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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA
Ontologia e Protege
Fundamentos e aplicação
Luiz Amilton Pepplow
Disciplina EMC 6607 Sistemas Especialistas aplicados à Engenharia
Professor: Dr. Jonny Carlos Silva
Ontol
ogia
e Pro
tege
Objetivos
Apresentar conceitos e fundamentação para orientar os alunos como criar, desenvolver e utilizar ontologias.
Ontol
ogia
e Pro
tege
Seqüência de apresentação
Definição de ontologia.Por que usar e desenvolver Ontologias.Desenvolvimento de uma Ontologia.Apresentação do Protege.Criando ontologias com o Protege.
Definição de Ontologia
Uma ontologia é uma especificação formal explícita de uma conceitualizaçãocompartilhada.
Fensel (2001)
Definição de Ontologia
Uma ontologia é uma especificação formal explícita de uma conceitualizaçãocompartilhada. Fensel (2001)
Conceitualização refere-se a um modelo abstrato de algum fenômeno que
identifique conceitos relevantes desse fenômeno.
Definição de Ontologia
Uma ontologia é uma especificação formal explícita de uma conceitualizaçãocompartilhada. Fensel (2001)
Explícita: significa que os tipos de conceitos usados e as limitações do uso desses
conceitos devem ser definidos de forma explicita.
Definição de Ontologia
Uma ontologia é uma especificação formal explícita de uma conceitualizaçãocompartilhada.
Formal: refere-se que a ontologia deve ser passível de ser processada por uma
máquina.
Fensel (2001)
Definição de Ontologia
Uma ontologia é uma especificação formal explícita de uma conceitualizaçãocompartilhada. Fensel (2001)
Compartilhada: reflete a noção de que a ontologia captura um conceito consensual, isto é, esse conhecimento não deve ser restrito a alguns
indivíduos, mas aceito por um grupo de pessoas.
Definição de Ontologia
Uma ontologia é uma especificação formal explícita de uma conceitualizaçãocompartilhada. Fensel (2001)
Em resumo, uma ontologia deve ser explícita formal e descrever um
conhecimento comum a um grupo.
Ontol
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e Pro
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Definição de Ontologia
... uma ontologia deve ser explícita formal e descrever um conhecimento comum a
um grupo. Fensel (2001)
Termo - BATERIA
Ontol
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Definição de Ontologia
Visão VisãoDomínio
Ontol
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Definição de Ontologia
Diferentes visões do domínio
Ontol
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e Pro
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Ontologia
Uma ontologia é uma descrição explícita de um domínio:
conceitospropriedades e atributos de conceitosrestrições sobre propriedades e atributos
Uma ontologia define Um vocabulário comumUm entendimento compartilhado
Ontol
ogia
e Pro
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Taxonomia
Região Geográfica
Localização
Insetos
Invertebrados
Pessoas Macacos
Vertebrados
Animais
Seres Vivos
Mamão Laranja
Fruta
Objetos Físicos
Organização País
Entidades Sociais
Grupo de Pessoas
Grupos
Entidades
Ontol
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e Pro
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Taxonomia
Ontol
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e Pro
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Emprego de OntologiasOntologias
Filosofia (Aristóteles) “ONTOS” que significa SER e “LOGOS” - palavra CATEGORIASawa (1999) descreveu que “Ontologia é um catalogo de coisas”Computação - IA
Ontologias na Webtaxonomias para categorizar Web sites
por exemplo Yahoo! Categoriescategorizações de produtos para venda e suas características
por exemplo Amazon.com (catálogo de produtos)
Ontologias em padrões de terminologiaUnified Medical Language System (UMLS)
Ontol
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Construção de OntologiasDefinição de termos em um domínio e relações entre eles
Definição de conceitos de um domínio(classes)Estabelecer a hierarquia dos conceitos(subclass-super class hierarchy)Definição de atributos e propriedades (slots)de classes e restrições sobre seus valores Definição de Instâncias e preenchimento de valores dos slots
Ontol
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e Pro
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Objetivos da Ontologia
Para compartilhar o entendimento comum da estrutura de informação
entre pessoas ou agentes de software
Possibilitar reuso do conhecimento de um domínioIntroduzir padrões que permitam interoperabilidade
Tornar explícitas as suposições de domíniosAuxilia no entendimento e atualização de dados
Analisar diferentes domínios
