Lightweight vs Heavyweight Neformlna vs Formlna Marin imko

Lightweight vs Heavyweight (Neformálna vs Formálna) Marián Šimko vs Michal Holub Pe. We 9. 10. 2012

koncept (pojem, designát) designácia sinifikácia objekt (vec, denotát) denotácia (Frege, 1982; Sowa; 2000) pes symbol (slovo, designátor)

Sémantika • údaje s významom • light vs heavy (neformálna vs formálna) • rozdiel je v „množstve“ významu • potrebná pre stojové spracovanie údajov

Príklad ontologickej reprezentácie GE číslo prírodná GE kopec rieka Kráľova hoľa Ipeľ 1946 obývaná GE krajina Slovensko 232 Poltár mesto hlavné mesto Bratislava

(Wong et al. , 2011)

Heavyweight ontológia • four disjoint sets C, R, A and T whose elements are called concept identifiers, relation identifiers, attribute identifiers and data types, respectively, • a semi-upper lattice ≤c on C with top element rootc, called concept hierarchy or taxonomy, • function σR: R → C+ called relation signature, • a partial order ≤R on R, called relation hierarchy, where r 1 ≤R r 2 implies |σR(r 1)| = |σR(r 2)| and пi(σR(r 1)) ≤c пj(σR(r 2)), for each 1 ≤ i ≤ |σR(r 1)|, and • a function σA: A → C x T, called attribute signature, • a set T of datatypes such as strings, integers, etc. (Cimiano, 2006)

Heavyweight ontológia • Definition 2 (Domain and Range) • Definition 3 (ℒ-axiom System) • Definition 4 (Lexicon) • Definition 5 (Knowledge Base (KB)) • Definition 6 (Instance Lexicon) • Definition 7 (Extension) • Definition 8 (Intension) (Cimiano, 2006)

Heavyweight ontológia ∀x(country(x) → ∃y capital_of(y, x) ∧ ∀z(capital_of(z, x) → y=z)) General Axioms disjoint(river, mountain) capital_of ≤R located_in flow_through(dom: river, range: GE) capital ≤C city, city ≤C GE c: = country : = <i(c), ||c||, Ref. C(c)> Axiom Schemata Relation Hierarchy Relations Concept Hierarchy Concepts {country, nation} Synonyms river, coutry, nation, city, capital, . . . Terms (Cimiano, 2006)

Koncept – trojica ( i(c), [c], Ref. C(c) ) • i(c) – intenzionálny opis • [c] – extenzionálny opis • Ref. C(c) – lexikálna realizácia v korpuse

Štandardy – RDF(S) RDF Schema osoba podtrieda obor hodnôt def. obor typ učí učiteľ predmet typ učí http: //fiit. sk/~holub http: //osa. fiit. stuba. sk/os RDF dáta

RDF(S) príklad <? xml version="1. 0"> <rdf: RDF xmlns: rdf="http: //www. w 3. org/1999/02/22 -rdf-syntax-ns#" xmlns: rdfs="http: //www. w 3. org/2000/01/rdf-schema#" xmlns: dbpp="http: //dbpedia. org/property" xmlns: geo="http: //www. w 3. org/2003/01/geo/wgs 84_pos#"> <rdf: Description rdf: about="http: //dbpedia. org/resource/Leipzig"> <property: has. Mayor rdf: resource="http: //dbpedia. org/resource/Burkhard_Jung"/> <rdfs: label xml: lang="de">Leipzig</rdfs: label> <geo: lat rdf: datatype="float">51. 3333</geo: lat> <geo: lon rdf: datatype="float">12. 3833</geo: lon> </rdf: Description> </rdf: RDF>

RDF(S) – problémy • doména a rozsah sa nedajú obmedziť • has. Child pri osobe je osoba, pri pande panda • nedá sa obmedziť existenia a kardinalita • každá osoba má práve jednu matku typu osoba • nedajú sa definovať tranzitívne, inverzné, symetrické tvrdenia • príliš nepodporuje odvodzovanie, dokazovanie

Štandardy – OWL Light (pod)triedy, indivíduá (pod)vlastnosti, doména, rozsah konjunkcia (ne)rovnosť cardinalita 0/1 dátové typy inverzia, tranzitivita, symetria OWL DL negácia, disjunkcia plná kardinalita vymenované typy RDF Schema OWL full meta triedy

Lightweight ontológia • Termy • jedno a viac-slovné výrazy • pizza • Slovníky • Termy s výkladom, vysvetlením • pizza - A baked Italian dish of a thinly rolled bread dough crust typically topped before baking with tomato sauce, cheese and other ingredients such as meat, vegetables or fruit

Lightweight ontológia • Taxonómie • Hierarchické vzťahy typu is-a • food, pizza, margherita • Tezaury • Slovníky, navyše s: • Hierarchickými vzťahmi: všeobecnosť (hypero-/hyponymá), časť celku (mero-/holonymá) • Vzťahmi ekvivalencie • Vzťahmi paradigmatickej podobnosti (relatedness)

