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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA FACOLTA’ DI INGEGNERIA – SEDE DI MODENA Corso di Laurea in Ingegneria

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA FACOLTA’ DI INGEGNERIA – SEDE DI MODENA Corso di Laurea in Ingegneria Informatica. PROGETTAZIONE UML NELL’AMBITO DEL SEMANTIC WEB. Tesi di Laurea di Patrizia Ponchiroli. Relatore Chiar.ma Prof.ssa Sonia Bergamaschi.

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  1. UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA FACOLTA’ DI INGEGNERIA – SEDE DI MODENA Corso di Laurea in Ingegneria Informatica PROGETTAZIONE UML NELL’AMBITO DEL SEMANTIC WEB Tesi di Laurea di Patrizia Ponchiroli Relatore Chiar.ma Prof.ssa Sonia Bergamaschi Anno Accademico 2003/2004

  2. Obiettivo della Tesi: Strumenti per lo sviluppo di ontologie nel Semantic Web • Approccio tradizionale: Linguaggi KR tradizionali (Standard W3C) Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 • Momis: ODLI3 (estensione di ODL) • Alternativa proposta: Class diagram UML + vincoli OCL Adattabilità dell’UML nella rappresentazione di modelli formali come le ontologie ??? UML: Comunicazione grafica human-to-human di analisi del software ↓ Linguaggio machine-processable per lo sviluppo di ontologie

  3. 2° - Pagine dinamiche: • Informazioni machine-readable • Ricerche: match di keyword • 3° - Web Semantico • Tim Berners-Lee - Semantic web road map. Internal note, W3C. 1998 • Informazioni machine-understandable • Interoperabilità sintattica e semantica • Creazione di linguaggi standard appropriati • Mark-up dei contenuti / mark-up di presentazione • Formalizzazione dei metadati • Creazione di ontologie • Utilizzo di agenti mobili Generazioni del Web 1° - Pagine statiche:HTML Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  4. Semantic Web: agenti mobili raccolgono informazioni da sorgenti eterogenee, le elaborano e le scambiano automaticamente con altri programmi Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  5. Linguaggi KR: • OWL - SHOIN(D) • DAML+OIL - KIF (2001) • DAML (2000) • OIL - SHIQ (2000) Livello Logico Definizione di Ontologie Solo aspetti statici !  logiche del 1° ordine o Description Logics (DL) RDF-Schema (2000) XML-Schema Livello Schema RDF (1999) XML Livello Dati Linguaggi KR(Knowledge Representation Languages) Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  6. MOMIS (Mediator envirOnment for Multiple Information Sources) http://dbgroup.unimo.it/Momis • Progetto nato dalla collaborazione tra i gruppi operativi dell’Università di Modena e Reggio Emilia e di Milano • Attualmente continua nell’ambito del progetto SEWASIE (SEmantic Webs and AgentS in Integrated Economies) Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 • Integrazione virtuale ed intelligente di sorgenti eterogenee • Livello Logico: ODLI3 + OLCD (DL) • Sorgenti locali di dati strutturate o semistrutturate da integrare • Wrapper: descrizione delle informazioni delle sorgenti in ODLI3 • Mediatore: integrazione degli schemi locali generando un unico schema globale, la GVV (Global Virtual View) • Utente: interroga lo schema globale e riceve un’unica risposta

  7. È possibile definire le relazioni terminologiche, intensionali ed estensionali, di: • SYN (SYNonym-of): sinonimia • BT (Border Terms): ipernimia • NT (Narrow Terms): iponimia • RT (Related Terms): associazione ODLI3: • Nasce come estensione di ODL (Object Definition Language), un linguaggio di descrizione dei dati object-oriented • Permette l’integrazione di sorgenti strutturate e semi-strutturate • Due nuovi costrutti: union e optional Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 • Estensioni ai tipi valore ed ai tipi classe • Nel caso di sorgenti relazionali è possibile definire delle foreign key • Possibilità di definire attributi globali, oltre ai normali attributi locali • Vengono supportate le Mapping Rule • E’ possibile la definizione di regole di integrità denominate if-then rule • Annotazioni rispetto a WordNet

