Frame Logic:
uma linguagem lógica orientada a objetos
para construção e consultas dedutivas
de ontologias
Jacques Robin e Franklin Ramalho
CIn-UFPE
Frame Logic (F-Logic)
 Linguagem integrando 2 paradigmas:
 programação em lógica
 programação orientada a objetos
 em uma perspectiva de banco de dados
 Originada em uma pesquisa teórica sobre semântica
formal das linguagens orientado a objetos
 tanto de programação (Smalltalk)
 quanto de representação do conhecimento (Sistemas de frames)
 quanto de banco de dados (ODMG)
 Semântica formal declarativa baseada na lógica de Horn
da 1a ordem
Partes de um programa F-Logic
1. Declaração da hierarquia de classes e objetos
 extend de Java
 regras definindo um predicado sub em Prolog
2. Definição de objetos
 new de Java
 regras definindo um predicado is-a em Prolog
3. Declaração das assinaturas das classes
 tipagem dos atributos e métodos em Java
 premissas adicionais de tipagem de argumentos de predicados em Prolog
4. Declaração das regras de dedução entre atributos e métodos das
classes
 definições de métodos em Java
 a regras de dedução entre predicados em Prolog
5. Consultas lógicas sobre atributos de objetos
 consultas lógicas sobre predicados Prolog
Ontologia Especialista – um exemplo
acadêmico em F-logic (Flora)
Ontologia acadêmica:
hierarquia de conceitos
root[].
person :: root.
employee :: person.
academicstaff :: employee.
researcher :: academicstaff.
phdstudent :: researcher.
lecturer :: academicstaff.
administrativestaff :: employee.
secretary :: administrativestaff.
technicalstaff :: administrativestaff.
student :: person.
phdStudent :: student.
Ontologia acadêmica: restrições sobre
atributos dos conceitos
person[
photo =>> string,
firstname =>> string,
middleinitial =>> string,
lastname =>> string,
name =>> string,
address =>> string,
email =>> string,
phone =>> string,
fax =>> string,
publication =>> publication,
organizerorchairof =>> event,
memberOfPC =>> event,
editor =>> publication].
employee[
affiliation =>> organization,
worksatproject =>> project,
headOf =>> project,
headOfgroup =>>
researchgroup].
academicstaff[
supervises =>> phdstudent].
researcher[
researchinterest =>> researchtopic,
memberof =>> researchGroup,
cooperateswith =>> researcher].
secretary[
secretaryof =>> researchgroup].
student[studiesat =>> university].
phdstudent[
supervisor =>> academicstaff].
Ontologia acadêmica: instâncias
jacquesrobin:lecturer[
name ->> 'Jacques Robin',
firstname ->> 'Jacques',
lastname ->> 'Robin',
affiliation ->> ufpe,
worksatproject =>> swaip].
franklinramalho:phdstudent[
name ->> 'Franklin de Souza Ramalho',
firstname ->> 'Franklin',
lastname ->> 'Ramalho',
address ->> 'Joao Francisco Lisboa, 121, bl-20, apto 304
varzea, Recife PE, Brazil',
email ->> '[email protected]',
phone ->> 34535677,
publication ->> {ir2001, tese2000},
studiesat ->> ufpe,
supervisor->>jacquesrobin].
Ontologia acadêmica: consultas
X:lecturer,X[name->>'Jacques Robin'],Y:phdstudent,Y[supervisor->>X].
X = jacquesrobin
Y = franklinramalho
flora2 ?- franklinramalho[publication->>X].
X = ir2001
X = tese2000
flora2 ?- X:phdstudent.
X = franklinramalho
Ontologia acadêmica:
regras e consultas dedutivas
Y:academicstaff[supervises->>X] :- X:phdstudent[supervisor->>Y].
jacquesrobin:lecturer[
name ->> 'Jacques Robin',
firstname ->> 'Jacques',
lastname ->> 'Robin',
affiliation ->> ufpe,
worksatproject ->> swaip
supervises->> franklinramalho].
