adevărul poate fi evaluat (dedus)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Modele
lumi având o anumită structurăîn care adevărul poate fi evaluat (dedus)
m este model pentru o propoziție pdacă p este true în cadrul modelului m
M (p) reprezintă mulțimea tuturor modelelor lui p
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Baza de cunoștințe (KB – knowledge base)
mulțime de propoziții descrise într-un limbaj formalizat
teorie logică
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Baza de cunoștințe (KB – knowledge base)
conține cunoștințele privitoare la lumea modelatăcare pot fi manipulate via algoritmi deductivi
(incluși într-un motor de inferență – inference engine)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Baza de cunoștințe KB determină, implică, satisface(entails) propoziția p
– adică KB ⊨ p –dacă și numai dacă
p este true în toate lumile în care KB este true
dat fiind modelul M (p),KB ⊨ p dacă și numai dacă M (KB) ⊆ M (p)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Baza de cunoștințe KB deduce (infer)propoziția p folosind algoritmul i
– adică KB ⊦i p –dacă și numai dacă
p poate fi dedusă (derivată) din KBde către procedura (algoritmul) i
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Soundness
i este sounddacă având KB ⊦i p atunci e adevărat că KB ⊨ p
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
necesitatea folosirii unei/unor logici
Completeness
i este completedacă KB ⊨ p implică faptul că KB ⊦i p
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Domeniul modelat – partea lumii modelate de ontologie – este interpretat ca o mulțime (set)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Obiectele (entitățile, things) lumiisunt interpretate ca fiind elemente ale lui
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Obiectele (entitățile, things) lumiisunt interpretate ca fiind elemente ale lui
clasele/conceptele (predicate unare)sunt submulțimi ale lui
proprietățile (predicate binare)sunt submulțimi ale lui = 2
predicatele ternare sunt submulțimi ale lui 3
…
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
De exemplu, relația subClassOf dintre clasepoate fi interpretată ca o incluziune de mulțimi
de revizitatteoria mulțimilor
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
adaptare după (Sean Bechhofer, 2004)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Un vocabular este o mulțime de nume utilizateîn cadrul lumii modelate
{ Tux, Pinguin, Animal, Anamaria, Persoana,
Computer, detine,... }
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Un vocabular este o mulțime de nume utilizateîn cadrul lumii modelate
{ Tux, Pinguin, Animal, Anamaria, Persoana,
Computer, detine,... }
uzual, exprimat sintactic într-un format deschise.g., DCMI, FOAF etc.
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Înțelesul constrângerilor (Enrico Franconi, 2003):
relația de tip isA: AreaManager ⊆ Managerdisjuncția claselor: AreaManager ⋂ TopManager = ∅
Manager ⊆ AreaManager ⋃ TopManager
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Înțelesul relațiilor (Enrico Franconi, 2003):
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Înțelesul cardinalităților (Enrico Franconi, 2003):
mulțimea tuturorinstanțelor
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
O interpretare I a vocabularului e un tuplu , ⋅I
domeniul este reprezentat de mulțimea
asocierea dintre sintaxă și semantică e dată de ⋅I
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
O interpretare I a vocabularului e un tuplu , ⋅I
numele obiectelor – asociate elementelor lui
numele predicatelor unare (clase/concepte) sunt asociate submulțimilor lui
numele predicatelor binare (proprietăți) sunt asociate submulțimilor
similar, pentru arități superioare – dacă există
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Ontologiile modelează în special clase
formează terminologiace trebuie să fie adevărat în legătură cu fiecare concept
din cadrul ontologiei
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Ontologiile modelează în special clase
formează terminologiace trebuie să fie adevărat în legătură cu fiecare concept
din cadrul ontologiei
formal, TBox – terminology box(schemă ontologică exprimată via RDFS și OWL)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Ontologiile oferă un mecanism limitat deexprimare a indivizilor – instanțe ale claselor
descrierea indivizilor se poate faceprin baze de date, fișiere JSON,
microdate HTML5, triple (RDF/RDFa) etc.
