Ontologias
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Ontologias
Profa. Lillian AlvaresFaculdade de Ciência da Informação, Universidade de Brasília
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Origem Teoria sobre a natureza da existência
Ramo da filosofia que lida com a natureza e organização da realidade.
Ciência do ser, Aristóteles
Tenta responder as questões:
O que é ser ?
Quais as características comuns a todos os seres?
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Ontologia deriva das línguas antigas:
Grego – ontos
Logoi, que significa conhecimento do ser.
A área de informação toma o termo emprestado da Filosofia, em cujo âmbito refere-se à teoria sobre a natureza da existência.
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Para a organização e recuperação da informação, o conceito empregado é proveniente da proposta de Berners Lee (2001) e está associado ao contexto da Web Semântica.
Ontologia é o documento ou arquivo que
define formalmente as relações entre termos.
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Gruber (1996)
Ontologia é uma especificação formal e
explícita de uma conceitualização, o que
existe é aquilo que pode ser representado.
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As ontologias definem conceitos e relações de alguma área do conhecimento, de forma compartilhada e consensual e promovem e facilitam a interoperabilidade entre sistemas de informação, em um processo inteligente dos agentes (computadores).
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A conceitualização proposta por uma ontologia deve ser representada de maneira formal, legível e utilizável por computadores, de maneira a permitir o compartilhamento e o reuso do conhecimento entre os sistemas.
Uma ontologia define os termos usados para descrever e representar uma área do conhecimento. Podem ser usados por pessoas, bancos de dados e aplicações que necessitam compartilhar informações em um domínio.
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Metodologia de construção de ontologias, as quais podem ser construídas a partir do reuso de ontologias disponíveis.
Diferentes processos de construção de ontologias tendem a estar associados com diferentes tipos de ontologias.
O desenvolvimento de uma ontologia inclui definição de classes, estruturação de classes numa hierarquia taxonômica, definição de atributos e descrição dos valores permitidos para esses atributos.
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Na Web Semântica, as ontologias especificam descrições para conceitos, com semântica expressiva, explícita e bem-definida, possivelmente interpretável por máquina, que processam automaticamente as informações encontradas na web. Para tanto, usam linguagens compatíveis (OWL, XML e XML Scheme, RDF e RDF Scheme) com o ambiente digital.
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Conceitos Ontologia é disciplina que lida com a natureza e a
organização da realidade
Uma ontologia é uma especificação explícita e formal de uma conceitualização compartilhada
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Conceito Em computação: uma especificação formal
compartilhada de uma conceituação
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Conceitos Uma "conceitualização" refere-se a um modelo abstrato
de algum fenômeno no mundo que identifica conceitos relevantes daquele fenômeno.
"Explícito" significa que os tipos de conceitos usados e as restrições a esses conceitos estão definidas explicitamente.
"Formal" refere-se ao fato de que a ontologia deve ser legível para as máquinas. Com isso, diferentes graus de formalidade são possíveis.
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Conceito Diferencia-se das classificações, taxonomias e
tesauros porque agregam valor aos demais esquemas de representação, por meio de uma semântica mais profunda e também sob os aspectos conceitual, relacional e tecnológico.
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Definição Especificação formal explícita de uma
conceituação compartilhada Conceituação: modelo das entidades, relações,
axiomas e regras de algum domínio. Formal:
Processável por máquina Permitindo raciocínio automático Com semântica lógica formal
Compartilhada: por uma comunidade, permitindo entendimento.
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Componentes básicos de ontologias
Comunicação
Entre Pessoas e Organizaç
ões
Inter-Operabilid
ade
Entre Sistemas
Engenharia de
SistemasReutilizaçã
o
Confiabilidade
Especificação
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Classes organizadas em uma taxonomia;
Relações de vários tipos entre os conceitos;
Axiomas usados para modelar sentenças sempre verdadeiras;
Instâncias usadas para representar elementos específicos que são os dados.
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Problemas Diferentes conceitos, estruturas e métodos
comunicação pobre entre pessoas e organizações.
Sistemas de TI
dificuldade de identificar os requisitos e consequentemente de definir uma especificação.
