Ontologias de domnio aplicadas a Gesto de Conhecimento

Ontologias de domínio aplicadas a Gestão de Conhecimento e Desenvolvimento de Software Eduardo Moraes Centro de Informática – Cin/UFPE Outubro de 2010

Roteiro 1. Ontologias 2. A gestão do conhecimento 3. Tecnologias para representação do conhecimento 4. Ontologias Aplicadas Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 2

Ontologia Filosofia (Aristóteles 384 -322 a. C) Ø lida com a natureza e organização da realidade q. O que é o ser? q. Quais são as características comuns a todos os seres? Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 3

Origem e motivação para ontologias Sistemas Especialistas desde 80 Gerenciamento do Conhecimento em Organizações desde 90 Psicologia Cognitiva desde 60 Filosofia desde 350 A. C. Integração de Dados desde 95 Engenharia de Software: requisitos e reuso desde 90 Ontologias Sistemas Multi-agentes desde 95 Lingüística desde 60 Processamento de Linguagem Natural desde 80 Recuperação de Informação na Web desde 00 Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 4

Ontologia na Ciência da Computação Inteligência Artificial “tudo que existe deve poder ser representado por um formalismo” Constituída por um vocabulário e um conjunto de declarações, é de fato a base para a comunicação entre humanos e máquinas e/ou agentes Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 5

Ontologia Visa dar significado semântico pleno à informação Tema importante em várias áreas de pesquisa Comércio eletrônico Ontologia Process. ling. natural Bibliotecas Digitais Integração de informação Eng. conhecimento Recuperação da informação (mecanismos de busca) Web Semântica Gerência do conhecimento Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 6

Ontologia A comunicação entre humanos é possível através de palavras/símbolos Mapeamento de palavras/símbolos para “coisas” é feito de maneira indireta através de relações e conceitos melhoria Conceito refere-se a lembra “Manga” Símbolo Coisa significa (referente) Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 7

Quais são os problemas? Pessoas, organização e sistemas de software precisam se integrar, mas. . . comunicação pobre: diferentes vocabulários, conceitos, estruturas e métodos utilizados de formas diferentes dificuldades de identificar requisitos e conseqüentemente especificar o sistema interoperabilidade potencial p/ reuso e compartilhamento esforço desnecessário, “reinventando a roda” Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 8

Solução? Reduzir ou eliminar confusão conceitual e teminológica e chegar a um entendimento compartilhado framework unificado base p/ comunicação (≠ necessidades, ptos de vista) interoperabilidade entre sistemas (tradução entre modelagens, paradigmas, linguagens, ferramentas) Eng. Sistemas reusabilidade: atrib, entidades, relacionam, processos, . . ; consistência devido à representação formal; especificação (melhor identificação requisitos leva a uma melhor definição do sistema Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 9

Ontologia: algumas definições [Guarino 1996] Uma ontologia é uma especificação explícita de uma conceitualização [Gruber 1994] Uma ontologia é uma especificação do nível de conhecimento explícito de uma conceitualização, que pode ser afetado por um domínio e objetivo para os quais foi destinada [van Heijst et al. 1996] Uma ontologia são acordos acerca de conceitualizações compartilhadas Uma ontologia é o entendimento compartilhado em algum domínio de interesse Constituída por um vocabulário e um conjunto de declarações, é de fato a base para a comunicação entre humanos e máquinas/agentes Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 10

Ontologia é uma especificação formal explícita de uma conceitualização compartilhada. Gruber, T. R. : “A translation approach to portable ontologies”, Knowledge Acquisition, 5(2): 199 -220, 1993. “Conceitualização: modelo abstrato de algum fenômeno do mundo, cujos conceitos foram identificados como relevantes para aquele fenômeno. Explícita: conjunto de conceitos utilizados e as restrições aplicadas são previamente e explicitamente definidas. Formal: espera-se que uma ontologia seja processável por um computador, o que exclui definições em linguagem natural, por exemplo. Compartilhada: descreve um conhecimento consensual, que é utilizado por mais de um indivíduo e aceito por um grupo. ” [Studer et al. 1998] Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 11

Principais componentes de uma ontologia 5 diferentes tipos de componentes: Classes: ▪ Conceitos do domínio ou tarefas, geralmente organizados em taxonomias ▪ Em uma ontologia universitária: estudante e professor são duas classes Relações: ▪ Um tipo de interação entre conceitos do domínio ▪ Ex. : subclass-of, is-a Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 12

