Modulo3 Ontology engeenering: metodologie UNIVERSITA DI CAMERINO Corso di laurea in Informatica (classe 23/S) Barbara Re [email protected] Anno Accademico.

Slide 1 Modulo3 Ontology engeenering: metodologie UNIVERSITA DI CAMERINO Corso di laurea in Informatica (classe 23/S) Barbara Re [email protected] Anno Accademico 2007-08 Slide 2 2 Agenda Ontology engeenering: metodologie (panoramica) METHONTOLOGY NEON Methodology Tool di supporto: NEON Toolkit Slide 3 3 Ontology engeenering: metodologie (panoramica) Slide 4 4 Ontology engeenering Fa riferimento allinsieme di attività che riguardano il processo di costruzione dellontologia, il ciclo di vita dellontologia, il metodo e la metodologia per la costruzione dellontologia ed i tool ed i linguaggi che lo supportano Slide 5 5 Problematiche Quali sono le attività coinvolte nel processo di sviluppo dellontologia? Quali sono gli obiettivi di ciascuna attività? Quando vanno eseguite le varie attività? Dove sono le relazioni tra le varie attività? Dove è possibile trovare le ontologie al fine di riutilizzarle? Come posso utilizzare lontologia nella mia applicazione? Slide 6 6 Overview Solitamente - lo sviluppo dellontologia parte dellacquisizione di conoscenza fino allimplementazione senza seguire una serie di passi definiti a priori Problemi Il modello concettuale dellontologia è implicito nel codice Il commitment ontologico ed i criteri di design sono impliciti ed espliciti nel codice Esperti di dominio ed utenti finali non sono in grado di comprendere lontologia formale codificata attraverso il linguaggio Il risultato della codifica è solitamente affrettato La preferenza di codificare lontologia in uno specifico linguaggio con propria espressività influenza lo sviluppo dellontologia stessa Nello sviluppo dellontologia può risultare difficile capire il punto iniziale focalizzando sul riuso di altre ontologie I tool di supporto si focalizzano sullimplementazione piuttosto che su questioni di design Slide 7 7 Attività nello sviluppo di ontologie Project management activities Assicura uno sviluppo corretto dellontologia includendo attività di planning, controllo e garanzia sulla qualità del prodotto finale Development oriented activities Sviluppo corretto dellontologia attraverso la specifica, la concettualizzazione, la formalizzazione, limplementazione ed il mantenimento di task Integral activities Supporta lo sviluppo di attività orientate allo sviluppo Acquisizione di conoscenza, integrazione, valutazione, documentazione e gestione della configurazione Slide 8 8 Metodologie Cyc method Uschold and Kings method Grüninger and Foxs methodology KACTUS approach METHONTOLOGY SENSUS method On-To-Knowledge DILIGENT Nessuna prende in considerazione le tre dimensioni simultaneamente Dynamic Collaboration Contextualized Slide 9 9 Uschold and Kings method Lo scopo è quello di definire una metodologia di scheletro per la costruzione di ontologie Fasi - 1.Identificare lo scopo e lestensione dellontologia 2.Costruire lontologia (la conoscenza può partire da ontologie preesistenti) catturare codificare integrare 3.Valutare lontologia 4.Documentare lontologia Vanno fornite linee guida per ciascuna di queste fasi Slide 10 10 Fase 1 – Identificare lo scopo e lestensione dellontologia Perché è stata costruita lontologia? Per quale fine si intende utilizzare? Ontologia per la strutturazione della base di conoscenza Ontologia come parte della base di conoscenza … Identificare e caratterizzare gli utenti – sviluppatori, mantenitori ed utilizzatori Valutare se è possibile disegnare uno scenario dettagliato Definire le question che lontologia deve essere in grado di rispondere Introdurre termini e concetti fondamentali su cui accordarsi Slide 11 11 Fase 1 Individuare il linguaggio Potenza espressiva Trasportabilità Flessibilità … Individuare approcci alla cattura Completezza – Copertura Livello di dettaglio Curva di apprendimento Unattività centrale in questa fase è lidentificazione degli aspetti del mondo reale di interesse per definire e creare termini e riferirsi ad essi Si lavora per definire una categorizzazione di oggetti fondati sulluniverso dinteresse Slide 12 12 Fase 2 - cattura La cattura è indipendente dal linguaggio che utilizzo e permette di creare