METODOLOGIA ONTOCLEAN

Tópicos Especiais em Ontologias

Prof. Tacla/UTFPR/CPGEI

nov/2012

ONTOCLEAN FUNDAMENTOS DA METODOLOGIA

Motivações

Modeladores experientes de domínio sabem estruturar corretamente uma taxonomia de conceitos/classes, mas raramente são capazes de justificar suas escolhas para outras pessoas. (Guarino & Welty, 2004)

Definição

OntoClean é uma metodologia para avaliar a adequabilidade e consistência lógica de relações taxonômicas.

Estudante

Pessoa

Intuitivamente, esta relação é consistente?

Noções/aspectos ontológicos

OntoClean se baseia em noções advindas da filosofia tais como: • essência • identidade • unidade • dependência

Tais noções são usadas para caracterizar aspectos relevantes do significado pretendido das propriedades.

Metapropriedades

As noções filosóficas são representadas por meio de metapropriedades que impõem restrições nas relações taxonômicas entre propriedades.

Estudante

Pessoa

antirrígida

rígida

Uma propriedade anti-rígida pode subsumir uma rígida?

Propriedade (por Guarino)

Exemplo

propriedade: ser maçã (predicado unário na LPO – maçã(X)) classe: é o conjunto de indivíduos que compartilham a propriedade

de ser maçã (é a extensão da propriedade). metapropriedade: rígido

Guarino utiliza o termo propriedade para se referir ao significado em intenção (que é independente de um state of affairs particular e de escolhas sintáticas – dos símbolos escolhidos).

State of Affairs: conceitualização

visão de Guarino x Generesereth e Nilsson

State of Affairs

Se a definição dos símbolos não-lógicos for feita por extensão tem-se (como em Genesereth e Nilson):

on(x, y)={(c,b),(b,a),(e,d)}

on(x, y)={(b,a),(e,d),(d,c)}

logo, o on de (a) é diferente de (b) e, na visão de Genesereth e Nilson, temos 2 conceitualizações distintas!!!

O que Guarino argumenta é que o símbolo que descreve a relação on tem o mesmo significado em (a) e (b) – portanto, o que muda é o state of affairs (e não a conceitualização) – e a lógica clássica de primeira ordem não dá conta desta diferenciação.

Mundos Possíveis

São situações alternativas (ou circunstâncias) nas quais os estados dos objetos e os eventos diferem da situação do mundo atual. O mundo atual é um dos mundos possíveis. Os outros são mundos possíveis e alternativos ao atual.

José é feliz João é alto

Maria é reitora da UTFPR

José e João são felizes

João é alto Ana é reitora da

UTFPR

José e Pedro são felizes

João não é alto Ana é reitora da

UTFPR

w1 w2 w3

W = {w1, w2, w3} é o conjunto de mundos possíveis.

Mundos Possíveis

A intenção de um predicado é definida por um mapeamento dos mundos possíveis para a extensão do predicado em cada um dos mundos.

Exemplo: predicado é feliz

≝ w1 {João} w2 {José, João} w3 {José, Pedro}

é feliz

Mundos Possíveis

Guarino recorre à semântica de Montague (uma variante da semântica baseada em modelos) Na teoria de modelos da LPO uma relação ordinária rn é definida no espaço D (de objetos do domínio). Uma relação conceitual é definida no espaço de domínios - addmitable extensions (Guarino, 1998)

Lógica Modal

□ necessariamente: sentenças necessariamente verdadeiras ou que são verdadeiras em todos os mundos possíveis ◊ possivelmente: uma sentença que é verdadeira em pelo menos um mundo possível

Subsunção

Uma propriedade p subsume q sse para todos mundos possíveis, todas as instâncias de q são também instâncias de p.

P ⊒ Q sse não há nenhum modelo para Q ⊓ ¬P

ESSÊNCIA METAPROPRIEDADES

ESSÊNCIA

Uma propriedade é essencial para uma instância se ela deve ser verdadeira em todas os mundos possíveis.

Exemplo: ter cérebro é uma propriedade essencial para ser humano.

