Web semantico e logiche descrittive M. Simi, 2008-2009 Cap 2 del "Description Logic Handbook" Lezioni di U.Straccia.

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2 Web semantico e logiche descrittive M. Simi, 2008-2009 Cap 2 del "Description Logic Handbook" Lezioni di U.Straccia

3 Categorie e oggetti Molti dei ragionamenti che si fanno sono sulle categorie piuttosto che sugli individui Se organizziamo la conoscenza in categorie (e sottocategorie) è sufficiente classificare un oggetto, tramite le proprietà percepite, per inferire le proprietà della categoria|e a cui appartiene (ereditarietà)

4 Ontologie di dominio Ontologia: modello formale di un dominio di interesse Le relazioni di sottoclasse organizzano la conoscenza in tassonomie (come in botanica, biologia, nelle scienze librarie …) Molte delle idee delle reti semantiche e dei frame sono state raccolte in logiche specializzate Queste logiche sono alla base delle proposte per il Web semantico

5 Il Web semantico La visione di Tim Berners-Lee (1998): da un Web "sintattico" per la comunicazione tra persone al Web "semantico, un grosso deposito di contenuti strutturati e annotati comprensibili ai programmi I veicolo è XML, un linguaggio di annotazione generico.

6 Le motivazioni del web semantico Il web di oggi è adatto alla fruizione da parte delle persone I motori di ricerca sono sintattici i risultati non sono utilizzabili dai programmi impossibile costruire dei programmi che fanno uso efficace dei contenuti web Il web semantico si propone di aiutare nella gestione della conoscenza

7 Web semantico e gestione della conoscenza Ricerca dell' informazione Ricerche meno sintattiche Estrazione dell' informazione Sono le persone che ricercano, interpretano e combinano i contenuti delle pagine web Manutenzione dell' informazione Terminologie inconsistenti, informazioni obsolete Presentazione dell' informazione Impossibile definere "viste" sui contenuti web

8 Il livelli del Web semantico

9 I livelli del web semantico Unicode e URI XML interoperabilità sintattica RDF (Resource Description Framework): per descrivere relazioni semantiche tra risorse RDF schema (RDFS): per vincolare domini e codomini delle relazioni, definire classi di oggetti, relazioni tra classi RDFS linguaggio per ontologie, poco espressivo

10 Web semantico e linguaggi per ontologie Linguaggi per l'aggiunta di un servizio inferenziale a RDF: OIL gruppo europeo DAML-ONT gruppo americano DAML+OIL proposto come standard OWL: Web Ontology Language, standard W3C. OWL evolve dalle logiche descrittive

11 Logiche descrittive Possono essere viste come: Evoluzioni logiche di linguaggi di KR basati sulle nozioni di frame e reti semantiche Contrazioni della logica del primordine (FOL) per ottenere migliori proprietà computazionali

12 DL come eredi di frame e reti semantiche Verso gli anni 80 si ha una sterzata verso la logica delle reti semantiche Il processo consiste nel riformulare i costrutti secondo i canoni della logica eliminare i costrutti che non si prestano a tale riformulazione (default ed eccezioni)

13 Da KL-One alle logiche descrittive KL-One [Brachman-Schmolze 1985] introduce le idee importanti delle DL: Semantica formale, concetti e ruoli, restrizioni sui valori, restrizioni numeriche Logiche terminologiche CLASSIC [Brachman 1991], limitato e completo Logiche descrittive LOOM [MacGregor-Bates 1987], BACK [Nebel-vonLuck, 1988], espressivi e incompleti KRIS [Baader, Hollunder, 1991], espressivi e completi FaCT, DLP, Racer, sistemi ottimizzati per logiche espressive

14 Esempio La seguente è una formula di una delle DL: ( and Paper (atmost 2 hasAuthor) (atleast 2 hasAuthor)) [paper3] Paper3: Paper ( 2 hasAuthor) ( 2 hasAuthor) equivalente a: Paper(paper3) x hasAuthor(paper3, x) y hasAuthor(paper3, y) x y hasAuthor(paper3, z) (z x) (z y)

15 Concetti, ruoli, individui Ogni DL è caratterizzata da operatori per la costruzione di termini di due tipi: Concetti, corrispondenti a relazioni unarie con operatori per la costruzione di concetti complessi: and, or, not, all, some, atleast, atmost, … Ruoli, corrispondenti a relazioni binarie ed eventualmente operatori Individui: usati nelle asserzioni

16 Una KB basata su logica descrittiva giornalista autore articolo (and (a-not libro) (all autore giornalista)) autore creatore autore[Eco, l1] autore[Biagi, l2] giornalista[Biagi] (and libro (all autore giornalista))[a2] KB T-BOX A-BOX Top scrittore libro giornalista (and libro (all autore giornalista)) bottom a2 Top creatore libro autore giornalista (and libro (all autore giornalista)) bottom