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Ontologiile oferă un mecanism limitat deexprimare a indivizilor – instanțe ale claselor
descrierea indivizilor se poate faceprin baze de date, fișiere JSON,
microdate HTML5, triple (RDF/RDFa) etc.
formal, ABox – datele, assertions
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Din punct de vedere computațional,raționamentele privitoare la indivizi
sunt intractabile în general
F. Baader et al., 2002
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare
Din punct de vedere computațional,raționamentele privitoare la indivizi
sunt intractabile în general
în ipoteza lumilor închise (closed worlds),negația reprezintă eșec – cazul bazelor de date
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare: description logics
Semantica formală e dată de logicile descrierii(description logics)
detalii în F. Baader, D. Calvanese, D. McGuinness, D. Nardi,P. Patel-Schneider (Editors), The Description Logic
Handbook: Theory, Implementation and Applications,Cambridge University Press, 2002
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare: description logics
Părți decidabile din logica de ordin IFOL – First Order Logic
constructori pentru definirea de clase și proprietăți(eventual, pe baza celor deja existente)
pot fi exprimate axiome specificând fapte despreconcepte (clase), roluri (proprietăți) și indivizi (instanțe)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare: description logics
Proprietăți dezirabile în contextul Web-ului(Ian Horrocks, 2009)
decidabilitate
complexitate scăzută
important!
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare: reasoning
Pun la dispoziție sisteme de inferență (reasoners)
proceduri sound & complete pentru luarea deciziilorprivind anumite probleme
pot fi deduse constrângeri suplimentaree.g., o entitate e sub-entitate a alteia, în cazul în care
cea de a doua reprezintă o submultime a primei entități
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
formalizare: reasoning
Implementări optimizate (pentru OWL 1 și/sau 2)FaCT++
HermiT (oferit implicit de mediul Protégé)PelletRacer
Snorocket (pentru OWL EL)TrOWL
…
www.cs.man.ac.uk/~sattler/reasoners.html
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Familie de formalisme logicefolosite pentru reprezentarea cunoștințelor
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Cea mai simplă DL e ALC (închisă propozițional)
Attributive Language with Complements
AL specificată de (Schmidt-Schauß & Smolka, 1991)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Cea mai simplă DL e ALC (închisă propozițional)
concepte construite folosind booleeni ⊓, ⊔, plus cuantificatorii ,
rolurile (proprietățile) pot fi atomice
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Exemplu: “tații fericiți” (Ian Horrocks, 2004)
HappyFather Man ⊓ hasChild.Female ⊓ hasChild.Male ⊓ hasChild.(Rich ⊔ Happy)
un tată fericit este un bărbatcare are drept copii – bogați sau fericiți –
măcar o fată și un băiat
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Exemplu: specificarea unor concepte privindorganismul uman (Ian Horrocks, 2009)
Heart ⊆ MuscularOrgan ⊓
isPartOf.CirculatorySystem
HeartDisease Disease ⊓ affects.Heart
VascularDisease Disease ⊓ affects.( isPartOf.CirculatorySystem)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics – extensii
S proprietățile sunt tranzitiveH ierarhia proprietăților – e.g., hasDaughter ⊑ hasChild
O nominali/singletons – e.g., { Tux }
I proprietăți inverse – e.g., isChildOf hasChild–
N restricții de cardinalitate – e.g., ≥2 hasChild, ≤3 hasChild
Q restricții de cardinalitate calificate – e.g., ≥2 hasChild.Male
F restricții de cardinalitate funcționale – e.g., ≤1 hasMother
specii DL
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics – extensii
S proprietățile sunt tranzitiveH ierarhia proprietăților – e.g., hasDaughter ⊑ hasChild
O nominali/singletons – e.g., { Tux }
I proprietăți inverse – e.g., isChildOf hasChild–
N restricții de cardinalitate – e.g., ≥2 hasChild, ≤3 hasChild
Q restricții de cardinalitate calificate – e.g., ≥2 hasChild.Male
F restricții de cardinalitate funcționale – e.g., ≤1 hasMother