un modello di dominio Per cattura si intendono le seguenti attività Identificare i concetti chiave e le relazioni nel dominio di interesse Produrre precisi e non ambigui definizioni per concetti e relazioni Identificare termini da riferire a tali concetti e relazioni Individuare un certo livello di accordo per gli elementi sopra menzionati Slide 13 13 Fase 2 – codifica & integrazione Si intende una esplicita rappresentazione di una concettualizzazione attraverso uno specifico linguaggio Attraverso brainstorming e lavori di gruppo La codifica dipende dallespressività del linguaggio e può essere vista come Cattura and coding Cattura after coding Lintegrazione permette di chiedersi se e come utilizzare ontologie che già esistano codifica integrazione Slide 14 14 Lettura Uschold M. "Towards a Methodology for Building Ontologies" Workshop on Basic Ontological Issues in Knowledge Sharing, held in conduction with IJCAI-95, 1995. http://citeseer.ist.psu.edu/uschold95toward.html Slide 15 15 Grüninger and Foxs methodology Basata sullesperienza di costruire unontologia per la modellazione di una impresa, la quale include una serie di ontologie per la modellazione di componenti di impresa Basata sullesperienze di costruire unontologia che modella limpresa allinterno del framework contestualizzato nel progetto TOVE Costruisce un modello logico per la conoscenza da introdurre nellontologia (questo modello non è costruito direttamente) Le specifiche dellontologie sono costruite informalmente specificando un insieme di competence question Specifica delle competence question in predicati del primo ordine Le competence question sono alla base di una caratterizzazione rigorosa della conoscenza che lontologia deve coprire oltre alla specifica del problema oltre a definirne una buona soluzione Attraverso un meccanismo di composizione e decomposizione le competence question e le sue risposte possono essere utilizzate per rispondere a competence question di altre ontologie garantendo un certo livello di integrazione Slide 16 16 Fasi 1. Stabilire dei scenari motivati sull'ontologia 2. Definire domande di competenza informali 3. Specifica in un linguaggio formale e della relativa terminologia 4. Definire domande di competenza formali 5. Specifica degli assiomi 6. Definizione di completezza dei teoremi Slide 17 17 Alcuni stralci… Activity Ontology Temporal projection Dato un insieme di azioni che occorrono a differenti momenti quali sono le proprietà delle risorse e delle attività necessarie in un istante temporale preciso? Planning and Scheduling Quale sequenza di attività deve essere completata per raggiungere uno specifico obiettivo? A quale istante deve iniziare e terminare? Execution monitoring and external events Quali sono gli effetti delloccorenza di un evento esterno ed inaspettato? Time based competition Cosa fare e come per massimizzare e minimizzare i vincoli Organization Ontology Quali attività devono essere svolte da un particolare agente in una data situazione Per raggiungere un obiettivo … Slide 18 18 Lettura Michael Grninger, Mark S. Fox, "Methodology for the Design and Evaluation of Ontologies",P roceedings of IJCAI'95, Workshop on Basic Ontological Issues in Knowledge Sharing, April 13, 1995 http://citeseer.ist.psu.edu/grninger95methodology.html Slide 19 19 METHONTOLOGY Development Process: Which activities Life Cycle: Order of activities 1.Intra-ontology dependencies 2.Inter-ontology dependencies Methodologies: How to carry out the activities 1.Input and outputs 2.Methods, tasks, techniques, tools 3.Who, When, What, How, Where, Which Slide 20 20 METHONTOLOGY La fase principale nel processo di sviluppo dellontologia per quel che riguarda METHONTOLOGY è la fase di concettualizzazione Durante la specifica e la concettualizzaione un processo di integrazione è completato usando ontologie interne o esterne Il framework è parzialmente supportato da un ambiente software – Ontology Design Environment Molti sono i casi di studio che utilizzano tale metodologia CHEMICAL - un ontologia per il dominio chimico Environment pollutants components – rappresenta il metodo di determinare vari elementi d iinquinamente di varie fonti: acqua aria petrolio The Reference Ontology – unontologia che gioca il