Ontologies 2011 2012

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Ontologies 2011 2012

  1. 1. Les OntologiesS. Garlatti
  2. 2. Plan Introduction • Notion d‟ontologie et de sens • Rôle des Ontologies • Historique Ontologies • Définitions • Types d‟ontologies Différents types de systèmes • Les logiques de description
  3. 3. Notion d’ontologie et de sensLe concept de « Voie »
  4. 4. Notion d’ontologie et de sensLe concept de « Voie »
  5. 5. Notion d’ontologie et de sensLe concept de « Voie »
  6. 6. Notion d’ontologie et de sensLe concept de « Voie »
  7. 7. Notion d’ontologie et de sens Définir une ontologie c’est • Donner un sens unique à des concepts - Pas de Polysémie • Donc définir un « domaine » de sens particulier - Les voies de communication, la médecine, les galaxies, les arts martiaux, etc. • Consensus dans une communauté de pratiques
  8. 8. Notion d’ontologie et de sens Construire une Ontologie • C‟est représenter des connaissances Connaissances ?????
  9. 9. Rôle des ontologies Définir un vocabulaire commun et partagé par une communauté de pratiques • Avoir une compréhension commune • Communiquer, échanger, etc.
  10. 10. Rôle des ontologies Expliciter et formaliser des connaissances • Donner un sens unique à des « entités du monde réel »
  11. 11. Rôle des ontologies Donner du sens à des ressources • Indexation de celles-ci, puis • Recherche d‟information (ressources) • Réutilisation, partage et échange
  12. 12. Rôle des ontologies  Raisonnement / inférence • Construire et découvrir de nouvelles informations et/ou connaissances à partir des ontologies et des ressources existantes
  13. 13. Historique Les réseaux sémantiques • Quillian (1968) - Un mécanisme général dassociation pour représenter le sens des mots - Ensemble de nœuds et d„associations représentés par des liens. - Un réseau sémantique forme un graphe orienté dont les nœuds et les arcs sont étiquetés - Un graphe dhéritage, structuré au moyen dune relation de généralisation / spécialisation qui relie entre eux des objets "sémantiquement proches"
  14. 14. Historique
  15. 15. Historique Puis différentes interprétations de cette notion • Les Frames: M. Minsky [75] a proposé un autre modèle appelé "frames". Ces "frames" sont des granules de connaissances plus importantes que les nœuds dun réseau sémantique • Les Logiques de Description: Brachman et Schmolze [77] ont proposé un autre modèle à mi-chemin entre les réseaux sémantiques et les Frames de Minsky dont le premier représentant sappelle KL-ONE • Les Graphes Conceptuels: Sowa [84] • Les Frames-Logic Kifer [95]
  16. 16. Historique Points communs • Réification des entités du « monde réel » sous forme - D‟objets : des classes ou des individus - Ou de propriétés • Un objet est défini par une conjonction de propriétés qui peuvent être des couples attributs / valeurs ou des relations entre objets • Organisation des classes : - Un graphe orienté sans circuit, dont un graphe d‟héritage muni d‟une relation « SubClassOf »
  17. 17. Historique Points Communs • Graphe dhéritage, par des liens « SubClassOf » qui déterminent - Une relation de généralisation/spécialisation entre les classes et une relation d‟instanciation « Member-of » entre individus et classes. • Une classe déclare les propriétés qui lui sont spécifiques • Toute propriété non présente dans un objet peut être héritée des classes plus générales (mécanisme dhéritage) • Héritage simple ou multiple
  18. 18. Historique Points Communs • Soit G = (X,H) le graphe dhéritage avec X lensemble des objets, - X = Y Z avec Y lensemble des « classes » et Z lensemble des « individus », - Ce graphe G possède toujours une racine unique et défini un ordre partiel sur X - H lensemble des arcs, avec H lordre induit par le graphe G et - x, y X tels que x ≤H y alors y est un ancêtre de x et x est un descendant de y.
  19. 19. Historique Définitions d’une classe • Définition en extension - Lextension propre dune classe est définie par un ensemble dindividus - Lextension au sens large dune classe est définie par un ensemble d‟individus et les classes plus spécifiques • Définition en intension ou compréhension - Une classe est définie en intension par lensemble des propriétés qu‟elle possède ou qu‟elle hérite
  20. 20. Historique Rapports entre Extension et Intension • Soient Extp(x) lextension propre de lobjet x et Ext(x) lextension au sens large de lobjet x, alors x, y Y tels que x H y Ext(x) Ext(y) y Y et z Z, tels que z H y z Extp(y) • Soient z un objet, Int(x) lintension de x ou ensemble de propriétés définissant x, cest-à-dire celles déclarées dans z et celles héritées de ces ancêtres, alors x, y Y tels que x H y Int(y) Int(x)
  21. 21. Historique Deux types de classes • Celles définies en Condition Nécessaires et Suffisantes • Celles définies comme des Prototypes - Théorie du prototype de E. Rosch
  22. 22. Historique Mécanismes d ’ inférence • Lhéritage : cest un mécanisme de partage de propriétés entre des entités structurées dans une hiérarchie qui induit un raisonnement monotone ou non monotone selon les systèmes.
