Inteligência Artificial aplicada a Controle e Automação DAS 6607 Ontologias Guilherme Bittencourt Departamento de Automação e Sistemas Universidade Federal.

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1 Inteligência Artificial aplicada a Controle e Automação DAS 6607 Ontologias Guilherme Bittencourt Departamento de Automação e Sistemas Universidade Federal de Santa Catarina Brasil

2 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 2 Sumário Ontologias –Ferramentas –Construção –Aplicações Conclusões

3 Ontologias

4 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 4 Internet Grande volume de informações desestruturadas adequadas apenas ao entendimento humano (as vezes... ) HTTP e HTML asseguram apenas navegação e apresentação Solução procedimental: Engenhos de busca –Análise apenas em nível léxico –Falta de precisão e muitos resultados irrelevantes, Principais ausências – Falta de contexto – Falta de semântica na definição das páginas

5 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 5 Soluções possíveis para o tratamento de informação na Web Dotar os sistemas de inteligência –Agentes inteligentes –Manipulação cooperativa de informação: distribuição, cooperação e comunicação sobre a semântica das páginas –Restrição de domínios Dotar a Internet de inteligência: a Web Semântica –Linguagens e padrões para definir páginas com uma semântica clara e definida formalmente –Os agentes poderão raciocinar e conversar no contexto desta semântica => Ontologias desempenham um papel fundamental em ambas as soluções!

6 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 6 Motivações de Ontologias Permitir reuso entre formalismos de representação diferentes Servir como vocabulário compartilhado de comunicação entre agentes Unidade básica de representação: Frames Define um domínio, visando maximizar o reuso destas definições Idealmente não deve refletir nenhum formalismo

7 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 7 Definições de ontologia Ontologia: Especificação de uma conceitualização Hierarquia de conceitos (classes) com suas relações, restrições, axiomas e terminologia associada

8 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 8 Definições de ontologia (cont.) Uma ontologia é uma especificação explícita e formal de uma conceitualização compartilhada [Studer et al 98] Especificação explícita: definições declarativas de conceitos, instâncias, relações, restrições e axiomas Formal: declarativamente definida, sendo compreensível e manipulável para agentes e sistemas Conceitualização: modelo abstrato de uma área de conhecimento ou de um universo limitado de discurso Compartilhada: conhecimento consensual, seja uma terminologia comum da área modelada, ou acordada entre os desenvolvedores dos agentes que se comunicam

9 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 9 Ontologias são hierarquias...

10 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 10...mas também relações Ontologias

11 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 11 Tipos de Ontologias Ontologias de Representação: definem as primitivas de representação - como frames, axiomas, atributos e outros – de forma declarativa. Ontologias Gerais (ou de topo): contêm definições abstratas necessárias para a compreensão de aspectos do mundo, como tempo, processos, papéis, espaço, seres, coisas, etc. Ontologias centrais ou genéricas de domínio (core ontologies): descrevem ramos de estudo de uma área e seus conceitos mais genéricos e abstratos. Ontologias de domínio e de aplicação: tratam de um domínio específico de uma área genérica de conhecimento, como direito tributário, microbiologia, etc.

12 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 12 Vantagens das ontologias Reuso massivo de conhecimento –Incorporação de conhecimento é facilitada, inclusive de linguagem natural Facilidades de acesso a conhecimento –Via browser –Servidores Interoperabilidade entre formalismos –Tradução –Mapeamento Comunicação em nível de conhecimento

13 Ferramentas para ontologias

14 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 14 Knowledge Sharing Effort (KSE) O KSE produziu inicialmente quatro ferramentas : –Ambiente de edição, manipulação e acesso de ontologias: Ontolingua –Tradução: Linguagem KIF –Comunicação entre agentes: Linguagem KQML –Conectividade/ Interoperabilidade: OKBC

15 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 15 Editor da Ontolingua

16 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 16 Tradução na Ontolingua Tradução intermediária para a interlingua KIF (Knowledge Interchange Format) –No. de tradutores cai de (n-1)² para 2n KIF foi feita para ser usada com a Frame-Ontology

17 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 17 Uso da Ontolingua Remote collaborators Writers Readers Remote Applications DB Aplic. GUI Stand-alone applications Aplic. BC KQML NGFP Ontology Server/Editor Editor Server HTTP NGFP Translators: LOOM,IDL,CLIPS... Library File transfer (Batch)

18 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 18 Ontologias disponíveis na Ontolingua Normalmente mantidas por grupos de pesquisa Metadados de imagens de satélites Metadados para integração de bases de dados de genoma Catálogos de produtos Osciloscópios Robótica Semicondutores Modelagem de sólidos Matemática Engenharia Drogas Terminologia medica Padrão IEEE para interconexões entre ferramentas

19 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 19 Problemas da Ontolingua As ontologias criadas na Ontolingua ficam complexas porque devem referenciar a Frame-Ontology Falta um motor de inferência para KIF –Falta de integração: nenhum teste com ontologias e inferência pode ser rodado Falta à Ontolingua uma interface para estações de trabalho que permita a manipulacao de ontologias, sem estar acessando a Internet Extensibilidade: Como incluir novas funcionalidades? –O gerador de gráficos não é configurável

20 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 20 Protégé Ferramenta desktop criada pelo Depto. de Informática Médica da Univ. Stanford –Milhares de usuários Flexibilidade: –Editor de ontologias com interface gráfica Cria formulários para entrada de instâncias –Integração de Componentes Ex: Componentes gráficos, como OntoViz, Jambalaya –Plugin OKBC: acesso remoto à Ontolingua –Modelo de conhecimento: classes primitivas (metaclasses) podem ser redefinidas CLIPS, Jess, F-Logic, Prolog, RDF, OIL, XML, Topic Maps

