Web Semântica: Conceitos e Tecnologias

PIPCA - Computação Aplicada

Web Semântica: Conceitos e Tecnologias

João Pablo Silva da Silva
(jpabloss@gmail.com)

19/05/2010


Roteiro

• Web Semântica
• Visão Geral, Estruturas e Aplicações
• Ontologias
• Definição, Elementos e Engenharia
• OWL
• Definição e Estrutura
• Consultas
• Consultas DL e SPARQL

20/05/2010 Web Semântica: Conceitos e Tecnologias 2


Visão Geral

• Extensão da Web que permite que humanos e
computadores trabalhem em cooperação.
• Surgiu em 2001 quando Tim Berners-Lee, James Hendler
e Ora Lassila publicaram um artigo na revista Scientific
American.
• Tem como finalidade atribuir um significado aos
conteúdos publicados na Internet de modo que seja
perceptível tanto pelo humano como pelo computador.
• Objetiva desenvolver tecnologias e linguagens que tornem
a informação legível para as máquinas.



Estrutura da Rede Semântica



A Onda Semântica



Aplicações Web Semântica (1)
• Freebase: Uma base de dados aberta, onde as pessoas criam
dados e conectam esses dados entre si, onde são
classificados por temas e seções.
• Powerset: É um motor de busca de linguagem natural. Pode
processar perguntas, por exemplo.
• Twine: Aprende sobre você e os seus interesses a partir do
conteúdo que você cria e compartilha, fazendo um grafo desse
conteúdo.
• AdaptiveBlue: Um plug-in que oferece links de acordo com o
contexto da página que se está navegando.
• Hakia: Apontado como um dos mais promissores motores de
busca em alternativa ao Google, faz a análise de sentenças na
hora de fazer uma busca.



Aplicações Web Semântica (2)
• Talis: Plataforma para criação de aplicações semânticas na
web, sendo possível criar, compartilhar e reutilizar informações
nessa plataforma.
• TrueKnowledge: Tenta responder as suas perguntas a partir
de uma base de dados com conhecimentos e conexões.
• TripIt: Organizador de viagens, sendo possível criar viagens e
receber informações do flickr e wikipedia, dentre outras coisas.
• ClearForest: Permite identificar pessoas, países, tecnologias,
companhias, organizações, produtos e dados geográficos em
um texto.
• Spock: Permite buscar por pessoas e obter informações
associadas a essas pessoas.



Roteiro

• Web Semântica
• Ontologias
• OWL
• Consultas



Definindo Ontologias

• Especificação explicita de conceitualizações.
• Define primitivas representacionais de um determinado
domínio de conhecimento.
• Conceitos, Atributos e Associações.
• São representações formais, explicitas e compartilhadas.
• Formais, pois são manipuláveis por computadores.
• Explicitas, pois são uma forma de representação.
• Compartilhadas, pois viabilizam a colaboração



Elementos de uma Ontologia (1)

• Conceitos
• Também chamado de classes.
• São abstrações que caracterizam o que se quer
representar.
• Exemplo: Pessoa, Cidade, Profissão, etc.
• Atributos
• Também chamado de propriedades.
• São características aplicáveis a um conceito.
• Exemplo: Nome da Pessoa, População da Cidade, etc.



Elementos de uma Ontologia (2)

• Associações
• Também chamado de relacionamentos.
• Estabelecem as relações entre os conceitos.
• Exemplo: Pessoa pertence a Cidade, etc.
• Indivíduos
• Também chamado de instâncias.
• São as ocorrências de cada conceito.
• Exemplo: João, Maria, Porto Alegre, Motorista, etc.



Bibliotecas de Ontologias

• A DAML Ontology Library mantém um legado de
ontologias em DAML.
• O SchemaWeb é um diretório de esquemas RDF
expressos em RDFS, OWL e DAML+OIL.
• O Swoogle é um diretório e mecanismo de busca para
todos os recursos RDF disponíveis na Web, incluindo
ontologias.
• A biblioteca OntoSelect oferece um serviço similar para
ontologias em RDF/S, DAML e OWL.
• O Ontaria é um "diretório pesquisável e navegável de
dados da web semântica", que foca em vocabulários RDF
com ontologias OWL.


