INFORMATICA
UMANISTICA B
RAPPRESENTAZIONE DELLA
CONOSCENZA
ONTOLOGIE
SEMANTIC WEB
RAPPRESENTAZIONE DELLA
CONOSCENZA ED ONTOLOGIE




La ricerca sul modo ‘ideale’ per rappresentare le
informazioni nelle basi di dati e in intelligenza
artificiale ha portato alla nascita di ricerca sulla
KNOWLEDGE ENGINEERING o rappresentazione
della conoscenza anche in senso non applicato
Particolarmente interessante per domini piu’
complessi che ‘studenti’ e gli ‘esami’
Quest’area si focalizza sulle ONTOLOGIE
Ontologie base teorica del lavoro sul


Ontologie applicate in domini come la medicina
Il SEMANTIC WEB
RAPPRESENTAZIONE DELLA
CONOSCENZA IN INFORMATICA

In informatica sono stati sviluppati numerosi
modelli della rappresentazione della
conoscenza




TESAURI
Modelli concettuali sviluppati per le basi di dati
RETI SEMANTICHE e TASSONOMIE
ONTOLOGIE
TESAURI


Rappresentazioni di ASSOCIAZIONI tra
parole
Tipicamente raggruppate in CATEGORIE
ESEMPIO DI TESAURO
RETI SEMANTICHE E
TASSONOMIE

Rappresentazioni in cui



Vengono identificate relazioni come nei modelli
concettuali
Viene anche rappresentata informazione
TASSONOMICA
Si esprimono anche RESTRIZIONI su relazioni
TASSONOMIE
RELAZIONI E TASSONOMIE
NELLE RETI SEMANTICHE
DESCRIPTION LOGICS

Una famiglia di logiche che permettono di
descrivere reti semantiche specificando oltre
che informazioni su relazioni e tassonomie
anche



COMPLEMENTARITA: MALE e FEMALE sono
disgiunti
CARDINALITA’: una bici ha 2 ruote, un’auto ne ha
4
etc
ONTOLOGIE IN INFORMATICA
In FILOSOFIA, ONTOLOGIA e’ lo studio di
cio’ che esiste – una delle aree piu’
importanti della METAFISICA
In INFORMATICA, un’ ONTOLOGIA e’ una
DEFINIZIONE dei TERMINI usati in un
certo dominio e delle relazioni tra di loro
Concepts and definitions
“Philosophers have long assumed that
definitions are the appropriate way of
characterizing word meaning and
category membership” (MU, ch.2, p.11)
Aristotle’s Metaphysics,
Book Z
“a definition is an account, and every
account has parts, and part of the
account stands to part of the thing in just
the same way that the whole account
stands to the whole thing”
= Most concepts encode necessary and
sufficient conditions for their own
application
Aristotle’s Metaphysics:
Definitions
MAN = RATIONAL ANIMAL
DEFINIENDUM
DEFINIENS
Definition by genus and
differentia

The ‘method of division’:



Begin with the broadest genus containing the
species to be defined (‘ANIMAL’)
Divide the genus in two sub-parts by some
differentia (‘FOOTED’)
Then divide the two sub-types again (CLOVENFOOTED)
Other philosophers
The greatest part of the Ideas, that make
our complex Idea of GOLD, are
YELLOWNESS, great WEIGHT,
FUSIBILITY, and SOLUBILITY IN AQUA
REGIA (Locke)
In the case of many words … it is possible
to specify their meaning by reference to
other words. E.g., “ARTHROPODES” are
ANIMALS with SEGMENTED BODIES and
JOINTED LEGS. (Carnap)
Other philosophers
The English noun “chair” can be decomposed
into a set of concepts which might be
represented by the semantic markers:
OBJECT, PHYSICAL, NON-LIVING, ARTIFACT,
FURNITURE, PORTABLE, SOMETHING WITH
LEGS, SOMETHING WITH A BACK, SEAT FOR
ONE
(Katz)
The classical theory in a
nutshell
(Most) concept descriptions are
structured mental representations that
encode a set of NECESSARY and
SUFFICIENT conditions for membership
in the category
These descriptions are learned through a
process of ABSTRACTION by eliminating
those properties which are not shared by
all members of a category (Locke)
Disegno di ontologie



Identificazione dei CONCETTI
Identificazione dei loro ATTRIBUTI
Identificazione delle relazioni di dipendenza
tra questi concetti e di restrizioni, usando
description logics o linguaggi logici piu’
potenti
ONTOLOGIA IN INFORMATICA
• Un artefatto progettato con lo scopo di esprimere il
significato inteso di un vocabolario (condiviso)
• Un vocabulario condiviso più una specificazione
(caratterizzazione) del suo significato inteso
“An ontology is a specification of a conceptualization”
[Gruber 95]
cioè, un’ontologia rende conto dell’impegno di un
linguaggio verso una certa concettualizzazione
ONTOLOGIA APPLICATA IN
INFORMATICA

