web semântica e ontologias owl - escola politécnicarvieira/cursos/ebralc-2008.pdfweb semântica em...

Web semântica eOntologias OWL

EBRALC 2008

EBRALC 2008 - Renata Vieira PUCRS

EBRALC 2008Renata Vieira - PUCRS

Web Atual

� Atualmente a Web é usada basicamente para:� Consumo humano de informações� Compras


� Compras� Comunicação� Acesso a conteúdo

Web Atual

� Dificuldades na gestão do conhecimento:� Busca de informação� Extração de informação� Troca de informação entre serviços


� Troca de informação entre serviços� Inconsistências de terminologia

Web Semântica

� Organização do conhecimento em espaços conceituais correspondentes ao seu significado� Metadados semânticos


� Metadados semânticos

Web Semântica

� Em outras palavras:� Melhorar a descrição do conteúdo e serviços

disponíveis na Web� Usar técnicas avançadas da IA de representação


� Usar técnicas avançadas da IA de representação de conhecimento

mundo

conceito

Ontologias (Harmelen)


Desentendimento

Confusão conceituale terminológica

Concordar com umaconceitualizaçãoTorná-la explícitaem alguma linguagem.

língua/linguagem

Ontologias e lógica

� A inferência tem um papel importante na estrutura da Web Semântica

� O conhecimento pode ser manipulado por meio de regras lógicas e verificar questões


meio de regras lógicas e verificar questões não explicitamente representadas, mas que derivam de uma especificação inicial

Ontologias e lógica

� Lógicas específicas para a descrição de conceitos foram desenvolvidas:

� são as chamadas lógicas de descrição


� Como adaptar essas linguagens para a Web?

Web Semântica

� Reformulação das linguagens básicas (html)

� As novas linguagens relacionadas a metadados e ontologias são:


� XML

� RDF

� OWL

Web Semântica

EBRALC 2008 - Renata Vieira PUCRSWebMedia 2005 – Poços de Caldas, MG

XML

� Fácil de entender e de analisar (através de parsing, por exemplo) e possui um formato auto-descritivo para troca de dados


� Assim como a HTML a XML usa tags, ou etiquetas, para fazer a marcação

XML

� As etiquetas são criadas formalmente como elementos

� Por sua vez os elementos possuem atributos que os identificam e caracterizam


identificam e caracterizam

� Enquanto a HTML possui elementos e atributos pré-definidos para a criação de hipertextos a XML permite a criação de diversos elementos e atributos, por isso é extensível

XML

� Linguagens genéricas: � São linguagens criadas a partir da XML para

manipulação de documentos com estrutura também em XML


em XML

� Ou servem para chegar a outros níveis da Web Semântica

XML

� Exemplos de linguagens genéricas: � XSLT (Extensible Style Sheet Language

Transformation)� XPath (XML Path)


� XPath (XML Path)� XQL (XML Query Language)� XHTML� XSD (XML Schema Definition)

XML

� Linguagens específicas: � São criadas por indústrias e comunidades com fins

específicos de aplicação

As linguagens genéricas são usadas para


� As linguagens genéricas são usadas para manipular linguagens específicas

Exemplo de XML específico: catálago de CDs

<CATALOG><CD><TITLE>Empire Burlesque</TITLE><ARTIST>Bob Dylan</ARTIST><COUNTRY>USA</COUNTRY><COMPANY>Columbia</COMPANY><PRICE>10.90</PRICE>


<PRICE>10.90</PRICE><YEAR>1985</YEAR></CD>

<CD><TITLE>Hide your heart</TITLE><ARTIST>Bonnie Tyler</ARTIST><COUNTRY>UK</COUNTRY><COMPANY>CBS Records</COMPANY><PRICE>9.90</PRICE><YEAR>1988</YEAR></CD>

Linguagens XML para a WS

� XML providencia uma sintaxe para criação de documentos estruturados, mas não impõe restrições semânticas


� em relação à organização semântica, algumas extensões XML foram propostas

� RDF - OWL

Linguagens XML para a WS

� RDF é um modelo de dados para os recursos como objetos e relacionamentos entre eles

� OWL fornece uma descrição rica para as


� OWL fornece uma descrição rica para as classes e propriedades através de restrições lógicas

