Inteligencia Artificial II. Razonamiento con ontologías

Transcripción

1 Inteligencia Artificial II Curso Trabajo de curso Razonamiento con ontologías Antonio Jiménez Mavillard Enunciado Una ontología es una representación formal de un determinado dominio o área de conocimiento. Esta representación consiste en la extracción de los conceptos más importantes del dominio y de las relaciones que se dan entre ellos, creándose una estructura de conceptos relacionados que proporciona un vocabulario común para el conocimiento modelado por la ontología y constituye una importante forma de compartir información. Formalmente, una ontología está formada por: Clases. Son los conceptos del dominio. Propiedades. Pueden ser de dos tipos: Relaciones: enlaza dos clases de la ontología. Atributos: son las características propias de una clase. Individuos. Son las instancias concretas de una clase. Axiomas. Son restricciones impuestas a los elementos de la ontología. Una de las características más importantes de una ontología es la organización jerárquica de sus clases, estableciéndose la relación clase subclase (o superclaseclase). Por ejemplo, si nos movemos en el dominio de los animales, podemos tener la clase animal y dos subclases de ésta: ave y mamífero. Un individuo que pertenezca a una clase hereda todas las propiedades de su superclase (y, por transitividad, todas las propiedades de sus superclases hasta llegar a la clase más general). Así, si un animal tiene la propiedades de ser un ser vivo, cualquier ave, por ser animal, también será un ser vivo. 1

2 Las relaciones unen dos clases cualesquiera de la ontología. Si nos movemos en el dominio de los seres vivos, podríamos tener definida la clase vegetal, la clase animal anterior (con sus subclases) y la clase hervíboro, subclase de mamífero. La relación come se establece entre las clases hervíboro y vegetal con el significado un hervíboro como vegetales. Un posible atributo para animal sería número de patas. Observamos como la clase animal no se relaciona con ninguna otra mediante esta propiedad. El número de patas es una característica propia de cada animal. Ejemplos de instancias para las clases anteriores son Rasca y Pica (para mamífero), Dolly (para hervíboro), Piolín (para ave), etc. Ilustración 1: Ejemplo de ontología 2

3 Otra de las características más importantes de una ontología es su manera de codificar la información relativa a sus individuos. Los valores de las propiedades se concretan mediante ternas de la forma sujeto predicado objeto, donde el predicado es una propiedad, el sujeto es una instancia del dominio y el objeto es un valor del rango. Ya hemos visto dos ejemplos de estas ternas: Dolly come hierba Pica número de patas 4 Para que el conocimiento modelado por una ontología sea útil, ésta debe estar correctamente formada y no presentar inconsistencias. A continuación, se comentan algunas de las condiciones que tiene que cumplir una ontología consistente: Los recursos son únicos. No se pueden definir recursos distintos con el mismo nombre. Una clase sólo puede tener, a lo sumo, una superclase (herencia simple). El dominio de una propiedad tiene que ser una clase de la ontología. El rango de una relación tiene que ser una clase de la ontología. El rango de un atributo tiene que ser un tipo básico: integer, string, etc. Se utilizará la expresión tipo basico para definir el rango de los atributos como un tipo genérico. El rango de un atributo puede tomar cualquier valor que no sea un recurso de la ontología. Un individuo sólo puede ser instancia de una clase (sin contar las superclases). Una propiedad sólo se puede aplicar a un individuo si éste es instancia del dominio de la propiedad o si el dominio es alguna superclase de la instancia. Una relación sólo puede tener como valor un individuo que sea instancia del rango o éste sea alguna de las superclases del individuo. Tienen que cumplirse todos los axiomas. Las reglas de restricción o axiomas son condiciones que deben cumplir los elementos de la ontología, impuestas por el propio diseñador. Ejemplos de axiomas (informales) son: para todas las instancias de la clase mamífero se cumple que número de patas 2 si tenemos que x e y son instancias de animal, x vive en z y x come y, entonces y vive en z. Los axiomas que usaremos en este trabajo tendrán la forma de una regla 3

4 PROLOG (una conjunción de condiciones y una implicación) con una sintaxis especial: x 1 relación 1 y 1 &... & x n relación n y n > x n+1 relación n+1 y n+1 ax. x i relación i y i representa una terna que enlaza dos instancias de la ontología mediante una relación. & representa la conjunción y su uso es obligatorio. > representa la implicación y su uso es obligatorio. ax representa que la expresión que la precede es un axioma y su uso es obligatorio. No es necesario hacer el explícito el tipo de las variables. Se presupone a partir de las relaciones en las que participan. Trabajo a realizar Utilizar el lenguaje PROLOG para resolver los siguientes apartados: 1. Diseñar una ontología. a) Elegir una representación adecuada para definir los recursos (clases, propiedades e individuos) de la ontología. Incluir la clase cosa como la más general. Esta clase no será instanciada. b) Definir la estructura jerárquica de las clases, las instancias y las propiedades, indicando su dominio y rango. c) Representar las ternas sujeto predicado objeto. Esta representación también es libre. d) Crear una ontología de ejemplo utilizando esta representación. Crear las clases, sus instancias, las propiedades y los axiomas. La ontología debe tener un tamaño pequeño, pero significativo. 2. Definir procedimientos para obtener conclusiones de la ontología. Como mínimo se deben poder realizar las siguientes acciones: a) Averiguar si una clase es subclase (directa y heredada) de otra. b) Obtener todas las subclases (directas y heredadas) de otra clase. c) Averiguar si una clase es superclase de otra. d) Obtener la superclase de otra clase. e) Obtener las superclases heredadas de otra clase. f) Obtener el dominio y el rango (directos o heredados) de una propiedad. 4

5 g) Obtener todas las propiedades de una clase (propiedades cuyo dominio es esa clase). h) Obtener todas las propiedades totales (propias y heredadas) de una clase. i) Averiguar si un individuo es instancia de una clase. j) Obtener todas las instancias (directas y heredadas) de una clase. k) Calcular el valor de una instancia para una propiedad. l) Calcular una instancia con un valor dado para una propiedad. m) A partir de una instancia, obtener todas sus propiedades y los valores para ellas. 3. Implementar la regla consistente( Lista_inconsistencias), que pregunta si una ontología es consistente y responde con una lista de las inconsistencias encontradas, donde cada elemento de la lista deber ser un par (elemento, mensaje_error). El elemento del par es un recurso de la ontología que presenta inconsistencia y el mensaje de error indica la causa. Por ejemplo:? consistente(l). L = [dolly:'instancia definida mas de una vez'] ; No? Si la ontología es consistente, la lista devuelta deber ser la lista vacía. 4. Implementar un metaintérprete (conjunto de reglas en PROLOG) que sea capaz de procesar los axiomas y compruebe que se cumplen. Criterios de evaluación 1. Representación elegida. 2. Creación de una ontología que ejemplifique suficientemente todas las conclusiones que se pueden extraer de ella. 3. Definición del conjunto de axiomas. 4. Diseño del metaintérprete. 5. Estilo de programación en PROLOG. 6. Documentación del trabajo. 7. Conocimiento adquirido sobre el trabajo demostrado en la defensa. 5