Web Semântica

1. Web Semântica Fred Freitas CIn - UFPE

2. Objetivos • Entender a utilidade e a filosofia da Web Semântica • Distinguir as camadas da Web Semântica • De cada camada: • Discernir a expressividade de cada uma delas • Entender o papel de cada uma delas • Conhecer suas respectivas linguagens

3. Motivação: Problemas e potenciais da Web A Web Semântica e suas camadas As camadas XML e RDF A camada de Ontologias Aplicações e perspectivas Plano de aula

4. Trajetória da Internet • 1a. Geração - troca de dados entre máquinas distintas • 2a. Geração - a World Wide Web • Disponibilizou uma vasta gama de aplicativos e informação para as pessoas • Comércio eletrônico entre clientes e empresas (b2c)

5. A Internet • A linguagem em que são codificadas as páginas da Internet (HTML – HyperText Markup Language) garante apenas apresentação e navegação • Como achar a informação desejada??

6. Quero saber o que pesquisa o Prof. Robin…

7. Página dele, em HTML <meta NAME="Author" CONTENT="Jacques Robin"> <meta NAME="Description" CONTENT="Personal HOme-page of Jacques Robin professor"> … <h3><font face="Arial">Research Interests</font></h3> <ul> <li> Artificial Intelligence </li> <li> Multi-Agent Systems </li> <li> Computational Linguistics </li> <li> NLP </li> <li> Hypertext Generation </li> <li> Intelligent Databases </li> <li> Logic Programming </li> <li>Data Warehousing and OLAP</li> </ul> O que está codificado na página dele não diz nada a respeito do conteúdo!

8. Baixa precisão Baixa Cobertura Os Engenhos de Busca se confundem…

9. Motivação: Problemas de Recuperação de Informação na Web • Falta de precisão: muitos resultados irrelevantes • Principais ausências • Falta de contexto • Falta de semântica na definição das páginas • O usuário em busca de informações objetivas é quem fica com o trabalho duro de interpretar, filtrar e combinar os resultados de sistemas de busca

10. Qual o significado dos Links? • Jacques Robin's Research Students • PhD. students: • Franklin Ramalho Franklin Ramalho is a PhD student in the Centro de Informática at the Universidade Federal de Pernambuco. http://www.di.ufpe.br/~jr/students.html http://www.cin.ufpe.br/~fsr/ • O significado dos links está relacionado a: • O que há em torno • Um contexto

11. Motivação: Perguntas que podem ser respondidas (mas não são!) ? „Quais são os competidores da Audi no mercado em Recife ?“ Respostas: Volvo

12. & = 3 Audi e são competidores no mercado de Recife. Motivação: Informações implícitas 1 A Audi vende carros de luxo em Recife. 2 A Volvo vende carros de luxo em Recife.

13. Motivação: Problemas e potenciais da Web A Web Semântica e suas camadas As camadas XML e RDF A camada de Ontologias Aplicações e perspectivas Plano de aula

14. 3a. Geração - A Web Semântica • Objetivo: prover contexto e semântica à informação para o software • Transformar os dados e aplicativos em elementos úteis, legíveis e compreensíveis para o software • Facilitar a comunicação dinâmica, a cooperação e a inferência para os agentes inteligentes • Possibilitar o comércio eletrônico entre empresas (b2b)

15. Camadas da Web Semântica Dedução do Implícito Semântica Explícita Dados relacionais distrib. Troca de dados

16. As camadas de lógica, prova e confiança • Estas camadas ainda estão sendo pesquisadas • A camada lógica permite a especificação de regras que atuam sobre instâncias e recursos • A camada de prova as executa • A camada de confiança avalia se a prova está correta ou não

17. Motivação: Problemas e potenciais da Web A Web Semântica e suas camadas As camadas XML e RDF A camada de Ontologias Aplicações e perspectivas Plano de aula

18. XML A camada XML • HTML foi abstraída para XML • eXtensible Markup Language • As etiquetas (tags) podem ser rotulados • Dados ganham sintaxe, mas não significado: • Etiquetas como “livro” e “autor” são intuitivas para nós • Mas não para o computador: o que é “livro”? Quais as relações? ... <livraria> <livro> <titulo>O Lobo da Estepe</titulo> <autor>Herman Hesse</autor> <isbn>0836217462</isbn> </livro> </livraria>

19. XML Definições de Tipos de Documentos (DTDs) • DTDs definem a estrutura (e sintaxe) de um documento • Classes, atributos, valores default e ordem de aparecimento dos dados das instâncias • Aninhamento léxico <!DOCTYPE livraria [ <!ATTLIST livro id ID #IMPLIED> <!ATTLIST autor id ID #IMPLIED> <!ATTLIST ISBN id ID #IMPLIED>]>

20. XML Esquemas XML (XMLS) • Semelhantes a DTDs, porém mais ricos • Definem-se ainda tipo e formato exato dos atributos, número exato de instâncias de um aninhamento • Há mecanismos de inclusão e derivação de esquemas que proporcionam reuso • A camada XML descreve a estrutura do documento, deixando para as que acima dela a definição do conteúdo