Recursos Web

� Representam objetos do nosso mundo real em um ambiente virtual

� São identificados por URIs (identificadores únicos na web)


únicos na web)

� Possuem relacionamentos entre si

RDFResource Description Framework

� O RDF é um padrão da W3C para descrever recursos da Web

� Alguns exemplos de descrições de recursos são:


recursos são:

� título, autor, data de atualização, conteúdo e informação de copyright

� propriedades de itens de compras, como preço e disponibilidade

RDF

� Para um melhor entendimento podemos definir os seguintes conceitos:

� Um recurso é qualquer coisa que possa ter um URI (identificador Web), como "http://www.inf.pucrs/~rvieira";


� Uma propriedade indica uma informação sobre um recurso, como “autor”;

� Um valor é o valor da propriedade, como “Renata Vieira”.

� Observa-se que o valor da propriedade pode ser outro recurso.

RDF� A forma que o RDF usa para descrever tais

recursos segue a estrutura básica:

� recurso – propriedade – valor.

� sujeito – predicado – objeto.


sujeito – predicado – objeto.

inf.pucrs.br/~rvieira dc:Creator Renata Vieira

Página Web “inf.pucrs.br/~rvieira” – autor – Renata Vieira

RDF

<?xml version="1.0" >

<rdf:RDF

xmlns:rdf=“http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns”


xmlns:rdf=“http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns”

xmlns:dc=“http://purl.org/dc/elements/1.1”>

<rdf:Description rdf:about=“http://inf.pucrs.br/~rvieira">

<dc:Creator>Renata Vieira</dc:Creator>

</rdf:Description>

</rdf:RDF>

RDF Schema

� O RDFS é um esquema de descrição que utiliza classes e propriedades para descrever os recursos

� Permite a estruturação hierárquica e


� Permite a estruturação hierárquica e generalização/especialização

RDF Schema

� rdfs:Resource : todas as coisas descritas são recursos

� rdfs:Property: propriedades

� rdfs:Class: classes


� rdfs:Class: classes

� rdfs:subClassOf: subclasses

� rdfs:subPropertyOf: indica que uma propriedade é especialização de outra

RDF Schema

rdfs:Resource

rdfs:Class xyz:VeiculoMotor

rdfs:subClassOf

rdf:Type


rdfs:Class xyz:VeiculoMotor

xyz:Caminhaoxyz:Van

xyz:MiniVan

xyz:Carro

<rdf:RDF xml:lang=”en” xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#”xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#">

<rdf:Description ID="VeiculoMotor"><rdf:type resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class"/><rdfs:subClassOf rdf:resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf- schema#Resource"/>

</rdf:Description><rdf:Description ID="Carro">

<rdf:type resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class"/><rdfs:subClassOf rdf:resource="#VeiculoMotor"/>

RDF Schema


<rdfs:subClassOf rdf:resource="#VeiculoMotor"/></rdf:Description>

<rdf:Description ID="Van"><rdf:type resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class"/><rdfs:subClassOf rdf:resource="#VeiculoMotor"/>

</rdf:Description><rdf:Description ID="MiniVan">

<rdf:type resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class"/><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Van"/><rdfs:subClassOf rdf:resource="#Carro"/>

</rdf:Description></rdf:RDF>

RDF e OWL – ontology web language

� Base de OWL � Ontology Web Language

OWL incrementa o poder de expressão na


� OWL incrementa o poder de expressão na descrição dos recusos

Componentes OWL

� classes + hierarquia de classes� instâncias� slots/propriedades/relações � herança


� herança � restrições nas propriedades (tipo, cardinalidade)� propiedades das relações (simetria, transitividade)� relações entre classes (disjuntas, sobrepostas)� tarefas de raciocínio: classificação, subclassificação

OWL - Elementos Básicos

� Classes� Indivíduos� Propriedades


� Propriedades

Grafo

Exemplo:Classes

Instâncias

Propriedades


Propriedades

OWL - Classes

<owl:Class rdf:ID="Mae"><rdfs:subClassOf>

<owl:Class rdf:ID="Mulher"/>


</rdfs:subClassOf></owl:class>

OWL - Indivíduos

<Mae rdf:ID="Eva"><temMarido><Homem rdf:ID="Adao"/>

</temMarido>


</temMarido><temFilho><Homem rdf:ID="Abel"><temMae rdf:resource="#Eva"/>

</Homem></temFilho>

</Mae>

OWL - Propriedades

� ObjectProperty, DatatypeProperty, rdfs:subPropertyOf, rdfs:domain, rdfs:range.

