Web Semântica Fred Freitas CIn - UFPE.

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1 Web Semântica Fred Freitas CIn - UFPE

2 Objetivos Entender a utilidade e a filosofia da Web Semântica
Distinguir as camadas da Web Semântica De cada camada: Discernir a expressividade de cada uma delas Entender o papel de cada uma delas Conhecer suas respectivas linguagens

3 Plano de aula Motivação: Problemas e potenciais da Web
A Web Semântica e suas camadas As camadas XML e RDF A camada de Ontologias Aplicações e perspectivas

4 Trajetória da Internet
1a. Geração - troca de dados entre máquinas distintas 2a. Geração - a World Wide Web Disponibilizou uma vasta gama de aplicativos e informação para as pessoas Comércio eletrônico entre clientes e empresas (b2c) agentes e/ou robôs dotados de inferência encontram um ambiente hostil para a realização de suas tarefas, porque tanto o conteúdo das páginas como o relacionamento entre elas é difícil de ser compreendido por entidades de software, por encontrarem-se, em sua maioria, em linguagem natural. As pessoas, em conseqüência, sofrem com essa falta de definições semânticas: por vezes os usuários possuem dados parciais sobre a informação que procuram e não podem utilizá-los para localizar esta informação.

5 A Internet A linguagem em que são codificadas as páginas da Internet (HTML – HyperText Markup Language) garante apenas apresentação e navegação Como achar a informação desejada??

6 Quero saber o que pesquisa o Prof. Robin…

7 O que está codificado na página dele não diz nada
Página dele, em HTML <meta NAME="Author" CONTENT="Jacques Robin"> <meta NAME="Description" CONTENT="Personal HOme-page of Jacques Robin professor"> … <h3><font face="Arial">Research Interests</font></h3> <ul> <li> Artificial Intelligence </li> <li> Multi-Agent Systems </li> <li> Computational Linguistics </li> <li> NLP </li> <li> Hypertext Generation </li> <li> Intelligent Databases </li> <li> Logic Programming </li> <li>Data Warehousing and OLAP</li> </ul> O que está codificado na página dele não diz nada a respeito do conteúdo!

8 Os Engenhos de Busca se confundem…
Baixa precisão Baixa Cobertura

9 Motivação: Problemas de Recuperação de Informação na Web
Falta de precisão: muitos resultados irrelevantes Principais ausências Falta de contexto Falta de semântica na definição das páginas O usuário em busca de informações objetivas é quem fica com o trabalho duro de interpretar, filtrar e combinar os resultados de sistemas de busca O protocolo HTTP e a linguagem HTML foram projetados tendo como principal intuito assegurar a apresentação e a navegação As palavras dos textos podem ganhar mais semântica, se interpretadas de acordo com o contexto (agregar valor) Não dá para contextualizar toda a Internet (Raciocínio de Senso Comum e PLN) de uma vez Anos 70 Especializados: Newstracker [Newstracker 2002] e Moreover [Moreover 2002]) e páginas pessoais (HPSearch [HPSearch 2002]), ou sobre sítios específicos, como o brasileiro Miner

10 Qual o significado dos Links?
Jacques Robin's Research Students PhD. students: Franklin Ramalho Franklin Ramalho is a PhD student in the Centro de Informática at the Universidade Federal de Pernambuco. O significado dos links está relacionado a: O que há em torno Um contexto

11 Motivação: Perguntas que podem ser respondidas (mas não são!)
? „Quais são os competidores da Audi no mercado em Recife ?“ Respostas: Volvo

12 Motivação: Informações implícitas
1 A Audi vende carros de luxo em Recife. 3 Audi e são competidores no mercado de Recife. & = 2 A Volvo vende carros de luxo em Recife.

13 Plano de aula Motivação: Problemas e potenciais da Web
A Web Semântica e suas camadas As camadas XML e RDF A camada de Ontologias Aplicações e perspectivas

14 3a. Geração - A Web Semântica
Objetivo: prover contexto e semântica à informação para o software Transformar os dados e aplicativos em elementos úteis, legíveis e compreensíveis para o software Facilitar a comunicação dinâmica, a cooperação e a inferência para os agentes inteligentes Possibilitar o comércio eletrônico entre empresas (b2b)

15 Camadas da Web Semântica
Dedução do Implícito Semântica Explícita Dados relacionais distrib. Troca de dados

16 As camadas de lógica, prova e confiança
Estas camadas ainda estão sendo pesquisadas A camada lógica permite a especificação de regras que atuam sobre instâncias e recursos A camada de prova as executa A camada de confiança avalia se a prova está correta ou não [Koivunen & Miller 2001]. Para que estas camadas entrem em operação, as camadas inferiores devem estar bem sedimentadas, o que ainda está acontecendo. Além do mais, sob o ponto de vista ontológico, não é interessante antecipar o uso de ontologias . pois isto pode restringir a sua aplicabilidade.