Consulta :
X:lecturer[name->>'Jacques Robin', supervises->>Y].
X = jacquesrobin
Y = franklinramalho
F-Logic: generalização de vários formalismos
de BD, IA e programação
F-Logic
Modelo
de Dados
Dedutivo:
Datalog
Modelo
de Dados
Relacional:
SQL´92
Representação
de Conhecimento
com Objetos
e Lógica:
Modelo
de Dados
ObjetoRelacional:
Lógicas
Descritivas
SQL’99
Modelo
de Dados
Orientado
a Objetos:
OQL
Programação
Orientada
a Objeto:
Java
Representação
de Conhecimento
com Objetos:
Frames,
Redes Semânticas
Representação
de Conhecimento
com Lógica:
Provadores
de Teorema
Programação
em Lógica:
Prolog
Representação
de Conhecimento
com Regras:
Sistemas
de Produção,
Shell de
Sistemas
Especialistas
Programação com Linguagem Declarativa de Alto-Nível:
• IA e programação funcional, filosofia RUDE
+ prototipagem rápido (desenvolvimento em espiral)
+ especificação = implementação
- robustez
- escalabilidade, reusabilidade, desenvolvimento distribuído
- metodologia completa desde requisitos até teste
- formalismos e CASE não divulgados no mainstream
Engenharia
de Ontologias
Metodologias OO:
+ filosofia RUP
+ metodologia completa desde requisitos até teste
+ escalabilidade, reusabilidade,
desenvolvimento distribuído
+ formalismos e CASE divulgados no mainstream
- impedance mismatch entre especificação
e implementação para parte comportamental
- prototipagem lento
- robustez (sem semântica)
F-Logic e
Engenharia de
Ontologias
Métodos Formais:
• filosofia SPIV
+ robustez
+ metodologia completa
desde requisitos até teste
- prototipagem lentíssimo
-impedance mismatch entre
especificação e implementação
- escalabilidade
- desenvolvimento distribuído
- formalismos e CASE
não divulgados no mainstream
F-Logic e
Engenharia de
Ontologias
Outras vantagens:
 Máquinas de inferência built-in
para dedução, abdução e indução
 Programação Automática
Estrutural e Comportamental
a partir de:
 modelos UML
Projeto SWAIP
 exemplos de entrada/saída
 Projeto Cigolf (Aprendizagem)
Programação com Linguagem
Declarativa de Alto-Nível:
+ prototipagem rápido (desenvolvimento em espiral)
+ especificação = implementação
Programação em Lógica
Orientada a Objetos
em F-Logic
Métodos Formais:
+ robustez
Metodologias OO:
+ metodologia completa desde requisitos até teste
+ escalabilidade, reusabilidade,
desenvolvimento distribuído
+ formalismos e CASE divulgados no mainstream
Aplicações de F-Logic
 Engenharia de software:
 especificação formal executável orientada a objetos
 Inteligência artificial:
 representação do conhecimento por meio de regras e hierarquias
conceituais
 Banco de dados:
 BD dedutivas orientada a objetos
 integração de dados
 integração de codificações
 integração de esquemas
 integração de BD com modelos de dados diferentes
 Web semântica:
 Agentes inteligentes de processamento de informação na web
 Dedução automática sobre documentos, objetos e dados na web
Implementações de F-Logic
 Flora:
 F-Logic + HiLog + Transaction
Logic
 Compilador F-Logic para XSB
Prolog implementado em Prolog
 APIs para Java, C, OBDC, Oracle7,
XML
 Domínio público, open source
 Stony Brook University, New York
 LoPiX:
 F-Logic + XPath + XML
 Implementado em C++, no entanto
sem API C++
 Domínio público, executável
 University of Freiburg, Alemanha
 SiRLI:
 F-Logic com extensões lógicas
(quantificadores existenciais,
conectivas)
 Implementado em Java
 Comercial, ontoprise.com
 TRIPLE




F-Logic + RDF
Compilador para Flora
Domínio público
Stanford/DFKI
 Floracle
 F-Logic + HiLog + Transaction
Logic
 Compilador para Oracle9i
 Em desenvolvimento no CIn 
Elementos de um programa F-Logic
 Identificadores de objetos (OID)
 Átomos-F:
 declarações de relações superclasse::subclasse e classe:instância
 declarações do valor de um atributo/método de um objeto/classe
 declarações de restrições de tipo de um atributo/método de um
objeto/classe
 Conjuntos em extensão parcial {...,...}
 Molécula-F:
 agregação de vários átomos-F em uma única expressão
 apenas uma abreviação sintática
 Átomos-P:
 variação sintática para compatibilidade com Prolog
 Termo: Átomo-P ou Molécula F
 Cláusula lógicas (regras): termo0 :- termo1, ..., termoN.
