Seminari di ingegneria del software “Traduzione di diagrammi ER in Protégé” Emma Di Pasquale Teresa Raguso

OBIETTIVI Creare ontologie con Protégé Classificare le ontologie e verificarne la consistenza tramite RACER Generare la sintassi astratta di OWL con SWOOP

ONTOLOGIA “Descrizione formale esplicita dei concetti di un dominio”. Essa contiene: Un insieme di classi (concetti rilevanti) Un insieme di relazioni tra queste classi Un insieme di proprietà attribuite a ciascun concetto Un insieme di restrizioni sulle proprietà

INTRODUZIONE LOGICHE DESCRITTIVE Le logiche descrittive (DL) sono frammenti decidibili della FOL per esprimere la conoscenza in termini di: concetti atomici (predicati unari) ruoli atomici (predicati binari) individui (costanti) Una base di conoscenza in DL comprende: TBox: insieme di assiomi terminologici, ovvero il vocabolario del dominio applicativo (concetti e ruoli) ABox: contiene asserzioni circa gli individui che popolano il mondo in oggetto, assegnando loro un nome e asserendo le loro proprietà

INTRODUZIONE OWL OWL Ontology Web Language, è una raccomandazione del W3C. Linguaggio per esprimere le ontologie Tre tipi di OWL: OWL Lite, versione sintatticamente più semplice che permette di esprimere una gerarchia di classi e semplici restrizioni OWL DL, versione intermedia basata sulle logiche descrittive, offre un potere espressivo elevato mantenendo completezza e decidibilità OWL FULL, offre la massima espressività senza offrire alcuna garanzia circa completezza e decidibilità

Protégé E’ un editor per la creazione di ontologie Caratteristiche: -Piattaforma open-source -Può esportare le ontologie in vari formati: RDF(S), XML Schema e OWL -E’ basato su Java -E’ estendibile (esistono numerose API e plug-in) -Dispone di numerosi ambienti plug-and-play che consentono un rapido sviluppo delle applicazioni.

Progettazione di un’ontologia in Protégé Progettare un’ontologia significa: 1. Determinare il dominio e lo scopo dell’ontologia 2. Individuare i concetti chiave del fenomeno da descrivere 3. Organizzare i concetti in classi e gerarchie tra le classi 4. Definire le proprietà delle classi 5. Definire vincoli (valori leciti) sulle proprietà 6. Creare le istanze 7. Attribuire i valori alle proprietà per tutte le istanze create

ER in Protégé Entità ~ classes Relazioni ~ object properties Attributi ~ datatype properties Vincoli ~ restrictions

Entità - Classes Protégé Rappresentano insiemi di individui Organizzate in una tassonomia Possono essere combinate usando un insieme di operatori: sussunzione disjoint unione intersezione complemento Ad ogni classe possono essere associate delle condizioni (restrictions) che possono essere: necessarie (classi primitive) necessarie e sufficienti (classi definite)

Protégé – CLASSES TAB Nome della Classe IS-A Relazioni e attributi Gerarchia delle Classi Restrizioni sugli individui della classe Classi disgiunte

PROPERTY Protégé Due tipi di proprietà: Object properties, relazionano individui ad individui Datatype properties, relazionano individui a valori di dati Protégé supporta una gerarchia tra le proprietà Con riferimento alle subproperty, non è possibile “mescolare” i due tipi di proprietà

Relazioni - Object Properties Protégé Per ogni relazione è possibile specificare: Dominio Range (codominio) Ogni object property può avere una inverseProperty Le object properties possono avere quattro tipi di caratteristiche: Functional Inverse functional Transitive Simmetric

Protégé - PROPERTIES TAB Object Properties Nome della proprietà Object Property Caratteristiche delle proprietà Codominio Dominio Proprietà Inversa