17 Plano de aula Motivação: Problemas e potenciais da Web
A Web Semântica e suas camadas As camadas XML e RDF A camada de Ontologias Aplicações e perspectivas

18 A camada XML XML HTML foi abstraída para XML
eXtensible Markup Language As etiquetas (tags) podem ser rotulados Dados ganham sintaxe, mas não significado: Etiquetas como “livro” e “autor” são intuitivas para nós Mas não para o computador: o que é “livro”? Quais as relações? ... <livraria> <livro> <titulo>O Lobo da Estepe</titulo> <autor>Herman Hesse</autor> <isbn> </isbn> </livro> </livraria> meta-ling - Permite a representação de outras linguagens de forma padronizada dados estão descritos por elementos, o que facilita seu tratamento, se o software que trata a página conhece este formato

19 Definições de Tipos de Documentos (DTDs)
XML DTDs definem a estrutura (e sintaxe) de um documento Classes, atributos, valores default e ordem de aparecimento dos dados das instâncias Aninhamento léxico <!DOCTYPE livraria [ <!ATTLIST livro id ID #IMPLIED> <!ATTLIST autor id ID #IMPLIED> <!ATTLIST ISBN id ID #IMPLIED>]> Parte ligada a projetos de docs DTDs definem a estrutura e sintaxe de um documento, ajudando a validar se ele está em conformidade com uma estrutura..

20 Esquemas XML (XMLS) Semelhantes a DTDs, porém mais ricos
Definem-se ainda tipo e formato exato dos atributos, número exato de instâncias de um aninhamento Há mecanismos de inclusão e derivação de esquemas que proporcionam reuso A camada XML descreve a estrutura do documento, deixando para as que acima dela a definição do conteúdo

21 Web Semântica & XML XML organiza os dados em árvores e define sintaxe
Mas só sintaxe não ajuda muito em B2B: XML Empresa 2: <Automovel> <Nome>Jaguar XJ </Nome> <Custo> US$ </Custo> </Automovel> Empresa 1: <Produto> <tipo>Carro</tipo> <Nome>Jaguar</Nome> <Preco> R$</Preco> </Produto> Problemas: Conflitos de Nome Conflitos de Valor Conflitos de Estrutura XML não provê semântica formal Serve apenas para colaboração previamente acertada, com agentes e páginas num ambiente limitado (comunidade ou intranet) .. Mas não para páginas a serem disponibilizadas para quaisquer usuários na Internet

22 A camada RDF RDF+RDFSchema Resource Description Framework
Adiciona semântica a um documento, sem referir-se à sua estrutura Usa XML como sintaxe Descreve “recursos” (URIs) da Web Partes específicas de documentos ou dados como lugares, pessoas, etc

23 Exemplo de descrição em RDF
Jacques Robin Creator Professor Date Sujeito (recurso) Predicado Criador (“creator”) (atributo) Objeto “Jacques Robin" (valor)

24 Código em RDF Meta-descrição Descrição <rdf:RDF
xmlns:rdf= xmlns:dc= > <rdf:Description about= <dc:Creator>Jacques Robin</dc:Creator> <dc:Date> </dc:Date> <dc:Description>Personal home-page …</dc:Description> <Professor rdf:resource=“ </rdf:Description> </rdf:RDF> Meta-descrição Descrição

25 RDF & RDF(S) RDF+RDFSchema RDF RDF Schema
Recursos são descritos como trios objetos-atributos-valores Os objetos são recursos Valores são recursos ou strings Ao invés de árvores, trios representam grafos diretos rotulados RDF Schema Padroes (primitivas) de modelagem class, subclassof, type property, subpropertyof (hierarquias de propriedade) domain, range (domínio e imagem) Motores de inferência: TRIPLE e Sesame

26 RDF & RDF(S) RDF+RDFSchema RDF RDF Schema
Recursos são descritos como trios objetos-atributos-valores Os objetos são recursos Valores são recursos ou strings Ao invés de árvores, trios representam grafos diretos rotulados RDF Schema Padroes (primitivas) de modelagem class, subclassof, type property, subpropertyof (hierarquias de propriedade) domain, range (domínio e imagem) Motores de inferência: TRIPLE e Sesame Tercio Fred Professor Pessoa subClassOf subproperty type responsavelPor domain range orienta Empregado Aluno

27 Avaliação de RDF & RDF(S)
RDF+RDFSchema Com RDF(S) é possível : Falar sobre recursos da Web Definir vocabulário Modelar relações simples Porém, isto é insuficiente para a Web Como expressar contexto apropriadamente: Igualdade? ex: 2 páginas que falam sobre um mesmo livro Características de relações? Relações inversas, transitivas, simétricas Conjuntos disjuntos ...