  8. Nasce nel 1997 come fusione di: • OMT (James Rumbaugh) • OOSE (Ivar Jacobson) • Metodologia di Booch (Grady Booch) • Meccanismi di estensione: • Vincoli • Valori etichettati • Stereotipi • Case-tool: • Rational-Rose • ArgoUML (open-source) } XMI (XML Metamodel Interchange) UML (Unified Modeling Language) Linguaggio di modellazione grafica Object-Oriented • Standard OMG (Object Management Group), basato su anni di esperienza nel campo dell’Ingegneria del Software, largamente adottato in campo industriale Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 • General purpose • E’ provvisto di package e di altri meccanismi di modularità • Ha la possibilità di esprimere processi e comportamenti dinamici • OCL: linguaggio formale per la specifica di vincoli, per esprimere regole logiche

  9. Diagrammi UML Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  10. Metamodello UML • Class diagram UML • Weel-formedness rules – OCL • Struttura a package MOF (Meta Object Facility): Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  11. Limiti • UML non ha ancora una semantica formale, uniforme e standardizzata • Metamodello: ridondanza • pUML (precise UML): Core di UML Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 • Non è ancora efficacemente “Web-enabled” • UML: object-oriented vs Linguaggi KR: a frame L’UML non possiede una sintassi lineare • Sia l’UML che i linguaggi ontologici sono legati al formalismo XML, ma: • DAML+OIL ha una rappresentazione standard XML • l’OMG adotta XMI come modello per trasferire dati • Semanticamente, OCL manca di una specifica formale • Significative incompatibilità semantiche tra l’UML ed i Linguaggi KR

  12. Linguaggi KR: • Le proprietà sono elementi primitivi, possono essere • definite senza riferimento a classi, e sono unidirezionali • Proprietà: più classi domain • RDF(S): 1 classe range • DAML+OIL: più classi range • Il concetto di Proprietà riassume i concetti di: • Associazione (ObjectProperty) • Attributo (DataTypeProperty) UML: Non c’è il concetto primitivo di Associazione Le associazioni possono esistere solo nel contesto di due o più classi Associazione: 1 classe source e 1 classe target Concetto di ProprietàK. Baclawski Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  13. Compagnia Veicolo possiede 1 0..n Persona Cane possiede 1 0..n cardinality minCardinality maxCardinality Concetto di PropertyK. Baclawski Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 “possiede”: UML: 2 associazioni DAML+OIL: 1 proprietà • daml:Class “Persona" • ... • daml:subClassOf • daml:Restriction • daml:onProperty “possiede" • daml:toClass “Cane" • … • daml:Property “possiede"

  14. a1 0..1 * Unambiguous Property a2 * 0..1 Unique Property Unambiguous e Unique Property K. Baclawski Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  15. Mapping UML / DAML+OILK. Baclawski K. Baclawski prevede di estendere l’UML, definendo un prototipo UML che mappi le specifiche UML in quelle DAML+OIL: Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 • Estensione al metamodello UML • Stereotipi, specializzazioni di costrutti di modellazione, che corrispondano a elementi della sintassi DAML+OIL: <<ontology>> (ontologia DAML+OIL) <<import>> (ontologie importate) <<instanceOf>> (type) <<equivalentTo >> <<sameClassAs>> <<samePropertyAs>> <<inverseOf>> <<TransitiveProperty>> <<subProperty Of >>

  16. Esempio di Stereotipo • Le subProperty DAML+OIL sono mappate con la dipendenza stereotipata <<subPropertyOf>> tra 2 associazioni: Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 La proprietà “father” è un raffinamento della proprietà “parent”

