1. Les Ontologies
S. Garlatti

2. Plan
 Introduction
• Notion d‟ontologie et de sens
• Rôle des Ontologies
• Historique
 Ontologies
• Définitions
• Types d‟ontologies
 Différents
types de systèmes
• Les logiques de description

3. Notion d’ontologie et de sens
Le concept de « Voie »

4. Notion d’ontologie et de sens
Le concept de « Voie »

5. Notion d’ontologie et de sens
Le concept de « Voie »

6. Notion d’ontologie et de sens
Le concept de « Voie »

7. Notion d’ontologie et de sens
 Définir
une ontologie c’est
• Donner un sens unique à des concepts
- Pas de Polysémie
• Donc définir un « domaine » de sens particulier
- Les voies de communication, la médecine, les galaxies, les
arts martiaux, etc.
• Consensus dans une communauté de pratiques

8. Notion d’ontologie et de sens
 Construire
une Ontologie
• C‟est représenter des connaissances
Connaissances ?????

9. Rôle des ontologies
 Définir
un vocabulaire commun et partagé par une
communauté de pratiques
• Avoir une compréhension commune
• Communiquer, échanger, etc.

10. Rôle des ontologies
 Expliciter
et formaliser des connaissances
• Donner un sens unique à des « entités du monde réel »

11. Rôle des ontologies
 Donner
du sens à des ressources
• Indexation de celles-ci, puis
• Recherche d‟information (ressources)
• Réutilisation, partage et échange

12. Rôle des ontologies
 Raisonnement
/ inférence
• Construire et découvrir de nouvelles
informations et/ou connaissances à partir
des ontologies et des ressources existantes

13. Historique
 Les
réseaux sémantiques
• Quillian (1968)
- Un mécanisme général d'association pour représenter le
sens des mots
- Ensemble de nœuds et d„associations représentés par des
liens.
- Un réseau sémantique forme un graphe orienté dont les
nœuds et les arcs sont étiquetés
- Un graphe d'héritage, structuré au moyen d'une relation de
généralisation / spécialisation qui relie entre eux des objets
"sémantiquement proches"

14. Historique

15. Historique
 Puis
différentes interprétations de cette notion
• Les Frames: M. Minsky [75] a proposé un autre modèle
appelé "frames". Ces "frames" sont des granules de
connaissances plus importantes que les nœuds d'un
réseau sémantique
• Les Logiques de Description: Brachman et Schmolze [77]
ont proposé un autre modèle à mi-chemin entre les
réseaux sémantiques et les Frames de Minsky dont le
premier représentant s'appelle KL-ONE
• Les Graphes Conceptuels: Sowa [84]
• Les Frames-Logic Kifer [95]

16. Historique
 Points
communs
• Réification des entités du « monde réel » sous forme
- D‟objets : des classes ou des individus
- Ou de propriétés
• Un objet est défini par une conjonction de propriétés qui
peuvent être des couples attributs / valeurs ou des
relations entre objets
• Organisation des classes :
- Un graphe orienté sans circuit, dont un graphe d‟héritage
muni d‟une relation « SubClassOf »

17. Historique
 Points
Communs
• Graphe d'héritage, par des liens « SubClassOf » qui
déterminent
- Une relation de généralisation/spécialisation entre les classes et une
relation d‟instanciation « Member-of » entre individus et classes.
• Une classe déclare les propriétés qui lui sont spécifiques
• Toute propriété non présente dans un objet peut être héritée
des classes plus générales (mécanisme d'héritage)
• Héritage simple ou multiple

18. Historique
 Points
Communs
• Soit G = (X,H) le graphe d'héritage avec X l'ensemble
des objets,
- X = Y Z avec Y l'ensemble des « classes » et Z l'ensemble
des « individus »,
- Ce graphe G possède toujours une racine unique et défini un
ordre partiel sur X
- H l'ensemble des arcs, avec H l'ordre induit par le graphe G
et
- x, y X tels que x ≤H y alors y est un ancêtre de x et x est
un descendant de y.

