Ontologias e
Web Semântica
Charles Alberton Herdt
Dyson Pereira Junior
Maurício Edgar Stivanello
Roteiro



Introdução
Ontologias
Web Semântica
Roteiro



Introdução
Ontologias
Web Semântica
Introdução
Cenário Atual

Internet introduz um problema de
manipulação de informação:


Possui grande volume de informações não
estruturadas ou pouco estruturadas;
Alguns dos grandes problemas são:




Consulta: encontrar o que se deseja
Integração: integrar informações de várias fontes
Interpretação: extrair significado das páginas
Comunicação: interconectar sistemas
Introdução
Cenário Atual - Consultas



O modelo atual de busca não é preciso, pela
falta de semântica;
O grande volume de informações não
estruturadas agrava a situação;
Problema de precisão, pois é baseado em
links e palavras chave
Introdução
Cenário Atual - Consultas
Introdução
Cenário Atual - Integração

Integração de Informações:



Problema:


O site A tem descrição de produtos de
software;
O site B tem preços de material de
computação;
Combinar produtos e preços;
Dificuldade

Como integrar tais informações?
Introdução
Cenário Atual - Interpretação



Humanos extraem significado com
facilidade;
Para as máquinas não é tão fácil;
Como é possível extrair informações sem
conhecer de antemão o formato utilizado
na criação das páginas?
Introdução
Cenário Atual - Interpretação
Nome
Foto
E-mail
Introdução
Cenário Atual - Interpretação

A extração de informações somente é
possível para um conjunto de páginas com
formato bem conhecido ( através de
wrappers );

Ex: Coleta de títulos e preço de vendas em um
site de comércio eletrônico;
Introdução
Cenário Atual - Comunicação

Como interconectar sistemas que falam da
mesma coisa mas com linguagens
diferentes?
Introdução
Cenário Atual

Resumindo:



O conteúdo pode ser lido, mas é difícil de ser
processado pela máquina;
É difícil automatizar processos;
Solução:

A solução seria descrever os dados contidos na
Web e representá-los de forma conveniente...
Introdução
Cenário Atual - Solução...


A IA forneceu alternativas para resolver
problemas de manipulação de informação na
Internet;
Resurge o paradigma declarativo lógico para
a resolução dos problemas surgidos com a
Internet;
Introdução
Cenário Atual - Solução...

Como captar a semântica do conteúdo das
páginas da web?



Dotar os sistemas de inteligência e autonomia;
Fazer com que as páginas possuam uma
semântica clara e definida.
As ontologias representam um papel
fundamental em ambas as soluções.
Roteiro



Introdução
Ontologias
Web Semântica
Ontologias
Introdução

É possível representar conhecimento através
de formalismos orientados a classes e
relações:




Frames;
Redes Semânticas;
Lógicas de restrição;
Estes formalismos fundamentam a
representação do conhecimento em
ontologias.
Ontologias
Definição
“Uma especificação explícita e formal de uma
conceitualização compartilhada”




Por Especificação explícita: definições de
conceitos, relações
Por formal: compreensível para agentes e
sistemas
Por conceitualização: se trata de um modelo
abstrado de uma área de conhecimento
Por compartilhado: conhecimento consensual
Ontologias
Classificação das Ontologias

Tipos de Ontologias:





de Representação;
Gerais;
Centrais;
de Domínio;
de Aplicação.
Ontologias
KSE – Knowledge Sharing Effort



Até anos 90, Ontologias estavam isoladas.
Percebido então os benefícios da reutilização;
KSE criado para prover meios de reutilização
do conhecimento;
Como resultado, encontram-se disponíveis
várias ontologias e ferramentas.
Ontologias
Ferramentas para manuseio



Ferramentas KSE (KQML, KIF, Editor de
Frames, OKBC, Chimaera, Servidor,
Repositório);
Protégé-2000;
Ferramentas KAON e Ontoprise.
Ontologias
Engenharia de Ontologias

Princípios de construção de Ontologias:






Clareza;
Legibilidade;
Coerência;
Extensibilidade;
Mínima codificação;
Mínimo compromisso ontológico.
Ontologias
Criação ontologia geográfica em 7 passos

Passo 1:

Determinar o domínio e o escopo da ontologia;
Domínio: Geografia
Aplicação: Planificador de rotas
Perguntas possíveis:
-Qual é a distância entre duas cidades?
-Que tipo de conexão existe entre duas cidades?
-Em que país se encontra uma cidade?
-Quantas fronteiras são atravessadas?
Ontologias
Criação ontologia geográfica em 7 passos

