Sistema FOQuE para Expansão Semântica de

Consultas baseada em Ontologias Difusas

Defesa de dissertação

Aluna: Cristiane Akemi Yaguinuma

Orientador: Prof. Dr. Mauro Biajiz

Co-orientadora: Profª. Drª. Marilde T. P. Santos

Junho/2007

2/28

Sumário

• Introdução

• Expansão semântica de consultas

– Ontologias tradicionais

– Ontologias difusas

• Sistema FOQuE

– Arquitetura

– Tipos de expansão de consulta

– Testes realizados

• Conclusões

• Trabalhos futuros

3/28

Introdução

Banco de

Dados

Preços do

produto pc?

pc

nome preço

- -

codigo nome preço

1 notebook 6000

2 pda 1500

3 desktop 4000

Conceitos

semanticamente

relacionados

4/28

Motivação

Banco de

Dados

Preços do

produto pc?

pc

nome preço

notebook 6000

pda 1500

desktop 4000

Expansão de Consultas

pc

desktop

notebook

pdacodigo nome preço

1 notebook 6000

2 pda 1500

3 desktop 4000

Respostas

mais relevantes?

Ontologia

5/28

Motivação

Banco de

Dados

Preços do

produto pc?

pc

Expansão de Consultas

pc

desktop

notebook

pda

0.9

0.1

0.7

0.55

1.0

Ontologia Difusa

(Fuzzy Ontology)

codigo nome preço

1 notebook 6000

2 pda 1500

3 desktop 4000

relevância nome preço

0.9 desktop 4000

0.7 notebook 6000

0.55 pda 1500

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Objetivo

• Expandir consultas para obter respostas

aproximadas relevantes

– Explorar construções semânticas de ontologias difusas

• Homônimos

• Especialização de classes

• Relacionamentos de similaridade

• Relacionamentos todo-parte

• Transitividade difusa

– Classificar os resultados aproximados

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Expansão de consultas

• Visa modificar a consulta, seja pela alteração de suas

condições ou pela adição de termos relacionados aos

termos especificados na consulta para obter resultados

aproximados relevantes

• Abordagem clássica: co-ocorrência estatística de

palavras-chave

– Problema: não considera o significado dos termos

durante a verificação das ocorrências

• Uso de ontologias para representar a semântica de

domínios

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Expansão semântica de consultas baseada

em ontologias

• Analisa conceitos, relacionamentos e axiomas de

ontologias para adicionar termos à consulta ou alterar

suas condições

• Limitações

– Não representa informações imprecisas

• Intensidade dos relacionamentos entre conceitos

• Intensidade com a qual um conceito pertence a uma

determinada classe ou categoria

– Não classifica os resultados conforme a sua relevância

para a consulta nome preço

notebook 6000

pda 1500

desktop 4000

Respostas

mais relevantes?

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Lógica difusa (Fuzzy Logics)

• Baseada na teoria de conjuntos difusos (Fuzzy Sets) introduzida por Lotfi A. Zadeh

– Conjunto difuso: conjunto cujos elementos possuem grau de pertinência dentro do intervalo [0,1]

– Relação difusa: associação entre elementos cuja intensidade é expressa por um valor do intervalo [0,1]

• Propriedades:

– : R(x,x) = 1

– : R(x,y) = R(y,x)

– :

A(x) = 0.8

R(x,y) = 0.65

)],(),,(min[max),( zyRyxRzxRYy

Relação de similaridadeRelação de proximidadeReflexiva

Simétrica

Transitiva

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• Benefícios

– Semântica de domínio mais expressiva

– Classificaçãodos resultados

• Abordagens analisadas na literatura

– Taxonomias difusas

– Similaridade

– Homônimos

Expansão semântica de consultas baseada

em ontologias difusas

Grau de

pertinêncianome

1.0 caqui

0.7 tomate

Outras construções semânticas:

• Relacionamentos todo-parte difusos

• Transitividade difusa

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Sistema FOQuE

(Fuzzy Ontology-based Query Expansion)