Principais componentes de uma ontologia (cont. ) Funções: ▪ Caso especial de relações onde o n-ésimo elemento é único para os n-1 elementos precedentes ▪ Ex. : Preço de um carro usado Axiomas: ▪ Sentenças verdadeiras ▪ Ex. : se um estudante está matriculado na disciplina X e Y é prérequisito de X, então o aluno já cursou Y Instâncias: ▪ Representam elementos específicos ▪ Ex: O estudante João é uma instância da classe Estudante Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 13

A “Inteligência” Abordagem declarativa Descreve um domínio com suas entidades e características, através de “fatos” declarativos, que não estão dentro dos programas Motores de inferência deduzem novos fatos a partir dos existentes Teorias Fundamentadas em lógica matemática e Sistemas para expressar e manipular conhecimento declarativo de forma tratável e eficiente computacionalmente Formalismo provê Acesso aos fatos (conhecimento) Mecanismo de inferência (ou estratégia de resolução) Estratégias de controle e escalonamento da inferência Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 14

A Web Hoje A maior parte da Web hoje é dirigida ao consumo humano: Mesmo o conteúdo gerado automaticamente a partir de bases de dados é usualmente apresentado sem a estrutura original da base de dados. Usos típicos da Web hoje: Pesquisar e utilizar informação, Buscar e entrar em contato com outras pessoas, Pesquisar produtos e lojas on-line, Adquirir produtos e serviços. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 15

Busca por palavras-chave As atividades executadas na Web não são particularmente bem suportadas por ferramentas de software. Exceto por mecanismos de busca por palavras-chave (p. ex: Google, Alta. Vista, Yahoo). A Web não seria o grande sucesso que é hoje se não fossem os mecanismos de busca. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 16

Problemas dos Mecanismos de Busca por Palavras-Chave Alto retorno com baixa precisão Baixo ou nenhum retorno Resultados altamente sensíveis ao vocabulário Os resultados são apenas páginas da Web A intervenção humana é necessária para interpretar os resultados. O resultado obtido não é diretamente acessível por outras ferramentas de software. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 17

Roteiro 1. Ontologias 2. A gestão do conhecimento 3. Tecnologias para represetaçao do conhecimento 4. Ontologias Aplicadas Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 18

Gestão de Conhecimento Gestão do Conhecimento subentende aquisição, acesso e manutenção do conhecimento nas organizações. É uma atividade prioritária no mundo das grandes corporações: O conhecimento interno é seu capital intelectual. É particularmente importante para as nações, multinacionais e outras organizações geograficamente dispersas. A maior parte da informação atualmente disponível está numa forma estruturalmente fraca (p. ex: texto, áudio, vídeo) Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 19

Limitações das Atuais Tecnologias para Gestão de Conhecimento Pesquisa da Informação Mecanismos de Busca por Palavras-chave. Extração da Informação Envolvimento humano necessário para procurar, recuperar, interpretar, combinar e indexar Manutenção da Informação Inconsistências na terminologia, informação desatualizada… Visualização da Informação Impossível definir modos de visualização da informação recuperada. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 20

Gestão de Conhecimento através da Web Semântica O connhecimento poderia ser armazenado em espaços conceituais, de acordo com o seu significado. A manutenção, descoberta e emergência de conhecimento poderia ser feita por ferramentas automatizadas. Query/answering semântico. Query/answering sobre vários documentos. Adaptação do documento ao usuário. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 21

O Impacto da Web Semântica – Comércio Eletrônico B 2 C Um cenário típico: o cliente visita uma ou várias lojas on-line, pesquisa ofertas, escolhe e adquire produtos. Idealmente as pessoas gostariam de visitar todas ou todas as principais lojas on-line, mas isso consome muito tempo. Shopbots são ferramentas úteis. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 22

Limitações dos Shopbots É necessário o emprego de wrappers, o que requer programação extensiva. Os wrappers precisam ser reprogramados quando uma loja on-line modifica sua interface. Os wrappers extraem informação com base em análise textual: Tendência a erros A informação extraída é limitada. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 23