 Consultas: cláusula sem conclusão
Identificadores de objetos (OID)
e variáveis lógicas
 Identificadores de objetos: constantes simbólicas
 Seguindo convenção de programação em lógica:
 constantes começam com letra minúscula e contém nenhum
caracter especial além de _
 variáveis lógicas começam com letra maiúscula ou _, e podem
conter caracteres especiais
 Exemplos:
 OID: o1, o2, isaac, newton, isaacNewton
 Variáveis lógicas: X, Method, _42
 Símbolos funcionais permitem criar:
 identificadores de objetos compostos, ex, son(jacob)
Átomos-F: hierarquia de classes e objetos
 A hierarquia conceitual de classe e objetos é declarada
por átomos-F da forma:
 subclass::superclass, ou
 objeto:classe
 ou seja
 OIDdeObjetoComoClass :: OIDdeObjetoComoClass, e
 OIDdeObjetoComoObjeto : IODdeObjetoComoClass
 Em F-Logic classes são também objetos
Átomos-F: atributos e métodos
 F-Logic não faz a distinção entre atributos e métodos:
ambos são declarados em átomos-F da forma:
 objectID[methodName - returnValue] para métodos
(atributos) mono-valorados
 objectID[methodName - {returnValueSet}] para
métodos (atributos) multi-valorados
 { } é o operador de agregação em conjunto do F-Logic
 Exemplos:
 o átomo-F isaac[father - abraham] define o valor do
método mono-valorado father do objeto issac
 o átomo-F abraham[son - {isaac,ismael}] define dois
valores possíveis para método multi-valorado son do objeto
abraham
 A semântica dos métodos multivalorados é a inclusão de
conjuntos não a igualdade
Átomos-F: métodos parametrizados
 Métodos parametrizados são declarados em átomos-F da
forma:
 objectID[methodName@(ParameterList) -
returnValue], ou
 objectID[methodName@(ParameterList) -
returnValue]
 Exemplo:
 o átomo-F jacob[son@(rachel) - {joseph, benjamin}]
especifica que os objetos joseph e benjamin são dois valores
possíveis para o método son do objeto jacob parametrizado pelo
objeto rachel
 Um parâmetro pode ser um oid ou uma variável lógica
Átomos-F: assinaturas de classes e
restrições de tipos dos métodos
 Restrições de tipos sobre os valores de métodos de classes
são especificadas com átomos-F da forma:
 className[methodName  className]
 className[methodName@(parameterList)  className]
 className[methodName  className], ou
 className[methodName@(parameterList)  className]
 Exemplos:
 person[father  man].
 man[daughter@(woman)  woman].
Variáveis lógica em átomos-F
 Variáveis lógicas podem aparecer em qualquer posição de
um átomo-F:
 posição de nome de classe, C::thing.
 posição de nome de objeto, X[son@(rachel) - joseph],
O:C.
 posição de método, jacob[M@(rachel) - joseph],
 posição de parâmetro de método, jacob[son@(Y) - joseph],
 posição de valor de método, jacob[son@(rachel  Z).
