Ontologías ECSDI. Curso 2017/2018. ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
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1 Ontologías ECSDI CS-FIB-UPC cbea Curso 2017/2018 ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
2 Índice 1 Introducción 2 Ontologias 3 Proyectos de Ontologías 4 Elementos de un ontología ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
3 Introducción 1 Introducción 2 Ontologias 3 Proyectos de Ontologías 4 Elementos de un ontología ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
4 Introducción Representación del conocimiento - SOA/Agentes Qué buscamos con una mejor descripción de los servicios? Poder trabajar a un mayor nivel de abstracción Permitir una mejor comunicación entre los servicios (interoperabilidad) Permitir el descubrimiento de servicios (no prefijar con quien nos comunicaremos) Permitir una combinación de servicios a partir de una descripción de objetivos Queremos pasar de servicios web a servicios web semánticos ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
5 Introducción Representación del conocimiento - SOA/Agentes Persona A Persona B Meeting: Google Calendar? Localizar: GPS? FourSquare?... Plan transporte: Web BCN, Web TMB, Google Maps Plan en cuentro: de A a B? de B a A? ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
6 Introducción Representación del conocimiento - SOA/Agentes Conocimiento en los servicios: Localizaciones: Coordenada GPS, Dirección, Calle, Ruta,... Transporte: Medio de transporte, Parada,... Tiempo, Horario Parámetros de los servicios: Qué necesitan (coordenada, dirección, hora,... ) Qué proveen (ruta, parada, horario,... ) Cómo lo proveen (hh:mm:ss, 00 o N, 00 o O,... ) Estado en los servicios, Objetivos, Restricciones ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
7 Introducción Esquema de representación Un esquema de representación es un instrumento para codificar la realidad en un ordenador Un esquema de representación se compone de: Parte estática: Estructuras de datos/formalismos que permiten la codificación de un problema (lenguaje) Parte dinámica: Estructuras de datos que almacenan conocimiento referente a un problema en resolución y los procedimientos que manipulan estas estructuras de forma consistente para producir nuevo conocimiento (procedimientos de deducción) ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
8 Ontologias 1 Introducción 2 Ontologias 3 Proyectos de Ontologías 4 Elementos de un ontología ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
9 Ontologias Representación del conocimiento en SOA/Agentes Donde es necesaria? Tener una representación interna del estado que permita establecer relaciones más ricas entre sus elementos (herencia de propiedades, razonamiento) Representar el estado de otros servicios (estado común, razonamiento sobre otros) Permitir la comunicación con otros servicios más compleja que la llamada a un procedimiento Representar las interacciones entre servicios (organización/cooperación/negociación/delegación/acuerdos) ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
10 Ontologias Ontologías Las ontologías son un esquema de representación que permite esas capacidades Esquema general de representación (basado en lógica) Representación jerárquica del conocimiento Mecanismos complejos de razonamiento Lenguajes estandarizados (interoperabilidad) Acceso a fuentes de conocimiento ya formalizado ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
11 Ontologias Ontologías El objeto de la ciencia de la Ontología es el estudio de las categorías que existen en un dominio El resultado es lo que denominamos una ontología Una ontología es un catálogo de los tipos de cosas que asumimos que existen en un dominio D desde la perspectiva de alguien que usa un lenguaje L con el propósito de hablar de D Los elementos de una ontología representan predicados, constantes, conceptos y relaciones pertenecientes a un lenguaje L cuando se usa para comunicar información sobre D Una ontología es pues un vocabulario ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
12 Ontologias Ontologías - Tiempo ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
13 Ontologias Ontologías - Motivación Separan el conocimiento del dominio del conocimiento operacional Permite independizar las técnicas y algoritmos para solucionar un problema del conocimiento concreto del problema Hacen que nuestras suposiciones sobre el dominio se hagan explicitas Facilita replantearse las suposiciones sobre el dominio y ayuda a que otros puedan entender su descripción cubo(x)? ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
14 Ontologias Ontologías - Motivación Permiten analizar el conocimiento del dominio Una vez tenemos una especificación del conocimiento podemos analizarlo utilizando métodos formales (para comprobar si es correcto, completo,...) Permiten compartir la interpretación de la estructura de la información entre personas/agentes El establecer una ontología sobre un dominio permite que dos agentes puedan entenderse sin ambigüedad y sepan a que se refieren Permiten reusar el conocimiento Hacer una descripción de un dominio permite que esta pueda ser usada por otras aplicaciones que necesiten tratar con ese conocimiento ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