Attributi – Datatype Properties Protégé Per ogni attributo è possibile specificare: Dominio Range (integer, float, string) L’ unica caratteristica ammessa da Protégé OWL DL è: Functional Non si possono quindi esplicitare le chiavi primarie in quanto non è possibile definire inverseFunctional una datatype property (è invece ammesso con OWL Full)

Protégé - PROPERTIES TAB Datatype Properties Nome Range Datatype Properties Proprietà Valori Ammessi Dominio

Vincoli – Restrictions Protégé Una restriction descrive un insieme di individui in base al tipo e al numero di relazioni a cui essi partecipano e quindi restringe gli individui che appartengono ad una classe Tre tipi di restrictions: Existential, someValuesFrom Universal, allValuesFrom hasValue = Cardinality ≤ Max cardinality ≥ Min cardinality Restrizioni di quantità Restrizioni “hasValue” Restrizioni di cardinalità

Protégé – RESTRICTIONS TABS

Protégé - Individuals OWL non usa UNA, Racer sì SameAs DifferentFrom AllDifferent

RACER Per ogni ontologia che cade nello scope di OWL DL possiamo usare un DL reasoner per inferire informazioni che non sono esplicitamente rappresentate nell’ ontologia. Racer è un classificatore basato sulla Logica Descrittiva I servizi di ragionamento offerti sono sussunzione equivalenza consistenza istanziazione

Casi di studio Processo di lavoro Traduzione dei diagrammi concettuali in una ontologia creata con Protégé Controllo consistenza tramite Racer Generazione file OWL e file pprj Generazione sintassi astratta con SWOOP

Casi di studio: Compito A del 16/12/04 Schema ER

Casi di studio: Compito A del 16/12/04 Entità Classi Class(a:Persona complete intersectionOf(restriction(a:natoA minCardinality(1)) restriction(a:risiede minCardinality(1))))

Casi di studio:Compito A del 16/12/04 Attributi Datatype Properties DatatypeProperty(a:codiceFiscale Functional domain(a:Persona) range(xsd:string)) DatatypeProperty(a:sesso Functional domain(a:Persona) range(oneOf("femminile"^^<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string> “maschile"^^<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string>))) DatatypeProperty(a:dataN Functional domain(a:Persona) range(xsd:date))

Casi di studio:Compito A del 16/12/04 Relazioni Object Properties Per esprimere il limite superiore della cardinalità inversa_di_effettua effettua Class(a:Prenotazione complete IntersectionOf(restriction(a:inversa_di_effettua minCardinality(1)) unionOf(a:Collettiva a:Singola))) ObjectProperty(a:effettua InverseFunctional inverseOf(a:inversa_di_effettua) domain(a:Persona) range(a:Prenotazione)) ObjectProperty(a:inversa_di_effettua Functional inverseOf(a:effettua) domain(a:Prenotazione) range(a:Persona)) Per esprimere il limite inferiore della cardinalità

Casi di studio:Compito A del 16/12/04 Caso alternativo per esplicitare la cardinalità 1..1 di una relazione DifferentIndividuals(a:Emma a:Gina) ecc.  

Casi di studio: Compito A del 16/12/04 Generalizzazione COMPLETE COMPLETE: Class(a:Prenotazione complete intersectionOf(restriction(a:inversa_di_effettua minCardinality(1)) unionOf(a:Collettiva a:Singola))) DISJOINT: DisjointClasses(a:Collettiva a:Singola).   Class(a:Collettiva partial a:Prenotazione) Class(a:Singola partial

Casi di studio: Compito A del 16/12/04 Generalizzazione - Ereditarietà

Casi di studio: Compito A del 16/12/04 Disjoint tra classi Tutte le classi, tranne le sottoclassi della generalizzazione con la propria superclasse, sono state poste disjoint a due a due. DisjointClasses(a:PostoAssegnato a:Comune) DisjointClasses(a: PostoAssegnato a:Persona) DisjointClasses(a: PostoAssegnato a:Collettiva) DisjointClasses(a:PostoAssegnato a:Teatro) DisjointClasses(a: PostoAssegnato a:Posto) ecc.