21. XML Empresa 1: <Produto> <tipo>Carro</tipo> <Nome>Jaguar</Nome> <Preco>300.000 R$</Preco> </Produto> Empresa 2: <Automovel> <Nome>Jaguar XJ </Nome> <Custo>100.000 US$ </Custo> </Automovel> Web Semântica & XML • XML organiza os dados em árvores e define sintaxe • Mas só sintaxe não ajuda muito em B2B: • Problemas: • Conflitos de Nome • Conflitos de Valor • Conflitos de Estrutura XML não provê semântica formal Serve apenas para colaboração previamente acertada, com agentes e páginas num ambiente limitado (comunidade ou intranet) .. Mas não para páginas a serem disponibilizadas para quaisquer usuários na Internet

22. RDF+RDFSchema A camada RDF • Resource Description Framework • Adiciona semântica a um documento, sem referir-se à sua estrutura • Usa XML como sintaxe • Descreve “recursos” (URIs) da Web • Partes específicas de documentos ou dados como lugares, pessoas, etc

23. Exemplo de descrição em RDF http://www.cin.ufpe.br Jacques Robin Creator Professor 02-05-2002 http://www.cin.ufpe.br/~jr Date Sujeito (recurso) http://www.cin.ufpe.br/~jr Predicado Criador (“creator”) (atributo) Objeto “Jacques Robin" (valor)

24. Código em RDF <rdf:RDF xmlns:rdf=http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns# xmlns:dc=http://pur1.org/metadata/dublin_core# > <rdf:Description about= http://www.cin.ufpe.br/~jr> <dc:Creator>Jacques Robin</dc:Creator> <dc:Date>05-02-2002</dc:Date> <dc:Description>Personal home-page …</dc:Description> <Professor rdf:resource=“http://www.cin.ufpe.br”/> </rdf:Description> </rdf:RDF> Meta-descrição Descrição

25. RDF+RDFSchema RDF & RDF(S) • RDF • Recursos são descritos como trios objetos-atributos-valores • Os objetos são recursos • Valores são recursos ou strings • Ao invés de árvores, trios representam grafos diretos rotulados • RDF Schema • Padroes (primitivas) de modelagem • class, subclassof, type • property, subpropertyof (hierarquias de propriedade) • domain, range (domínio e imagem) • Motores de inferência: TRIPLE e Sesame

26. RDF+RDFSchema Pessoa Empregado domain responsavelPor range subClassOf subproperty Aluno Professor orienta type type orienta Fred Tercio RDF & RDF(S) • RDF • Recursos são descritos como trios objetos-atributos-valores • Os objetos são recursos • Valores são recursos ou strings • Ao invés de árvores, trios representam grafos diretos rotulados • RDF Schema • Padroes (primitivas) de modelagem • class, subclassof, type • property, subpropertyof (hierarquias de propriedade) • domain, range (domínio e imagem) • Motores de inferência: TRIPLE e Sesame

27. RDF+RDFSchema Avaliação de RDF & RDF(S) • Com RDF(S) é possível : • Falar sobre recursos da Web • Definir vocabulário • Modelar relações simples • Porém, isto é insuficiente para a Web • Como expressar contexto apropriadamente: • Igualdade? • ex: 2 páginas que falam sobre um mesmo livro • Características de relações? • Relações inversas, transitivas, simétricas • Conjuntos disjuntos • ...

28. Motivação: Problemas e potenciais da Web A Web Semântica e suas camadas As camadas XML e RDF A camada de Ontologias Aplicações e perspectivas Plano de aula

29. Ontologias Definições de ontologia • Ontologia: Especificação de uma conceitualização [Gruber 91] • Hierarquia de conceitos (classes) com suas relações, restrições, axiomas e terminologia associada [Huhns & Singh 97]

30. Ontologias Definições de ontologia II • “Uma ontologia é uma especificação explícita e formal de uma conceitualização compartilhada” [Studer et al 98] • Explícita: definições declarativas de conceitos, instâncias, relações, restrições e axiomas • Formal: declarativamente definida, sendo compreensível e manipulável para inferência por agentes e sistemas • Precisa estar representada num formalismo de representação de conhecimento, como Frames e Lógica de Descrições! • Conceitualização: modelo abstrato de uma área de conhecimento ou de um universo limitado de discurso • Compartilhada: conhecimento consensual

31. Ontologias Ontologia Ciência

32. Relações na Ontologia Ciência

33. Ontologias A linguagem OWL • A camada de ontologias foi padronizada pelo W3C usando a linguagem OWL (Web Ontology Language) • Implementa o formalismo lógica de descrições • Inferência completa e decidível • Motores de inferência: FAcT, Racer

34. Ontologias Expressividade da camadade ontologias • Classes podem ser construídas por: • União • Interseção • Complemento • Enumeração de instâncias • Classes podem ter disjunções • Propriedades podem ter: • transitividade, simetria, atributos inversos • propriedades funcionais • (se P(x,y) ^ P(y,x) => x=y) • Igualdade e desigualdade de instâncias