Comércio Eletrônico B 2 C Baseado na Web Semântica Agentes de software poderiam interpretar informações sobre os produtos e os termos de serviço. Preço, parcelamento, juros, forma de entrega, políticas de privacidade, etc, poderiam ser interpretadas e comparadas com as necessidades dos clientes. Informação sobre a reputação das lojas estariam disponíveis. Agentes sofisticados seriam capazes de conduzir negociações automáticas. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 24

O Impacto da Web Semântica – Comércio Eletrônico B 2 B Grande promessa para a economia Atualmente adota principalmente EDI (Corba, ODBC, …) Tecnologias isoladas, entendidas somente por especialistas Difícil de programar e manter. Tendência a erros. Cada comunicação B 2 B requer uma programação separada. Aparentemente a Web é a infraestrutura perfeita. Mas B 2 B não é bem suportado pelos padrões Web atuais. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 25

Comércio Eletrônico B 2 B Baseado na Web Semântica Parcerias seriam formadas sem muito overhead. Diferenças na terminologia poderiam ser resolvidas por meio de modelos abstratos de domínios. EDI por meio de serviços de tradução. Leilões, negociações e contratos seriam executados automaticamente (ou quase) por meio de agentes de software. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 26

Roteiro 1. Ontologias 2. A gestão do conhecimento 3. Tecnologias para represetaçao do conhecimento 4. Ontologias Aplicadas Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 27

Tecnologias para Representar Conhecimento Metadados Explícitos Ontologias Lógica e Inferência Agentes de Software Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 28

Sobre HTML O conteúdo da Web é atualmente formatado para leitores humanos ao invés de programas. HTML é a linguagem predominante na qual as páginas são escritas. O vocabulário descreve a apresentação - e não o conteúdo. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 29

Um Exemplo HTML <h 1>Agilitas Physiotherapy Centre</h 1> Welcome to the home page of the Agilitas Physiotherapy Centre. Do you feel pain? Have you had an injury? Let our staff Lisa Davenport, Kelly Townsend (our lovely secretary) and Steve Matthews take care of your body and soul. <h 2>Consultation hours</h 2> Mon 11 am - 7 pm Tue 11 am - 7 pm Wed 3 pm - 7 pm Thu 11 am - 7 pm Fri 11 am - 3 pm<p> But note that we do not offer consultation during the weeks of the <a href=". . . ">State Of Origin</a> games. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 30

Problemas com HTML Para os seres humanos não há problema algum. Mas para as máquinas (agentes de software): Como distinguir os terapêutas da secretária? Como determinar a hora exata das consultas? É necessário seguir o link dos “Jogos do Estado de Origem” para saber quando estes ocorrem. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 31

Uma Representação Melhor <company> <treatment. Offered>Physiotherapy</treatment. Offered> <company. Name>Agilitas Physiotherapy Centre</company. Name> <staff> <therapist>Lisa Davenport</therapist> <therapist>Steve Matthews</therapist> <secretary>Kelly Townsend</secretary> </staff> </company> Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 32

Metadados Explícitos Esta forma de representação é processada muito mais facilmente por meio de máquinas. Metadados: dados sobre dados. Os metadados capturam parte do significado dos dados. A Web Semântica não se baseia na manipulação de texto, mas ao invés disto no processamento de metadados. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 33

Ontologias O termo ontologia tem sua origem na filosofia: “O estudo da natureza da existência”. Em Ciência da Computação: “Uma ontologia é uma especificação explícita, formal e compartilhada de uma conceitução”. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 34

Componentes Típicos de uma Ontologia Termos: denotam conceitos importantes (classes de objetos) do domínio. P. ex: professores, funcionários, alunos, cursos, departamentos, … Relacionamentos entre estes termos: Tipicamente hierarquias de classes. Uma classe C é uma subclasse de outra classe C’ se todo objeto em C também é objeto de C’. P. ex: Todos os professores são funcionários. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 35

Outros componentes das ontologias Propriedades: Restrições de valores: P. ex: Somente membros do corpo docente podem lecionar Disjunções: P. ex: X leciona Y P. ex: Professores adjuntos e assistentes são disjuntos. Relacionamentos lógicos entre os objetos P. ex: Toda Escola deve possuir no mínimo 10 professores. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 36

Exemplo de uma Hierarquia de Classes Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 37

O Papel das Ontologias na Web Semântica As ontologias fornecem o entendimento compartilhado de um domínio: interoperabilidade semântica. Superam as diferenças na terminologia Mapeamentos entre ontologias São especialmente úteis para a organização e navegação em Web sites. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 38

