Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL

Presentazione sul tema: "Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL"— Transcript della presentazione:

1 Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL
UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA Facoltà di Ingegneria – Sede di Modena Corso di laurea in Ingegneria Informatica Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL Relatore Prof.ssa Sonia Bergamaschi Correlatore Ing. Maurizio Vincini Controrelatore Prof. Flavio Bonfatti Tesi di Laurea di Mirko Orsini

2 Sommario Ambito di ricerca Il progetto SEWASIE
Architettura del sistema MOMIS, il wrapper Il linguaggio ODLI3 Il linguaggio OWL Esempio di traduzione ODLI3 - OWL Implementazione dei traduttori Conclusioni e Lavoro Futuro Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL

3 Web Semantico Elementi chiave:
“Il Web Semantico è un’estensione del Web attuale, nella quale ad ogni informazione viene attribuito un significato ben preciso.” “Il Web Semantico darà una struttura ai contenuti significativi delle pagine Web, creando un ambiente in cui gli agenti software, spostandosi da pagina a pagina, possano eseguire sofisticate interrogazioni per gli utenti.” [Tim Berners-Lee, James Hendler, Ora Lassila, The Semantic Web, Scientific American, May 2001] Elementi chiave: Rappresentazione della conoscenza Agenti software Ontologie Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL La sfida del Web Semantico, quindi, è quella di fornire un linguaggio che possa descrivere i dati e le regole per il ragionamento su di essi e che permetta di utilizzare regole da ogni sistema di rappresentazione della conoscenza che possa essere esportato sul Web. Un agente software che naviga nel Web Semantico può avere la percezione dei contenuti memorizzati nelle sorgenti visitate. il Web Semantico permette ad un agente software di avere una conoscenza dell'ambiente in cui è istanziato e conseguentemente di reagire all'ambiente.

4 Ontologie Caratteristiche delle ontologie:
“Un ontologia è una specificazione esplicita di una concettualizzazione.” [Tom Gruber] Caratteristiche delle ontologie: descrizione di un particolare dominio, da un certo punto di vista, descrizione esplicita, costruzione di un vocabolario per quel dominio, un gruppo usa il vocabolario per accordarsi sul significato dei termini usati, fondamentale per la comunicazione. Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL Ontologia è un termine derivante dalla filosofia e si riferisce alla scienza che descrive i tipi di entità nel mondo e le loro relazioni. Il tipo di ontologia utilizzato per il Web è formata da una tassonomia e da un insieme di regole di inferenza. La tassonomia denisce le classi di oggetti e le relazioni che si hanno tra essi. Le regole di inferenza esprimono regole per le classi e relazioni tra esse in modo tale che un agente software possa trarre qualche conclusione.

5 Il progetto SEWASIE SEWASIE (SEmantic Webs and AgentS in Integrated Economies) è un progetto finanziato dalla Commissione Europea (Maggio 2002/Aprile 2005). Obiettivo: progettare e implementare un motore di ricerca avanzato basato sulla semantica che permetta di accedere a sorgenti di dati eterogenee sul Web. I partecipanti: Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia (ITALY) CNA SERVIZI Modena s.c.a.r.l. (ITALY) Università degli Studi di Roma “La Sapienza” (ITALY) Rheinisch Westfaelische Technische Hochschule Aachen (GERMANY) Libera Università di Bolzano (ITALY) Thinking Networks AG (GERMANY) Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein (GERMANY) IBM Italia SPA (ITALY) Il sito web: Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL Università di Aachen Fraunofer Institute

6 Obiettivi del progetto SEWASIE
Sistema sicuro basato su agenti software Architettura scalabile e distribuita Comunicazione strutturata e basata sul Web Componente per la mediazione delle informazioni Raggruppamento Contestualizzazione Visualizzazione Interfacce utente per: progettazione semantica formulazione delle interrogazioni navigazione intelligente Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL Sviluppare un sistema sicuro basato su agenti software con un'architettura scalabile e distribuita per ricerche semantiche (basate su ontologie) e per una comunicazione strutturata e basata sul Web (per la negoziazione elettronica); Sviluppare un componente per la mediazione delle informazioni che includerà metodi per il raggruppamento, la contestualizzazione e la visualizzazione dei dati arricchiti semanticamente. I dati strutturati saranno collegati a dati semistrutturati o non strutturati attraverso l'utilizzo delle ontologie; Sviluppare interfacce utente per la progettazione semantica, per la formulazione delle interrogazioni e per la navigazione intelligente attraverso lo spazio informativo semantico.