la nivel sintactic, pot fi exprimate prin OWL
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
vezi Evgeny Zolin – http://www.cs.man.ac.uk/~ezolin/dl/
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Baza de cunoștințe (KB) e compusă din2 mulțimi de axiome:
TBox descrie structura domeniului – schema conceptuală
ABox descrie o situație concretă – datele, instanțele
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Baza de cunoștințe (KB) e compusă din2 mulțimi de axiome:
TBox descrie structura domeniului – schema conceptualăSuperStud ⊑ WebDeveloper ⊓ Masterand ⊓ Eminent
HappyFather Man ⊓ hasChild.Female ⊓ …transitive (rudaCu)
ABox descrie o situație concretă – datele, instanțeleRadu: HappyFather
<Radu, Andreea>: hasChild
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Knowledge Base
TBox (schema)
ABox (data)
Man Human ⊓ Male
HappyFather Man ⊓hasChild.Female ⊓ …
Radu : HappyFather
<Radu, Andreea>: hasChild
Infe
ren
ce S
yst
em
Inte
rfa
ce
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Remarcă:această separație nu are neapărat
o semnificație logică, dar este convenabilăatât din punct de vedere conceptual,
cât și din cel al implementării
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Pentru OWL 1 – nivelul DL, modelul formal este specificat
de logica descrierii de tip SHIQ
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Pentru OWL 1 – nivelul DL, modelul formal este specificat
de logica descrierii de tip SHIQ
echivalentă cu SHOIN(Dn)
OWL DL ≈ SHIQ extinsă cu nominali – i.e., SHOIQ
OWL Lite ≈ SHIQ cu restricții funcționale – SHIF
a se vedea lucrările lui Ian Horrocks:http://www.cs.ox.ac.uk/people/ian.horrocks/
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
OWL Full OWL DL OWL Lite
se permite“orice”
definițiileRDFS
se pot mixacu celeOWL
nu se poate folosiowl:cardinality pentru
TransitiveProperty
o ontologie OWL DL nu poate importa una
OWL Full
nu se poate definio clasă ca membră
a alteiaFunctionalProperty si
InverseFunctionalPropertyse pot utiliza doar
pentru ObjectProperty
se mențin restricțiileOWL DL, plus:
owl:minCardinality șiowl:maxCardinality
nu se pot folosi
pentru owl:cardinality
valorile permise sunt 0 și 1
nu se pot utiliza: owl:hasValue,
owl:disjointWith, owl:oneOf, owl:complementOf și
owl:unionOf
OWL Full e ne-
decidabilă
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Pentru OWL, constructorii DL sunt:
se permite și folosirea tipurilor de date XML Schemaun exemplu: areAni.byte
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
În cazul OWL 2:
OWL EL la nivel formal se bazează pe logica EL++
restrânsă la exprimarea restricțiilor existențiale(Baader, Brandt & Lutz, 2005, 2008)
OWL RL se inspiră din DLP – Description Logic Programs (Grosof et al., 2003) și pD* (Horst, 2005)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
O ontologie OWL se poate asociaunei baze de cunoștințe DL notată K = <T, A>T TBox – mulțime de axiome de forma:
C ⊑ D incluziunea claselor (conceptelor)C D echivalența claselorP ⊑ Q incluziunea proprietăților (rolurilor)P Q echivalența proprietățilorP+ ⊑ P tranzitivitatea proprietăților
A ABox – mulțime de axiome de forma:x C instanțierea unui concept/clase<x, y> P instanțierea unui proprietăți
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Exemplu de TBox (Ian Horrocks)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Exemplu de ABox (Ian Horrocks)
o ontologie OWL e echivalentă cu o bază de cunoștințe DL TBox + ABox
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Axiomele TBox sunt de două tipuri:
“definiții”
C ⊑ D sau C D, unde C reprezintă un nume de concept
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Axiomele TBox sunt de două tipuri:
“definiții”
C ⊑ D sau C D, unde C reprezintă un nume de concept
axiome privitoare la incluziunea conceptelor generale(General Concept Inclusion – GCIs)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
O interpretare I satisface – modelează – o axiomă AI ⊨ A dacă:
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Definiții privind satisfiabilitatea:
I satisface mulțimea TBox T (adică I ⊨ T ) iff I satisface orice axiomă A din T
I satisface mulțimea ABox A (I ⊨ A) iff I satisface orice axiomă A din A
I satisface baza de cunoștințe K (I ⊨ K) iff I satisface și T și A
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Cunoștințele sunt semnificative (meaningful)
clasele pot avea instanțe:
conceptul C este satisfiabil în ceea ce privește K
iff există un anumit model I al lui K astfel încât CI ∅
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Cunoștințele sunt corecte – modelează intuițiile:
C subsumează D – adică C ⊑ D – în ceea ce privește K
iff pentru orice model I al lui K, CI ⊆ DI
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Cunoștințele sunt minimal redundante
– nu există sinonime nedorite:
C este echivalent cu D (C D) în ceea ce privește K
iff pentru orice model I al lui K, CI = DI
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Interogarea cunoștințelor:
x este o instanță a conceptului C în ceea ce privește K
iff pentru orice model I al lui K, xI CI
<x, y> este o instanță a rolului (proprietății) Pîn ceea ce privește K
iff pentru orice model I al lui K, (xI, yI ) PI
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Aspectele anterioare sunt reductibile la consistența bazei de cunoștințe
o bază de cunoștințe K este consistentăiff există un anumit model I al lui K
consistența bazei de cunoștințe este reductibilă laconsistența conceptelor (concept consistency)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Verificarea formală a consistenței e utilă pentru
proiectarea și mentenanța de ontologii
semnificative – toate clasele pot avea indivizicorecte – exprimă intuițiile experților domeniului
minimal redundante – nu există sinonime nedoriteaxiomatizate – există (suficiente) descrieri detaliate
conform Horrocks (2005)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Verificarea formală a consistenței e utilă pentru
oferirea de răspunsuri privind clasele/indivizii
găsirea claselor mai generale/particulareextragerea de indivizi conform unei interogări date
conform Horrocks (2005)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Pentru verificarea satisfiabilității (consistenței) se pot utiliza algoritmi de tip tablou
(tableaux algorithms)
Francesco M. Donini & Fabio Massacci, 2000Jan Hladik & Jörg Model, 2004
Ian Horrocks & Ulrike Sattler, 2005
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Dat fiind un concept C, se încearcă a se construi un model(exemplu concret) arborescent consistent cu axiomele
din baza de cunoștințe – faptele de bază din ABox
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Conceptul C este descompus la nivel sintactic
se folosesc conceptele complexe și axiomele din TBox
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Se aplică regulile de expandare a tabloului(tableau expansion rules)
se deduc constrângerile asupra elementelor modelului
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Regulile de tip tabloucorespund constructorilor din logică
de exemplu: ⊓, ⊔ etc.
unele reguli sunt nedeterministe – e.g., ⊔, ≤
în practică, aceasta înseamnă căutare
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
Ne oprim când nu mai pot fi aplicate reguli oriapare un conflict (clash)
conflictul reprezintă o contradicție evidentă
de exemplu: A(x), ¬ A(x)
pentru terminare, poate fi necesarăverificarea ciclurilor (blocarea – blocking)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics
C este satisfiabil iffregulile pot fi aplicate astfel încât
este construit un arbore complet expandatfără conflicte
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics – exemplu (Horrocks)
Fie baza de cunoștințe
{ HappyParent Person ⊓ hasChild.(Doctor ⊔ hasChild.Doctor),
John: HappyParent, John hasChild Mary,Mary: ¬ Doctor,
Wendy hasChild Mary,Wendy marriedTo John }
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics – exemplu
fapte privitoarela indivizi
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics – exemplu
expandare
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics – exemplu
expandare
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics – exemplu
conflict!