Kritériá • expresivita • konzistentnosť • zostrojiteľnosť • rýchlosť • transparentnosť • inštanciovateľnosť • interoperabilita

Expresivita Heavyweight Lightweight • jazykovo nezávislá • jazykovo závislejšia • trojaká definícia konceptu • „plnohodnotné“ usudzovanie, odvodzovanie • lexikálny základ • koncept – term • „primitívne“ usudzovanie • na základe podobnosti • porovnanie definícií (reťazce) • grafové algoritmy

Konzistentnosť Heavyweight Lightweight • daná modelom • latentná • overiteľná • daná metódami, ktoré pracujú s modelom

Zostrojiteľnosť ∀x(country(x) → ∃y capital_of(y, x) ∧ ∀z(capital_of(z, x) → y=z)) General Axioms disjoint(river, mountain) capital_of ≤R located_in flow_through(dom: river, range: GE) capital ≤C city, city ≤C GE c: = country : = <i(c), ||c||, Ref. C(c)> Axiom Schemata Relation Hierarchy Relations Concept Hierarchy Concepts {country, nation} Synonyms river, coutry, nation, city, capital, . . . Terms (Cimiano, 2006)

Zostrojiteľnosť ∀x(country(x) → ∃y capital_of(y, x) ∧ ∀z(capital_of(z, x) → y=z)) General Axioms 0% disjoint(river, mountain) capital_of ≤R located_in flow_through(dom: river, range: GE) capital ≤C city, city ≤C GE c: = country : = <i(c), ||c||, Ref. C(c)> Axiom Schemata Relation Hierarchy H 10 – 20 % Relations Concept Hierarchy 40 – 50 % Concepts L 70 – 80 % {country, nation} Synonyms river, coutry, nation, city, capital, . . . Terms (Cimiano, 2006)

Rýchlosť Heavyweight Lightweight • v závislosti od veľkosti ontológie • rýchla • pomerne pomalá

Transparentnosť • miera čitateľnosti / porozumiteľnosti človekom Heavyweight Lightweight • vyššia • nižšia

Inštanciovateľnosť (angl. population) Heavyweight Lightweight • nižšia • vyššia

Kritériá lightweight heavyweight • expresivita -- + • konzistentnosť -- + • zostrojiteľnosť + -- • rýchlosť (použitia) + -- • transparentnosť -- + • inštanciovateľnosť + -- • interoperabilita -- +

Prípadové štúdie • ALEF • Tra. Di. Ce • YAGO-NAGA • Farmafirma

ALEF • Adaptívny výučbový systém • Modelovanie vedomostí študenta: • koncept-vedomosť • využitie prispôsobenie systému • odporúčanie • navigácia • Teória šírenia vedomostí • Žiadne pokročilé usudzovanie

ALEF • Vzdelávacie objekty • Koncepty • Vzťahy medzi konceptmi • (E , R , F , A , T , t) lo 1 lo 2 lo 4 lo 3 lo 5 . . . lon

Tra. Di. Ce • články, autori, publikácie, konferencie • reprezentácia pomocou RDF • skúmame vzťahy medzi entitami • vyhľadávanie, navigácia

YAGO-NAGA • Yet Another Great Ontology • sémantická báza znalostí • automaticky zostavená z Wikipédie, Geo. Names • NAGA • sémantický vyhľadávač • „ktorý fyzik sa narodil v ten istý rok ako Einstein“?

Farmaceutická firma • Ontológia liečiv (referenčná) • Ontológia chorôb • Národná databáza pacientov • Prípad: vývoj vlastných liečiv, prepojenie s národným systémom • Doménová znalostná reprezentácia – heavy

Zhodnotenie • Víťaz duelu • Nejednoznačný • Voľba reprezentácie • V závislosti od cieľa web. / informačného systému

Literatúra • Cimiano, P. : Ontology Learning and Population from Text: Algorithms, Evaluation and Applications. Springer, ISBN 0 -387 -30632 -3 (2006) • Frege, G. : Über Sinn und Bedeutung. Zeitschrift für Philosophic und philosophische Kritik, 100, pp. 25– 50 (1892) • Hoffart, J. , Suchanek, F. , Berberich, K. , Weikum, G. : YAGO 2: A Spatially and Temporally Enhanced Knowledge Base from Wikipedia. Special issue of the Artificial Intelligence Journal (2012) • Wong, W. , Liu, W. , Bennamoun, M. : Ontology learning from text: A look back and in the future. ACM Computing Surveys (CSUR), 44(4), Article No. 20 (2012)

Literatúra • Ontologies: introduction, design, languages and tools. <http: //www. slideshare. net/fulvio. corno/ontologies-introduction-designlanguages-and-tools> • RDF: http: //www. w 3. org/TR/rdf-primer/ • RDFS: http: //www. w 3. org/TR/rdf-schema/ • OWL: http: //www. w 3. org/TR/2004/REC-owl-ref-20040210