  23. 23. Historique Mécanismes d ’ inférence • Le filtrage : recherche d‟un ensemble dobjets qui satisfont à certains critères donnés. - Le filtrage est souvent fondé sur une logique à trois valeurs, vrai, faux, et inconnu (en monde ouvert) – Un objet ne vérifiant pas les conditions du filtre nest pas rejeté sil n ‟ est pas contradictoire avec le filtre – Objets répartis en trois classes sûrs, possibles et impossibles
  24. 24. Historique Mécanismes d’inférence • La classification: la classification est lopération qui permet de placer un objet x dans un graphe dhéritage. Deux cas sont à considérer : – L‟individu – La classe
  25. 25. Ontologie« Naissances des Ontologies » • Début années 90 • Méthodologies d‟acquisition des connaissances • Séparer les différentes catégories de connaissances et les raisonnements associés pour - Construire mieux, plus rapidement, plus facilement, - Réutiliser et partager les connaissances acquises - Maintenir plus facilement ces dernières
  26. 26. Ontologie Les concepts et les propriétés d‟un domaine hiérarchiquement organisés sont regroupés dans une entité appelée « Ontologie » Pas d‟individus !!!!! Une fois construite et acceptée par une communauté particulière, une ontologie doit traduire un consensus explicite et un certain niveau de partage par les membres de la communauté.
  27. 27. Ontologie Philosophie : ARISTOTE a défini l‟Ontologie comme la science de l‟Être Définition (Petit Robert) : la partie de la métaphysique qui s’intéresse à l’Être en tant qu’Etre Ontologie • Est habituellement comprise comme une science des étants plutôt que comme une science de l‟Être en tant qu‟Être - C‟est-à-dire qu‟elle s‟intéresse davantage à ce qui existe (les étants ou existants) qu‟aux principes de ce qui existe (l‟Être)« Ontologie » sera utilisé dans le contexte de l’Ingénierie des connaissances, de l’intelligence artificielle ou du Web sémantique •
  28. 28. Ontologie Définition 1 (Gruber 1993) • “An ontology is a formal, explicit specification of a shared conceptualization of a domain of interest”. - Conceptualisation : les objets, les concepts et autres entités qui sont supposés exister dans un domaine particulier et les relations qu‟ils entretiennent entre eux. N. Guarino et P. Giaretta • L‟ontologie comme un système conceptuel informel, • L‟ontologie comme la représentation d‟un système conceptuel via une théorie logique et son vocabulaire.
  29. 29. Définitions Gruber et M. Uschold et al. • Ontologie (déf. 2) : Une ontologie implique ou comprend une certaine vue du monde par rapport à un domaine donné. - Cette vue est souvent conçue comme un ensemble de concepts, leurs définitions et leurs interrelations. - On appelle cela une conceptualisation. • Une ontologie peut prendre différentes formes mais elle inclura nécessairement un vocabulaire de termes et une spécification de leur signification. • Une ontologie est une spécification rendant partiellement compte d‟une conceptualisation.
