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

Obiettivo della Tesi: Strumenti per lo sviluppo di ontologie nel Semantic Web Approccio tradizionale: Linguaggi KR tradizionali (Standard W3C) Momis: ODLI 3 (estensione di ODL) Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 Adattabilità dellUML 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 Alternativa proposta: Class diagram UML + vincoli OCL

Generazioni del Web 1° - Pagine statiche: HTML 2° - Pagine dinamiche: Informazioni machine-readable Ricerche: match di keyword 3° - Web Semantico Tim Berners-Lee - Semantic web road map. Internal note, W3C 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 Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04

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

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

MOMIS (Mediator envirOnment for Multiple Information Sources) Integrazione virtuale ed intelligente di sorgenti eterogenee Livello Logico: ODLI 3 + OLCD (DL) Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 Progetto nato dalla collaborazione tra i gruppi operativi dellUniversità di Modena e Reggio Emilia e di Milano Attualmente continua nellambito del progetto SEWASIE (SEmantic Webs and AgentS in Integrated Economies) 1.Sorgenti locali di dati strutturate o semistrutturate da integrare 2.Wrapper: descrizione delle informazioni delle sorgenti in ODLI3 3.Mediatore: integrazione degli schemi locali generando un unico schema globale, la GVV (Global Virtual View) 4.Utente: interroga lo schema globale e riceve ununica risposta

Nasce come estensione di ODL (Object Definition Language), un linguaggio di descrizione dei dati object-oriented Permette lintegrazione di sorgenti strutturate e semi-strutturate ODLI 3 : Due nuovi costrutti: union e optional Estensioni ai tipi valore ed ai tipi classe 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 Nel caso di sorgenti relazionali è possibile definire delle foreign key 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 Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04

UML (Unified Modeling Language) Linguaggio di modellazione grafica Object-Oriented General purpose Standard OMG (Object Management Group), basato su anni di esperienza nel campo dellIngegneria del Software, largamente adottato in campo industriale OCL: linguaggio formale per la specifica di vincoli, per esprimere regole logiche 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) Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 Ha la possibilità di esprimere processi e comportamenti dinamici E provvisto di package e di altri meccanismi di modularità

CategoriaDiagrammi Analisi dei requisitiUse-case Struttura staticaPackage diagram Class diagram Object diagram InterazioneSequence diagram Collaboration diagram StatoState chart Activity diagram ImplementazioneComponent diagram Deployment dagram Diagrammi UML Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04

Metamodello UML MOF (Meta Object Facility): Class diagram UML Weel-formedness rules – OCL Struttura a package MetalivelloOntologieUML Meta-metamodelloTop-level Ontology (N. Guarino) Modello MOF MetamodelloLinguaggi KRMetamodello UML Istanza del modello MOF MetadatiOntologiaModello/schema UML definito dallutente Istanze del metamodello:Classi DatiDatabaseSistema reale Istanze del modello:Oggetti Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04

Limiti UML non ha ancora una semantica formale, uniforme e standardizzata Metamodello: ridondanza pUML (precise UML): Core di UML Non è ancora efficacemente Web-enabled UML: object-oriented vs Linguaggi KR: a frame LUML non possiede una sintassi lineare Sia lUML che i linguaggi ontologici sono legati al formalismo XML, ma: DAML+OIL ha una rappresentazione standard XML lOMG adotta XMI come modello per trasferire dati Significative incompatibilità semantiche tra lUML ed i Linguaggi KR Semanticamente, OCL manca di una specifica formale

Concetto di Proprietà K. Baclawski Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 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) Non cè 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 UML:

daml:Class Persona"... daml:subClassOf daml:Restriction daml:onProperty possiede" daml:toClass Cane" … daml:Property possiede" Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 Concetto di Property K. Baclawski PersonaCane possiede 10..n CompagniaVeicolo possiede 10..n possiede: UML: 2 associazioni DAML+OIL: 1 proprietà minCardinalitycardinalitymaxCardinality

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

K. Baclawski prevede di estendere lUML, definendo un prototipo UML che mappi le specifiche UML in quelle DAML+OIL: Stereotipi, specializzazioni di costrutti di modellazione, che corrispondano a elementi della sintassi DAML+OIL: > (ontologia DAML+OIL) > (ontologie importate) > (type) > Mapping UML / DAML+OIL K. Baclawski Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 Estensione al metamodello UML

Esempio di Stereotipo La proprietà father è un raffinamento della proprietà parent Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 Le subProperty DAML+OIL sono mappate con la dipendenza stereotipata > tra 2 associazioni:

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 Restriction sono Classifier ed ognuna è messa in relazione con almeno una classe La Property è un Classifier e può esistere senza essere associata a nessuna classe Le istanze di una Restriction sono gli oggetti che soddisfano una condizione su una o più proprietà associate con la restrizione Due nuovi costrutti: Proprietà e Restrizione Estensione metamodello UML Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 Il fatto che nessuna Property può avere più di uno degli AssociationEnd di unassociazione può essere espresso con vincoli OCL

Progetti in corso Tentativi di applicare UML nel campo della rappresentazione di ontologie UBOT (Lockheed Martin Corporation) Mapping UML / DAML+OIL di K. Baclawski Stephen Cranefied e Martin Purvis: hanno studiato luso 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 sulluso dellUML per modellare vari aspetti dei sistemi multi-agente Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04

Ontology Engineer Text or web pages AeroText Text Extraction DAML+OIL Ontologies automatically generated DAML+OIL annotated text or web pages AeroDAML Extraction to DAML+OIL UML GUI UMLDAML+OIL Translation ConsVISor XMI models Consistency checking XMI models UBOT (UML Based Ontology Tool-set) Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04

Ontology Engineer UML-based design tool Java source file XMI Document Applications RDF-Schema (in XML) + Estensioni references javac loads references Java class file Knowledge (in RDF/XML) references XSLT UML-Data-Binding S. Cranefield Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04

Conclusioni e sviluppi futuri Problemi/limiti di mapping componenti statici dellUML Ma lUML è molto di più: Ideale per modellare svariati aspetti del Web Semantico gestione delle interazioni tra gli agenti software organizzazione dei servizi Web offerti Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 Confronto dei tool UML DAML+OIL / RDF con i traduttori MOMIS ODLI 3 RDF(S) / OWL etc... Confronto validazione di schemi: ConsVISor / ODB-Tools Confronto esprimibilità vincoli: OCL / ODLI 3 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

Bibliografia essenziale Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 Tim Berners-Lee. Semantic web road map. Internal note, W3C World Wide Web Consortium. 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. UML. OMG Unified Modeling Language Specification, ver. 1.4 UBOT. S. Cranefield. UML and the Semantic Web.

Grazie per lattenzione PROGETTAZIONE UML NELLAMBITO DEL SEMANTIC WEB Patrizia Ponchiroli Progettazione UML nellambito del Semantic Web – 15/12/04 La tesi è consultabile e scaricabile dal sito