� Tipos de Propriedades:


� Propriedades de Objetos

� Propriedades de Tipos de Dados

OWL – Propriedade tipo Objeto

<owl:ObjectProperty rdf:about="#temMarido"><rdfs:range rdf:resource="#Homem"/><rdfs:domain rdf:resource="#Mae"/>


<rdfs:domain rdf:resource="#Mae"/></owl:ObjectProperty>

OWL

� Além de classes, instâncias e relações

� Permite explicitar que uma relação é simétrica, transitiva, funcional, funcional inversa, etc.


OWL - propriedades

� Propriedade Transitiva

� Se uma propriedade P é especificada como transitiva então para qualquer x, y e z:


P(x,y) e P(y,z) implica P(x,z)

OWL - propriedades

� Propriedade Simétrica

� Se a propriedade P é marcada como simétrica então para qualquer x e y:


P(x,y) se somente se P(y,x)

OWL - propriedades

� Propriedade Funcional

� Se uma propriedade P é marcada como funcional então para todo x, y e z:


P(x,y) e P(x,z) implica que y = z

OWL - propriedades

� Propriedade Inversa

� Se a propriedade P1 é marcada como inversa de P2, então para todo x e y:


P1(x,y) se somente se P2(y,x)

OWL - propriedades

� Permite definir cardinalidade para as relações, variando entre cardinalidade máxima, mínima e cardinalidade exata.

� Ex. tem no máximo um marido


� Ex. tem no máximo um marido

� Divisão da base de conhecimento� Conhecimento Intensional

� conhecimento geral sobre o domínio do problema

Conhecimento Extensional

OWL - DL


� Conhecimento Extensional � especifica um problema particular.

� Divisão da base de conhecimento em DL� TBox� ABox

• Conceitos (ou classes): são conjuntos• Construtores: são os operadores que

podem ser usados para construir novosconceitos

OWL - DL


conceitos

• Papéis: são propriedades dos conceitos

• Quantificadores: quantificam os papéis

TBox

� O TBox contém o conhecimento intensional naforma de terminologia

� Ele é construído através de declarações quedescrevem as propriedades gerais dos conceitos

� A forma básica de declaração em um TBox é a


� A forma básica de declaração em um TBox é adefinição de conceito, que é a definição de umnovo conceito em termos de outros conceitosdefinidos previamente. Ex:

Mulher ≡ Pessoa ┌┐ Fêmea

TBox

� As declarações do TBox são representadas usualmente como equivalências lógicas (condições necessárias e suficientes ).


TBox

� Mulher ≡ Pessoa ┌┐ Fêmea� Homem ≡ Pessoa ┌┐ ¬Mulher� Mãe ≡ Mulher ┌┐ ∃ temFilho. Pessoa


� Mãe ≡ Mulher ∃ temFilho. Pessoa� Pai ≡ Homem ┌┐ ∃ temFilho. Pessoa� Pais ≡ Pai └┘ Mãe

ABox

• O ABox contém o conhecimento extensional,que especifica os indivíduos do domínio.


• É a instanciação da estrutura de conceitos.

ABox

• Declaração de Conceitos : C(a)– Declara que “a” é um indivíduo do conceito C.

– EX : Pessoa(Ana)


• Declaração de Papel : R(a,b)– Declara que o indivíduo “a” está relacionado

com o indivíduo “b” através da propriedade R.

– Ex : temFilho(Ana,João)

Exemplo de um ABox

� Mulher(Maria)� Homem(João)� temFilho(Maria,Pedro)


� temFilho(Maria,Pedro)� temFilho(João,Pedro)

Grafo


Mapeamento da DL em OWL

� Classe� DL : Nome

� OWL : <owl:Class rdf:ID=“Nome"/>

� Sub-classe


� Sub-classe� DL : ⊆� OWL : rdfs:subClassOf

� Equivalência� DL : ≡� OWL : owl:equivalentClass


� Negação� DL : ¬

� OWL : owl:complementOf


� Interseção� DL : ┌┐

� OWL : owl:intersectionOf

� União� DL : └┘� OWL : owl:unionOf


� Quantificador existencial� DL : ∃� OWL : owl:someValuesFrom


� Quantificador Universal� DL : ∀� OWL : owl:allValuesFrom


� Restrição de números qualificada

� DL : =

� OWL : owl:cardinality


� OWL : owl:cardinality

� DL : ≥

� OWL : owl:minCardinality

� DL : ≤

� OWL : owl:maxCardinality


� Propriedade

� DL : Nome_Propriedade

� OWL :