35. Igualdade x:email rdf:Literal Declaração de propriedades rdfs:range rdfs:domain x:Human rdfs:range x:advises x:Human Declaração de classes x:Person x:supervises x:Person rdfs:range rdfs:Class rdfs:domain sub-classe igualdade x:Person x:Human desigualdade instância x:PhD-Student Ontologias x:Professor RDF RDF x:Fred x:Tercio x:Rafael

36. x:email x:Fred x:Tercio x:email x:advises fred1@das.ufsc.br X:Rafael x:email cobra@das.ufsc.br Igualdade instance(Human) ? Advises( Fred, ?) x:email rdf:Literal Declaração de propriedades rdfs:range rdfs:domain x:Human Fred, Tercio, Rafael Tercio rdfs:range x:advises x:Human Declaração de classes tercio@das.ufsc.br x:Person x:supervises x:Person x:isSupervisedBy rdfs:range rdfs:Class rdfs:domain x:supervises sub-classe igualdade x:Person x:Human desigualdade instância x:PhD-Student Ontologias x:Professor RDF RDF x:Fred x:Tercio x:Rafael

37. Conhecimento adicional • supervises e isSupervisedBy sao inversos • cooperatesWith é simétrica • Os tópicos de pesquisa de um Phd-Student sao um subconjunto dos tópicos do Professor que o orienta x:email x:Fred x:Tercio x:email x:advises fred1@das.ufsc.br X:Rafael x:email cobra@das.ufsc.br Igualdade x:email rdf:Literal Declaração de propriedades rdfs:range rdfs:domain x:Human rdfs:range x:advises x:Human Declaração de classes tercio@das.ufsc.br x:Person x:supervises x:Person x:isSupervisedBy rdfs:range rdfs:Class rdfs:domain x:supervises sub-classe igualdade x:Person x:Human desigualdade instância x:PhD-Student Ontologias x:Professor RDF RDF x:Fred x:Tercio x:Rafael

38. Motivação: Problemas e potenciais da Web A Web Semântica e suas camadas As camadas XML e RDF A camada de Ontologias Aplicações e perspectivas Plano de aula

39. Aplicações • Gestão de Conhecimento • A Web semântica pode ser o elemento agregador, pois o conhecimento de uma empresa pode ser organizado em torno de ontologias • Agentes inteligentes! • Poderão trocar e processar informação convenientemente em processos de comércio eletrônico • Se programados convenientemente poderão responder a perguntas sobre informações da Web • ITTALKS: Palestras de TI são anotadas em OWL automaticamente • Usuários são avisados sobre palestras de seu interesse

40. Perspectivas da Web semântica • Deve se popularizar primeiro em segmentos empresariais • Comércio eletrônico B2B • Workflow • E-government, e-learning • Florescem aplicações e ferramentas • Motores de inferência • Ambientes para ontologias • Anotadores semi-automáticos

41. Cuidado com padrões complexos! • Misturar navegação, apresentação e semântica numa só definição prejudica a legibilidade • È preciso aprender com os erros da Ontolingua • Problemas relativos à lógica de descrições: OWL é bastante expressivo, mas... • Que usuários estão familiarizados com LD? • O usuário comum se habituará à LD

42. Conclusão • Tecnologias ligadas à Web Semântica podem ser muito úteis • Soluções para Gestão de Conhecimento e de Documentos • Muitas possíveis aplicações para a Web • Muitas possíveis aplicações para eBusiness, e-gov, e-learning...

43. Conclusão II • A Web Semântica pode levar o tratamento de informação a outro patamar • Domínios modelados com clareza e interpretação semântica • Relações entre itens de informação podem ser descritas com interpretação compreensível para o software • Usuários recebem respostas, e não listas de links!

44. Para fixar: Resumo • A Web Semântica visa transformar os dados e aplicativos em elementos úteis, legíveis, compreensíveis para o software • Com ela é possível inferir dados implícitos • As principais camadas são: • A camada XML, que provê sintaxe • A camada RDF, que provê semântica simples • A camada de ontologias, que provê rica expressividade para definir domínios de aplicação • Existem ferramentas para a Web semântica • Existem repositórios para reuso de ontologias

45. Próximas aulas

46. Ferramentas para Manipulação de Ontologias

47. Reusos de Ontologias Colaboradores remotos Escritores Leitores Servidor / Editor de Ontologias HTTP Editor Aplicações remotas NGFP NGFP Aplic. GUI Bibl Servidor DB Tradutores: LOOM,IDL,CLIPS... Aplicações stand-alone Aplic. KQML Transferência de arquivos (Batch) BC

48. Aos Interessados • Tutorial “Ontologias e Web Semântica” • Fred Freitas • JAIA (Jornada de Atualização em IA), Congresso da Sociedade Brasileira de Computação (SBC), Campinas, 2-8/agosto • Tutorial “Ontologies: Representation, Engineering, Learning & Applications” • Prof. Dr. Rudi Studer, W3C • 3rd IFIP Conference on E-Commerce, E-business and E-Government (I3E), Casa Grande Hotel, Guarujá, 21-24/setembro de 2003