7 La SEWASIE Virtual Network
The information layer Other users Query Results Communication Tool Query Agent Comm. user Brokering Agent (BA) Ontology maps Monitoring Agent (MA) User Interface Comm. Interface Query Interface Metadata Interface Visualisation User Profile OLAP Reports Interface Monitor Profiles SINode … Ontology Structured Databases RDBs Wrapper Semantic Enrichment Metadata Repository Semi - <XML> <DATA>... </DATA> Unstructured Text documents <HTML> ... Virtual Data Store Manager Ontology builder SEWASIE Interconnection infrastructure BA Wrapper HTML XML Wrap HTML→XML The user interface layer Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL Il sistema SEWASIE realizza una rete virtuale, la SEWASIE Virtual Network (SVN), i cui nodi sono i SEWASIE Information Nodes (SINodes). I SINodes sono sistemi basati su mediatori per sorgenti eterogenee, ognuno dei quali include un Virtual Data Store, un Ontology Builder, ed un Query Manager; I Brokering Agents mantengono la conoscenza relativa alla SEWASIE Virtual Network e ai profili degli utenti; Nella fase di risoluzione delle interrogazioni un Query Agent, iniziando da un SINode specifico, accede ad altri SINodes e colleziona un insieme di risposte parziali; Per selezionare i SINodes utili per la risoluzione di una query, un Query Agent interagisce con uno o più Brokering Agents. The intermediaries layer

8 MOMIS (Mediator envirOnment for Multiple Information Sources)
Il sistema MOMIS MOMIS (Mediator envirOnment for Multiple Information Sources) Sistema basato su mediatori per l'estrazione e l'integrazione delle informazioni provenienti da sorgenti di dati strutturate, semi-strutturate e non strutturate. Metodo semantico per l'integrazione delle informazioni basato su schemi concettuali delle sorgenti di dati. Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL Il sistema MOMIS utilizza un metodo semantico per l'integrazione delle informazioni basato sugli schemi concettuali (o metadati) delle sorgenti di dati.

9 Architettura del Sistema MOMIS
Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL Nel sistema MOMIS le sorgenti di dati vengono descritte tramite il linguaggio ODLI3, derivato dallo standard ODL ed esteso per l’estrazione delle informazioni. Per interagire con le sorgente locali specifiche MOMIS utilizza i Wrappers: il Wrapper traduce le descrizioni dei metadati di una sorgente in una rappresentazione comune utilizzando il linguaggio ODLI3. Il modulo Global Schema Builder (GSB) elabora ed integra le descrizioni ricevute dai diversi wrappers per derivare lo schema comune globale interagendo con differenti moduli di servizio:ODB-Tools, un ambiente integrato per il ragionamento su database ad oggetti che utilizza le Logiche Descrittive e Word-Net, un database lessicale che supporta il mediatore nella costruzione delle relazioni lessicali.

10 Il linguaggio ODLI3 Il linguaggio ODLI3 è un'estensione del linguaggio standard ODL (Object Definition Language), definito dal gruppo di standardizzazione ODMG-93 per descrivere la conoscenza relativa ad uno schema ad oggetti. Il linguaggio ODL è stato esteso in accordo con le indicazioni del programma I3 (Integrazione Intelligente delle Informazioni) dell'ARPA. Utilizzando il linguaggio ODLI3, il Sistema MOMIS realizza l'integrazione di informazioni da fonti dati eterogenee, comprendenti sia sorgenti di dati strutturati che semistrutturati. Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL Il linguaggio ODL esteso viene definito con il nome ODLI3

11 Costrutti fondamentali ODLI3
Descrizioni di interfacce: Interface header: Nome (ObjectID) Superclassi Source Key, ForeignKey Interface body: Attributi semplici Attributi complessi Relazioni inverse interface Professor : CS_Person ( source object Computer_Science key (first_name, last_name)) { attribute string first_name; attribute string last_name; attribute string title; attribute Address address; attribute Department department; relationship set <Course> teaches inverse Course::taught_by; }; Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL

12 Costrutti fondamentali ODLI3
Relazioni terminologiche Ipernimia BT Iponimia NT Associazione RT Sinonimia SYN Person BT Student; Professor NT Person; Professor RT Office; Section SYN Department; Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL wnAnnotation ComputerScience.Professor lemmaValue="professor", lemmaSyntacticCategory=1, lemmaSenseNumber=1; Annotazioni rispetto a WordNet wnAnnotation <DottedName> lemmaValue, lemmaSyntacticCategory, lemmaSenseNumber; Questa annotazione assegna al nome dell'interfaccia Professor appartenente alla sorgente ComputerScience il valore "professor", indicando una categoria sintattica uguale ad uno (corrispondente alla categoria sintattica .nome.) ed un numero di senso uguale ad uno (corrispondente al signicato: .someone who is a member of the faculty at a college or university.)