<owl:ObjectProperty rdf:about="# Nome_Propriedade ">

<rdfs:range rdf:resource="#Imagem"/>

<rdfs:domain rdf:resource="#Domínio"/>

</owl:ObjectProperty>

Mapeamento da DL em OWL : Exemplos

� Definição de Classe Primitiva� DL :

FêmeaOWL :


� OWL : <owl:Class rdf:ID="Fêmea"/>

� DL : Pessoa

� OWL : <owl:Class rdf:ID="Pessoa"/>


� Definição de Classes Compostas� DL :

Mulher ≡ Pessoa ┌┐ Fêmea� OWL :

<owl:Class rdf:about="#Mulher">


<owl:equivalentClass><owl:Class>

<owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection"><owl:Class rdf:about="#Pessoa"/><owl:Class rdf:about="#Fêmea"/>

</owl:intersectionOf></owl:Class>

</owl:equivalentClass></owl:Class>

DL : Mãe ≡ Mulher ┌┐ ∃ temFilho. Pessoa

OWL :<owl:Class rdf:ID="Mãe">

<owl:equivalentClass><owl:Class>

<owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection">



<owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection"><owl:Class rdf:about="#Mulher"/><owl:Restriction>

<owl:onProperty><owl:ObjectProperty rdf:about="#temFilho"/>

</owl:onProperty><owl:someValuesFrom rdf:resource="#Pessoa"/>

</owl:Restriction></owl:intersectionOf>

</owl:Class></owl:equivalentClass>

</owl:Class>

DL : Mãe_CMF ≡ Mãe ┌┐ (temFilho ≥ 4)

OWL :<owl:Class rdf:ID="Mãe_CMF">

<owl:equivalentClass><owl:Class><owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection">



<owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection"><owl:Class rdf:ID="Mãe"/><owl:Restriction><owl:onProperty><owl:ObjectProperty rdf:ID="temFilho"/>

</owl:onProperty><owl:minCardinality rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#int">4</owl:minCardinality>

</owl:Restriction></owl:intersectionOf>

</owl:Class></owl:equivalentClass>

</owl:Class>


� DL:Mulher(Joana)Mulher(Maria)Mulher(Ana)

� OWL : <Mulher rdf:ID="Joana">

<temFilho><Mulher rdf:ID="Maria">

�Criação de Instâncias


Mulher(Ana)Homem(Pedro)

temFilho(Joana,Maria)temFilho(Maria,Pedro)temFilho(Maria,Ana)

<Mulher rdf:ID="Maria"><temFilho><Mulher rdf:ID="Ana"/>

</temFilho><temFilho><Homem rdf:ID="Pedro"/>

</temFilho></Mulher>

</temFilho></Mulher>


� Propriedade� Transitividade

� <owl:TransitiveProperty rdf:about="#Nome">

Simetria


� Simetria � <owl:SymmetricProperty rdf:about="#Nome">

� Funcional� <owl:FunctionalProperty rdf:about="#Nome">

� Inversa Funcional � <owl:InverseFunctionalProperty rdf:about="#Nome">

Reasoners

� Jena Framework

� Racer

Pellet


� Pellet

ClassificaçãoNationalPark � A RuralArea is a

Destination� A Campground is

BudgetAccomodation� Hiking is a Sport� Therefore:

Every NationalPark is a Backpackers-Destiantion


BackpackersDestination

Backpackers-Destiantion

(Other BackpackerDestinations)

Classificação� Input: Asserted class definitions� Output: Inferred subclass relationships


Leitura complementar

� The semantic web vision� http://mitpress.mit.edu/books/chapters/0262012103chap1.pdf

� Tutorial WebMedia 2005


� Tutorial WebMedia 2005

web semântica e ontologias owl - escola politécnicarvieira/cursos/ebralc-2008.pdfweb semântica em...

Documents