Consulta do usuário (SQL)

minMembership

minSimilarity

minCloseness

Análise da consulta

Mapeamento

entre ontologia

e banco de

dados

Expansão da

Consulta

Ontologia

difusa

Banco de

Dados

Classificação

dos resultadosConsulta

decomposta

Consulta

Expandida (SQL)

Resultado

expandido

Resultado

classificado

FOQuE

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Ontologia difusa – classes difusas

subClassOfinstanceOfinstance

Of

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Ontologia difusa – relacionamentos difusos

subPropertyOfinstanceOf instanceOf

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Mapeamento entre ontologia

e banco de dados

• regras antecedente conseqüente

– antecedente: elementos da ontologia difusa

– conseqüente: elementos do banco de dados

codigo nome

1 notebook

2 pda

3 desktop

Produto

Produto

desktop1

stringrdfs:label

instanceOf

‘desktop’rdfs:label

x y y

x

Produto(x), rdfs:label(x,y) Produto(x), nome(x,y)

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Expansão de consultas de FOQuEExpansão de Homônimos

SELECT Produto.marca, Produto.preco

FROM Produto

WHERE Produto.nome = ‘ventilador’

Mapeamento:ventilador_ambiente

Produto(x), nome(x,´ventilador´), tipo(x,´eletrodomestico´)

Expansão

SELECT Produto.marca, Produto.preco

FROM Produto

WHERE ((Produto.nome = ‘ventilador’)

AND (Produto.tipo = ‘eletrodomestico’))

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Expansão de consultas de FOQuEExpansão de Classes

SELECT Produto.preco, Produto.unidade

FROM Produto

WHERE Produto.nome = ‘vegetal’

minMembership = 0.7

SELECT Produto.preco, Produto.unidade

FROM Produto

WHERE ((((((((Produto.nome = ‘vegetal’)

OR Produto.nome = ‘cenoura’)

OR Produto.nome = ‘batata’)

OR Produto.nome = ‘berinjela’)

OR Produto.nome = ‘brocolis’)

OR Produto.nome = ‘acelga’)

OR Produto.nome = ‘alface’)

OR Produto.nome = ‘espinafre’)

Expansão

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Expansão de consultas de FOQuEExpansão por Similaridade

SELECT Produto.marca, Produto.preco

FROM Produto

WHERE Produto.nome = ‘telefone sem fio’

minMembership = 0.2

minSimilarity = 0.4

telefone sem fio ~ celular = 0.4

Expansão

telefone sem fio ~ walk talk = 0.3telefone sem fio ~ smart phone = 0.4telefone sem fio ~ pda ?SELECT Produto.marca, Produto.preco

FROM Produto

WHERE (((Produto.nome = ‘telefone sem fio’)

OR (Produto.nome = ‘celular’))

OR (Produto.nome = ‘smart phone’))

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Expansão de consultas de FOQuEExpansão por Proximidade todo-parte (1)

comum1 = 11.5

total1 = 12.8

comum2 = 11.5

total2 = 13.5

similarTo

1.0

prox(desktop, notebook) =comum1 + comum2

total1 + total2total1 total2

total1 + total2

comum1 total1 comum2 total2+ = 0.8745247

minMembership = 0.5

minSimilarity = 0.7

minCloseness = 0.6

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Expansão de consultas de FOQuEExpansão por Proximidade todo-parte (2)

SELECT Produto.preco

FROM Produto

WHERE Produto.nome = ‘desktop’

minMembership = 0.5

minSimilarity = 0.7

minCloseness = 0.6

Expansão

Cálculo da proximidade

todo-parte

SELECT Produto.preco

FROM Produto

WHERE (((Produto.nome = ‘desktop’)

OR (Produto.nome = ‘notebook’))

OR (Produto.nome = ‘pda’))

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Expansão de consultas de FOQuEExpansão por Transitividade difusa (1)