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics – exemplu
pentru a nu exista contradicții, înseamnă că Mary trebuie să aibă un copil doctor
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Person ⊓ hasChild.(Doctor ⊔ hasChild.Doctor)
<owl:Class><owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection"><owl:Class rdf:about="#Person"/><owl:Restriction>
<owl:onProperty rdf:resource="#hasChild"/><owl:toClass rdf:resource="#PersonWithChildDoctor"/>
</owl:Restriction></owl:intersectionOf></owl:Class>
<owl:Class rdf:ID="DoctorWithChildDoctor"><owl:unionOf rdf:parseType="Collection">
<owl:Class rdf:about="#Doctor"/><owl:Restriction>
<owl:onProperty rdf:resource="#hasChild"/><owl:hasClass rdf:resource="#Doctor" />
</owl:Restriction></owl:unionOf>
</owl:Class>de la formule exprimate via logicile descrierii
la sintaxa XML a limbajului OWL
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Person ⊓ hasChild.(Doctor ⊔ hasChild.Doctor)
<owl:Class><owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection"><owl:Class rdf:about="#Person"/><owl:Restriction>
<owl:onProperty rdf:resource="#hasChild"/><owl:toClass rdf:resource="#PersonWithChildDoctor"/>
</owl:Restriction></owl:intersectionOf></owl:Class>
<owl:Class rdf:ID="DoctorWithChildDoctor"><owl:unionOf rdf:parseType="Collection">
<owl:Class rdf:about="#Doctor"/><owl:Restriction>
<owl:onProperty rdf:resource="#hasChild"/><owl:hasClass rdf:resource="#Doctor" />
</owl:Restriction></owl:unionOf>
</owl:Class>de la formule exprimate via logicile descrierii
la sintaxa XML a limbajului OWL
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics – exemplificare
Specificarea grafică a unei ontologii (Franconi, 2003):
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
description logics – exemplificare
“Rescrierea” ontologiei în termeni logici:
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe
Sistemele de reasoning bazate pe logicile descrieriioferă premisele realizării de inferențe
în mod automat
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe
Exemplul 1 – hoțul și călătorul fără biletprimul fapt: amprentele găsite la locul unui jaf
au identificat ca posibil hoț pe Lödi Gogo
</raport-2013-12-10-pol4>
rdf:type :Jaf ;
dc:description "..." ;
:implicaSuspect [
rdfs:seeAlso <http://www.persoane.ro#LödiGogo>
] .
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe
Exemplul 1 – hoțul și călătorul fără biletalt doilea fapt: în tramvai, a fost găsit un călător fără bilet,
numit Justin Bip – acesta a fost reținut
</raport-2013-12-10-pol4>
rdf:type :Amenda ;
dc:description "..." ;
:prejudiciu [
:comisDe :Cetatean ;
rdfs:seeAlso < http://www.persoane.ro#JustinBip>
] .
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe
Exemplul 1 – hoțul și călătorul fără biletpoliția deține o aplicație Web ce recurge la
o bază de cunoștințe în care se stipulează următoarele:
:Jaf rdfs:subClassOf :Infractiune .
:Amenda rdfs:subClassOf :Infractiune .
:implicaSuspect a rdf:Property ;
rdfs:domain :Infractiune ; rdfs:range :Suspect .
:Suspect rdfs:subClassOf :Cetatean .
:Cetatean rdfs:subClassOf foaf:Person .
<http://www.persoane.ro#LödiGogo"> a foaf:Person ;
owl:sameAs <http://www.persoane.ro#JustinBip"> .
TBox
ABox
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe
Exemplul 1 – hoțul și călătorul fără bilet
concluzie: se poate realiza inferența“Hoțul este călătorul prins fără bilet.”
pe baza logicilor descrierii, OWL oferă posibilitateade a exprima faptul că două resurse – e.g., clase,
proprietăți, instanțe – sunt identice
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe
Exemplul 2 – achiziționarea unui aparat foto
Aplicație Web recomandândcumpărături
online
“Trimite-mi catalogulde produse”
<Nikon_D7000> a :DSLR ;
:sensor "16.2"^^xsd:float ;
:lens [ :min "18"^^units:mm ;
:max "55"^^units:mm ] ;
gr:hasPriceSpecification …
Can a take a photo with this?
“Iată catalogul...”(date RDF)
inspirat de (Costello et al., 2003)
1
2
3
situl Web al magazinului
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe
Exemplul 2 – achiziționarea unui aparat foto
aplicația Web consultă o ontologie OWL privitoare la camere digitale de unde se poate determina că DSLR este
subclasă a clasei Camera asociată echipamentelor foto
:DSLR a owl:Class ;
rdfs:subClassOf :Camera .
:takes rdfs:domain :Camera ;
rdfs:range :Photo .
<Nikon_D7000> a :DSLR .