Passo 2:

Reutilizar ontologias existentes;
Verificar se é possível utilizar ou estender alguma das
ontologias existentes. Existem várias fontes disponíveis:
- Ontolingua Ontology Library
(www.ksl.stanford.edu/software/ontolingua);
- DAML Ontology Library
(www.daml.org/ontologies);
Ontologias
Criação ontologia geográfica em 7 passos

Passo 3:

Levantar termos importantes;
Termos importantes para o problema de planificação de
rotas:
capital
Conexão por terra
Estado
cidade
fronteira
estrada
conexão
Ontologias
Criação ontologia geográfica em 7 passos

Passo 4:

Definir classes e sua hierarquia;
Selecionar do passo 3
somente os objetos,
definindo sua hierarquia:
T Topo
C Conexão
C Conexão Aérea
C Conexão Terrestre
C Ferroviária
C Rodoviária
C Conexão Marítima
C Entidade geográfica
C Cidade
C Capital
C Interior
C País
Ontologias
Criação ontologia geográfica em 7 passos

Passo 5:

Definir propriedades das classes;
ElementoGeografico
Selecionar do passo 3
as propriedades e
atribuir às classes:
ponto_inicio
+descrição
+area
Conexão
+descrição
ponto_final
País
+moeda
temEstados
Estado
temCidades
Cidade
capital
faz_fronteira_com
capital_de
capital_de
capital
Capital
Ontologias
Criação ontologia geográfica em 7 passos

Passo 6:

Definir restrições das propriedades;
Tipo de propriedade;
-Valores permitidos;
-Cardinalidade;
-Tipos de
relacionamentos.
ElementoGeografico
-
*
faz_fronteira_com
+descrição: String
+area: Float
1
1
*
ponto_inicio
*
Conexão
+descrição: String
ponto_final
País
temEstados
+moeda: string
1
1
1
*
temCidades
1
1
Cidade
*
capital
capital_de
capital_de
capital
Estado
1
1
1
Capital
Ontologias
Criação ontologia geográfica em 7 passos

Passo 6:

Definir restrições das propriedades;
Inverso
Simétrico
capital
País
+moeda: string
Capital
+moeda: string
capital_de
*
faz_fronteira_com
Transitivo
ElementoGeografico
+descrição: String
+area: Float
País
1
1
1
1
*
ponto_inicio
ponto_final
*
Conexão
+descrição
Ontologias
Criação ontologia geográfica em 7 passos

Passo 7:

Instanciar as classes, criando a base de
conhecimento.
Roteiro



Introdução
Ontologias
Web Semântica
Web Semântica
Introdução


Evolução da Web atual;
Definição W3C:


É a idéia de se ter dados na web definidos e
ligados de maneira tal que possam ser usados
por máquinas não só com o objetivo de
apresentação, mas para automação, integração
e reuso de dados entre aplicações.
Idealizada por Tim Berners-Lee;
Web Semântica
Web Atual X Web Semântica
Recurso
Software
Link para
temManual
Link para
requer
Link para
Recurso
Recurso
requer
Recurso
Link para
Recurso
Documento
Link para
Biblioteca
Documento
Link para
Assunto
Link para
Recurso
Biblioteca
parteDe
baseadoEm
Recurso
Link para
Imagem
Recurso
Link para
Recurso
As s unto
Assunto
Tópico
Tópico
autor
Pessoa
Web Semântica
Camadas da proposta W3C
Berners Lee, T. et al., The Semantic Web. [2001]
Web Semântica
Camada Unicode - URI

UNICODE


Garante o uso padronizado do mesmo conjunto
de caracteres;
URI – Identificador Universal de Recursos


Provê uma forma unívoca de identificação e
localização de recursos;
Ex:


URL – documentos, imagens, músicas, etc;
E-mail – pessoas;
Web Semântica
Camada XML + XMLS

XML – Extensible Markup Language


escolhida como a linguagem de programação
para Web Semântica
Função:


Auto-descrição das informações (metadados)
Padronizar a publicação e troca de dados entre
aplicações Web
Web Semântica
Camada XML + XMLS

Metadados:


Auto-descrição das informações
5353123456785353?
Número do cartão
de crédito do João
da Silva
Web Semântica
Camada XML + XMLS

HTML
Metadados
Aparência



Marcadores de metadados insuficientes;
Não possui criação de novos marcadores;
Preocupação apenas com apresentação;
Web Semântica
Camada XML + XMLS