  17. Estensione metamodello UML Due nuovi costrutti: Proprietà e Restrizione • La Property è un Classifier e può esistere senza essere associata a nessuna classe Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 • Ogni estremo di associazione può essere descritto da al più una proprietà • Una Property, come in DAML+OIL, può essere vincolata da zero o più Restriction • Le istanze di una Restriction sono gli oggetti che soddisfano una condizione su una o più proprietà associate con la restrizione • Le Restriction sono Classifier ed ognuna è messa in relazione con almeno una classe Il fatto che nessuna Property può avere più di uno degli AssociationEnd di un’associazione può essere espresso con vincoli OCL

  18. Progetti in corso Tentativi di applicare UML nel campo della rappresentazione di ontologie • UBOT (Lockheed Martin Corporation)  Mapping UML / DAML+OIL di K. Baclawski Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 • Stephen Cranefied e Martin Purvis: hanno studiato l’uso dei class-diagram UML per rappresentare ontologie e degli object-diagram UML per rappresentare istanze • Cranefield sta promuovendo lo sviluppo di ontologie usando UML e studiando il problema del mapping UML-RDF  tool “UML-Data-Binding” • Progetto CODIP (Component for Ontology Driver Information Push): tool DUET (DAML-UML Enhanced Tool), basato su Rational Rose, che studia un profilo UML per DAML • F. Bergenti e A. Poggi hanno proposto un approccio basato sull’uso dell’UML per modellare vari aspetti dei sistemi multi-agente

  19. ConsVISor Consistency checking XMI models UML GUI UML↔DAML+OIL Translation XMI models Ontology Engineer automatically generated DAML+OIL annotated text or web pages AeroDAML Extraction to DAML+OIL Text or web pages AeroText Text Extraction DAML+OIL Ontologies UBOT (UML Based Ontology Tool-set) http://ubot.lockheedmartin.com Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  20. Java source file Java class file loads javac Applications XSLT Ontology Engineer UML-based design tool references references XMI Document XSLT references RDF-Schema (in XML) + Estensioni Knowledge (in RDF/XML) UML-Data-Binding S. Cranefield http://nzdis.otago.ac.nz/projects Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  21. Problemi/limiti di mapping  componenti statici dell’UML Ma l’UML è molto di più: Ideale per modellare svariati aspetti del Web Semantico • gestione delle interazioni tra gli agenti software • organizzazione dei servizi Web offerti • Confronto dei tool UML  DAML+OIL / RDF con i traduttori MOMIS ODLI3  RDF(S) / OWL etc... • Confronto validazione di schemi: ConsVISor / ODB-Tools • Confronto esprimibilità vincoli: OCL / ODLI3 • Ricerche recenti hanno mostrato come vincoli di integrità UML possono essere espressi come trasformazioni di grafo del metamodello UML  Implementazione di questo stile di deduzione in tool UML Conclusioni e sviluppi futuri Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  22. Bibliografia essenziale • Tim Berners-Lee. Semantic web road map. Internal note, W3C. 1998 • http://www.w3.org/DesignIssues/Semantic.html • World Wide Web Consortium. http://www.w3.org • Valentina Tamma. Theoretical foundations of ontologies. An Ontology Model supporting Multiple Ontologies for Knowledge sharing. PhD Thesis, University of Liverpool, 2001 • Nicola Guarino. Formal ontologies and information systems. Proceedings of the International Conference on Formal Ontology in Information Systems (FOIS'98), Trento, Italy, 1998 • MOMIS. http://dbgroup.unimo.it/Momis • UML. OMG Unified Modeling Language Specification, ver. 1.4 • UBOT. http://ubot.lockheedmartin.com • S. Cranefield. UML and the Semantic Web. http://www.semanticweb.org/SWWS/program/full/paper1.pdf Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04

  23. PROGETTAZIONE UML NELL’AMBITO DEL SEMANTIC WEB La tesi è consultabile e scaricabile dal sito www.dbgroup.it Progettazione UML nell’ambito del Semantic Web – 15/12/04 Grazie per l’attenzione Patrizia Ponchiroli

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