Ontologie

1. Ontologie UNIVERSITA’ DI CAMERINO Corso di laurea in Informatica Barbara Re barbara.re@unicam.it Anno Accademico 2006-07

2. Agenda • Gestione della conoscenza • Metadati • Ontologie Barbara Re

3. Dati Informazione Conoscenza • Il DATO • è un rozzo numero o fatto • es: la matricola è un dato di tipo integer • L’INFORMAZIONE • è il dato contestualizzato • es: dimensione storico-geografica e curriculum dello studente • La CONOSCENZA • è l’informazione che è stata autenticata e assunta essere vera • es: percezione soggettiva delle qualità della persona Barbara Re

4. «L’informazione diventa conoscenza solo dopo essere stata processata dalla mente di un individuo» CONOSCENZA ESPLICITA Può essere catturata e codificata nei manuali, nelle procedure e nelle regole e quindi è facile da diffondere CONOSCENZA TACITA Non può essere facilmente articolata e quindi esiste solo nelle mani e nella mente degli individui Dati – informazione - Conoscenza - Saggezza Barbara Re

5. Conoscenza Tacita ed Esplicita Barbara Re

6. Processi coinvolti Barbara Re

7. Modello di Nonaka Barbara Re

8. La gestione della conoscenza • CONDIVISIONE • Il macro processo che consente il mantenimento dei fluissi informativi su cui si basa la gestione della conoscenza, attraverso il supporto strutturato ai processi di comunicazione ed all’agire del sistema sociale • ACQUISIZIONE • Il macro processo che consente l’esplicitazione della conoscenza tacita ed implicita (come le razionalità soggiacenti ai comportamenti degli attori), a partire da dati, informazioni e rappresentazioni • ORGANIZZAZIONE • Il macro processo che consente la gestione della memoria della conoscenza, sotto forma di rappresentazioni trattabili attraverso strumenti informatici. • ACCESSO • Il macro processo che consente il recupero della conoscenza attraverso modalità di ricerca svolte o assistite da elaboratore • SUPPORTO • Il macro processo che migliora le condizioni di esercizio dei processi cognitivi in situazione attraverso un uso mirato delle tecnologie digitali Barbara Re

9. KMS: cos’è? • Cos’è un KMS? “Un KMS è un ambiente integrato che utilizza le tecnologie di supporto ai processi di gestione della conoscenza per permettere alle organizzazioni di sfruttarne i vantaggi” • KMS o portale? • Un portale è un’applicazione web- based che offre un singolo punto d’accesso a informazioni distribuite • Un portale è solo il livello più esterno di una struttura che prevede quattro strati funzionali Barbara Re

10. KMS: funzionalità Barbara Re

11. Cosa sono i metadati “Data about data” ? Descrizioni Descrizioni di una risorsa ? Relazioni tra risorse ? Catturano informazione presente nella risorsa ma non elaborabile in automatico ? presente nel contesto in cui la risorsa è inserita ? Cosa sono le ontologie ontologie? Specifica di un vocabolario condiviso dei termini utilizzati in un dominio applicativo ? Collezioni di definizioni di termini e relazioni fra questi ? Schema che cattura il significato dell’informazione contenuta in un sottostante archivio ? Cosa sono i metadati e le ontologie!! Barbara Re

12. METADATI: Alcune semplici definizioni … • Machine-understandable information about Web resources or other things. • Tim Berners-Lee, W3C, 1997 • Data associated with objects which relieves their potential users of having to have full advance knowledge of their existence or characteristics. A user might be a program or a person. • Lorcan Dempsey & Rachel Heery, 1998 • Structured data about resources that can be used to help support a wide range of operations • Michael Day, 2001 • Structured data about data. • Dublin Core Metadata Initiative FAQ, 2003 Barbara Re

