Disciplina : Tópicos Avançados em Inteligência Artificial Simbólica Professores: Dr. Fred Freitas / Dra. Bernadette Farias Aluno: Clovis Holanda Introdução.

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1 Disciplina : Tópicos Avançados em Inteligência Artificial Simbólica Professores: Dr. Fred Freitas / Dra. Bernadette Farias Aluno: Clovis Holanda Introdução à OBDA (Ontology Based Data Access) Web Semântica e Ontologias Recife, 27 de Fevereiro de 2013

2 Introdução Mapeamentos Tradução Abordagens Dados Abertos Conclusão Referências OBDA-Ontology Based Data Access Conteúdo

3 Introdução OBDA-Ontology Based Data Access Heterogêneos Redundantes Incoerentes Fonte: Ontology-Based Data Access - From Theory to Practice, Diego Calvanese, 2012.

4 Empresas e Organizações necessitam cada vez mais de seus dados para sobreviver e crescer. Utilidades das informações limitadas aos recursos dos SGBD ‘s e programas Banco de Dados, Modelagem Relacional (ER e UML) OBDA-Ontology Based Data Access Linguagens de descrição Ferramentas Metodologias Introdução

5 Solução proposta: OBDA Gerenciar dados adotando princípios e técnicas estudadas em Representação do Conhecimento; Com base em formalismos fundamentadas na lógica, com semântica bem compreendida; Fornecer uma visão conceitual, representação de alto nível do domínio de interesse em termos de uma ontologia; Mapear a ontologia para as fontes de dados; Usar os serviços de inferência do sistema OBDA para traduzir os pedidos de consultas das fontes de dados. OBDA-Ontology Based Data Access Fonte: Ontology-Based Data Access - From Theory to Practice, Diego Calvanese, 2012.

6 O que é ? Acesso a dados baseados em ontologias (Poggi, Calvanese et al. 2008) Representar fontes de dados heterogêneas usando ontologias OBDA-Ontology Based Data Access

7 Para que serve ? Enriquecer o vocabulário de fontes de dados Abstrair esquemas especificos de banco de dados Relaciona o vocabulário de diferentes fontes de dados Fornecer uma visão unificada para o usuário Permiti a inferência de fatos novos Permitir incompletude de dados Permiti consultas semânticas Termos do domínio OBDA-Ontology Based Data Access Fonte: Ontology-based Data Access - with Existential Rules, Marie-Laure Mugnier, 2012.

8 Características Indepência entre as fontes de dados e a ontologia Prover meios expressivos avançados para representar a fonte de dados e especificações de consultas Permiti Raciocínio Desempenho Aceitável OBDA-Ontology Based Data Access Fonte: OntologyBased Data Access Systems, Russian Academy of Sciences, M. R. Kogalovsky, 2012.

9 OBDA-Ontology Based Data Access Fonte: Ontology-Based Data Access - From Theory to Practice, Diego Calvanese, 2012.

10 OBDA-Ontology Based Data Access Fonte: Ontology-Based Data Access - From Theory to Practice, Diego Calvanese, 2012.

11 OBDA-Ontology Based Data Access Fonte: Ontology-Based Data Access - From Theory to Practice, Diego Calvanese, 2012.

12 OBDA-Ontology Based Data Access Visão geral do processo de associação entre bancos de dados e ontologias. Fonte: LOPES, Fernanda L. R, 2011.

13 OBDA-Ontology Based Data Access Create table Alunos ( Matricula smallint Nome char(50)... Primary Key(Matricula)) <rdf:RDF xmlns:rdf=http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns# xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#" xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#" xmlns:owl=http://www.w3.org/2002/07/owl# mapeamentomapeamento Property-Int Property-String

14 Traduções de BD’S e XML – categorias: Exporta o esquema e geram mapeamentos simples; Exporta apenas os esquemas; Exporta os esquemas e os dados. OBDA-Ontology Based Data Access Categorias de tradução banco de dados e XML. Fonte: LOPES, Fernanda L. R, 2011.

15 Construtor no Esquema RelacionalConstrutor na Ontologia (OWL) Atributo não pertencente à chave estrangeira Propriedade de tipo de dado RelaçãoClasse Atributo chave estrangeiraPropriedade de objeto Chave primáriaPropriedade funcional ou inversa funcional Chave primária e estrangeira juntasRepresentada como herança Restrição de UNIQUEFuncional ou inversa funcional Restrição de NOT NULLFuncional ou cardinalidade mínima igual a 1 Tradução entre os construtores do modelo relacional e de uma ontologia OWL, Fonte: LOPES, Fernanda L. R, 2011. OBDA-Ontology Based Data Access Traduções :

