Metodologie per la gestione di
conoscenza ontologica
Prof. M.T. PAZIENZA
a.a. 2008-2009
Sommario
• Introduzione
• Linguaggi per la gestione delle ontologie
• Valutazioni (delle ontologie, dei tool basati
su ontologie e degli ontology editors)
Contesti di valutazione
Poichè una ontologia si riferisce ad una sfera
cognitiva ed è un artefatto software che deve
essere usato (riusato) in diversi contesti applicativi
e tecnologici, la sua valutazione si riferisce a
diversi contesti:
• valutazione del modello dell’ontologia,
• valutazione dei tools che gestiscono un’ontologia
all’interno di un framework,
• valutazione degli ontology editors.
Valutare una ontologia
Non esistono criteri standard od universalmente condivisi;
esistono variabili in funzione di scenari diversi.
Esiste un agreement generale sui seguenti criteri:
• copertura
• precisione
• dettaglio assiomatico
• sostenibilità
• flessibilità
Tali criteri non sono in genere correlati e sono funzione
dei diversi scenari applicativi
Copertura di una ontologia
La copertura è la misura della quantità dei modelli
desiderati che siano rappresentabili da una ontologia.
La copertura è complementare alla specificità.
Una copertura ampia copre molti modelli/aspetti del
mondo (Le ontologie a copertura ampia sono in genere
più riusabili)
Una copertura specifica è molto specifica su un aspetto,
ma richiede estensioni se si vuole esprimere qualcosa di
non specifico
Copertura di una ontologia
La copertura è una misura “funzionale” perché la
sua misura richiede proprio ciò che si vuole
costruire: lo spazio semantico di riferimento
dell’ontologia.
Le misure di copertura sono indotte a partire da
altri tipi di dato (corpora testuali o domande
rivolte ad esperti del dominio del quale
l’ontologia dovrebbe coprire i modelli attesi)
Precisione di una ontologia
La precisione è una misura della selettività di
una ontologia, ovvero individua quanti dei
modelli rappresentabili in una ontologia
sono effettivamente voluti.
Anche la precisione è una misura “funzionale”
Dettaglio assiomatico di una ontologia
Si tratta della quantità di assiomi presenti in
media per ogni classe dell’ontologia.
Il dettaglio assiomatico è complementare alla
precisione, alla espressività, ovvero alla
complessità delle strutture logiche usate nella
costruzione degli assiomi
Il dettaglio assiomatico è misurabile in base alla
ontologia stessa (è una misura “strutturale”)
Sostenibilità di una ontologia
La sostenibilità è una misura della possibilità nella
realtà di usare un modello ontologico e di mantenerlo
all’interno di una qualsivoglia organizzazione.
Es. una ontologia con un alto dettaglio assiomatico, alta
precisione, ampia copertura è onerosa da progettare,
costruire, mantenere e usare in sistemi informativi con
molti dati (alto numero di inferenze generate dai
ragionatori automatici)
Flessibilità di una ontologia
La flessibilità è il numero dei diversi punti di vista
del dominio che è possibile rappresentare.
La misura della flessibilità è possibile solo in
presenza di informazioni di dettaglio sulle
caratteristiche di progettazione dell’ontologia
stessa (componenti, criteri, processi decisionali,
etc.)
Valutazione dei tool basasti su
ontologie
Le ontologie cercano di catturare conoscenza di dominio
che può essere riusata, condivisa, e resa operativa per
molteplici applicazioni.
La dimensione delle ontologie, la loro complessità, la
necessità di rappresentare una conoscenza comune a più
gruppi di persone, sono tutti fattori che limitano il loro
affermarsi come strumento di base per le applicazioni.
L’interoperabilità (semantica), la scalabilità, l’accesso
multiutente sono fattori chiave per la loro diffusione a
livello aziendale.
Proprietà delle ontologie generate
da tool di sviluppo
Language conformity: la sintassi della
rappresentazione dell’ontologia in un linguaggio
speciale risulta conforme allo standard
Nella valutazione l’outcome di un tool ontologico
deve essere confrontato rispetto alla definizione
sintattica, oppure rispetto ad una
implementazione usata come riferimento
Proprietà delle ontologie generate
da tool di sviluppo
Consistenza: rispetto alla propria semantica
La valutazione della consistenza esprime quanto il
tool sia capace di creare ontologie consistenti
rispetto alla propria semantica, ovvero deve
verificarsi che diverse parti di una ontologia non
siano in contraddizione
Proprietà delle tecnologie
Interoperabilità semantica: grado di facilità
con cui è possibile scambiare ontologie per
un’applicazione.
Non solo deve esserci language conformity,
ma bisogna verificare che tool diversi
interpretino le stesse cose nello stesso modo
Proprietà delle tecnologie
Turn around ability: capacità di produrre
l’outcome di un tool sempre nello stesso
modo
Proprietà delle tecnologie
Performance: tempo necessario per risolvere uno
specifico task inferenziale (es. memorizzare
ontologie di riferimento standard)
Nella valutazione è necessario disporre di
benchmarks e deve essere definito cosa si intende
per “misura” di una ontologia, complessità del task
e quali parametri influenzano, e come, la misura.
Proprietà delle tecnologie
Memory allocation: memoria necessaria al tool per
gestire ontologie
Nella valutazione è necessario disporre di
benchmarks e deve essere definito cosa si intende
per “misura” di una ontologia, complessità del task
e quali parametri influenzano, e come, la misura.