13. Che informazioni contengono i metadati • I record di metadati possono includere • Descrizione del materiale archiviato • Record bibliografici appartenenti a cataloghi o ottenuti da servizi di indicizzazione e creazione di abstract • Record relativi ad oggetti contenuti nella documentazione del museo • Descrizione di oggetti digitali (documenti, immagini, video software, …) • Descrizione di collezioni di oggetti digitali • Descrizione di servizi in rete • Descrizioni di record di metadati Barbara Re

14. Modelli di metadati • I precursori • MARC – MAchine Readable Cataloguing record • metadati di applicazione generale • Dublin Core (DC) • Government Information Locator Service [now Global Information Locator Service] (GILS) • Digital Object Identifier (DOI) • metadati per specifici domini disciplinari • MPEG7 • Text Encoding Initiative (TEI) • Encoded Archival Description (EAD) • Consortium for the Interchange of Museum Information (CIMI) • Visual Resources Association (VRA) Core Categories • Content Standard for Digital Geospatial Metadata (CSDGM) • Online Information Exchange (ONIX) • Friend Of a Friend: metadati per descrivere reti sociali Barbara Re

15. Sviluppato alla fine degli anni 60 alla Library of Congress (USA) per promuovere la condivisione di cataloghi tra biblioteche. È diventato un formato quasi standard. Utilizza un sistema di numeri, lettere e simboli all’interno del record per individuare i diversi tipi di informazione http://www.loc.gov/marc/umb/ Modelli di metadati: MARC Barbara Re

16. Modelli di Modelli di metadati: Dublin core Un insieme di elementi descrittivi capaci di rappresentare qualsiasi risorsa di informazione accessibile in rete http://www.dublincore.org • Format • Identifier • Source • Language • Relation • Coverage • Rights • Title • Creator • Subject • Description • Publisher • Contributor • Date • Type Barbara Re

17. Personal Info weblog knows interest currentProject pastProject plan based_near workplaceHomepage workInfoHomepage schoolHomepage topic_interest publications geekcode myersBriggs dnaChecksum FOAF "Friend Of A Friend" The Friend of a Friend (FOAF) project is about creating a Web of machinereadable homepages describing people, the links between them and the things they create and do http://www.foaf-project.org/ FOAF Basics • Agent • Person • Name • Nick • Title • Homepage • Mbox • mbox_sha1sum • Img • depiction (depicts) • Surname • family_name • Givenname • firstName Per provare a scrivere il vostro FOAF [http://www.ldodds.com/foaf/foaf-a-matic.html] Barbara Re

18. Modelli di metadati: MPEG7 Standard sviluppato dall’MPEG (Moving Picture Expert Group) http://www.chiariglione.org/mpeg/ • Viene denominato “Multimedia content description interface” Fornisce una descrizione del contenuto di dati multimediali, estraibile attraverso la sua analisi ed elaborazione Strumento generico non finalizzato ad una applicazione specifica, ma adatto a supportare un ampio numero di applicazioni • Digital libraries • Description generation • Description consumption • Description based training • Image understanding • Intelligent vision • Smart cameras/VCRs • Information retrieval • Information filtering Barbara Re

19. Caratteristiche dei metadati • Descrittivi • per l'identificazione e il recupero degli oggetti digitali; sono costituiti da descrizioni normalizzate dei documenti digitali nativi, risiedono generalmente nelle basi dati dei sistemi di Information Retrieval all'esterno degli archivi degli oggetti digitali e sono collegati a questi ultimi tramite appositi link. • Amministrativi e gestionali • forniscono dati utili per la gestione della risorsa descritta, per le operazioni di gestione degli oggetti digitali all'interno dell'archivio. • Strutturali • descrivono la struttura interna fisica o logica dei documenti (es. introduzione, capitoli, sezioni, indice di un libro) e le loro relazioni fra le varie parti degli oggetti digitali. Barbara Re