Engenharia de Ontologias (1)
Ontology Development 101




• Determinar Domínio e Escopo, onde é definido o
domínio de conhecimento que se quer representar e qual
o escopo da aplicação que se deseja construir.
• Considerar Reuso de Ontologias, a qual faz pensar
sobre questões de reuso de ontologias já definidas.
• Enumerar Termos Importantes, que leva ao
levantamento de termos do domínio sem a preocupação
de classificá-los como conceito ou propriedade.




• Definir Classes e Hierarquias, onde, a partir da listagem
de termos, eliminam-se redundâncias e definem-se as
classes da ontologia organizadas em uma hierarquia.
• Definir Propriedades de Classes, sendo definidas
propriedades que complementam a descrição dos
conceitos da ontologia.
• Definir Restrições de Propriedades, onde são
estabelecidas restrições para cada propriedade.
• Criar Instâncias da Ontologia, que estabelece a criação
de indivíduos para a ontologia.



Roteiro

• Web Semântica
• Ontologias
• OWL
• Consultas



Definição

• OWL propõe uma linguagem padrão para descrever
classes e seus relacionamentos, os quais podem ser
usados por aplicações e documentos web.
• Derivada das linguagens OIL e DAML+OIL.
• Desenvolvida para aumentar capacidade de expressar
semântica disponível em XML, RDF e RDFS.
• OWL é capaz de:
• formalizar um domínio de conhecimento;
• definir indivíduos para um domínio de conhecimento;
• inferir sobre um domínio de conhecimento.


Sublinguagens: OWL Lite

• Suporta usuários que necessitam de uma classificação
hierárquica e restrições simples.
• Embora suporte restrições de cardinalidade, ela só
permite valores de cardinalidade 0 ou 1.
• É mais simples fornecer ferramentas que suportem OWL
Lite que seus parentes mais expressivos.
• Também permite um caminho de migração mais rápido de
tesauros e outras taxonomias.
• Tem uma menor complexidade formal que OWL DL.



Sublinguagens: OWL DL

• Suporta usuários que querem a máxima expressividade,
enquanto mantém a:
• computabilidade: todas as conclusões sejam computáveis;
• decidibilidade: todas as computações tem tempo finito.
• Inclui todas as construções da linguagem OWL, porém
elas somente podem ser usadas com algumas restrições:
• embora uma classe possa ser subclasse de muitas classes,
uma classe não pode ser instância de outra classe.
• É assim chamada devido a sua correspondência com as
lógicas de descrição.



Sublinguagens: OWL Full

• Suporta usuários que querem a máxima expressividade e
a liberdade sintática do RDF sem nenhuma garantia
computacional:
• em OWL Full uma classe pode ser tratada simultaneamente
como uma coleção de indivíduos e como um indivíduo por
si mesma.
• Permite que uma ontologia aumente o vocabulário pré-
definido de RDF ou OWL.
• É improvável que algum software de inferência venha a
ser capaz de suportar completamente cada recurso da
OWL Full.



Relações entre as Sublinguagens

• Toda ontologia OWL Lite válida é uma ontologia OWL DL válida.
• Toda ontologia OWL DL válida é uma ontologia OWL Full válida.
• Toda conclusão OWL Lite válida é uma conclusão OWL DL válida.
• Toda conclusão OWL DL válida é uma conclusão OWL Full válida.



Namespaces

• Componentes iniciais necessários indicar qual
vocabulário será utilizado.
• Provê a correta interpretação, desambiguação, dos
termos utilizados na ontologia.