XML



Criação de marcadores;
Blocos endereçáveis;
Organização hierárquica;
Web Semântica
Camada XML + XMLS

XML Schema

Permite restrições sobre um documento:


Define os marcadores válidos;
Define regras de validade para o conteúdo de
cada bloco:



O marcador <reunião> deve conter
 Exatamente um marcador <local>;
 2 ou mais marcadores <pessoa>;
O marcador <pessoa> deve conter
 Exatamente um marcador <nome>
Define uma estrutura de dados
Web Semântica
Camada XML + XMLS
HTML
XMLS
XML
Web Semântica
Camada RDF – Sentido por conexão


Temos sintaxe, mas não semântica;
Sentido:


O sentido se estabelece através de relações
entre as coisas;
Só podemos definir formalmente o sentido de
uma palavra com outras palavras;
Web Semântica
Camada RDF

RDF – Resource Description Framework



É um modelo de dados para referenciar objetos
e como eles estão relacionados;
Representado usando a sintaxe XML;
Descreve os recursos através de declarações;
Web Semântica
Camada RDF

Declarações são
triplas(sujeito,predicado,objeto):

Recurso tem propriedades que têm valores;
Recurso
Propriedade
Declaração
Valor
Web Semântica
Camada RDF

Declarações RDF podem ser vistas como
grafos direcionados e rotulados:
http://www.paleo.org/dinos.html
editora
título
autor
Vida dos Dinossauros
[email protected]
http://www.edissauros.com.br
Web Semântica
Camada RDF

Descrição RDF:
<?xml version="1.0"?>
<rdf:RDF 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://www.paleo.org/dinos.html">
<dc:title> Vida dos Dinossauros </dc:title>
<dc:creator rdf:resource=“mailto:[email protected]"/>
<dc:publisher rdf:resource="http://www.edissauros.com.br"/>
</rdf:Description>
</rdf:RDF>
Web Semântica
Camada RDFS

RDF Schema:


Criação de um modelo para recursos de
determinada categoria;
Utiliza o conceito de classes da OO;
Web Semântica
Camada RDFS

Classe RDFS:
<?xml version="1.0"?>
<rdf:RDF
xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#">
<rdfs:Class rdf:ID="Livro">
</rdfs:Class>
<rdfs:Property rdf:ID="Titulo">
<rdfs:domain rdf:resource=”#Livro”/>
<rdfs:range rdf:resource=”http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Literal”/>
</rdfs:Property>
<rdfs:Property rdf:ID="Autor">
<rdfs:domain rdf:resource=”#Livro”/>
<rdfs:range rdf:resource=”http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Literal”/>
</rdfs:Property>
</rdf:RDF>
Web Semântica
Camada RDFS

RDFS não fornece detalhes suficientes
para descrever recursos:


Não possuiu restrições de existência ou
cardinalidade.
Não possui propriedades transitivas, inversas
ou simétricas.
Web Semântica
Camada Ontologia

Adiciona mais vocabulário para descrever
propriedades e classes:





Relações entre classes;
Cardinalidade;
Igualdade;
Tipagem mais rica de propriedades;
Caracteristicas de propriedades;
Web Semântica
Camada Ontologia

OWL – Web Ontology Language
Web Semântica
Camadas Lógica, Prova e Validação

Ainda não tomaram corpo:



Lógica: especificação de regras que atuam sobre
instâncias e recursos;
Prova: executa as regras da camada lógica
(mecanismos de inferência);
Validação: avalia se a prova está correta ou não
(verificação de autenticidade e resolução de
contradições).
Web Semântica
Conclusão

A WS é uma tentativa ambiciosa de construir uma
estrutura complexa que permita que os computadores
nos auxiliem na manipulação da informação;

Esforço na produção de metadados;

Padronização de vocabulários;

Massa crítica;

Formalismos complexos (demanda para boas
ferramentas);
Web Semântica
Referências



Freitas, Frederico Luiz Gonçalves: Ontologias e a Web Semântica. Acessado
em 20/08/2006. Disponível em http://www.das.ufsc.br/~gb/pg-ia/tuonto.doc.
Barreau, Guillaume: Ferramentas de Web Semântica aplicadas à gestão de
conhecimento ligado ao linux. Acessado em 20/08/2006. Disponível em
http://www.uefs.br/erbase2004/documentos/erbase/erbase4_p11_guillaum
e_barreau.pdf#search=%22%22guillaume%20barreau%22%20web%20se
m%C3%A2ntica%22
W3C World Wide Web. Acessado em 20/08/2006. Postal disponível em
www.w3c.org.