ruolo di pagine bianche per lontologia Slide 21 21 Metodologie a confronto Tutte le metodologie presentate iniziano dallidentifazione dello scopo dellontologia e necessitano di acquisizione della conoscenza Una volta acquisita la conoscenza Uscholds propone la codifica in un linguaggio formale METHONTOLOGY propone lespressione della conoscenza attraverso rappresentazioni intermedie Le ontologie sono codificate attraverso traduttori Garantiscono di superare il gap tra come le persone vedono il dominio ed i linguaggi con cui le ontologie sono formalizzate Si fornisce una approccio users-friendly sia per lacquisizione di conoscenza che la valutazione di informatici ed esperti del dominio che non sono ingegneri della conoscenza Slide 22 22 Metodologie a confronto – fase di valutazione Uscholds propone questa fase ma non introduce come dovrebbe essere sviluppata Gruninger and Fox propone di identificare un insieme di competence question una volta che lontologia è stata specificata formalmente essa viene confrontata con le competence question individuate METHONTOLOGY propone la fase di valutazione in tutta la linea di vita del processo di sviluppo dellontologia La maggior parte del processo di valutazione è fatto nella fase di concettualizzazione Slide 23 23 NEON Methodology Dynamic Collaboration Contextualized http://www.neon-project.org/web-content/ Slide 24 24 Overview Analisi del dominio Costruzione dellontologia Introduce terminologia e dipendenze complesse tra differenti parti Serve come mediatore tra dati di differenti sorgenti Integrazione di elementi esistenti La modellazione di conoscenza come regole Slide 25 25 Life Cycle Models and Life Cycles in Ontological Engineering An ontology life cycle model is the framework (waterfall, evolving prototyping, spiral, etc.), selected by each using organization, on which to map the activities identified in the ontology development process. The ontology life cycle is the specific sequence of activities that the ontology practitioners carry out for developing an ontology. Example: three ontology life cycles based on the waterfall model Slide 26 26 Several Ontology Life Cycle Models are possible Assumption: Ontology requirements are known at the begining of the ontology development project. Assumption: Ontology requirements can be not known at the begining of the ontology development project and can change during the project. Evolutionary Prototyping Rapid Throwaway Prototyping Assumption: Uncertainties in the ontology requirements can derive into risks in the project. WaterfallV Model Spiral Slide 27 27 Pure waterfall life cycle model The waterfall life cycle model has a lineal order in the transitions between phases, with a review for each phase. It is not possible to pass to the following phase until the current one has been not completed. This model permits to backtrack to previous phases if errors or mistakes are detected The use of such a model encourages the developer to specify what the system is supposed to do before building the system and to plan how components are going to interact before building the components Slide 28 28 V life cycle model Sequential path of execution of processes, where each phase must be completed before the next phase begins This model explicitly includes the observation that the result of each development task must be verified in a corresponding test task This life cycle model gives emphasis to the validation of the products in each phase Slide 29 29 Incremental Model The system, specified in the requirement documents, is divided into functional subsystems, which are completely developed in different cycles Each cycle follows the waterfall model The system development starts with a small functional subsystem which is fully developed Following this model, the software development process begins with the most essential functionalities and continues and ends with the less important ones The two main advantages of this approach are: accelerated delivery of customer services and user engagement with the system Slide 30 30 Iterative model This life cycle model has as purpose to reduce the risk between the user needs and the final product; it consists in the iteration of several waterfall life cycles At the end of each iteration, an improved or refined version of the software product is delivered to the user Slide 31 31 Spiral Life Cycle Model The evolutionary prototyping model is based on the assumption that it is often difficult to know all the system requirements at the beginning of a project and that the requirements can change during the project life. Slide 32 32 Proposed steps: 1.Identify the user needs. 