Camera
DSLR Point-and-Shot Analogue
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe
Exemplul 2 – achiziționarea unui aparat foto
ontologiile exprimate în OWL pot conduce ladescoperirea dinamică a relațiilor dintre resurse
pe baza unui sistem de deducție (reasoning),via construcții RDFa recurgând la Good Relations,
pot fi extrase, comparate & recomandate ofertele disponibile pe diverse situri Web
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe
Exemplul 3 – locul de naștere a regelui Kamehamehafapt: în urma extragerii de date de pe Web, s-a obținut
<individ rdf:about="http://www.persoane.ro#Kamehameha"><locNastere rdf:about="http://www.states.com/Hawaii" />
</individ><individ rdf:about="http://www.persoane.ro#Kamehameha">
<locNastere rdf:about="http://world.info/Sandwich_Islands" /></individ><individ rdf:about="http://www.persoane.ro#Kamehameha">
<locNastere rdf:about="http://history.org/Aloha" /></individ>
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe
Exemplul 3 – locul de naștere a regelui Kamehameha
ontologia privitoare la persoane indicăfaptul că un individ are un unic loc de naștere
se poate trage concluzia că Hawaii, Sandwich Islandsși Aloha reprezintă aceeași localitate
OWL oferă suport pentru precizarea cardinalității uneirelații dintre o resursă și o alta – în acest caz, exact una
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe: studiu de caz
Recurgerea la un reasoner– e.g., FaCT++ sau HermiT incluse în Protégé –pentru deducția diverselor aspecte privitoare
la un model conceptual
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
Multimedia
Audio Video
Proprietar
anca eugenancuta
the_eye
zidul
detine
rdfs:subClassOf rdfs:subClassOf
rdf:type rdf:type
owl:sameAs rudaCu
detine
detinutDe
detinutDe
rdf:type
detinutDe
nivelul datelor (indivizi): ABox
nivelul conceptual (cunoștințe): TBox
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
deduceri automate pe baza faptelor exprimate
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferențe: studiu de caz
Realizarea de raționamente automate– interogări (queries) DL –
cu ajutorul expresiilor de clasă (class expression)
specificate în sintaxa Manchester (2012)http://www.w3.org/TR/owl2-manchester-syntax/
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferente: studiu de caz
deducerea faptelor referitoare la clasa Proprietar
(aici, supraclasele și indivizii aparținând clasei)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferente: studiu de caz
obținerea claselor complementare cu una specificată
clasa entităților carenu aparțin clasei Femeie
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busacoentitățile care sunt rude cu măcar o femeie
deducțiipe baza relațiilor
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferente: studiu de caz
exprimareaintersecțiilor de clase
clasa entităților ce dețin măcar o resursă
multimedia și sunt femei
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferente: studiu de cazclasa entităților care dețin
măcar o resursămultimedia și sunt bărbați
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferente: studiu de caz
exprimarea intervalului(range-ului) unei relații
clasa resurselormultimedia
deținute de o femeie
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferente: studiu de caz
specificarea de valoriîn contextul relațiilor
clasa resurselormultimedia
deținute de Anca
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferente: studiu de caz
expresii de clasămai complexe
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferente: studiu de caz
exprimarea cardinalității
clasa entităților în relațiede rudenie cu un bărbat șicare dețin minim 1 video
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferente: studiu de caz
clasa entităților deținute de un individsau care aparțin unei clase date
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
inferente: studiu de cazFluent Editor permite deducții
pentru ontologii modelate în limbaj natural
“No male is a female”: male ⊑ ¬(female)
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
concluzii
Implementările actuale bazate pe OWL DLbeneficiază de cercetările
din domeniul logicilor descrierilor
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
concluzii
Proprietăți formale înțelese în profunzime(complexitate, decidabilitate)
Algoritmi de raționament automat eficienți
Sisteme de deducție (reasoning)având implementări optimizate
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
rezumat
OWL 2logicile descrierii + baze de cunoștințe
suportul pentru raționamente automate
Dr.
Sab
in B
ura
ga
www.purl.org/net/busaco
❄❄
❄❄
❄❄
episodul viitor: vacanța de iarnă ☃
❄
top related