19. Historique
 Définitions
d’une classe
• Définition en extension
- L'extension propre d'une classe est définie par un ensemble
d'individus
- L'extension au sens large d'une classe est définie par un
ensemble d‟individus et les classes plus spécifiques
• Définition en intension ou compréhension
- Une classe est définie en intension par l'ensemble des
propriétés qu‟elle possède ou qu‟elle hérite

20. Historique

Rapports entre Extension et Intension
• Soient Extp(x) l'extension propre de l'objet x et Ext(x)
l'extension au sens large de l'objet x, alors
x, y
y
Y tels que x
Y et
z
H
y
Ext(x)
Z, tels que z
H
Ext(y)
y
z
Extp(y)
• Soient z un objet, Int(x) l'intension de x ou ensemble de
propriétés définissant x, c'est-à-dire celles déclarées dans z et
celles héritées de ces ancêtres, alors
x, y
Y tels que x
H
y
Int(y)
Int(x)

21. Historique
 Deux
types de classes
• Celles définies en Condition Nécessaires et Suffisantes
• Celles définies comme des Prototypes
- Théorie du prototype de E. Rosch

22. Historique

Mécanismes
d
’
inférence
• L'héritage : c'est un mécanisme de partage de propriétés
entre des entités structurées dans une hiérarchie qui
induit un raisonnement monotone ou non monotone selon
les systèmes.

23. Historique

Mécanismes
d
’
inférence
• Le filtrage : recherche d‟un ensemble d'objets qui
satisfont à certains critères donnés.
- Le filtrage est souvent fondé sur une logique à trois valeurs,
vrai,
faux,
et
inconnu
(en
monde
ouvert)
– Un objet ne vérifiant pas les conditions du filtre n'est pas rejeté
s'il
n ‟ est
pas
contradictoire
avec
le
filtre
– Objets répartis en trois classes sûrs, possibles et impossibles

24. Historique
 Mécanismes
d’inférence
• La classification: la classification est l'opération qui
permet de placer un objet x dans un graphe d'héritage.
Deux cas sont à considérer :
– L‟individu
– La classe

25. Ontologie
«
Naissances des Ontologies »
• Début années 90
• Méthodologies d‟acquisition des connaissances
• Séparer les différentes catégories de connaissances et
les raisonnements associés pour
- Construire mieux, plus rapidement, plus facilement,
- Réutiliser et partager les connaissances acquises
- Maintenir plus facilement ces dernières

26. Ontologie
concepts et les propriétés d‟un domaine
hiérarchiquement organisés sont regroupés dans une
entité appelée
 Les
« Ontologie »
 Pas
 Une
d‟individus !!!!!
fois construite et acceptée par une communauté
particulière, une ontologie doit traduire un consensus
explicite et un certain niveau de partage par les
membres de la communauté.

27. Ontologie

Philosophie : ARISTOTE a défini l‟Ontologie comme la science
de l‟Être

Définition (Petit Robert) : la partie de la métaphysique qui
s’intéresse à l’Être en tant qu’Etre
 Ontologie
• Est habituellement comprise comme une science des étants
plutôt que comme une science de l‟Être en tant qu‟Être
- C‟est-à-dire qu‟elle s‟intéresse davantage à ce qui existe (les étants
ou existants) qu‟aux principes de ce qui existe (l‟Être)
«
Ontologie » sera utilisé dans le contexte de
l’Ingénierie des connaissances, de l’intelligence
artificielle
ou
du
Web
sémantique
•

28. Ontologie
 Définition
1 (Gruber 1993)
• “An ontology is a formal, explicit specification of a shared
conceptualization of a domain of interest”.
- Conceptualisation : les objets, les concepts et autres entités
qui sont supposés exister dans un domaine particulier et les
relations qu‟ils entretiennent entre eux.
 N.
Guarino et P. Giaretta
• L‟ontologie comme un système conceptuel informel,
• L‟ontologie comme la représentation d‟un système conceptuel
via une théorie logique et son vocabulaire.