28 Plano de aula Motivação: Problemas e potenciais da Web
A Web Semântica e suas camadas As camadas XML e RDF A camada de Ontologias Aplicações e perspectivas

29 Definições de ontologia
Ontologias Ontologia: Especificação de uma conceitualização [Gruber 91] Hierarquia de conceitos (classes) com suas relações, restrições, axiomas e terminologia associada [Huhns & Singh 97]

30 Definições de ontologia II
Ontologias “Uma ontologia é uma especificação explícita e formal de uma conceitualização compartilhada” [Studer et al 98] Explícita: definições declarativas de conceitos, instâncias, relações, restrições e axiomas Formal: declarativamente definida, sendo compreensível e manipulável para inferência por agentes e sistemas Precisa estar representada num formalismo de representação de conhecimento, como Frames e Lógica de Descrições! Conceitualização: modelo abstrato de uma área de conhecimento ou de um universo limitado de discurso Compartilhada: conhecimento consensual Especifi= não tem info hiding

31 Ontologia Ciência Ontologias
auxiliares de tempo, locais e turismo, esta última englobando definições de moedas correntes de país, tipos de acomodações, etc, enfim, definições úteis para a extração de atruibutos da classe Evento ao Vivo. Reusada por analistas da Mercedes-Benz de Stuttgart, Alemanha

32 Relações na Ontologia Ciência

33 Ontologias A linguagem OWL A camada de ontologias foi padronizada pelo W3C usando a linguagem OWL (Web Ontology Language) Implementa o formalismo lógica de descrições Inferência completa e decidível Motores de inferência: FAcT, Racer

34 Expressividade da camada de ontologias
Classes podem ser construídas por: União Interseção Complemento Enumeração de instâncias Classes podem ter disjunções Propriedades podem ter: transitividade, simetria, atributos inversos propriedades funcionais (se P(x,y) ^ P(y,x) => x=y) Igualdade e desigualdade de instâncias

35 Igualdade Declaração de propriedades Declaração de classes igualdade
x: rdf:Literal Declaração de propriedades rdfs:range rdfs:domain x:Human rdfs:range x:advises x:Human Declaração de classes x:Person x:supervises x:Person rdfs:Class rdfs:domain rdfs:range Light-weight ontology model. Basically knows classes and properties . Partial order on inheritance so we can express equivalence by cyclic inheritance hierarchy. Pretty much OO like, so to say. Indicative schema. So edges may be there that have never been declared as a property, also edges that have been declared might not be used for some object. We don‘t have to Fill Nulls. Classes are defined on their own If we consider storage we can have unary predicates for classes Class(x:Employee) and unary predicates for class membership i.e., which of course leads to duplicates x:Employee(x:Raphael) Properties are attributes and associations to speak in OO. They don‘t belong to the class, instead they are first class entities Properties possibly have (mulitple) domains and ranges, thus a property can validly be applied to any member of a class in it‘s domain and can point to any member of a class in it‘s range. igualdade sub-classe x:Person x:Human desigualdade instância x:PhD-Student Ontologias x:Professor RDF RDF x:Fred x:Tercio x:Rafael

36 Igualdade instance(Human) ? Advises( Fred, ?) Declaração
x: rdf:Literal Declaração de propriedades rdfs:range rdfs:domain x:Human Fred, Tercio, Rafael Tercio rdfs:range x:advises x:Human Declaração de classes x:Tercio x:Fred X:Rafael x:advises x: x:Person x:supervises x:Person x:isSupervisedBy rdfs:Class rdfs:domain rdfs:range Light-weight ontology model. Basically knows classes and properties . Partial order on inheritance so we can express equivalence by cyclic inheritance hierarchy. Pretty much OO like, so to say. Indicative schema. So edges may be there that have never been declared as a property, also edges that have been declared might not be used for some object. We don‘t have to Fill Nulls. Classes are defined on their own If we consider storage we can have unary predicates for classes Class(x:Employee) and unary predicates for class membership i.e., which of course leads to duplicates x:Employee(x:Raphael) Properties are attributes and associations to speak in OO. They don‘t belong to the class, instead they are first class entities Properties possibly have (mulitple) domains and ranges, thus a property can validly be applied to any member of a class in it‘s domain and can point to any member of a class in it‘s range. x:supervises igualdade sub-classe x:Person x:Human desigualdade instância x:PhD-Student Ontologias x:Professor RDF RDF x:Fred x:Tercio x:Rafael