13 Il linguaggio OWL Il linguaggio OWL (Web Ontology Language) è stato sviluppato dal World Wide Web Consortium (W3C Recommendation 10 February 2004) per la definizione di ontologie e di strumenti compatibili con l'architettura del Semantic Web. Tramite OWL è possibile avere una maggiore comprensibilità della semantica di concetti da parte di agenti software rispetto a XML, RDF e RDF-Schema. OWL è stato costruito sulla base di RDF e RDF-Schema e rispetto ad essi aggiunge diversi costrutti per la definizione dei concetti e delle loro interrelazioni: disgiunzione tra classi restrizioni di cardinalità per le proprietà relazioni di uguaglianza tra classi o proprietà classi enumerate nuovi tipi di proprietà e nuove caratteristiche per le proprietà. Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL

14 OWL Lite, OWL DL, OWL Full OWL fornisce tre sottolinguaggi con espressività incrementale progettati per l'utilizzo da parte di utenti con necessità differenti per la descrizione di ontologie: OWL Lite: permette di descrivere ontologie nelle quali siano definite principalmente classificazioni gerarchiche e semplici vincoli sulle proprietà; OWL DL: è stato progettato per avere massima espressività e contemporaneamente garantire che tutte le computazioni abbiano un risultato e terminino in un tempo finito; OWL Full: permette di avere una massima espressività e la libertà sintattica di RDF, senza fornire nessuna garanzia dal punto di vista computazionale. Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL

15 Costrutti fondamentali OWL
Descrizione di classi: Identificatore owl:class rdf:ID Ereditarietà rdfs:subClassOf <owl:Class rdf:ID="Professor"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Person" /> </owl:Class> Proprietà: Object Properties Datatype Properties <owl:DatatypeProperty rdf:ID="Professor.name"> <rdfs:domain rdf:resource="#Professor"/> <rdfs:range rdf:resource="&xsd;string"/> </owl:DatatypeProperty> Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL

16 Costrutti fondamentali OWL
Restrizioni: restrizioni sui valori restrizioni sulle cardinalità <owl:Restriction> <owl:onProperty rdf:resource="#teaches" /> <owl:hasValue rdf:resource="#BasidiDati" /> </owl:Restriction> Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL Annotation Properties <owl:AnnotationProperty rdf:ID="&sew;lemmaValue"/> <sew:lemmaValue rdf:datatype="&xsd;string“ /> ... <owl:Class rdf:ID="Professor"> <sew:lemmaValue>professor</sew:lemmaValue> </owl:Class>

17 Confronto tra i costrutti ODLI3 e OWL
Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL

18 Esempio di traduzione ODLI3 - OWL
interface Professor : CS_Person ( source object Computer_Science) { attribute string name; attribute Department department; relationship set <Course> teaches inverse Course::taught_by; }; wnAnnotation ComputerScience.Professor lemmaValue="professor", lemmaSyntacticCategory=1, lemmaSenseNumber=1; <owl:Class rdf:ID="Professor"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#CS_Person" /> <sew:lemmaValue>person</sew:lemmaValue> tt<sew:lemmaSyntacticCategory>1</sew:lemmaSyntacticCategory> <sew:lemmaSenseNumber>1</sew:lemmaSenseNumber> </owl:Class> <owl:DatatypeProperty rdf:ID="Professor.name"> <rdfs:domain rdf:resource="#Professor"/> <rdfs:range rdf:resource="&xsd;string"/> </owl:DatatypeProperty> <owl:ObjectProperty rdf:ID="Professor.department"> <rdfs:range rdf:resource="#Department"/> </owl: ObjectProperty > <owl:ObjectProperty rdf:ID="Professor.teaches"> <rdfs:range rdf:resource="#Course"/> <owl:inverseOf rdf:resource="#Professor.taught_by"/> Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL

19 Implementazione dei traduttori
Ontology Metadata Repository Virtual Data Store ODLI3 Ontology builder Wrapper OWL ODLI3  OWL  Query Manager <XML> <DATA>... </DATA> OWL Ontology Traduttori da ontologie ODLI3 ad ontologie OWL e da ontologie OWL ad ontologie ODLI3 Traduzione bidirezionale senza la perdita di informazioni fondamentali Componente software modulare e flessibile scritto in Java Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL

20 Conclusioni e Lavoro futuro
Visti i differenti livelli di espressività dei sottolinguaggi di OWL, è stata implementata la traduzione di schemi ODLI3 nei sottolinguaggi OWL DL e Full, il sottolinguaggio OWL Lite è infatti decisamente limitato per l'espressione di schemi complessi. La traduzione di ontologie OWL in schemi ODLI3 è stata implementata per i sottolinguaggi OWL Lite e OWL DL, il sottolinguaggio OWL Full è caratterizzato da una grande libertà sintattica e non fornisce nessuna garanzia dal punto di vista computazionale. Il linguaggio ODLI3 potrebbe essere esteso per l'espressione dei concetti di disgiunzione e complemento tra le estensioni delle classi, per la dichiarazione di proprietà transitive e per il versioning di ontologie. Il Wrapper OWL può essere completato attraverso la realizzazione del modulo per la gestione delle interrogazioni. Il modulo dovrà effettuare la traduzione delle interrogazioni provenienti dal Query Manager del sistema MOMIS, nel query language specifico per ontologie OWL: RDQL (RDF Query Language) o SPARQL Query Language for RDF. Interoperabilità tra ontologie eterogenee: i traduttori ODLI3 - OWL