ESSÊNCIA: VARIAÇÕES

RÍGIDA (+R) é uma propriedade essencial para todas as instâncias; não pode ‘perder’ nenhuma instância

NÃO-RÍGIDA (-R) é uma propriedade essencial para algumas

instâncias; pode ‘perder’ algumas de suas instâncias

ANTIRRÍGIDA (~R) não é uma propriedade essencial para nenhuma de

suas instâncias; pode ‘perder’ todas as instâncias

ESSÊNCIA

PROPRIEDADES RÍGIDAS

São propriedades (conceitos) que possuem a mesma extensão em todos os mundos possíveis.

Ex.: homem, maçã

PROPRIEDADES NÃO-RÍGIDAS

Ex.: vermelho, masculino

São propriedades que possuem ao menos uma instância em todos os mundos possíveis.

PROPRIEDADES ANTIRRÍGIDAS

Todas as instâncias de um conceito são contingenciais, isto é, podem deixar de ser instâncias daquele conceito em todos os mundos possíveis. Neste caso, o conceito é antirrígido.

Ex. agente, estudante

IDENTIDADE metapropriedades ONTOCLEAN

IDENTIDADE

identidade está relacionada ao problema de distinguir

uma instância específica de uma certa classe das

outras instâncias desta mesma classe por meio de uma

propriedade característica que é única para a instância

como um todo. (Welty e Guarino, 2001)

Este é o meu cachorro?

IDENTIDADE

Exemplos DNA é um critério de identidade: permite distinguir um indivíduo do conceito cachorro dos demais. Chaves pictóricas são utilizadas para identificar gêneros de insetos (neste caso, os gêneros seriam as instâncias, pois a chave permite distinguir um gênero de outro) Impressão digital…

IDENTIDADE ATRAVÉS DO TEMPO

Como saber que um indivíduo permanece o mesmo quando exibe características diferentes em diferentes instantes?

Que características podem mudar e quais não? A resposta a esta questão está relacionada a rigidez.

Como podemos reidentificar uma instância de uma propriedade depois de um certo tempo? A resposta a esta questão está relacionada identidade síncrona e assíncrona.

Assíncrona: estes dois individuos em tempos diferentes (t e t’) são os mesmos?

Síncrona: estes dois individuos são os mesmos no instante t? Mas se são dois, como podem ser o mesmo? --- exemplo -

CRITÉRIO DE IDENTIDADE

duração de tempo

1h 2h

instancia

intervalo de tempo

13h-14h próx. domingo

1h-2h 10/12/2012

instancia

duração de tempo

intervalo de tempo

ora, todos intervalos são durações, logo duração subsume intervalo!

exemplo retirado de (Guarino e Welty, 2001)

CRITÉRIO DE IDENTIDADE

Análise da subsumção segundo o critério de identidade

duração de tempo: duas durações de tempo são idênticas se tiverem a mesma extensão temporal. Todas durações de 1 hora são idênticas (1h, 60 min, …) não interessa como são expressadas.

intervalo de tempo: dois intervalos de tempo são idênticos se tiverem a mesma extensão temporal e se ocorrem no mesmo horário e data.

Estes critérios de identidade permitem detectar uma contradição na hierarquia de subsunção!

CRITÉRIO DE IDENTIDADE

duração de tempo

1h 2h

instancia

intervalo de tempo

13h-15h próx. domingo

1h-2h 10/12/2012

instancia

duração de tempo

intervalo de tempo

ora, todos intervalos são durações, logo duração subsume intervalo!

exemplo retirado de (Guarino e Welty, 2001)

Se toda as instâncias de intervalo de tempo são também de duração de tempo, como os dois intervalos acima podem ser uma instância apenas de intervalo de tempo?

CRITÉRIO DE IDENTIDADE

A resposta é que, na verdade, um intervalo de tempo tem uma duração e não é uma duração! Esta confusão ocorre por causa da língua natural: todo intervalo é duração quando deveria ser todo intervalo tem duração

CRITÉRIO DE IDENTIDADE

Apesar das análises sobre ICs serem relevantes, são difíceis de serem encontrados! Porém, análise de identidade pode ser limitada a identificar propriedades que são essenciais. Se duas coisas não têm as mesmas propriedades essenciais então não são idênticas

NATUREZA DA IDENTIDADE

Características de identificação podem ser:

internas aos próprios indivíduos (partes ou qualidades)

externas aos indivíduos (outras entidades de referência).