37 Igualdade Declaração de propriedades Declaração de classes
x: rdf:Literal Declaração de propriedades rdfs:range Conhecimento adicional supervises e isSupervisedBy sao inversos cooperatesWith é simétrica Os tópicos de pesquisa de um Phd-Student sao um subconjunto dos tópicos do Professor que o orienta rdfs:domain x:Human rdfs:range x:advises x:Human Declaração de classes x:Tercio x:Fred X:Rafael x:advises x: x:Person x:supervises x:Person x:isSupervisedBy rdfs:Class rdfs:domain rdfs:range Light-weight ontology model. Basically knows classes and properties . Partial order on inheritance so we can express equivalence by cyclic inheritance hierarchy. Pretty much OO like, so to say. Indicative schema. So edges may be there that have never been declared as a property, also edges that have been declared might not be used for some object. We don‘t have to Fill Nulls. Classes are defined on their own If we consider storage we can have unary predicates for classes Class(x:Employee) and unary predicates for class membership i.e., which of course leads to duplicates x:Employee(x:Raphael) Properties are attributes and associations to speak in OO. They don‘t belong to the class, instead they are first class entities Properties possibly have (mulitple) domains and ranges, thus a property can validly be applied to any member of a class in it‘s domain and can point to any member of a class in it‘s range. x:supervises igualdade sub-classe x:Person x:Human desigualdade instância x:PhD-Student Ontologias x:Professor RDF RDF x:Fred x:Tercio x:Rafael

38 Plano de aula Motivação: Problemas e potenciais da Web
A Web Semântica e suas camadas As camadas XML e RDF A camada de Ontologias Aplicações e perspectivas

39 Aplicações Gestão de Conhecimento Agentes inteligentes!
A Web semântica pode ser o elemento agregador, pois o conhecimento de uma empresa pode ser organizado em torno de ontologias Agentes inteligentes! Poderão trocar e processar informação convenientemente em processos de comércio eletrônico Se programados convenientemente poderão responder a perguntas sobre informações da Web ITTALKS: Palestras de TI são anotadas em OWL automaticamente Usuários são avisados sobre palestras de seu interesse

40 Perspectivas da Web semântica
Deve se popularizar primeiro em segmentos empresariais Comércio eletrônico B2B Workflow E-government, e-learning Florescem aplicações e ferramentas Motores de inferência Ambientes para ontologias Anotadores semi-automáticos

41 Cuidado com padrões complexos!
Misturar navegação, apresentação e semântica numa só definição prejudica a legibilidade È preciso aprender com os erros da Ontolingua Problemas relativos à lógica de descrições: OWL é bastante expressivo, mas... Que usuários estão familiarizados com LD? O usuário comum se habituará à LD

42 Conclusão Tecnologias ligadas à Web Semântica podem ser muito úteis
Soluções para Gestão de Conhecimento e de Documentos Muitas possíveis aplicações para a Web Muitas possíveis aplicações para eBusiness, e-gov, e-learning...

43 Conclusão II A Web Semântica pode levar o tratamento de informação a outro patamar Domínios modelados com clareza e interpretação semântica Relações entre itens de informação podem ser descritas com interpretação compreensível para o software Usuários recebem respostas, e não listas de links!

44 Para fixar: Resumo A Web Semântica visa transformar os dados e aplicativos em elementos úteis, legíveis, compreensíveis para o software Com ela é possível inferir dados implícitos As principais camadas são: A camada XML, que provê sintaxe A camada RDF, que provê semântica simples A camada de ontologias, que provê rica expressividade para definir domínios de aplicação Existem ferramentas para a Web semântica Existem repositórios para reuso de ontologias

45 Próximas aulas

46 Ferramentas para Manipulação de Ontologias

47 Reusos de Ontologias Colaboradores remotos Escritores Leitores
Servidor / Editor de Ontologias HTTP Editor Aplicações remotas NGFP NGFP Aplic. GUI Bibl Servidor DB Tradutores: LOOM,IDL,CLIPS... Aplicações stand-alone Transferência de arquivos (Batch) Aplic. KQML BC

48 Aos Interessados Tutorial “Ontologias e Web Semântica”
Fred Freitas JAIA (Jornada de Atualização em IA), Congresso da Sociedade Brasileira de Computação (SBC), Campinas, 2-8/agosto Tutorial “Ontologies: Representation, Engineering, Learning & Applications” Prof. Dr. Rudi Studer, W3C 3rd IFIP Conference on E-Commerce, E-business and E-Government (I3E), Casa Grande Hotel, Guarujá, 21-24/setembro de 2003