20. Metadati: embedded o esterni • Embedded • sono inclusi nell’oggetto, • Esterni • sono esterni all’oggetto ed archiviati a parte come link all’oggetto descritto. Barbara Re

21. Funzioni • Gestire le risorse fornendo la loro l’identificazione a favore della loro presentazione e recupero • Consentire l’organizzazione, la localizzazione, la gestione e le statistiche • Favorire l’interoperabilità e l’integrazione di risorse simili • Facilitare l’archiviazione e la conservazione delle risorse Barbara Re

22. Tool per la gestione dei metadati (1) • DC/DOT • Questo servizio recupera pagine Web ed automaticamente genera metadati Dublin Core o come tag HTML o RDF/XML adatti per esser inseriti nella sezione head delle pagine. I metadati generati possono essere editati usando delle form specifiche che possono convertire i metadati in altri formati (USMARC, SOIF, IAFA/ROADS, TEI headers, GILS, IMS or RDF). • Nordic project • Questo servizio è fornito dal “Nordic Metadata Project” al fine di fornire un buon supporto per la creazione di metadati Dublin Core per la comunità “Nordic Net-publisher”. • Reggie • L’editor di metadati Reggie fornisce un facile modo di creare metadati da un programma web configurabile. I metadati creati da Reggie possono essere mostrati e in alcuni casi esportati nei seguenti formati HTML 3.2, HTML 4.0 e RDF. • MKDoc • MKDoc è un sistema per la gestione dei contenuti nei siti Web che può produrre metadati Dublin Core in formato HTML e RDF per ogni documento. • Editor-Converter Dublin Core metadata • Si tratta di un programma on-line che può essere utilizzato per due scopi: come editor di metadati Dublin Core e come convertitore ad UNIMARC. Barbara Re

23. Tool per la gestione dei metadati (2) • Photo RDF-Gen • Questo tool genera RDF per descrivere immagini ed in particolar modo fotografie • DescribeThis • Si tratta di un parser automatico ed al tempo stesso di generatore di metadati Dublin Core per le risorse on-line • Scorpion • Il progetto “Scorpion Open Source” offre un software in grado di implementare un sistema per la classificazione automatica di documenti di testo accessibili dal Web. Esso viene usato per investigare sulla presenza di uno schema di classificazione o un thesaurus leggibile dalla macchina da incorporare nel sistema di classificazione automatica • Viewer-Generator Dublin Core metadata • Rappresenta un form on-line per effetture un test su di un URL e valutare quindi la presenza di metadati Dublin Core. Al tempo stesso esso genera automaticamente metadati Dublin Core da una pagina che contiene tradizionali metadati HTML Barbara Re

24. Cosa sono i metadati “Data about data” ? Descrizioni Descrizioni di una risorsa ? Relazioni tra risorse ? Catturano informazione presente nella risorsa ma non elaborabile in automatico ? presente nel contesto in cui la risorsa è inserita ? Cosa sono le ontologie? Specifica di un vocabolario condiviso dei termini utilizzati in un dominio applicativo ? Collezioni di definizioni di termini e relazioni fra questi ? Schema che cattura il significato dell’informazione contenuta in un sottostante archivio ? Cosa sono i metadati e le ontologie!! Barbara Re

25. Cos’è un’ontologia • In termini astratti • Sul piano filosofico: area della metafisica che studia come è realmente fatto l’universo che ci circonda • Sul piano informatico: area dell’intelligenza artificiale che studia i metodi per rappresentare correttamente l’universo che ci circonda • In termini pratici Specifica un vocabolario comune tra sistemi differenti … … basandosi su una descrizione semantica del dominio dei dati … …che agevoli la comunicazione sia tra agenti software sia tra agenti software e esseri umani Barbara Re