Exemplos

dois animais são os mesmos se possuem o mesmo DNA (DNA é o IC).

dois objetos materiais são os mesmos porque ocupam a mesma região espacial no mesmo instante de tempo (tem as mesmas relações com um espaço e um instante de tempo)

METAPROPRIEDADES

+I: propriedades que herdam critérios de identidade de outras (por subsunção/herança). Estas propriedades apenas carregam ICs.

Carregar, fornecer e não ter IC

+O: propriedades que têm critérios de identidade o fornecem a outras por herança. (o = own)

-I: propriedades que não têm critério de identidade.

UNIDADE metapropriedades ONTOCLEAN

UNIDADE

Unidade está relacionada ao problema de distinguir

partes de uma instância do resto do mundo por meio

de uma relação que une as partes e somente as partes. (Welty e Guarino, 2001)

A coleira faz parte do meu cachorro?

Unifying relation

(CONTRA)-EXEMPLOS

Contra-exemplo Propriedade quantia de água não tem unidade, pois, não tem limites definidos, não podemos distiguir duas instâncias se elas são misturadas. Saber que algo é quantia de água não nos diz nada à respeito de suas partes e nem como reconhecê-las como entidades únicas.

(CONTRA)-EXEMPLOS

Exemplo Propriedade oceano tem unidade, pois, tem limites definidos (embora nebulosos), podemos distinguir o Oceano Atlântico do Pacífico. O que é importante neste exemplo é que temos um critério para identificar instâncias de Oceanos (ou ao menos para dizer o que não é parte de um dos Oceanos).

CRITÉRIO DE UNIDADE (UC)

São critérios que nos permitem dizer se as instâncias de uma propriedade são um todo e, também, qual é a relação que deve existir entre as partes de uma instância para que seja considerada um todo.

consideradas individualmente

relações de unidade

Um todo pode ter partes que são, por sua vez, todos (com relações de unidade diferentes)

Natureza da relação de unidade

topológica: baseada em um tipo de ligação física ou topológica, tal como a relação entre as partes de um pedaço de carvão ou uma maçã. morfológica: baseada em uma combinação de unidade topológica e forma tal como uma bola, ou uma relação morfológica entre conceitos com unidade, tal como uma constelação. funcional: baseada em uma combinação de outros tipos de unidade com noções de propósito tal como artefatos como martelo, ou relações funcionais entre conceitos com unidade tal como um biquíni. Papéis sociais: por exemplo, uma população

Natureza das relações de unidade

METAPROPRIEDADES

ppdes cujas instâncias (todas elas) devem ter um UC. (+U)

Carregar, não ter e ser anti-unidade

ppdes cujas instâncias não tem um UC.

Ex. Oceano – carrega um critério de unidade

todas as instâncias devem ser um todo (individualmente), porém sem um critério de unidade comum (-U)

todas as instâncias não são necessariamente ‘um todo’ (individualmente) (~U)

Ex. agente legal – pode ser pessoa ou compania – tem UCs diferentes!

Ex. quantia de água – nenhuma instância deve ser um todo

carrega um UC

sem unidade em comum

anti-unidade

ANÁLISE

Quantia de água (~U)

Oceano (+U)

todos os oceanos são água – logo, parece correta a subsunção acima!

exemplo retirado de (Guarino e Welty, 2001)

Porém, como pode instâncias de quantia de água não serem ‘todos’ ao passo que oceanos são! Como pode um oceano ser um todo e não ser um todo!

RESTRIÇÕES

RESTRIÇÕES DE SUBSUNÇÃO

Dadas duas propriedades, tal que q subsume q então:

1. If q is anti-rigid, then p must be anti-rigid 2. If q carries an identity criterion, then p must carry the same

criterion 3. If q carries a unity criterion, then p must carry the same criterion 4. If q has anti-unity, then p must also have anti-unity

EXEMPLOS Ser Vivo +O+I+U+R-D

Todos os seres vivos são formados por células, necessitam de alimento, precisam respirar, são capazes de se reproduzir e possuem uma composição química formada por substâncias orgânicas e inorgânicas.

EXEMPLOS

Animal +O+I+U+R-D

Composto por organismos pluricelulares e heterótrofos (não são capazes de produzir sua própria energia). Fazem parte deste grupo: animais invertebrados, vertebrados, aves, mamíferos, inclusive o homem.