Cabeçalhos

• Após os namespaces uma série de outras definições a
respeito da ontologia podem ser feitas.
• Tags de comentário, versionamento, importação, dentre
outras, podem ser usadas.
• Propriedades usadas como anotações também podem ser
declaradas.



Classes

• O conceito mais básico em um domínio corresponde as
classes raízes da ontologia.
• Cada indivíduo em OWL pertence a classe owl:Thing.
• Cada classe definida é subclasses de owl:Thing.
• A tag rdf:Class nada diz sobre a classe. É apenas um
identificador pode ser um número, um caractere, etc.



Subclasses

• Outro conceito fundamental é o de subclasses, o qual
permite definir a hierarquia da taxonomia através de
generalizações/especializações.
• A tag rdfs:label permite dar um nome mais significativo
para a classe.
• Nomes podem ser dados de acordo com o idioma.



Indivíduos

• São instâncias das classes.



Propriedades

• As classes e os indivíduos não seriam interessantes se
fossem definidas somente por taxonomias.
• As propriedades permitem definir fatos sobre classes e
indivíduos. Sendo de dois tipos:
• DataType Properties: relação entre instâncias de classes e
literais;
• Object Properties: relação entre instâncias de duas classes.
• Para restringir uma propriedade utiliza-se domain e range:



Herança entre Propriedades

• Diferentemente das linguagens de programação, onde
os tipos são utilizados para verificar consistência, em
OWL, o tipo pode ser usado para inferir.

• Desta forma, pode-se inferir que “SaltonChardonnay1998” é
vinho pois o domínio de <feitoDaUva> é vinho.



Herança entre Propriedades

• Assim como classes, propriedades podem ser
organizadas hierarquicamente:

• O Descritor relaciona o vinho aos seus componentes, como:
gosto, suavidade, corpo e sabor. A Cor é uma sub-
propriedade de Descritor.



Restrições de Propriedades

• É possível expandir a definição de Vinho, para indicar
que um Vinho é feito de pelo menos uma uva vinífera.

• Esta subclasse anônima representa o conjunto de coisas
com pelo menos uma propriedade feitoDaUva.



Tipos de Dados

• A OWL utiliza a maioria dos tipos de dados do XML
Schema, como:

• Exemplo:



Propriedade de Indivíduo

• Primeiro descreve-se os indivíduos Região e Vinícola,
para então definir o vinho CabernetSauvignon.



Propriedades Transitivas

• P(x,y) e P(y,z) implica P(x,z).
• A propriedade localizadoEm é transitiva.



Propriedades Simétricas

• P(x,y) iff P(y,x).
• A propriedade regiaoAdjacente é simétrica.

• A região do ValeDosVinhedos é adjacente à
CapitalDoChampagne, e vice-versa.


Propriedades Funcionais

• Propriedade Funcional: P(x,y) e P(x,z) implica y = z.
• temFabricante é funcional. Um vinho tem um único
Fabricante, isto é, um Vinho pode ser associado apenas
com um Fabricante.



Propriedades Inversas

• P1(x,y) iff P2(y,x).
• A iff B significa que (A implica em B) e (B implica em A).

• Vinhos possuem fabricantes, que na definição de Vinhos são
restritos à Vinícolas. Então cada Vinícola produz um conjunto
de vinhos que as identifica como fabricantes.



Propriedades Inversamente Funcional

• P(y,x) e P(z,x) implica que y = z.
• O inverso de uma Propriedade Funcional é uma
Propriedade inversamente funcional.

• owl:InverseFunctional implica que os elementos do
range provêm um identificador único para cada elemento
do domínio.



Restrições Aplicadas ao Contexto (1)

• Os mecanismos vistos até o momento para restringir
TIPO são globais, já que se aplicam à todas as
instâncias da propriedade.
• Os mecanismos allValuesFrom e someValuesFrom se
aplicam somente ao contexto local onde foram definido.