26. Definizioni • Philosophy (400BC) • Systematic explanation of Existence • Neches (91) • Ontology defines basic terms and relations comprising the vocabulary of a topic area as well as the rules for ombining terms and relations to define extensions to the vocabulary • Gruber (93) • Explicit specification of a conceptualization • Borst (97) • Formal specification of a shared conceptualization • Studer(98) • Formal, explicit specification of a shared conceptualization • Una specifica esplicita e formale di una concettualizzazione condivisa Barbara Re

27. In termini formali… “Un’ontologia è una specificazione esplicita e formale di una concettualizzazione condivisa” in cui si usa… CONCETTUALIZZAZIONE perché ci si riferisce a modello astratto di fenomeno CONDIVISA perché cattura conoscenza riconosciuta da un gruppo FORMALE perché automaticamente decodificabile ESPLICITA perché basata su strutture di immediata applicazione Cos’è un’ontologia Barbara Re

28. Formalmente (1) • Un insieme di concetti (detti anche classi) • Le interconnessioni semantiche tra essi (dette relazioni concettuali, o attributi semantici) • Un eventuale livello logico che permetta di inferire nuovi fatti a partire da quelli codificati all’interno della risorsa (ad esempio, un insieme di assiomi o micro-teorie) Barbara Re

29. Formalmente (2) • Un’ontologia O può dunque essere definita come una tripla (C, R, A) dove • C è un insieme di concetti • R è un insieme di relazioni concettuali tali che ogni relazione in R è definita su CC • A è un insieme di assiomi (se A =  l’ontologia non è assiomatizzata) Barbara Re

30. Definizione formale di ontologia (3) • Si osservi che gli insiemi C ed R individuano un grafo G = (V, E) tale che • V  C • E = { (c1, c2)  CC : S  R : (c1, c2)  S } • e una funzione di etichettatura : CC  2R tale che (c1, c2) = { S  R : (c1, c2)  S } Barbara Re

31. Un semplice esempio di ontologia è il seguente O’ = (C’, R’, A’) dove: C’ = {Entità, Oggetto, Persona, Meccanico, Automobile, Motore} R’ = {è-un, ha-un, ripara} A’ = { “a  Automobile m  Meccanico : ripara(m, a)” }) è-un = { (Oggetto, Entità), (Persona, Entità), (Meccanico, Persona), (Automobile, Oggetto), (Motore, Oggetto) } ha-un = { (Automobile, Motore) } ripara = { (Meccanico, Automobile) } Esempio Barbara Re

32. I componenti di un’ontologia Barbara Re

33. I componenti di un’ontologia • Un concetto… …anche noto come classe, può rappresentare un oggetto, una nozione o un’idea …può essere astratto o concreto, elementare o composto, reale o fittizio… …è caratterizzato da un termino o un simbolo, da una “estensione” e da una “intensione” Barbara Re

34. I componenti di un’ontologia • Un assioma …è un affermazione sempre vera sul modello …serve per specificare la semantica dei concetti …può essere usato per descrivere una relazione: il tipo, la cardinalità, le proprietà algebriche (simmetria, transitività), le proprietà concettuali (esclusività, genericità, identità) Barbara Re

35. I componenti di un’ontologia • Una relazione… …è una forma di interazione tra concetti del dominio del tipo R: C1xC2x…xCn …è caratterizzata da un termine, da una intenzione e da una estensione… …può essere, ad esempio, “genitore” che lega due concetti o due istanze Barbara Re

36. I componenti di un’ontologia • Una funzione… …è un tipo speciale di relazione in cui l’n-esimo argomento dipende dagli altri, nella forma F: C1xC2x…xCn-1àCn …può essere, ad esempio, “madre di”, calcolata a partire da un concetto “genitore” e dall’attributo “sesso” Barbara Re

37. I componenti di un’ontologia • Un elemento aggiuntivo può essere… …un’istanza rappresenta i singoli elementi del dominio …un fatto rappresenta una relazione tra due istanze …un individuo rappresenta qualsiasi elemento del dominio che non sia un concetto …una claim rappresenta l’asserzione di un fatto tramite un’istanza Barbara Re