17 La logica AL : la sintassi dei termini A | T (top, concetto universale) | (bottom) | A (negazione atomica) | C D (intersezione) | R.C (restrizione di valore) | R. T (esistenziale debole) R A, B concetti primitiviR ruolo primitivo C, D concetti

18 Semantica di AL I dominio di interpretazione, un insieme di individui I funzione di interpretazione che assegna a: concetti atomici A: A I I ruoli atomici R: R I I I nomi di individuo a : a I I T I = I I = ( A) I = I \ A I (C D) I = C I D I ( R.C) I = {a I | b.(a, b) R I b C I } ( R. T ) I = {a I | b.(a, b) R I }

19 Definizioni Uninterpretazione I è un modello di un concetto C sse C I. Lo stesso per i ruoli. C D (equivalenti) sse C I = D I per ogni I Esempio: haFiglio.Femmina haFiglio.Studente haFiglio. Femmina Studente

20 Esempio 1 Articolo haAutore. T haAutore.Giornalista linsieme degli articoli che hanno almeno un autore, e i cui autori sono tutti giornalisti

21 Esempio 2 padre madre persona padremadre

22 Esempio 2 Persona haFiglio. T { a I | b (a, b) haFiglio I } persona ( haFiglio. T ) p 1 p 2 haFiglio …

23 Esempio 3 Persona haFiglio.Femmina { a I | b ( a, b ) haFiglio) b Femmina I } Persona ( haFiglio.Femmina) p 1 haFiglio … Femmina p 2 p 3 p 4 p5p5

24 Logiche pi ù espressive U : unione, (C D) I = (C I D I ) E : esistenziale pieno ( R. C ) I = {a I b.(a, b) R I b C I } N : restrizioni numeriche (atleast, atmost) ( n R ) I = {a I |{ b (a, b) R I }| n} |. | cardinalità dell'insieme C : complemento pieno, ( C) I = I \ C I

25 La famiglia AL Diverse DL sono ottenute aggiungendo altri costruttori di termini ad AL AL [ U ][ E ][ N ][ C ] Non tutte distinte ALUE = ALC dato che (C D) ( C D) e R. C R. C

26 Il reticolo della famiglia AL © Paolo Buongarzoni & Rossella

27 Il linguaggio della T-BOX Assiomi terminologici T C Dinclusione di concetti, C I D I R Sinclusione di ruoli, R I S I C Duguaglianza di concetti, C I D I R Suguaglianza di ruoli, R I S I I soddisfa T sse soddisfa ogni elemento in T

28 Terminologia (T-BOX) Definizioni: uguaglianze che introducono un simbolo sulla sinistra Mother Woman hasChild.Person Terminologia: i simboli compaiono sulla sinistra non pi ù di una volta. Assumiamo Simboli primitivi: compaiono solo a destra Simboli definiti: compaiono anche sulla sinistra Assumiamo T acicliche.

29 Una terminologia aciclica

30 Espansione di T Se una terminologia è aciclica può essere espansa sostituendo ai simboli definiti le loro definizioni. Il processo converge e l'espansione, T', è unica. Propriet à di T': in T' ogni uguaglianza ha la forma C D' dove D' contiene solo simboli primitivi T' contiene gli stessi simboli primitivi e definiti di T T' è equivalente a T

31 Esempio: espansione

32 Terminologie con assiomi di inclusione Specializzazione: un assioma di inclusione la cui parte sinistra è atomica. Woman Person Normalizzazione: Una terminologia generalizzata [con assiomi di inclusione], se aciclica, può essere trasformata in una terminologia equivalente con sole definizioni: A C A A' C con A' nuovo simbolo primitivo Le inclusioni non aggiungono potere espressivo nel caso di terminologie acicliche

33 Il linguaggio delle asserzioni: A-BOX Una A-BOX è un insieme di asserzioni di due tipi: a: C, asserzioni su concetti, a I C I ( b, c ):R, asserzioni su ruoli, ( b I, c I ) R I a, b, c, d … sono meta-simboli per individui I fornisce anche una interpretazione per i simboli di individuo

34 Esempio di A-BOX Mary: MotherPeter: Father (Mary, Peter): hasChild(Peter, Harry): hasChild (Mary, Paul): hasChild Assunzione di mondo aperto (OWA): non si assume di specificare tutto Assunzione di nome unico (UNA): simboli diversi, individui diversi

35 DL come frammenti del FOL dove t(C, x) restituisce un predicato con x libera in questo modo: t(C, x)[a]

36 Esempio di traduzione

37 Sintassi alternativa Lisp-like