15 Ontologias Tipos de ontologías Thing Upper Ontologies (Con. genérico común) Procesos Middle Ontologies (Conocimiento trans-dominio) Procesos Industriales Procesos Biológicos Lower Ontologies (Dominios individuales) Procesos Petro Procesos Químicos Siderúrgicos Lowest Ontologies (Sub-dominios) Fracking. ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
16 Ontologias Tipos de ontologías De dominio: Describen los objetos, relaciones y propiedades que existen en un área de conocimiento específica (ej: Biología, medicina,... ) De tarea: Describen las acciones, objetos, propiedades, relaciones y modificadores que se pueden usar en la resolución de un problema (ej: Juego del ajedrez, reparación de un coche,... ) Ask&Tell: Restricción de una ontología para la comunicación entre entidades ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
17 Proyectos de Ontologías 1 Introducción 2 Ontologias 3 Proyectos de Ontologías 4 Elementos de un ontología ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
18 Proyectos de Ontologías Proyectos de ontologías El disponer de representaciones reusables de conocimiento y grandes corpus de información común ha llevado a diferentes proyectos de construcción de ontologías Tres tipos de proyectos: Ontologías generales sobre las que desarrollar ontologías de dominio (upper ontologies) Ontologías enciclopédicas que pretenden representar una gran parte del conocimiento humano Ontologías de dominio que representan conocimiento en un ámbito especializado ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
19 Proyectos de Ontologías CYC (1985)/OpenCYC (2003-) Ejemplo de ontología enciclopédica Objetivo: Formalizar conocimiento de sentido común Cientos de miles de conceptos, millones de aserciones sobre los conceptos Definida en diferentes lenguajes de ontologia Referenciado a otros corpus de conocimiento (e.g.: dbpedia) Subconjuntos especializados (micro teorías) sw.opencyc.org ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
20 Proyectos de Ontologías CyC/opencyc ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
21 Proyectos de Ontologías WORDNET (1990-) Ejemplo de ontología enciclopédica orientada a una aplicación concreta Ontología léxica (Organizado según categorías semánticas, etiquetado con categorías sintácticas) palabras, significados Redes semánticas Inicialmente para inglés, ahora para muchos idiomas ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
22 Proyectos de Ontologías Upper Ontologies La dificultad de organizar el conocimiento al máximo nivel de abstracción hace que sea difícil acordar una única ontología de nivel superior Generalized Upper Model (250 conceptos) Upper Mapping and Binding Exchange Layer (UMBEL) (3 clases, 38 propiedades) Unified Foundation Ontology (UFO) Descriptive Ontology for Linguistic and Cognitive Engineering (DOLCE) PROTo ONtology (PROTON)... Las ontologías enciclopédicas incluyen también su propia upper ontology (p.ej.: Cyc) ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
23 Proyectos de Ontologías Ontologías de dominio Médicas Unified Medical Language System (UMLS) Medical Subject Headings (MeSH) Ontology for Biomedical Investigations (OBI) Empresariales TOronto Virtual Enterprise (TOVE) Extensible Business Reporting Language (XBRl) ebxml Bibliográficas... Dublin Core (DC) Simple Knowledge Organization System (SKOS) ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
24 Elementos de un ontología 1 Introducción 2 Ontologias 3 Proyectos de Ontologías 4 Elementos de un ontología ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
25 Elementos de un ontología Componentes de una Ontología Una ontología será una descripción formal explicita de los conceptos (o clases) de un dominio Los conceptos se describirán a partir de propiedades que representarán los atributos, características, relaciones y correspondencias entre los conceptos Relaciones: Composición de conceptos R : C 1 C 2 C n Padre_de : Persona Persona Funciones: Correspondencia entre conceptos F : C 1 C 2 C n C i precio billete : Destino Fecha Fecha Numero ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
26 Elementos de un ontología Componentes de una Ontología Adicionalmente estas propiedades tendrán restricciones que delimitan diferentes características que las definen (dominio, rango, cardinalidades,...) Las instancias serán elementos identificables que constituirán los individuos concretos que representa la ontología Los axiomas definen reglas de inferencia que consideramos ciertas para el dominio ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
27 Elementos de un ontología Fundamentos Lógicos Description Logics Para poder razonar sobre los elementos de las ontologias necesitamos definir una lógica adecuada La lógica de primer orden es demasiado expresiva para este propósito Description Logics permite razonar sobre clases, subclases, instancias y definiciones Es una restricción de lógica de primer orden con una visión conjuntista Está relacionada con la semántica de la orientación a objetos ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
28 Elementos de un ontología Razonamiento con Description Logics Existen algoritmos eficientes de razonamiento para ciertos subconjuntos de esta lógica Tipos de razonamiento: Satisfactibilidad de conceptos (Estudiante Persona) Subsumción (Estudiante Persona) Satisfactibilidad (Estudiante. = Persona) Prueba de instancias (Estudiante(juan)) Recuperación ( Quien es estudiante?) Realización ( Que es juan?) ECSDI (CS-FIB-UPC cbea) Ontologías Curso 2017/ / 28
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