38. I criteri della progettazione… Chiarezza: il significato intenzionale deve essere oggettivo Coerenza: si può inferire solo ciò che è consistente con le definizioni Estendibilità: successive estensioni o specializzazioni devono essere monotone, senza richiedere revisione Minima dipendenza dalla codifica: la concettualizzazione non deve dipendere da vincoli del linguaggio di rappresentazione Minimo commitment ontologico: la conoscenza deve essere rappresentata col minor numero possibile di dichiarazioni Barbara Re

39. Il ciclo di vita della progettazione Barbara Re

40. Mantenimento • chiarezza • coerenza • estensibilità • min impegno ontologico • min dipendenza codice Processo di sviluppo di un’ontologia Studio di Fattibilità Identificazione dominio e campo di applicazione • Catturare l’ontologia • Codificare l’ontologia • Integrare con ontologie esistenti Costruzione Valutazione Documentazione Ontologia Utenti, Esperti di dominio e Sviluppatori Barbara Re

41. E’ un’area di ricerca che si è molto espansa nell’ultima decade Metodologie Gestione Costruzione Fusione Ontologie Traduzione Mapping Riuso Apprendimento Aggiornamento Linguaggi Valutazione Strumenti Ontologie: Problemi di ricerca Barbara Re

42. I linguaggi per la rappresentazione della conoscenza • Si utilizzano logiche descrittive intese come una famiglia di formalismi utilizzati per rappresentare la conoscenza in un dominio di applicazione detto mondo • Più recentemente le logice descrittive sono state utilizzate come formalismo di base per lo sviluppo degli standard promossi dalla "Semantic Web initiative" del W3C • RDF che però non può essere considerato una logica descrittiva • OWL (nato dalle ceneri dei progetti DAML e OIL) Barbara Re

43. Linguaggi di rappresentazione Barbara Re

44. RDF: come possibile approccio all’interoperabilità strutturale • RDF si propone come un’hub da usare per gestire i costrutti strutturali al posto di numerose integrazioni ad hoc Source: Tim Berners Lee http://www.w3.org/2002/Talks/09-lcs-sweb-tbl/Overview.html Barbara Re

45. RDF mette a disposizione un modello di dati semplice … e molto flessibile si possono codificare Barbara Re

46. Che cos’è RDF • RDF • Come HTML, permette di creare dei link tra risorse pubblicati sul Web • Al contrario dei comuni ipertesti i link di RDF • Possono essere etichettati, al fine di indicare esplicitamente la relazione che intercorre tra gli oggetti • Si riferiscono a oggetti tipizzati, nel senso che RDF standardizza la modalità con cui si assegna un significato alla risorsa Barbara Re

47. Confronto HTML e RDF Barbara Re

48. RDF: un esempio guida • Il modello RDF rende disponibile un meccanismo per descrivere in modo machine- processable risorse Web risorse Web, ad esempio, pagine Web Esempio • Immaginiamo di voler tener traccia del fatto che qualcuno di nome Mario Rossi ha creato una certa pagina Web (http://www.example.org/index.html) • Se dovessimo descrivere questo fatto in linguaggio naturale potremmo utilizzare una semplice frase: Barbara Re

49. RDF: un esempio guida • Alcune parti della frase sono sottolineate per identificare • ciò che si vuole descrivere (in questo caso la pagina) la specifica proprietà (autore) di ciò che si vuole descrivere • ciò che vogliamo utilizzare per assegnare un valore • alla proprietà (chi è l’autore) di ciò che si vuole descrivere Barbara Re

50. La terminologia • In RDF per identificare • La frase si usa il termine stantment • La parte che identifica ciò di cui la frase parla si usa soggetto • La parte che identifica la proprietà del soggetto che la frase specifica si usa predicato • La parte che identifica il valore assegnato dalla frase alla proprietà si usa oggetto Barbara Re