SELECT Comp.nome, Comp.preco

FROM Produto Comp, Produto Todo, Composto C

WHERE Comp.id = C.idparte

AND Todo.id = C.idtodo

AND Todo.nome = ‘notebook’

codigo nome preço

0122 notebook 3564,00

0182placa mae

onboard299,00

0078placa de

video110,00

Produto

idtodo idparte

0122 0182

0182 0078

Composto

Transitividade

fuz:partOf(x,y) Composto(z), idparte(z,x)

fuz:hasPart(x,y) Composto(z), idtodo(z,x)

Conceito a ser expandido: notebook

Relacionamento transitivo: fuz:hasPart(x,y)Relação direta

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Expansão de consultas de FOQuEExpansão por Transitividade difusa (2)

minMembership = 0.6

minSimilarity = 0.7

minCloseness = 0.6

Relação direta

1º nível de

transitividade

Expansão

SELECT Comp.nome, Comp.preco

FROM Produto Comp, Produto Todo, Composto C, Composto C_1

WHERE ((((Comp.id = C_1.idparte) AND (C_1.idtodo = C.idparte))

AND (Todo.id = C.idtodo))

AND (((Todo.nome = ‘notebook’) AND (Comp.nome <> ‘placa de fax modem’))

OR (((Todo.nome = ‘desktop’) AND (Comp.nome <> ‘placa de fax modem’))

AND (Comp.nome <> ‘impressora’))))

UNION

( SELECT Comp.nome, Comp.preco

FROM Produto Comp, Produto Todo, Composto C

WHERE (((Comp.id = C.idparte) AND (Todo.id = C.idtodo))

AND (((Todo.nome = ‘notebook’) AND (Comp.nome <> ‘placa de fax modem’))

OR (((Todo.nome = ‘desktop’) AND (Comp.nome <> ‘placa de fax modem’))

AND (Comp.nome <> ‘impressora’)))))

1º nível de transitividade

Relação direta

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SELECT Produto.nome, Produto.preco

FROM Produto

WHERE Produto.nome = ‘desktop’

Similaridade:

• pc (1.0)

Proximidade:

• notebook (0.8745247)

notebook~laptop (1.0)

• pda (0.6382979)

pda~smart phone (0.85)

Classificação dos resultados

minMembership = 0.5

minSimilarity = 0.7

minCloseness = 0.6

Grau de

proximidadenome preço

0.8745247 notebook 3564,00

0.8745247 laptop 4500,00

0.6382979 pda 1300,00

0.6382979smart

phone1200,00

Grau de

similaridadenome preço

1.0 pc 2500,00

nome preço

desktop 2850,00

Resultado expandido por proximidade

Resultado original

Resultado expandido por similaridade

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Testes realizados

• Produtos de supermercado

• Disciplinas da área de computação

– UFSCar e USP São Carlos

– Diretrizes curriculares do MEC

– Relatório de avaliação do MEC

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Testes realizados

• Notas de alunos nos pré-requisitos da disciplina

Construção de compiladores

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Testes realizados

• Notas de alunos nas diversas disciplinas pertencentes à

categoria Arquitetura de computadores

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Conclusões

• Testes realizados

– Aumento da revocação sem afetar a precisão dos resultados

• Contribuições

– Criação de meta-ontologia difusa

– Definição de novos tipos de expansão

• Proximidade todo-parte

• Transitividade difusa

– Construção de um protótipo do sistema FOQuE

– Classificação dos resultados aproximados conforme o tipo de expansão semântica

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Trabalhos futuros

• Testes

– Considerar outros domínios de aplicação

– Avaliar o desempenho

• Expansão de consultas

– Aprimorar expansão por homônimos e transitividade

– Considerar outros tipos de relacionamentos (proximidade)

– Regras de domínio

• Ontologia difusa

– (Semi-)automatizar a obtenção dos graus difusos

– Mineração de regras de associação difusas (Extended SSDM)

• Estender FOQuE para sistemas de integração de fontes de dados heterogêneas

Sistema FOQuE para Expansão Semântica de

Consultas baseada em Ontologias Difusas

Defesa de dissertação

Aluna: Cristiane Akemi Yaguinuma

Orientador: Prof. Dr. Mauro Biajiz

Co-orientadora: Profª. Drª. Marilde T. P. Santos

Junho/2007