16 AbordagemObjetivoEntradaNível de Automaçã o Aspectos analisados do BD Povoamento da Ontologia Conexão da Ontologia com o BD Validação Relações e Atributos RestriçõesDados Astrova [Astrova and Kalja 2008] Migrar os dados para Web Semântica SQL-DDLAutomáticoSim NãoDireto com as instâncias do banco Não mantém conexão Experimental RDB2ONT [Trinh et al. 2006] Migrar os dados para Web Semântica e prover interoperabilid ade entre aplicações com ontologias Esquema do BD Relacional AutomáticoSimParcialmenteNãoDireto com as instâncias do banco Não mantém Conexão Experimental DataMaster [Nyulas et al. 2007] Importar a estrutura de um BD relacional para uma ontologia OWL no ambiente Protegé Esquema do BD Relacional AutomáticoSimParcialmenteNãoDireto com as instâncias do banco Não mantém Conexão Experimental Resumo das abordagens para geração de ontologias a partir de bancos de dados relacionais OBDA-Ontology Based Data Access

17 AbordagemObjetivoEntradaNível de Automação Aspectos analisados do BD Povoamen to da Ontologia Conexão da Ontologia com o BD Validação Relações e Atributos RestriçõesDados Sonia et al [Sonia and Khan 2008] Criação de ontologia local para um banco de dados Banco de dados Relacional AutomáticoSim Somente para auxiliar na determinação da cardinalidade dos Relacionamen tos Não povoaNão mantém Conexão Experimental Cerbah [Cerbah 2008] Gerar uma ontologia bem estruturada s a partir de um BD Banco de dados Relacional Automático ou Semi Automático SimParcialmenteSim, caso o usuário deseje Direto com as instâncias do banco Não mantém conexão Experimental Lubyte [Lubyte and Tessaris 2009] Extrair uma ontologia que reflita precisamen te o esquema do banco de dados Relacional Esquema do BD Relacional AutomáticoSim NãoNão povoaGeração de mapeame ntos simples estilo GAV Teórica e Experimental Resumo das abordagens para geração de ontologias a partir de bancos de dados relacionais OBDA-Ontology Based Data Access

18 AbordagemObjetivoEntradaNível de Automação Aspectos analisados do BD Povoamento da Ontologia Conexão da Ontologia com o BD Validação Relações e Atributos RestriçõesDados MASTRO [Giacomo et al. 2012] Gerar uma ontologia bem estrutura das a partir de um BD Banco de dados Relacional AutomáticoSim simDireto com as instâncias do banco simTeórica e Experimental Resumo das abordagens para geração de ontologias a partir de bancos de dados relacionais OBDA-Ontology Based Data Access

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21 XMLOntologia Tipos Complexos (Complex Type)Classe Grupo de Elementos (Group)Classe Grupo de Atributos (Attribute Group)Classe Extensão ou Restrição em Tipos Complexos (extension, restriction) Subclasse da classe correspondente ao tipo base Elemento (element)Propriedade de tipo de dados (elemento simples) ou propriedade de objeto (relacionando subelementos) Atributo (attribute)Propriedade de tipo de dado Sequência (sequence)Classe não nomeada - Interseção Construtor de elemento Opcional (choice)Classe não nomeada - União Número máximo de Ocorrências (maxOccurs)maxCard Número mínimo de Ocorrências (minOccurs)minCard Tradução entre os construtores do modelo XML e de uma ontologia OWL Fonte: LOPES, Fernanda L. R, 2011. OBDA-Ontology Based Data Access

22 AbordagemObjetivoEntradaSaidaNível de Automação Povoamento da Ontologia Conexão da Ontologia Validação XSD2OWL e XML2RDF [Garcia and Celma 2005] Processo genérico aplicado ao domínio de metadados Multimídia, com intuito de facilitar a integração e recuperação destes metadados. Esquema XML. Dados XML, caso se deseje importá-los Ontologia OWL. Instâncias no repositório RDF. AutomáticoImporta e armazena os dados XML como dados RDF, em um RDF Store. Não mantém conexão Experimental. Informações domínio de metadados Multimídia Bohring [Bohring and Auer 2005] Gerar a ontologia, com suas respectivas instâncias, quando não se dispõe do esquema XML da fonte de dados. Usa XSLT para importação dos dados em OWL. Dados XML. Esquema, somente se este existir. Ontologia OWL povoada com as instâncias do documento XML. AutomáticoTransforma os dados XML em instâncias da ontologia OWL gerada. Para isso, utiliza XSLT. Não mantém conexão Experimental. Arquivos do Citeseer Resumo das abordagens para geração de ontologias a partir de esquemas/dados XML OBDA-Ontology Based Data Access