Casi di studio: Compito A del 16/12/04 Limiti di Protégé Non si è potuto esprimere gli identificatori interni in quanto OWL DL non permette di definire “InverseFunctional” una datatype property Non si è potuto esprimere identificatori esterni in quanto non esistono variabili in OWL 3. Non si è potuto esprimere il fatto che gli attributi sono funzioni totali, ma sono stati posti functional 4. Non si è potuto esprimere gli attributi delle relazioni: “data” della relazione “effettua” e “da” di “risiede”.

Casi di studio: Compito A del 16/12/04 Il ragionatore - Racer Controllo di consistenza Classificazione dell’ontologia

Casi di studio: Compito A del 19/12/05 Schema ER

Casi di studio: Compito A del 19/12/05 Entità Classi Class(a:SettoreDisciplinare partial)

Casi di studio: Compito A del 19/12/05 Attributi Datatype Properties DatatypeProperty(a:codiceSettoreDisciplinare Functional domain(a:SettoreDisciplinare) range(xsd:string))   DatatypeProperty(a:nomeSettoreDisciplinare Functional

Casi di studio: Compito A del 19/12/05 Relazioni Object Properties Per esprimere il limite superiore della cardinalità inversa_di_del del Class(a:Corso complete restriction(a:inversa_di_del minCardinality(1))) ObjectProperty(a:del InverseFunctional inverseOf(a:inversa_di_del) domain(a:SettoreDisciplinare) range(a:Corso)) ObjectProperty(a:inversa_di_del Functional inverseOf(a:del) domain(a:Corso) range(a:SettoreDisciplinare))   Per esprimere il limite inferiore della cardinalità

Casi di studio: Compito A del 19/12/05 Relazioni Object Properties afferisce Inversa_di_afferisce Class(a:CDA complete intersectionOf( restriction(a:inversa_di_re_cda minCardinality(1)) restriction(a:inversa_di_afferisce minCardinality(1))))

Casi di studio: Compito A del 19/12/05 ISA tra relazioni SubPropertyOf(a:re-cda a:afferisce) SubPropertyOf(a:inversa_di_re-cda a:inversa_di_afferisce)

Casi di studio: Compito A del 19/12/05 ISA tra classi Class(a:Docente complete restriction(a:afferisce minCardinality(1))) Class(a:ReferenteErasmus Complete restriction(a:re_cda partial a:Docente)  

Casi di studio: Compito A del 19/12/05 Disjoint tra classi Tutte le classi, tranne la sottoclasse della generalizzazione con la propria superclasse, sono state poste disjoint a due a due. DisjointClasses(a:CDA a:SettoreDisciplinare) DisjointClasses(a:CDA a:Corso) DisjointClasses(a:CDA a:Domanda) DisjointClasses(a:CDA a:Studente) DisjointClasses(a:CDA a:Docente) ecc.

Casi di studio: Compito A del 19/12/05 Limiti di Protégé Non si è potuto esprimere gli identificatori interni in quanto OWL DL non permette di definire “InverseFunctional” una datatype property Non si è potuto esprimere identificatori esterni in quanto non esistono variabili in OWL Non si è potuto esprimere il fatto che gli attributi sono funzioni totali, ma sono stati posti functional

Casi di studio: Compito A del 19/12/05 Il ragionatore - Racer Controllo di consistenza Classificazione dell’ontologia

Le Queries Non è stato possibile esprimere le queries richieste dai vari compiti per i seguenti motivi: Sulle datatype properties non si possono utilizzare operatori ≥ e ≤, ma solo l’operatore hasValue che permette di esprimere queries su specifici valori di un dato attributo Non si possono estrarre i valori degli attributi di una classe (Es. restituire i codici fiscali di una persona) Non si possono esprimere queries con cicli (Es. restituire tutte le persone che sono nate nello stesso comune in cui risiedono) in quanto non ci sono variabili in OWL, ma si possono esprimere solo queries ad albero.