Restrições Aplicadas ao Contexto (2)

• O fabricante do Vinho deve ser uma Vinicola. A restrição
allValuesFrom aplica-se na propriedade temFabricante
somente da classe Vinho. Outros fabricantes não são
atingidos por esta restrição.
• Se utilizar someValuesFrom, quer dizer que pelo menos
uma das propriedades temFabricante deve ser uma
Vinicola.



Cardinalidades

• É possível definir um número de elementos EXATO na
cardinalidade.
• Um Vinho deve ter apenas 1 Ano de Fabricação.



hasValue

• É possível definir uma classe a partir da existência de indivíduos
com algumas propriedades específicas.
• Um indivíduo será membro desta classe se possuir pelo menos
uma de suas propriedades que satisfaça uma condição.

• Aqui, é declarado que todos vinhos Tannat são secos.
Isto é, sua propriedade temAcucar deve ter pelo menos
um valor igual à Seco.


Equivalência entre Classes e Propriedades

• Utiliza-se a propriedade owl:equivalentClass para indicar
que duas classes possuem a mesma instância.
• Com objetivo de agrupar uma série de componentes de
ontologias, como sendo parte de uma terceira ontologia,
pode ser útil afirmar que uma primeira classe ou
propriedade em particular é equivalente a uma segunda
classe ou propriedade.



Equivalência entre Classes e Propriedades

• Aqui afirma-se que uma classe Vinho na ontologia Food
estabelece um link com as características da ontologia
Vinho, através da definição de uma classe na ontologia
Food (&food;Vinho), e posteriormente declarando-a
equivalente a classe vinho, da ontologia Vinho.
• Da mesma forma pode-se utilizar owl:equivalentProperty
para relacionar propriedades.



Declaração de Indivíduos Iguais

• A utilização é parecida com a das classes, porém através
deste se afirma que dois indivíduos são idênticos.

• Utilizado para identificar indivíduos em diferentes
documentos a um outro, com objetivo de unificar duas
ontologias.
• Para OWL, dois diferentes nomes não significa que eles
referem-se a indivíduos diferentes.



Declaração de Indivíduos Diferentes

• Utilizado para declarar que dois indivíduos são diferentes.

• Utilizado para declarar que todos indivíduos são diferentes.



Classes Complexas

• OWL fornece construtores com os quais é possível formar
classes.
• Estes construtores são utilizados para criar as “class
expressions”.
• OWL suporta:
• “set operations”
• “namely union”
• “intersection”
• “complement”



Operações: Intersecção

• intersectionOf Identifica que tudo o que for vinho e
branco, é uma instancia de Vinho Branco.



Operações: União

• unionOf utilizado para identificar que a classe Fruta
inclui as extensões de FrutaDoce e as extensões de
FrutaNaoDoce.



Operações: Complemento

• complementOf é utilizado para identificar indivíduos de
um domínio que não pertencem a algumas classes.

• A classes NaoAlimento inclui como seus membros todos os
indivíduos que NÃO pertencem a extensão de Alimento.



Classes Enumeradas

• oneOf fornece meios para especificar uma classe
através da enumeração direta de seus membros. O
seguinte define que a classe CorDoVinho possui os
membros Branco, Rose e Tinto.

• Cada elemento do construtor oneOf deve ser um individuo
declarado.
• Um indivíduo deve pertencer a alguma classe, no exemplo
acima cada indivíduo foi referenciado pelo nome.


Classes Disjuntas

• Definindo Fruta como sendo a união entre FrutaDoce e
FrutaNaoDoce.
• disjointWith parciona Fruta em duas sub-classes
distintas, por elas não são conectadas.



Roteiro

• Web Semântica
• Ontologias
• OWL
• Consultas



Sintaxe Manchester

• Sintaxe suportada pelo Protégé-OWL para realização de
consultas baseadas em lógica de descrição.



Exemplo de Consultas DL (1)



Cláusulas SPARQL

• Similar ao SQL e serve para realizar consultas em grafos
RDF ou OWL.



Exemplo de Consulta SPARQL (1)


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