Proprietà delle tecnologie
Scalabilità: valuta la performance ed il
comportamento del tool rispetto alla memoria
in funzione dell’aumento della dimensione
dell’ontologia
Proprietà delle tecnologie
Integrazione in un framework: misura della
facilità di usare il tool in ambienti diversi
Connettività: capacità di collegarsi con altri tool
(database, index servers, MS systems, Lotus
Notes, etc)
Tool per la costruzione di ontologie
Gli ontology editors possono essere selezionati in base a criteri di:
•
•
•
•
•
•
•
•
Funzionalità a livello di operazioni permesse
Riusabilità di tutto o parte del contenuto ontologico
Complessità dell’installazione
Associabilità ad altri sistemi
Scalabilità dell’ontologia al modificarsi del dominio
Affidabilità rispetto agli accessi di uno sviluppatore
Utilizzabilità in locale o remoto
Efficienza nelle operazioni (processo iterativo di creazione
dell’ontologia)
• Visibilità del modello ontologico per un umano
Funzionalità
Add: fino a che punto il tool rende possibile l’aggiunta di
classi, proprietà, relazioni ed istanze
Modify: fino a che punto il tool rende possibile la modifica
di classi, proprietà, relazioni ed istanze
Delete : fino a che punto il tool rende possibile la
rimozione di classi, proprietà, relazioni ed istanze
L’implementazione di tutte queste funzionalità è
importante perché ciascuna di esse va a modificare il
modello ontologico
Riusabilità
Riusare:
Ontologie: grado in cui una ontologia esistente può essere usata
da una nuova versione dell’editor
Classi: grado in cui una classe esistente può essere usata per
creare una nuova ontologia
Slot: grado in cui uno slot esistente può essere usato per creare
una nuova ontologia
Istanza: grado in cui una istanza esistente può essere usata per
creare una nuova istanza di un’altra classe
Dati: grado in cui dati esistenti possono essere usati per popolare
istanze di una nuova ontologia
La riusabilità rende più semplice e più economico lo sviluppo di
nuove ed il riuso di ontologie esistenti
Complessità
• Installazione del processo: numero di passi
e tempo necessario nella installazione
• Necessità di una piattaforma: capacità
dell’editor di funzionare su piattaforme
diverse
• Interfacce: amichevolezza dell’interfaccia
dell’editor
La complessità è relativa alla difficoltà con cui
il tool può essere installato.
Associabilità
• Connettività ad un database: livello di
interoperabilità con database diversi
• Capacità di gestire macro: possibilità offerte
dal tool per aggiungere macro all’ontologia
(per supportare un appropriato data entry e la
formattazione, e la presentazione all’utente)
Caratteristiche importanti per la gestione delle
ontologie in ambienti industriali
Scalabilità
• Aggiungere nuove superclassi/classi
• Modificare superclassi in sottoclassi
• Cancellare super/sotto classi esistenti
Queste funzionalità permettono di modificare
l’ontologia al variare della conoscenza di
dominio. La cancellazione delle classi deve tener
conto delle istanze eventuali associate alla classe
Affidabilità
• Validazione: controllare che non si
aggiungano nuove classi/slot con un nome già
esistente
• Verifica: verifica e correzione di errori di lieve
entità per migliorare la consistenza
Il grado di affidabilità è importante per lo
sviluppatore
Utilizzabilità
• Accessibilità: eventualmente online
• Prezzo: richiesto per l’acquisto
Caratteristiche rilevanti a livello industriale
Efficienza
• Model browsing: capacità offerta dall’editor per
navigare facilmente nel modello ontologico
• Query capability: capacità di supportare efficienti
attività di ricerca sull’ontologia
• Design tools: capacità di supportare lo
sviluppatore con tool di disegno facili da usare
Tali funzionalità sono collegate al fatto che la
creazione di una ontologia è un processo iterativo
Visibilità
• Model creation using external programs: supporto alla
visualizzazione del modello usando programmi esterno,
es. plug-in
• Model creation using internal programs: supporto alla
visualizzazione del modello come built-in capability
• Conversation to HTML pages: supporto alla visualizzazione del
modello grazie alla capacità di convertire un’ontologia in pagine
HTML
La funzionalità di visibilità è richiesta a supporto della
comprensione immediata del contenuto ontologico da parte di un
utente umano.
Riferimenti
• Guarino N.: Formal ontologies in information systems”, Proceedings of Formal
Ontology and Information Systems, 1998
• Arash Shaban-Nejad: tutorial on “Ontology: Foundation of Semantic Web”, 2004
• Whitepaper: Evaluation of Ontology-based Tools, 2001, OntoWeb D1,3. tools
http://www.aifb.uni-karlsruhe.de/WBS/ysu/publications/eon2002_whitepaper.pdf
• Murshed Ahsan, Ramanjit Singh: “Evaluation and Ranking of Ontology
Construction Tools” . Technical Report DIT-05-013, Informatica e
Telecomunicazioni, University of Trento. (2005)
• D. Maynard.: “Benchmarking ontology-based annotation tools for the Semantic
Web”; UK e-Science Programme All Hands Meeting (AHM2005) Workshop "Text
Mining, e-Research and Grid-enabled Language Technology", Nottingham, UK,
2005.