Interoperabilità Semantica






Integrazione di Database
Imprese Virtuali
Concurrent engineering
e-commerce
Web services
Information Retrieval



Distinguere il vocabolario dell’utente da quello dei dati
Rispondere alle Query su insiemi di documenti
Natural Language Processing
ONTOLOGIE NELL’AMBITO
DELLA BIOLOGIA

Protein Ontology: un’ontologia sviluppata per
codificare la nostra conoscenza sulle proteine
in modo sistematico


http://pir.georgetown.edu/pro/
Altre ontologie elencate sul sito OPEN
BIOMEDICAL ONTOLOGY


http://www.obofoundry.org/
Gene ontology, C. elegans, etc
PROTEIN ONTOLOGY
ALTRI DOMINI IN CUI VENGONO
USATE ONTOLOGIE



Geografia (per scambiare informazioni tra
sistemi satellitari etc)
Software
Specifica di processi (management)

PSL: http://www.mel.nist.gov/psl/
Ontologie ‘generali’ ed
ontologie ‘di dominio’


Esistono ora molte ontologie per domini
specifici
Esistono anche tentativi di ‘riunificare’ queste
ontologie tramite cosiddette ‘ontologie di
livello superiore’


SUMO
DOLCE
DOLCE

Ontologia generale sviluppata dal Laboratorio
di Ontologia Applicata del CNR (LOA)
La tassonomia di DOLCE
PT
Particular
ED
Endurant
PED
Physical
Endurant
M
Amount of
Matter
F
Feature
PD
Perdurant
NPED
Non-physical
Endurant
POB
Physical
Object
…
AS
Arbitrary
Sum
NPOB
Non-physical
Object
Q
Quality
EV
Event
STV
Stative
ACH
ACC
Achievement Accomplishment
…
…
TQ
Temporal
Quality
ST
State
PRO
Process
…
…
… TL
Temporal
Location
PQ
Physical
Quality
AB
Abstract
… Fact
AQ
Abstract
Quality
… SL
Spatial
Location
…
TR
Temporal
Region
…
APO
Agentive
Physical
Object
NAPO
Non-agentive
Physical
Object
MOB
Mental Object
SOB
Social Object
ASO
Agentive
Social Object
SAG
Social Agent
NASO
Non-agentive
Social Object
SC
Society
T
Time
Interval
Set
PR
Physical
Region
… S
Space
Region
R
Region
AR
Abstract
Region
…
Scelte Ontologiche di base in
DOLCE (1)

Oggetti (Enduranti o Continuanti) ed Eventi (Perduranti o
Occorrenti)
queste sono categorie distinte connesse attraverso la
relazione di partecipazione.

Le Qualità formano una categoria
esse ineriscono agli Oggetti (Qualità Fisiche) o agli Eventi
(Qualità Temporali) e corrispondono a “proprietà
individualizzate”, cioè sono inerenti solo a una specifica entità
, per esempio “il colore di questa particolare rosa”, “la velocità
di questo movimento”, ecc.
Scelte Ontologiche di base in
DOLCE (2)


Ogni tipo di Qualità è associato a uno Spazio di Qualità che
rappresenta lo spazio dei valori che le qualità (di uno specifico
tipo) possono assumere. Gli spazi di qualità non sono né nello
spazio né nel tempo, ma sono ammessi diversi spazi di
qualità associati allo stesso tipo di Qualità.

Spazio e Tempo sono specifici spazi di qualità;

Sono ammessi diversi tipo di spazio e tempo.
Diversi Oggetti/Eventi possono essere co-localizzati spaziotemporalmente: in questo caso si considera la relazione di
costituzione.
Entità Astratte vs. Concrete

Concrete: collocate nello spazio-tempo
(le regioni di spazio-tempo sono collocate in se stesse)

Astratte (questo termine può avere due significati):
- Resultato di un processo di astrazione (qualcosa di comune a
molte esemplificazioni)
- Non collocato nello spazio-tempo (questo è il sognificato in
DOLCE)

Somme mereologiche (di entità cocnrete) sono concrete, gli
insiemi che corrispondono a esse sono astratti...
Enduranti vs. Perduranti

Enduranti:
 Tutte le loro parti proprie sono presenti ogni volta che essi sono
presenti (interamente presenti, non attraverso le loro parti
temporali)
 Esistono nel tempo
 Possono genuinamente cambiare nel tempo
 Possono avere parti non essenziali
 La relazione di parte sugli endurtanti include un argomento
temporale

Perduranti:





Solo alcune delle loro parti proprie sono presenti ogni volta che
essi sono presenti (presenza parziale, parti temporali)
Accadono nel tempo
Non cambiano nel tempo
Tutte le loro parti sono essenziali
La relazione di parte sui perduranti non considera il tempo
SEMANTIC WEB

Il Semantic Web (Berners-Lee Hendler et al
2001) e’ un progetto per realizzare una
versione del Web in cui i testi sono annotati
SEMANTICAMENTE e quindi e’ possibile
ritrovarli sulla base del CONTENUTO invece
che di keywords
INGREDIENTI DEL SEMANTIC
WEB

XML come linguaggio di markup, ed in
particolare





URI per identificare nomi
namespaces
RDF per la rappresentazione di informazioni
OWL (Web Ontology Language) per
rappresentare concetti, attributi, e relazioni
Una o piu’ ontologie
LIVELLI DEL SEMANTIC WEB
URI ed URL


URL: indirizzo fisico
URI: indirizzo ‘concettuale’
RESOURCE DESCRIPTION
FRAMEWORK (RDF)

Linguaggio per esprimere asserzioni del tipo
<RISORSA, PROPRIETA’, VALORE>
‘Il presidente Ciampi vive a
Roma’
ESEMPIO DI RDF
<?xml version='1.0'?>
<rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns:wikipedia="http://it.wikipedia.org/wiki/"
xmlns:wikidizionario="http://it.wiktionary.org/wiki/">
<rdf:Description rdf:about="http://www.quirinale.it/presidente/ciampi.htm">
<wikidizionario:vivere
rdf:resource="http://www.comune.roma.it/index.asp"/>
<wikipedia:codice_fiscale> CMPCLZ20T09E625V
</wikipedia:codice_fiscale>
</rdf:Description>
</rdf:RDF>
OWL: LINGUAGGIO PER
DESCRIVERE ONTOLOGIE

Una serie di linguaggi che permettono di
descrivere ontologie piu’ sofisticate



OWL-LITE: tassonomie, restrizioni
OWL-DL: livello delle description logics
OWL-FULL: massima espressivita’ (logica)
OWL
<owl:Class rdf:ID="ProteinComplex">
<owl:disjointWith> <owl:Class rdf:ID="SiteGroup"/>
</owl:disjointWith>
<owl:disjointWith> <owl:Class rdf:about="#Chains"/>
</owl:disjointWith>
<owl:disjointWith> <owl:Class rdf:about="#Residues"/>
</owl:disjointWith>
UN ESEMPIO DI PAGINA
MARCATA PER SEMANTIC WEB
JIM HENDLER’S PAGE,
SEMANTIC WEB INFO
<BODY>
<INSTANCE KEY="http://www.cs.umd.edu/users/hendler/">
<USE-ONTOLOGY ID="cs-dept-ontology" VERSION="1.0" PREFIX="cs" URL=
"http://www.cs.umd.edu/projects/plus/SHOE/cs.html" />
<CATEGORY NAME="cs.Professor" FOR="http://www.cs.umd.edu/users/hendler/"/>
<RELATION NAME="cs.member">
<ARG POS=1 VALUE="http://www.cs.umd.edu/projects/plus/">
<ARG POS=2 VALUE="http://www.cs.umd.edu/users/hendler/">
</RELATION>
<RELATION NAME="cs.name">
<ARG POS=2 VALUE="Dr. James Hendler">
</RELATION>
<RELATION NAME="cs.doctoralDegreeFrom">
<ARG POS=1 VALUE="http://www.cs.umd.edu/users/hendler/">
<ARG POS=2 VALUE="http://www.brown.edu">
</RELATION>
<RELATION NAME="cs.emailAddress">
<ARG POS=2 VALUE="[email protected]">
</RELATION>
…..
</INSTANCE>
<b>As of January 1, 2007 Professor Hendler has moved from the University of
Maryland to <a href="http://www.rpi.edu">Rensselaer Polytechnic Institute</a></b>.
VALUTAZIONE



L’uso di ontologie in informatica e’ ancora
controverso
In alcune aree come la biomedicina
chiaramente utili ed utilizzate
In altre aree meno chiaro

Semantic Web compreso
RIASSUNTO CONCETTI
FONDAMENTALI



Forme di organizzazione della conoscenza in
informatica: tesauri, reti semantiche,
ontologie
Ontologie: filosoficamente, applicazioni
informatiche, di dominio / generali
Semantic Web: RDF, OWL
LETTURE



Tomasi, capitolo 8
Wikipedia
Ontologie:



http://www.ontologyportal.org/
http://www.loa-cnr.it/
Semantic Web:

http://www.sciam.com/article.cfm?articleID=00048
144-10D2-1C70-84A9809EC588EF21