29. Définitions
 Gruber
et M. Uschold et al.
• Ontologie (déf. 2) : Une ontologie implique ou comprend une
certaine vue du monde par rapport à un domaine donné.
- Cette vue est souvent conçue comme un ensemble de concepts,
leurs définitions et leurs interrelations.
- On appelle cela une conceptualisation.
• Une ontologie peut prendre différentes formes mais elle inclura
nécessairement un vocabulaire de termes et une spécification
de leur signification.
• Une ontologie est une spécification rendant partiellement
compte d‟une conceptualisation.

30. Définitions
Une structure d’ontologie est un quintuplet O := {C, R, HC, rel,
AO }
• C et R : ensembles disjoints des concepts et des relations
• HC hiérarchie (taxonomie) de concepts : HC C x C , HC(C1, C2)
signifie que C1 est un sous-concept de C2 (relation orientée)
• Rel : relation rel: R
C x C (définit des relations sémantiques non
taxonomiques) avec 2 fonctions associées
- dom : R C avec dom(R):= 1(rel(R))
- range : R C avec range(R):= 2(rel(R)) co-domaine
- rel(R) = (C1,C2) s‟écrit aussi R(C1,C2)
• Ontologie abstraite

31. Définitions
Le lexique d’une structure d’ontologie O:= {C, R, HC, rel, AO}
est un quadruplet L:= {LC, LR, F, G}
• LC et LR : ensembles disjoints des entrées lexicales des concepts et
des relations
• F, G : deux relations appelées références F LC (pour les concepts),
G LR x R (pour les relations),
- Pour L LC : F(L) = {C C / (L,C) F}
- F-1 (L) = {L L / (L,C) F}
• Idem pour G et G-1
Ontologie concrète : couple (O, L)

32. Définitions

Structure d’une base de connaissances : quadruplet KB:= {O, I, inst, instr}
• O:= {C, R, HC, rel, AO} est une ontologie
• I est un ensemble d’individus
• inst : C-> 2I Fonction d‟instanciation de concept
• Instr : R -> 2IxI Fonction d‟instanciation de relation

Lexique d‟une base de connaissances LKB := (LI,J)
ontologie
personne
employé
Dupont
Travaille-pour
Travaille-pour
Source: N. Aussenac
entreprise
SNCF
BC

33. Définitions
 Ontologie
: Ensemble des objets reconnus comme
existant dans le domaine
• Construire une ontologie c’est aussi décider de la
manière d‟être et d‟exister des objets.
• Modèles des connaissances d‟un domaine qui sont
pertinentes pour une application, une tâche donnée
• Conceptualisation en classes génériques, relations et
règles

34. Définitions
 Contraintes
qui s‟imposent au concepteur d‟ontologies
• Une ontologie est bien une conceptualisation, entendons par là
que l‟on y définit des concepts
- Utilisée dans un artefact informatique dont on veut spécifier le
comportement,
- L‟ontologie est une théorie logique pour laquelle on précisera le
vocabulaire manipulé
- La conceptualisation étant spécifiée parfois de manière très précise,
une théorie logique ne peut pas toujours en rendre compte de façon
exacte : elle ne peut assumer la richesse interprétative du domaine
conceptualisé dans une ontologie et ne le fait donc que
partiellement.

35. Types d’ontologies
 Que
représente une ontologie ?
• Le type d‟ontologie
- L‟ontologie de domaine
- L‟ontologie d‟une méthode de résolution de problème, le rôle de
chaque concept dans le raisonnement est rendu explicite
- L‟ontologie des utilisateurs, de l‟entreprise
• Les propriétés
- Non seulement le repérage et la classification des concepts mais
aussi les caractéristiques qui leur sont attachées.
• Les relations, autres que héritage : spatiale, temporelle,
composition, etc.