Linguagens, paradigmas e ferramentas limitam
inter-operabilidade
potencial de reuso e compartilhamento
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Soluções Comunicação e inter-operabilidade
Entendimento compartilhado
Framework unificador (unifying framework)
Conceitualização (entidades, atributos, processos)
Benefícios para a construção de sistemas
Reuso
Confiabilidade
Especificação
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Aplicações
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Aplicações Cenários para aplicação de ontologias
1. Autoria Neutra
2. Ontologia como especificação
3. Acesso comum para a informação
4. Busca baseada em ontologia
5. Reutilização do conhecimento
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Aplicações
1 - Autoria Neutra
Ontologia criada em uma linguagem pode ser usada em múltiplos sistemas, independente de aplicação.
Ex.: Ontologia criada na linguagem neutra (Ontolingua) pode ser traduzida em outras linguagens e utilizada em várias aplicações.
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Aplicações
2 - Ontologia como especificação
Ontologia modela a aplicação de um domínio;
produz um vocabulário para especificar os requisitos para uma ou mais aplicações;
documentação;
confiabilidade;
Ex.: Ontologia como parte da especificação de requisitos no desenvolvimento de um SBC (KBS).
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Aplicações
3 - Acesso comum para a informação
Múltiplas aplicações terem acesso a fontes de informações heterogêneas;
inter-operabilidade;
reuso do conhecimento.
Ex.: Um glossário de termos com diferentes jargões.
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Aplicações
4 - Busca baseada em ontologia
Uso da ontologia para buscar em uma base de informações os recursos (docs., web pages) desejados.
melhora na precisão da busca;
redução do tempo total gasto na busca.
Ex.: tanque
tanque para lavar roupa ou tanque de guerra?
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Aplicações
4 - Busca baseada em ontologia
Quando não é encontrada uma resposta perfeita a consulta, a estrutura semântica da ontologia capacita o sistema a retornar respostas que são mais próximas da resposta requerida.
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Elementos de uma Ontologia
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Elementos de uma Ontologia Hierarquia de conceitos
Entidades
Relações
Restrições
Regras Dedutivas
Instâncias de Conceitos
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Hierarquia de Conceitos Entidades
Cada entidade é definida por conjunto de pares atributo-valor Correspondem:
às classes dos modelos orientado a objetos às entidades do modelo relacional aos termos do modelo lógico
Relações sem hierarquia x em hierarquia paralela à hierarquia de entidades correspondem:
às associações, agregações e atributos dos modelos OO cujos valores são objetos
às relações do modelo relacional aos predicados do modelo lógico
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Restrições Sobre valores possíveis dos atributos dos
conceitos
Correspondem:
às assinaturas de classes
aos axiomas universalmente quantificados em modelos lógicos
às restrições de integridade nos esquema de BD
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Regras Dedutivas Sobre atributos de conceitos
Permitem inferência automática da existência de instâncias de conceitos a partir da existência de outras instâncias
Correspondem:
às regras dos sistemas especialistas e programação em lógica
aos métodos
às visões em BD
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Instâncias de Conceitos Definição de entidades e relações específicas
(indivíduos)
Correspondem:
aos fatos de sistemas especialistas e programação em lógica
aos objetos
aos dados das BD
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Elementos Gerais
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Objetivos Para compartilhar conhecimento comum sobre a estrutura da
informação:
Entre pessoas
Entre agentes de software
Para permitir a reutilização do conhecimento sobre um domínio:
Para evitar a “reinvenção da roda”
Para introduzir padrões que permitam a interoperabilidade entre aplicações
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Onde Aplicar Recuperação de informações,
Bibliotecas digitais,
Web semântica,
Gestão de conhecimento,
Processamento da linguagem natural,
Comércio eletrônico,
Sistemas multiagentes...