23 AbordagemObjetivoEntradaSaidaNível de Automação Povoamento da Ontologia Conexão da Ontologia Validação X2OWL [Ghawi and Cullot 2009] Trata casos adicionais, específicos para elementos anônimos e mistos. Além disso, o gera o arquivo de correspondências. Esquema XML. Ontologia OWL. Documento com as Correspondênci as entre os esquemas. Automático ou Semi- Automático (refinamentos) Não povoaGera um documento com as correspondência s (em XPath) entre as entidades da fonte XML e da ontologia gerada. Ferramenta com um estudo de caso utilizado como exemplo Framework XS2OWL [Tsinaraki and Bikakis 2007], complemen tado por [Bikakis et al. 2009a] Prover funcionalidades para o processo completo de interoperabilidade entre XML e RDF: geração da ontologia local em OWL, bem como dos mapeamentos simples; transformação de RDF para XML e acesso aos dados XML a partir de uma consulta SPARQL. Esquema XML. Ontologia OWL. Mapeamentos entre os esquemas / Documento XML do RDF. Automático ou Semi- Automático (refinamentos) Não povoaGera: (i) mapeamentos (em XPath) entre o esquema XML e a ontologia; (ii) documento para permitir a transformação RDFXML. Experimental com esquemas e documentos diversos Resumo das abordagens para geração de ontologias a partir de esquemas/dados XML OBDA-Ontology Based Data Access

24 Conclusão O grau de complexidade do mapeamento é determinado pelas características e necessidades das aplicações; Fundamentos teóricos fornece uma base sólida para desenvolver OBDA; A inclusão de Axiomas complexos é feita de forma manual; OBDA proporciona grande valor pratico, no entanto impõe problemas desafiadores. OBDA-Ontology Based Data Access

25 Referências OBDA-Ontology Based Data Access Astrova, I. and Kalja, A. (2008). Automatic transformation of sql relational databases to owl ontologies. In Proceedings of the Fourth International Conference on Web Information Systems and Technologies (WEBIST), pages 131–136, Madeira, Portugual. Bikakis, N., Gioldasis, N., Tsinaraki, C., and Christodoulakis, S. (2009a). Querying xml data with sparql. In Proceedings of the 20th International Conference on Database and Expert Systems Applications (DEXA), pages 372–381. Bikakis, N., Gioldasis, N., Tsinaraki, C., and Christodoulakis, S. (2009b). The sparql2xquery framework. Technical Report. Disponível em: http://www.music.tuc.gr/reports/SPARQL2XQUERY.pdf. Acessado em 15 de janeiro de 2013. Bohring, H. and Auer, S. (2005). Mapping xml to owl ontologies. Leipziger Informatik Tage, 72:147–156. Cerbah, F. (2008). Learning highly structured semantic repositories from relational databases: the RDBtoOnto tool. In Proceedings of the 5th European Semantic Web Conference on the Semantic Web (ESWC), pages 777–781. Springer-Verlag. Garcia, R. and Celma, O. (2005). Semantic integration and retrieval of multimedia metadata. In 5th International Workshop on Knowledge Markup and Semantic Annotation (SemAnnot 2005) located at the 4rd International Semantic Web Conference (ISWC), pages 69–80, Galway, Ireland. Ghawi, R. and Cullot, N. (2009). Building ontologies from XML data sources. In Proceedings of the International Workshop on Modelling and Visualization of XML and Semantic Web Data (MoVIX) - In conjunction with the 20th International Conference on Database and Expert Systems Application (DEXA), pages 480 – 484, Linz, Austria.

26 Referências OBDA-Ontology Based Data Access Giuseppe De Giacomo, Domenico Lembo, Maurizio Lenzerini, Antonella Poggi, Riccardo Rosati, Marco Ruzzi, Domenico Fabio Savo.(2012). Mastro: A Reasoner for Efective Ontology-Based Data Access, Sapienza Universita di Roma, 2012. Lígia, Fernanda R. Lopes.(2011). Acesso a Dados a partir de Ontologias Utilizando Mapeamentos Heterogêneos e Programação em Lógica. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal do Ceará, FORTALEZA/CE, Brasil, 2011. Lubyte, L. and Tessaris, S. (2009). Automatic extraction of ontologies wrapping relational data sources. In Proceedings of the 20th International Conference on Database and Expert Systems Applications (DEXA), pages 128–142. Nyulas, C., OConnor, M., and Tu, S. (2007). Datamaster - a plug-in for importing schemas and data from relational databases into protege. In Proceedings of the 10 th International Protege Conference. Sonia, K. and Khan, S. (2008). R2O transformation system: relation to ontology transformation for scalable data integration. In Proceedings of the 2008 International Symposium on Database Engineering & Applications (IDEAS), pages 291–295. Trinh, Q., Barker, K., and Alhajj, R. (2006). RDB2ONT: A tool for generating OWL ontologies from relational database systems. In Proceedings of the Advanced International Conference on Telecommunications and International Conference on Internet and Web Applications and Services (AICT-ICIW), pages 170–178, Washington, DC, USA. IEEE Computer Society. Tsinaraki, C. and Bikakis, N. (2007). Interoperability of XML schema applications with OWL domain knowledge and semantic web tools. In Proceedings of the International Conference on Ontologies, DataBases, and Applications of Semantics (ODBASE), pages 850–869.

27 FIM ! OBDA-Ontology Based Data Access