 Uso simultâneo de variáveis lógicas em várias posições
permite meta-programação e consultas a meta-dados
 ex, O[M@(P) - V]
Moléculas-F
 Várias átomos-F podem ser agregados e aninhados em
especificações concisas
 Propriedades conjuntivas são agregadas dentro de []
separadas por ;
 Propriedades disjuntivas são agregadas dentro de {}
separadas por ,
 () são usadas resolver ambigüidade devido ao
aninhamento
 Exemplo:
 isaac[father - abraham:man[son@(hagar:woman)- ismael];

mother - sarah:woman].
 Agregada:
 isaac[father - abraham]. abraham:man. hagar: woman.
 abraham[son@(hagar) - ismael]. isaac[mother - sarah].
 sarah:woman.
Átomos-P e moléculas-P
 Predicados da programação em lógica pura (Prolog)
podem aparecer em programas F-Logic chamados de
átomos-P
 Átomos-P permitem:
 integração com de programas F-Logic com programas Prolog
 modelagem alternativa
 Moléculas-F podem ser aninhadas dentro de átomos-F
formando moléculas-P:
 married(isaac[father - abraham], rebekah:woman).
 Átomos-P e moléculas-P não podem ser aninhadas em
moléculas-F
Modelagens alternativas
com átomos-P e moléculas-F
Modelagem orientado a relações
com átomos-P:
Modelagem orientado a objetos
com átomos-F:
married(isaac,rebekah).
male(jacob).
sonOf(isaac,rebekah,jacob).
isaac[married_to - rebekah].
jacob:man.
isaac[son@(rebekah) - jacob].
Cláusulas, fatos, regras e programas F-Logic
 Cláusulas F-Logic podem ser:
 uma molécula-F
 uma molécula-P
 uma regras com uma molécula (F ou P) em conclusão e uma
conjunção de moléculas (F ou P) como premissas
 Regras F-Logic são da forma:
 headMolecule :- bodyMolecule1, ..., bodyMoleculeN.
 Fatos F-Logic extendem fatos Prolog com moléculas-F
 Regras F-Logic extendem regras Prolog com moléculas-F
na conclusão ou nas premissas
 Regras F-Logic implementam corpo dos métodos das
classes e objetos
 Um programas F-Logic é uma conjunção (implícita) de
cláusulas F-Logic
Consultas e expressões de caminhos
 Uma consulta F-Logic é uma regra F-Logic sem conclusão,
ou seja, uma conjunção de moléculas (F ou P)
 Consultas e premissas das regras podem conter
expressões de caminhos usando self (this em Java) e o
. da orientação a objetos
 Integradas com variáveis lógicas, expressões de
caminhos permitem especificar consultas complexas com
muita concisão
 .. é usado para caminhar sobre métodos multivalorados
em grafos de objetos
 ! e !! são usados para caminhar sobre métodos herdáveis
em grafos de objetos
Consultas e expressões de caminhos:
exemplos
Consulta F-Logic sem caminho de
expressão:
?- isaac[father  Y],
Y[father  X].
Consulta O2SQL:
SELECT X
FROM X IN manager
FROM Y IN X.vehicles
WHERE Y.color = red
AND Y.producedBy.city = detroit
AND Y.producedBy.president = X
Consultas F-Logic com caminho de
expressão:
?- isaac.father[father  X].
?- X:manager..vehicles[color  red]
.producedBy[city  detroit;
president  X].
Herança
 Ambos valores de métodos (objetos) e restrições de
tipos sobre valores de métodos (classes) são herdadas de
uma classes para suas subclasses se for declaradas da
forma:
 className[inheritableMethodName  objectID],
 className[inheritableMethodName  objectID],
 className[inheritableMethodName  className], ou
 className[inheritableMethodName  className].
 F-Logic permite:
 sobrescrita de valor herdada
 herança múltipla
 sobrecarga de métodos
Herança: exemplo
gray:color.
white:color.
elephant[color  color].
elephant[color  gray].
royalElephant :: elephant.
royalElephant[color  white].
clyde : elephant.
dumbo : royalElephant.