O Papel das Ontologias na Pesquisa da Web As ontologias são úteis para tornar as pesquisas mais acuradas e precisas. Os mecanismos de busca podem procurar por páginas relacionadas a um conceito preciso em uma ontologia. As pesquisas podem explorar informação de generalização ou especialização. Se uma consulta falha em encontrar documentos relevantes, o mecanismo de busca pode tentar uma consulta mais geral. Se há respostas demais, o mecanismo de busca pode sugerir alguma especialização. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 39

Linguagens para Ontologias (2) OWL É uma linguagem mais expressiva que o RDF Esquema Relações entre classes. P. ex: disjunção. Cardinalidade. P. ex: “exatamente um”. Tipagem de propriedades mais rica. Características das propriedades. P. ex: simetria. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 40

Lógica e Inferência Lógica é a disciplina que estuda os princípios do raciocínio. Linguagens formais para expressar conhecimento. Semântica formal bem compreendida. Conhecimento declarativo: descreve-se o que “vale” sem preocupação com o que pode ser deduzido. Raciocínio automático permite a dedução (inferência) de conclusões a partir do conhecimento existente. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 41

Um Exemplo de Inferência adjunto(X) professor(X) funcionário(X) adjunto(josé) Pode-se inferir as seguintes conclusões: professor(josé) funcionário(josé) adjunto(X) funcionário(X) Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 42

Lógica versus Ontologias O exemplo anterior envolve conhecimento tipicamente encontrado em ontologias. A lógica pode ser usada para revelar conhecimento ontológico implícito. Pode também ajudar a revelar relacionamentos inesperados e inconsistências. A lógica é mais geral do que as ontologias. Pode também ser empregada por agentes inteligentes para tomar decisões e selecionar o curso das ações. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 43

Compromisso entre Expressividade e Complexidade Computacional Quanto mais expressiva uma lógica é, mais dispendiosa computacionalmente ela se torna na produção de inferências Atingir certas conclusões pode se tornar impossível em certas circunstãncias. O exemplo anterior envolve regras do tipo “se condições então conclusão” e somente um número finito de objetos. Este subconjunto da lógica é tratável e suportado por ferramentas de raciocínio bastante eficientes. Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 44

Ontologias aplicadas Gestão de Competências Gestão Estratégica da Indústria de Software Brasileira Desenvolvimento de Software distribuído Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 45

Ontologia de Competências Profissionais em Tecnologia da Informação Paulo Roberto Corrêa Leão; Káthia M. Oliveira; Eduardo A. D. Moresi Universidade Catolica de Brasilia Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 46

Marcio Amancio dos Santos - Universidade Católica do Paraná - Dissertacao de Mestrado- Representacao da Industria de Sofware Brasileira pela engenharia Ontologica, 2006 Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 47

Onto. Di. SEN: uma ontologia para apoiar o desenvolvimento distribu´ıdo de software Ana Paula Chaves 1, Igor Steinmacher 1– Universidade Tecnol´ogica Federal do Paraná Departamento de Engenharia de Produccao– Universidade Estadual de Maring´a Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 48

Referências [Gruber 1994] Gruber T. Toward Principles for the Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing. IJHCS, 43(5/6): 907 -928. [Guarino 1996] N. Guarino. Understanding, Building, and Using Ontologies, 1996. http: //ksi. cpsc. ucalgary. ca/KAW 96/guarino. html. [Guarino, Welty 2002] N. Guarino, C. Welty. Evaluating ontological decisions with Onto. Clean. Comm. of the ACM(2): 61 -65(2002). Paulo Roberto Corrêa Leão; Káthia M. Oliveira; Eduardo A. D. Moresi - Ontologia de Competências Profissionais em Tecnologia da Informação, 2006 Marcio Amancio dos Santos - Universidade Católica do Paraná - Dissertacao de Mestrado- Representacao da Industria de Sofware Brasileira pela engenharia Ontologica, 2006 Ana Paula Chaves 1, Igor Steinmacher 1, Gislaine Camila L. Leal 2, Elisa - Onto. Di. SEN: uma ontologia para apoiar o desenvolvimento distribuıdo de software , 2008 Ontologias de Domínio aplicadas a Gestão e Desenvolvimento de Software 49