EXEMPLOS

Vertebrado -O+I+U+R-D

São animais que possuem coluna vertebral.

EXEMPLOS

Lepidóptero +O+I+U+R-D

Representa uma ordem de insetos , que inclui as lagartas e as borboletas.

EXEMPLOS

Lagarta -O+I+U~R-D

Representa um Lepidóptero na fase lagarta.

EXEMPLOS

Borboleta -O+I+U~R-D

Representa um Lepidóptero na fase borboleta.

EXEMPLOS

Quantidade de matéria +O+I~U+R-D

É um agrupamento de matéria não estruturada ou espalhada, como por exemplo, um litro de água ou um quilo de barro. Não deve ser confundida com as substâncias, tais como água ou barro, pois se trata de uma quantidade particular da substância.

EXEMPLOS

Comida -O+I~U~R+D

É qualquer coisa que pode ser utilizada como alimento.

EXEMPLOS

Objeto Físico +O+I+U+R-D

Qualquer entidade material isolada, ou seja, algo que pode ser "pego ou movido" (em uma escala adequada, uma vez que um planeta pode ser considerado uma instância de um objeto físico).

EXEMPLOS

Fruta +O+I+U+R-D

Representa frutas, tais como laranjas ou bananas.

EXEMPLOS

Maçã +O+I+U+R-D

Representa frutas que são maçãs.

EXEMPLOS

Maça Vermelha -O+I+U~R-D

Representa maçãs que estão vermelhas.

EXEMPLOS

Vermelho -O-I-U-R-D

Representa alguma coisa de cor vermelha, tal como quantidade de matéria vermelha, maçã vermelha ou bola vermelha, porém não a cor particular vermelha.

EXEMPLOS

Entidade Social -O-I+U+R-D

Uma entidade social pode ser uma organização, um clube de poker, um grupo de pessoas reunidas com um objetivo em comum.

EXEMPLOS

Organização +O+I+U+R-D

Representa qualquer empresa, departamento, governos, entre outros, compostos de pessoas que desempenham papéis específicos de acordo com alguma estrutura.

EXEMPLOS

Localização +O+I~U+R-D

É uma região de espaço ‘genérica’ delimitada. Genérica: no sentido de não ter nome próprio/ou ser uma região conhecida Delimitada: ex. definida por um conjunto de coordenadas – uma vez que é aumentada ou diminuída passa a ser outra localização

EXEMPLOS

Região Geográfica -O+I~U+R-D

É uma região de espaço específica.

Exemplos Turismo

Turismo

-O-I-U+R-D

+O+I+U+R-D

-O+I+U-R+D -O+I+U~R+D

Turismo

-O-I-U+R-D

+O+I~U+R+D

-O+I~U+R+D

-O+I~U+R+D

visita a um castelo, a uma praça, etc.; por isso depende de um local (ex. visita ao castelo de Edimburg) – independe do horário

Turismo

-O-I-U+R-D

+O+I+U+R-D

-O+I+U+R-D

Turismo

-O-I-U+R-D

+O+I-U+R-D

-O+I-U+R-D

-O+I-U+R-D

Turismo

-O-I-U+R-D

+O+I+U+R-D

-O+I+U+R-D

Turismo

-O-I-U+R-D

+O+I+U+R-D

-O+I+U+R-D

-O+I+U+R-D

Turismo

-O-I-U+R-D

+O+I+U+R-D

+O+I+U+R+D

Turismo

-O-I-U+R-D

+O+I+U+R-D

-O+I+U+R-D -O+I+U+R-D

Turismo

-O-I-U+R-D

+O+I+U+R+D +O+I+U+R-D

+O+I+U+R+D

+O+I+U+R-D

+O+I+U+R-D

REFERÊNCIAS

GUARINO, Nicola; WELTY, Chris. Eds. Steffen Staab and Rudi Studer. An overview of OntoClean. The Handbook on Ontologies. Berlin:Springer-Verlag, (Hardcopy), 2004, p. 151-172.

Guarino, N. and Giaretta, P. 1995. Ontologies and Knowledge Bases:

Towards a Terminological Clari-fication. In N. Mars (ed.) Towards Very Large Knowledge Bases: Knowledge Building and Knowledge Sharing 1995. IOS Press, Amsterdam: 25-32.