Web Semântica
Fred Freitas
CIn - UFPE
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
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
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)
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??
Quero saber o que pesquisa
o Prof. Robin…
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>
O que está codificado na
<li> Computational Linguistics </li>
página dele não diz nada
<li> NLP </li>
a respeito do conteúdo!
<li> Hypertext Generation </li>
<li> Intelligent Databases </li>
<li> Logic Programming </li>
<li>Data Warehousing and OLAP</li>
</ul>
Os Engenhos de Busca se confundem…
Baixa precisão
Baixa Cobertura
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
Qual o significado dos Links?
Jacques Robin's
Research Students
PhD. students:
Franklin Ramalho
http://www.di.ufpe.br/~jr/students.html
Franklin Ramalho is a PhD student
in the Centro de Informática
at the Universidade Federal
de Pernambuco.
http://www.cin.ufpe.br/~fsr/
O significado dos links está relacionado a:
• O que há em torno
• Um contexto
Motivação: Perguntas que
podem ser respondidas (mas não são!)
?
„Quais são os competidores da
Audi no mercado em Recife ?“
Respostas:
Volvo
Motivação: Informações implícitas
1
A Audi vende carros de luxo em Recife.
&
2
A Volvo vende carros de luxo em Recife.
=
3
Audi e são competidores no
mercado de Recife.
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
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)
Camadas da Web Semântica
Dedução do Implícito
Semântica Explícita
Dados relacionais distrib.
Troca de dados
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
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
A camada XML
• HTML foi abstraída para XML
XML
– eXtensible Markup Language
• As etiquetas (tags) podem ser rotulados
• Dados ganham sintaxe, mas não significado:
<livraria>
<livro>
<titulo>O Lobo da Estepe</titulo>
<autor>Herman Hesse</autor>
<isbn>0836217462</isbn>
</livro>
</livraria>
• Etiquetas como “livro” e “autor” são intuitivas para nós
– Mas não para o computador: o que é “livro”? Quais as relações?
...
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>]>
Esquemas XML (XMLS)
XML
• 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
Web Semântica & XML
• XML organiza os dados em árvores e define sintaxe
• Mas só sintaxe não ajuda muito em B2B:
Empresa 1:
<Produto>
<tipo>Carro</tipo>
<Nome>Jaguar</Nome>
<Preco>300.000 R$</Preco>
</Produto>
XML
Empresa 2:
<Automovel>
<Nome>Jaguar XJ </Nome>
<Custo>100.000 US$ </Custo>
</Automovel>
Problemas:
XML não
provê semântica formal
Serve apenas
para colaboração
–Conflitos
de Nome previamente acertada,
com agentes e páginas num ambiente limitado
–Conflitos
de Valor
(comunidade
ou intranet)
.. Mas não
para páginas
a serem disponibilizadas
–Conflitos
de Estrutura
para quaisquer usuários na Internet
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
Exemplo de descrição em RDF
http://www.cin.ufpe.br
Jacques Robin
Professor
Creator
http://www.cin.ufpe.br/~jr
Sujeito (recurso) http://www.cin.ufpe.br/~jr
Predicado
Criador (“creator”)
(atributo)
Objeto
“Jacques Robin"
(valor)
02-05-2002
Date
Código em RDF
<rdf:RDF
xmlns:rdf=http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#
Meta-descrição
xmlns:dc=http://pur1.org/metadata/dublin_core#
>
<rdf:Description about= http://www.cin.ufpe.br/~jr>
<dc:Creator>Jacques Robin</dc:Creator>
<dc:Date>05-02-2002</dc:Date>
Descrição
<dc:Description>Personal home-page …</dc:Description>
<Professor rdf:resource=“http://www.cin.ufpe.br”/>
</rdf:Description>
</rdf:RDF>
RDF & RDF(S)
RDF+RDFSchema
• RDF
• 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
RDF & RDF(S)
RDF+RDFSchema
• RDF
• 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
Empregado
Pessoa
domain
responsavelPor
• RDF Schema
subClassOf
– Padroes (primitivas) de modelagem
Professor
subproperty
orienta
• class, subclassof, type
• property, subpropertyof (hierarquias
de propriedade)
type
orienta
• domain, range (domínio e imagem)
Fred
•
Motores de inferência: TRIPLE e Sesame
range
Aluno
type
Tercio
Avaliação de RDF & RDF(S)
• Com RDF(S) é possível :
RDF+RDFSchema
– 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
• ...