?- clyde[color  C].
C = gray.
?- dumbo[color  C].
C = white.
?- royalElephant[color  C].
C = white
?-
Exemplo introdutório: um BD acadêmico
Esquema: hierarquia de classes
empreg::pessoa. prof::empreg. assist::empreg.
Esquema: assinatura de classes
depto[nome => string; empregs =>> empreg;
chefe => prof].
pessoa[nome => string; nasc => data; idade => int].
empreg[depto => depto; salario => int].
publi[nome => string, autores =>> {assist,prof}].
prof[publi =>> publi; titulação *-> PhD;
salario -> 50000].
assist[publi =>> publi].
data[ano=>int; mes=>int; dia=>int].
Esquema: regras dedutivas
X:pessoa[idade -> I] :- I >= 0, I <= 130.
meiaIdade(P) :- P:prof.
meiaIdade(P) :- P.idade >= 30, P.idade <= 60.
X:[jointPubli@Y->> P] :- X:{prof,assist},
Y:{prof,assist}, X[publi ->> P], Y[publi ->>P].
E[chefe->C] :- E:empreg, D:depto,
E[depto -> D[chefe -> C:empreg].
D:data :- ...
Dados
bob:prof[nome -> “Bob”;
nasc -> data[ano => 1960;
mes => 01; dia => 02];
depto -> di, publi ->> {jacm,cacm}].
mary:prof[nome -> “mary”; titulacao -> mestre
depto => di, publi ->> {jacm,cacm}].
phil:assist[nome -> “Phil”, depto => di,
publi ->> {cacm}].
john:assist[nome -> “John”, depto => di,
publi ->> {jacm}].
sally:assist[nome -> “Sally”, depto => di,
publi ->> {jacm}].
jacm:publi[nome -> “JACM”;
autores ->> {bob, mary, john, sally}].
cacm:publi[nome -> “CAC”,
autores ->> {bob, mary, phil}].
Consultas
?- meiaIdade(E), E:empreg[depto -> di[chefe -> E]].
E = bob.
?- mary[jointPubli@E ->> jacm].
E = bob, E = john, E = sally
F-Logic como linguagem lógica
Serviços de dedução:
 Fundamentação em uma teoria da prova completa e correta
 Motor de inferência para regras dedutivas com:
 referências a objetos nas premissas e conclusões
 sintaxe de ordem superior
 semântica da 1a ordem
 unificação de descrições parciais de objetos
F-Logic como linguagens de consulta e
manipulação de BD
Serviços fornecidos:
 Construtores de conjuntos com
semântica de inclusão
 Operadores de agregação
 Consultas devolvem todas as
respostas de uma vez
 Consultas uniforme dos dados e
dos metadados (esquema)
Serviços não fornecidos:
 Atualizações declarativas
 Persistência
 Gerenciamento de grandes
conjuntos de dados
 Gerenciamento de memória
secundária
 Gerenciamento de transações
F-Logic como linguagem orientada a objetos:
serviços fornecidos
Serviços fornecidos:
 Identificação única, inclusive
funcionais
 Construtores de estruturas
complexas ortogonais e extensíveis
 Hierarquia de classes (esquema)
com herança múltipla de estado e
comportamento
 Estado inicial e comportamento
default
 Sobrescrita, sobrecarga e ligação
dinâmica
 Restrições de tipos
Serviços parcialmente fornecidos:
 Completude computacional
dependentemente da
implementação
 Verificação e inferência de tipos
indiretamente via regras de ordem
superior
Serviços não fornecidos:
 Encapsulamento
 Acesso completo a recursos
 Gerenciamento de versões
F-Logic como linguagem orientada a objetos:
características
 Tudo é um objeto:






objetos
classes
atributos
valores
métodos
regras
 Não há distinção entre
atributos e métodos
 Variável lógica pode aparecer
em qualquer posição:






objetos
classes
atributos
valores
métodos
regras