36. Types d’ontologies
Ontologies d‟application double spécialisation : d‟une
ontologie du domaine et d‟une ontologie de méthode

Ontologie formelle étude approfondie et raisonnée de la
manière d‟organiser des concepts fondamentaux - le
temps, les relations partie-tout, la causalité, …

Ontologies de résolution de problème (de méthode) ex :
ontologies de tâche, ONTOLINGUA


Ontologies du domaine ex : Ménélas

Ontologies » génériques ex : Wordnet, Bateman, CYC
Ontologies de représentation ex : la «frame ontology»
d‟ONTOLINGUA


37. Types d’ontologies
 Ontologies
développées
dans
un
contexte
informatique
• Le but final est de spécifier un artefact informatique

L‟ontologie devient alors un modèle des entités existantes
qui y fait référence à travers des concepts du domaine.

L‟ontologie devra ensuite être opérationnalisée, c‟est-à-dire
codée dans un langage opérationnel, exécutable par une
machine.

38. Types d’ontologies

Rôles des ontologies dans le SW
- Définir de manière déclarative un vocabulaire commun
résultat d‟un consensus social dans un domaine donné
– Chaque élément de vocabulaire possède une
interprétation unique partagée par tous les membres du
domaine
- Décrire la sémantique des termes et leurs relations
– L‟interprétation de chaque terme est unique. Elle est
fournie par une sémantique formelle.
– L‟ensemble des termes et leurs relations fournissent un
cadre interprétatif dépourvu d‟ambiguïté pour chaque
terme.
- Fournir des mécanismes d‟inférence qui respectent la
sémantique formelle.

39. Types d’ontologies
 Dépots
- http://www.bioontology.org/
- http://ontology.buffalo.edu/
- http://protegewiki.stanford.edu/wiki/Protege_Ontology_Library#OWL
_ontologies
- http://swl.slis.indiana.edu/repository/index.html
- http://schemapedia.com/
- http://owl.cs.manchester.ac.uk/repository/
- http://pronto.metadata.net/related
- http://onki.fi/
- http://www.daml.org/ontologies/
- http://owl.cs.manchester.ac.uk/ontologies/repositories/
-

40. Différents types de systèmes
 Logique
de Description
• CNS, héritage multiple sans conflit, subsomption
 Graphes
Conceptuels
• CNS, héritage multiple sans conflit, {objet = sousgraphe}, treillis, appariement de graphes
 Frames-Logic
• CNS, héritage multiple sans conflit, + Prolog

41. Les Logiques de Description
 Une
logique description fournit
• Des concepts : classes
• Des rôles : propriétés
• Des opérations (and, or, not, some, all, atleast, atmost…)
sur ces éléments primitifs du langage
• Un mécanisme de classification fondé sur la relation de
subsumption entre concepts ou rôles
- Induit généralement un graphe orienté sans circuit entre les
concepts et entre les rôles

42. Les Logiques de Description
 Deux
types de concepts
• Primitifs : sont des définitions incomplètes des concepts
– Conditions Nécessaires mais non suffisantes pour
décider de l‟appartenance
• Définis : sont des définitions complètes des concepts
en Condition Nécessaire et Suffisante (CNS)
 La
classification ne peut opérer que sur des concepts
définis

43. Les Logiques de Description
 Mécanismes
d’inférences
• La subsomption
A subsume B si et seulement si pour chaque modèle <D,
>, [A]
[B]. La classification est le processus qui
identifie toutes les subsomptions appropriées parmi un
ensemble
donné
de
termes.
• L'héritage
l'héritage est le processus d'identification des conditions
qui s'appliquent à un concept en fonction de ses
subsumants.

44. Les Logiques de Description
 Mécanismes
d’inférences
• La complétion
c'est le processus qui identifie et enregistre toutes les
conditions qui s'appliquent à un concept, c'est-à-dire
toutes
celles
dues
à
l'héritage,
• La
cohérence
un terme est cohérent si et seulement s'il y a un modèle
dans le lequel la dénotation du terme est non vide. En
d'autres mots, A est cohérent seulement s'il existe un
modèle
<D, > tel que [A]