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
Definições de ontologia
Ontologias
• Ontologia: Especificação de uma conceitualização
[Gruber 91]
• Hierarquia de conceitos (classes) com suas relações,
restrições, axiomas e terminologia associada
[é-um 777]
777
Ont. de Meios de Transporte
Trem
Meu agente
Avião
Transporte Carreira
Barco
Caça
Agente da
Cia. Aérea
Avião
[Huhns & Singh 97]
Id
Modelo
Xy
777
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
Ontologia Ciência
Ontologias
Relações na Ontologia Ciência
A linguagem OWL
Ontologias
• 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
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
Ontologias
Igualdade
x:email
Declaração
de propriedades
x:Human
x:Person
rdfs:domain
rdfs:Class
rdfs:range
x:Human
x:supervises
x:Person
rdfs:range
igualdade
sub-classe
desigualdade
instância
x:Human
x:PhD-Student
x:Professor
x:Fred
rdfs:range
rdfs:domain
x:advises
Declaração
de classes
x:Person
rdf:Literal
Ontologias
RDF
x:Tercio
x:Rafael
Igualdade
instance(Human)
Advises( Fred, ??)
x:email
Declaração
deFred,
propriedades
Tercio,
Tercio Rafael
Declaração
de classes
rdfs:range
rdfs:domain
x:Human
rdf:Literal
rdfs:range
x:advises
x:email
x:supervises
x:isSupervisedBy
rdfs:range
rdfs:domain
x:Person
rdfs:Class
x:Fred
x:Person
x:Human
x:supervises
igualdade
x:email
x:Human
[email protected]
x:Person
x:Tercio
sub-classe
x:advises
[email protected]
desigualdade
instância
Ontologias
X:Rafael
RDF
x:PhD-Student
x:Professor
x:email
x:Fred
x:Tercio
x:Rafael
[email protected]
Igualdade
x:email
Declaração Conhecimento adicional
rdfs:domain
x:Human
de propriedades
•supervises e isSupervisedBy sao inversos
x:advises
rdf:Literal
rdfs:range
rdfs:range
x:Human
• cooperatesWith é simétrica
• Os tópicos de pesquisa de um Phd-Student sao um
subconjunto dos tópicos do Professor que o orienta
Declaração
de classes
x:email
x:supervises
x:isSupervisedBy
rdfs:range
rdfs:domain
x:Person
rdfs:Class
x:Fred
x:Person
x:supervises
igualdade
x:email
x:Human
[email protected]
x:Person
x:Tercio
sub-classe
x:advises
[email protected]
desigualdade
instância
Ontologias
X:Rafael
RDF
x:PhD-Student
x:Professor
x:email
x:Fred
x:Tercio
x:Rafael
[email protected]
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
Aplicações
• Gestão de Conhecimento
– 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
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
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
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, egov, e-learning...
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!
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
Próximas aulas
Ferramentas para Manipulação de Ontologias
Reusos de Ontologias
Colaboradores remotos
Escritores
Servidor / Editor de Ontologias
Editor
HTT
P
Leitores
Aplicações remotas
NGF
P
Bibl
NGF
P
Aplic.
GUI
Servidor
DB
Tradutores:
LOOM,IDL,CLIPS...
Aplicações stand-alone
Aplic.
Transferência de arquivos (Batch)
BC
KQM
L
Aos Interessados
• Tutorial “Ontologias e Web Semântica”
– Fred Freitas
– JAIA (Jornada de Atualização em IA), Congresso da
Sociedade Brasileira de Computação (SBC), Campinas, 28/agosto
• Tutorial “Ontologies: Representation, Engineering,
Learning & Applications”
– Prof. Dr. Rudi Studer, W3C
– 3rd IFIP Conference on E-Commerce, E-business and EGovernment (I3E), Casa Grande Hotel, Guarujá, 2124/setembro de 2003