21 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 21 Plugin OKBC acessando a Ontolingua

22 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 22 Importando BCs via OKBC

23 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 23 Ferramentas do KAON e da Ontoprise Desenvolvidas em Karlsruhe, Alemanha 1o. protótipo do que viria a ser a Web semântica, o Ontobroker O KAON (the KArlsruhe ONtology e semântica web tool suite) engloba ferramentas para: –edição de ontologias (OntoEdit) –disponibilizar ontologias num servidor baseado em BDs –criação de ontologias a partir de texto (Text-to-Onto) –busca baseada em ontologias sobre bases de texto (SemânticaMiner) –anotação semi-automática de referências a ontologias em páginas para a Web –agrupamento de textos baseados em ontologias

24 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 24 Requisitos para ferramentas de ontologias facilidades de uso entendimento intuitivo da interface interface gráfica visibilidade gradativa conexão a repositórios portabilidade interoperabilidade organização dos arquivos gerados documentação de alterações suporte a trabalho cooperativo estensibilidade (capacidade de inclusão de componentes) ferramentas de apoio

25 Construção de ontologias

26 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 26 Princípios de construção Clareza Legibilidade Coerência Extensibilidade Mínima codificação Mínimo compromisso ontológico

27 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 27 Metodologias de desenvolvimento Processo iterativo, com revisões constantes Nas metodologias propostas, são considerados passos similares aos de engenharia de software: –Especificação –Conceitualização –Implementação Atividades de suporte são executadas concomitantemente com o desenvolvimento –Aquisição –Avaliação –Documentação –Integração com ontologias existentes

28 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 28 Especificação Determina o propósito e escopo da ontologia Deve incluir uma análise para decidir se é possível, necessário ou adequado o reuso de ontologias Sugere-se elaborar uma lista de questões de competência: –Servirão para a avaliação da ontologia durante o desenvolvimento –Ex: Jornais científicos são considerados eventos científicos?

29 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 29 Conceitualização Fase crítica, nela ocorrem a maior parte das atividades de suporte de aquisição e avaliação Passos e dicas: –Enumerar os termos do domínio –Definir as classes - não confundir nomes de um conceito com o próprio conceito –Definir a hierarquia das classes - passo capcioso –Definir os slots e facetas de cada classe, interagindo com os dois passos anteriores –Criar as instâncias - Se elas não possuem uma hierarquia natural, é preciso revisar a hierarquia das classes –Usar convenções de nomes e nomes facilmente compreensíveis

30 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 30 Implementação e Avaliação Objetivo: transformar a ontologia em algo computável Na fase de implementação, a ontologia é escrita numa linguagem de representação de conhecimento Na fase de avaliação, são executados testes para verificar se a ontologia atende aos requisitos especificados na fase de especificação Testes freqüentemente provocam mudanças na implementação

31 Aplicações de Ontologias

32 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 32 Ramos de aplicação Comércio eletrônico Gestão de conhecimento Workflow Tratamento inteligente de informação Web semântica

33 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 33 MASTER-Web Multi-Agent Sytem for Text Extraction, classeification e Retrieval over the Web Manipulação integrada de informação usando ontologias Objetivo: recuperar, classificar e extrair dados de páginas pertencentes às classes a um grupo EX:o grupo científico, com classes como artigos científicos, eventos, pesquisadores, etc Cada agente trata uma classe Os agentes cooperam sugerindo links entre as classe –Beneficiam-se dos relacionamentos entre as classes [Freitas & Bittencourt 2003]

34 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 34 Arquitetura do MASTER-Web

35 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 35 Experimentos do MASTER-Web Instanciado para o meio científico –Ontologia de Ciência –Agente CFP: eventos científicos –Agente PPR: artigos científicos As páginas são classificadas em subclasses dentro da ontologia –Ex: o agente CFP as classifica em Conferência, Workshop, Jornal, Revista, Evento-Genérico-ao- Vivo, Evento-Genérico-de-Publicação e Edição- Especial-de-Jornal e de Revista Taxa de acerto no reconhecimento e classificação: +80% em todos os testes

36 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 36 Uso de ontologias no MASTER- Web Generalidade da solução: –Para tratar páginas de outro grupo, basta criar uma ontologia de seu domínio Vocabulário de comunicação entre agentes Definição e organização do conhecimento A ontologia do domínio deve ser bastante detalhada para garantir precisão no reconhecimento e classificação Ganho de expressividade e flexibilidade –O conhecimento sobre uma classe não se circunscreve a termos e palavras-chaves, mas a qualquer fato que diga respeito às páginas, como estrutura, regiões, conceitos, etc

37 Conclusões

38 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 38 Conclusões Ontologias revigoraram o paradigma declarativo Materialização do nível de conhecimento Possibilitaram um modelo de comunicação expressivo e intencional para agentes cognitivos Área promissora, de pesquisa ativa Aplicável principalmente em: –Gestão de Conhecimento –Web semântica –e-commerce: muitas soluções com comunicação baseadas em ontologias

39 SECCOM - 07/10/ 2004 - gb@das.ufsc.br - www.das.ufsc.br/~gb 39 Conclusões (cont.) Ontologias são o elemento estruturador da Web semântica Padrões ainda em processo de maturação A Web semântica promete oferecer um tratamento melhor da informação As ontologias já começam a desempenhar o papel de conhecimento estruturado disponível em larga escala, reusável por sistemas e programas