Ontol
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Vantagens da Ontologia
Permutar informação entre diferentes gruposFornecer uma descrição adequada sobre um domínioMelhorar o entendimento de um domínioEvitar distorções cognitivasPermitir reuso de conceitos em domínios onde o reuso é importante
Ontol
ogia
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Ontologies
Software agents
Problem-solving
methods
Domain-independent applications
DatabasesDeclarestructure
Knowledgebases
Providedomain
description
Natalya F. Noy
Ontol
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Propostas de NoyNo tutorial sobre ontologias
determinescope
considerreuse
enumerateterms
defineclasses
defineproperties
defineconstraints
createinstances
determinescope
considerreuse
enumerateterms
defineclasses
considerreuse
enumerateterms
defineclasses
defineproperties
createinstances
defineclasses
defineproperties
defineconstraints
createinstances
defineclasses
considerreuse
defineproperties
defineconstraints
createinstances
Na realidade : como um processo interativo
Natalya F. Noy
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Desenvolvendo Ontologias“Ontology Development 101: A Guide to Creating Your First Ontology”
Determinar o domínio e escopo da ontologiaConsiderar reusoEnumerar termos importantesDefinir Classes e Hierarquia de ClassesDefinir Propriedades das Classes – SlotsRestrições para as PropriedadesCriar Instâncias
Noy and McGuinness
Ontol
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Desenvolvendo OntologiasDomínio e Escopo
Qual domínio a ontologia irá cobrir?
Qual a finalidade da utilização da ontologia?
Quais tipos de questões poderão ser respondidas pelas informações contidas na ontologia?
Noy and McGuinness
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Desenvolvendo OntologiasReuso de Ontologias
Por que reutilizar outras ontologias?Para minimizar esforços
Não “re-inventar a roda”
Para interagir com as ferramentas que utilizam outras ontologiasUtilizar ontologias que tenham sido validadas por outras aplicações que a utilizaram
Ontolingua ontology library(www.ksl.stanford.edu/software/ontolingua/)
Noy and McGuinness
Ontol
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Desenvolvendo OntologiasListar Termos Importantes
Quais são os termos necessários?Quais são as propriedades destes termos?O que nós gostaríamos de dizer sobre os termos?Para especificar e descrever os conceitos, nós podemos utilizar:
DicionáriosNossa conceitualização sobre os termos (inclusive a de especialistas)
Noy and McGuinness
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Desenvolvendo OntologiasListar Termos Importantes
Ontologia de motores elétricos
Tipo de carga, tensão de alimentação, ambiente de instalação, características da carga, tipo de partida do motor, temperatura ambiente, etc
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Sistemas de Classes
Pg 85 manual de referencia CLIPS9.2 PREDEFINED SYSTEM CLASSES
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Desenvolvendo OntologiasClasses e a Hierarquia
Uma classe é um conceito em um domínioclasse atmosfera ambienteclasse tensão do motorclasse método de partida do motor
Uma classe é uma coleção de elementos com propriedades similares
Instâncias de classesUm tipo de carga que o motor irá acionar
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Desenvolvendo Ontologias
Classes e a Hierarquia
Classes normalmente constituem uma hierarquia taxonômica (uma hierarquia subclasse-super classe)
Uma hierarquia de classes é usualmente uma hierarquia é-um
Uma instância de uma subclasse é uma instância de uma super classe
Ontol
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Desenvolvendo OntologiasClasses e a Hierarquia
Se uma classe é um conjunto de elementos, uma subclasse é um sub-conjunto
ExemplosMaçã é uma subclasse de Fruta
Toda maçã é uma fruta
Partida direta é uma subclasse de Partida de motorToda partida direta é um tipo de partida de motor
Chave de partida direta WEG é uma subclasse de partida direta
Toda Chave de partida direta WEG é uma partida direta
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Desenvolvendo OntologiasClasses e Hierarquia
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Desenvolvendo OntologiasPropriedades de Classes – Slots
Slots em uma definição de classes descrevem atributos de instâncias da classe e relações com outras classes
SLOTSSLOTS
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Desenvolvendo OntologiasPropriedades de Classes – Slots
Uma subclasse herda todos os slots da super classeSe um motor elétrico de indução tem uma frequência e uma tensão de alimentação, um motor trifásico tambémtem uma frequência e uma tensão de alimentação