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Tipologia das Ontologias Especialista: modela um domínio particular restrito Geral:
modela o conhecimento de senso comum compartilhado por todos os seres humanos.
parte de mais alto nível, reutilizável em vários domínios. Conceitual: fundamentada na capacidade de raciocinar. Lingüística: fundamentada no vocabulário de alguma(s)
língua(s). De Meta-Dados: “especializada” na descrição de recursos on-
line sobre qualquer domínio De Tarefas e Métodos: modela procedimentos e
comportamentos abstratos no lugar de entidades ou relações
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Tipologia das Ontologias
Ontologias Gerais: Categorias
Também chamadas de classes, relações, tipos ... Conjuntos de objetos com propriedades comuns Organiza e simplifica a base de conhecimento.
Exemplos de simplificação: Gato é um mamífero -
instânciação/classificação Todo mamífero bebe leite - herança de
atributos
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Ontologias Gerais: Categorias Taxonomia:
Tipo particular de ontologia: relações hierárquicas entre classe e sub-
classes em forma de árvores Propriedades discriminantes
ex. biologia sistemática
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Ontologias Genéricas
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Representam Medidas
Valores atribuídos às propriedades dos objetos do mundo real: peso, comprimento, altura, etc...
Objetos compostos formados por partes que também são objetos: relação
“parte-de”.
Mudanças com eventos Cálculo de eventos: um fato é verdade em um intervalo de
tempo.
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Representam
Medidas Valores atribuídos aos objetos do mundo real: servem
para descrever objetos ex. peso, comprimento, altura, diâmetro, ...
Medidas quantitativas são fáceis de representar ex. Tamanho(L1) = Polegadas(1,5) = Centímetros (3,81)
Medidas qualitativas são mais complicadas ex. beleza de um poema, dificuldade de um exercício O importante é ordenar:
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Representam
Objetos Compostos
Objetos formados por partes que também são objetos:
São caracterizados pela estrutura dos objetos que os compõem
Ex. massa de um carro é a soma das massas de suas partes (carroceria, motor, pneu, ...)
Para representá-los, emprega-se a relação ParteDe:
Ex. ParteDe(motor, Carro), ParteDe(pneu, Carro)
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Representam
Objetos Compostos
ParteDe também serve para descrever estrutura de eventos: Script ou Schema.
ex. comer no restaurante
Quando se está interessado apenas nas características do conjunto: BunchOf
ex. peso do saco de Maçãs
BunchOf(Maçãs) define um objeto composto formado pelas Maçãs do saco.
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Representam
Mudanças com Eventos Cálculo de situações:
Adequado quando temos um único agente realizando ações discretas e instantâneas (uma ação por situação).
Inadequado quando: existem vários agentes no mundo. o mundo pode mudar espontaneamente. mudanças ocorrem continuamente.
Cálculo de eventos: Versão contínua do calculo de situações No cálculo de situações, um fato é verdade em uma situação No cálculo de eventos, uma coisa é verdade num intervalo de tempo
ex. SubEvento(BatalhaDaNormandia,SegundaGuerraMundial) SubEvento(SegundaGuerraMundial, SéculoXX)
![Page 44: Ontologias](https://reader036.fdocumentos.com/reader036/viewer/2022062410/568165f0550346895dd91687/html5/thumbnails/44.jpg)
Herança entre Classes
![Page 45: Ontologias](https://reader036.fdocumentos.com/reader036/viewer/2022062410/568165f0550346895dd91687/html5/thumbnails/45.jpg)
Herança entre Classes As classes normalmente constituem uma
hierarquia taxonômica.
Uma hierarquia de classes é uma hierarquia É_UM.
Uma instância de uma subclasse é uma instância de uma superclasse.
Se a classe for pensada como um conjunto de elementos, uma subclasse é um subconjunto.
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Exemplos de Herança entre Classes Maçã é uma subclasse de Fruta:
Toda maçã é uma fruta.
Vinho Tinto é uma subclasse de Vinho:
Todo vinho tinto é um vinho.
Chianti é uma subclasse de Vinho Tinto:
Todo Chianti é um vinho tinto.
![Page 47: Ontologias](https://reader036.fdocumentos.com/reader036/viewer/2022062410/568165f0550346895dd91687/html5/thumbnails/47.jpg)
Níveis na Hierarquia de Classes
Nível Interme-
diário
NívelSuperi
or
Nível Inferior