2.Select the ontology life cycle model to be used. 3.Select activities from the recommended and if- applicable activity table. 4.Map the selected activities into the selected ontology life cycle model: the result is the ontology life cycle for the user needs. How software developers and ontology practitioners select the ontology life cycle model and the particular ontology life cycle for developing his/her ontology? Slide 33 33 Decission Tree for Selecting your Ontology Life Cycle Model Do you think that ontology requirements will change during the ontology project? NoYes Do you want to include risk control in your project? Do you want to produce intermediate results? NoYes NoYes Waterfall V-Model Incremental Model Iterative Model Spiral Evolutionary Prototyping Rapid Throwaway Prototyping Slide 34 34 Decission Tree for Selecting your Ontology Life Cycle Model Do you think that ontology requirements will change during the ontology project? NoYes Do you want to include risk control in your project? Do you want to produce intermediate results? NoYes NoYes Waterfall V-Model Incremental Model Iterative Model Spiral Evolutionary Prototyping Rapid Throwaway Prototyping Slide 35 35 Decission Tree for Selecting Activities to be mapped in the Ontology Life Cycle Model Have you built at least 5 ontologies? No Yes Set of questions for identifying the if-applicable activities needed. Do you need the ontology in different idioms? O. Localization. Do you plan to use lexicons and thesauries as a resource for building your ontology? Resource reengineering. The developer selects the activities needed from the recommended and if-applicable activity table Selected Activities O. Reuse O. SearchingIf Applicable O. AssessmentIf Applicable O. SelectionIf Applicable O. Conceptualization RecommendedX O. EvaluationO. VerificationRecommendedX O. ValidationRecommendedX O. LocalizationIf ApplicableX Automatically Slide 36 36 RDF(S) OWL Ontology Development O. Specification O. Conceptualization O. Implementation O. Formalization 1 Thesauries DB Lexicons Resources Knowledge Resource Reuse Study Knowledge Resource Reengineering 2 3 Ontology Reuse Study: (Searching, Evaluation/Assesment, Selection) O. Repositories Flogic RDF(S) OWL Ontology Reestruturation (Pruning, Extension, Specialization, Modularization) 8 O. Localization 9 Maintain Use O. Assessment 10 Ontology Support Activities: Elicitation; Documentation; Configuration Management; Evaluation (V&V) 1,2,3,4,5,6,7,8,9 O. Alignment O. Merge Ontology Reengineering: ( Reverse Engineering, Reestructuration Forward Engineering) 4 6 7 Scenarios in the ontology life cycle 5 Flogic Slide 37 37 Waterfall Development activities Support activities Management activities Scheduling Control Quality assurance Ontology Support Activities: Elicitation; Documentation; Configuration Management; Evaluation (V&V) Slide 38 38 Incremental Model Development activities Support activities Management activities Scheduling Control Quality assurance Ontology Support Activities: Elicitation; Documentation; Configuration Management; Evaluation (V&V) Slide 39 39 Iterative Ontology Network Life Cycle O. Specification O. Needs ++KA +Doc O. Reuse (Searching, Assesment/Evaluation, Selection) +KA +Doc O. Conceptualization ++KA ++Eval +Doc O. Implementation +Eval +Doc O. Assesment +Doc Slide 40 40 Tool di supporto: NEON Toolkit http://www.neon-toolkit.org/ Slide 41 41 Main part Neon Toolkit supporta tutte le fasi di creazione dellontologia Ontology navigator Entity Property view Instance view Properties view Slide 42 42 NeOn Reading NeOn Toolkit Developer's Guide neon_developers_guide.pdf, 365 Kb http://www.neon- toolkit.org/index.php?option=com_docman&task=d oc_download&gid=6 Slide 43 43 Riuso – es: time Slide 44 44 Riuso es: location Slide 45 45 Riuso es: unit Slide 46 46 Ci sono domande?