Se uma classe tem múltiplas super classes, ela herda os slots de todas as super classes
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Desenvolvendo OntologiasDocumentação
Documentação é de fundamental importância!Classes e slots geralmente tem documentação
Descrevendo a classe na linguagem naturalListando suposições relevantes do domínio para a definição das classes
Documentação
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Desenvolvendo OntologiasRestrições
Restrições de propriedades (facets) descrevem ou limitam o conjunto de valores possíveis para um slot
O nome de um fator de correção é uma stringO fator de correção pode ser uma instância da Potência nominal do motor
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Desenvolvendo Ontologias
Instâncias
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Ferramentas e ambientes para o projeto de OntologiasOntoEdit
(http://ontoserver.aifb.uni-karlsruhe.de/ontoedit/)OilLed
(http://img.cs.man.ac.uk/oil)OntolinguaChimaera (for integration of ontologies)
Introdução ao Protégé-2000:Ferramenta gráfica para o desenvolvimento de ontologias
Suporte a modelos de conhecimento
Open-source e disponibilizado gratuitamente
(http://protege.stanford.edu)
Ontol
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Evolução do Protege
The Evolution of Protégé: An Environment for
Knowledge-Based Systems Development
Ontol
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Demonstração do Protege
Domínio de ConhecimentoEspecificação de motores elétricos de indução Escopo – motores de indução trifásicos
FinalidadeApresentar a especificação de motor elétrico a ser aplicado na construção de um equipamento mecânico, escolhido na fase de projeto.
Ontol
ogia
e Pro
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Demonstração do Protege
Quais questões poderão ser respondidas?Questões referentes a características envolvidas na especificação de motores elétricos de indução como: Qual o tipo de carga a ser acionada? (identifique o grupo de máquinas)O ambiente no qual o motor deverá operar pode ser descrito como agressivo?Qual o tipo de partida indicado para o motor?
Ontol
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Demonstração do Protege
Quais são os termos necessários?Quais são as propriedades destes termos?O que nós gostaríamos de dizer sobre os termos?
Ontol
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Ontol
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Queries
Pg 151 manual de referencia CLIPS
9.7 INSTANCE-SET QUERIES AND DISTRIBUTED ACTIONS
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Queries no Protege
Ontol
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Desenvolvendo Ontologias
Demonstração com o Editor de Ontologias
Protege 2000
Ontol
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Relatórios de saída
Formato HTMLFormato para CLIPS com definição de classes e instâncias
Ontol
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Ontol
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e Pro
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Ontol
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e Pro
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Ontol
ogia
e Pro
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ReferênciasGómez-Pérez, A. (1998). Knowledge sharing and reuse. Handbook of Applied Expert Systems. Liebowitz, editor, CRC Press.
Uschold, M. and Gruninger, M. (1996). Ontologies: Principles, Methods and Applications. Knowledge Engineering Review 11(2)
Guarino, N. The Ontological Level. In R. Casati, B. Smith and G. White (eds.), Philosophy and the Cognitive Science. Hölder-Pichler-Tempsky, Vienna: 443-456. 1994.
Lejewsky. Ontology: What's Next. In W. Leinfellner, E. Kraemer and J. Schank(eds.), Language and Ontology. Prooceedings of the 6th Wittgenstein Symposium. Hölder-Pichler-Tempsky, Vienna: 173-85. 1982.
Noy, N. F.; McGuinness, D. L. “Ontology Development 101: A Guide to Creating Your First Ontology” 2001 http://protege.stanford.edu/publications/ontology_development/ontology101.html
Peuquet, D., B. Smith, et al. The Ontology of Fields. Bar Harbor, ME, NCGIA. 1998.
Smith, B. and Mulligan, K. Framework for Formal Ontology. Topoi, 2: 73-85. 1983.
Uschold, M. and Gruninger, M. Ontologies: Principles, Methods and Applications. The Knowledge Engineering Review, 11(2): 93-136. 1996.
Guarino, N. Formal Ontology, Conceptual Analysis and Knowledge Representation. International Journal of Human and Computer Studies, 43(5/6): 625-640. 1995
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