  30. 30. DéfinitionsUne structure d’ontologie est un quintuplet O := {C, R, HC, rel, AO} (source Steffen Staab) • C et R : ensembles disjoints des concepts et des relations • HC hiérarchie (taxonomie) de concepts : HC C x C , HC(C1, C2) signifie que C1 est un sous-concept de C2 (relation orientée) • Rel : relation rel: R C x C (définit des relations sémantiques non taxonomiques) avec 2 fonctions associées - dom : R C avec dom(R):= 1(rel(R)) - range : R C avec range(R):= 2(rel(R)) co-domaine - rel(R) = (C1,C2) s‟écrit aussi R(C1,C2) • Ontologie abstraite
  31. 31. DéfinitionsLe lexique d’une structure d’ontologie O:= {C, R, HC, rel, AO} est un quadruplet L:= {LC, LR, F, G} • LC et LR : ensembles disjoints des entrées lexicales des concepts et des relations • F, G : deux relations appelées références F LC (pour les concepts), G LR x R (pour les relations), - Pour L LC : F(L) = {C C / (L,C) F} - F-1 (L) = {L L / (L,C) F} • Idem pour G et G-1Ontologie concrète : couple (O, L)
  32. 32. Définitions Structure d’une base de connaissances : quadruplet KB:= {O, I, inst, instr} (source N. Aussenac) • O:= {C, R, HC, rel, AO} est une ontologie • I est un ensemble d’individus • inst : C-> 2I Fonction d‟instanciation de concept • Instr : R -> 2IxI Fonction d‟instanciation de relation Lexique d‟une base de connaissances LKB := (LI,J) ontologie personne employé Travaille-pour entreprise Dupont Travaille-pour SNCF BC
  33. 33. Définitions Ontologie: Ensemble des objets reconnus comme existant dans le domaine • Construire une ontologie c’est aussi décider de la manière d‟être et d‟exister des objets. • Modèles des connaissances d‟un domaine qui sont pertinentes pour une application, une tâche donnée • Conceptualisation en classes génériques, relations et règles
  34. 34. Définitions Contraintes qui s‟imposent au concepteur d‟ontologies • Une ontologie est bien une conceptualisation, entendons par là que l‟on y définit des concepts - Utilisée dans un artefact informatique dont on veut spécifier le comportement, - L‟ontologie est une théorie logique pour laquelle on précisera le vocabulaire manipulé - La conceptualisation étant spécifiée parfois de manière très précise, une théorie logique ne peut pas toujours en rendre compte de façon exacte : elle ne peut assumer la richesse interprétative du domaine conceptualisé dans une ontologie et ne le fait donc que partiellement.
  35. 35. Types d’ontologies Que représente une ontologie ? • Le type d‟ontologie - L‟ontologie de domaine - L‟ontologie d‟une méthode de résolution de problème, le rôle de chaque concept dans le raisonnement est rendu explicite - L‟ontologie des utilisateurs, de l‟entreprise • Les propriétés - Non seulement le repérage et la classification des concepts mais aussi les caractéristiques qui leur sont attachées. • Les relations, autres que héritage : spatiale, temporelle, composition, etc.
  36. 36. Types d’ontologies Ontologies d‟application double spécialisation : d‟uneontologie du domaine et d‟une ontologie de méthode Ontologie formelle étude approfondie et raisonnée de lamanière d‟organiser des concepts fondamentaux - letemps, les relations partie-tout, la causalité, … Ontologies de résolution de problème (de méthode) ex :ontologies de tâche, ONTOLINGUA Ontologies du domaine ex : Ménélas Ontologies » génériques ex : Wordnet, Bateman, CYC Ontologies de représentation ex : la «frame ontology»d‟ONTOLINGUA
  37. 37. Types d’ontologies Ontologies développées dans un contexte informatique • Le but final est de spécifier un artefact informatique L‟ontologie devient alors un modèle des entités existantes qui y fait référence à travers des concepts du domaine. L‟ontologie devra ensuite être opérationnalisée, c‟est-à-dire codée dans un langage opérationnel, exécutable par une machine.
  38. 38. Types d’ontologies Rôles des ontologies dans le SW - Définir de manière déclarative un vocabulaire commun résultat d‟un consensus social dans un domaine donné – Chaque élément de vocabulaire possède une interprétation unique partagée par tous les membres du domaine - Décrire la sémantique des termes et leurs relations – L‟interprétation de chaque terme est unique. Elle est fournie par une sémantique formelle. – L‟ensemble des termes et leurs relations fournissent un cadre interprétatif dépourvu d‟ambiguïté pour chaque terme. - Fournir des mécanismes d‟inférence qui respectent la sémantique formelle.
  39. 39. Types d’ontologies Dépots - http://www.bioontology.org/ - http://ontology.buffalo.edu/ - http://protegewiki.stanford.edu/wiki/Protege_Ontology_Library#OWL _ontologies - http://swl.slis.indiana.edu/repository/index.html - http://schemapedia.com/ - http://owl.cs.manchester.ac.uk/repository/ - http://pronto.metadata.net/related - http://onki.fi/ - http://www.daml.org/ontologies/ - http://owl.cs.manchester.ac.uk/ontologies/repositories/ -
  40. 40. Différents types de systèmes Logique de Description • CNS, héritage multiple sans conflit, subsomption Graphes Conceptuels • CNS, héritage multiple sans conflit, {objet = sous- graphe}, treillis, appariement de graphes Frames-Logic • CNS, héritage multiple sans conflit, + Prolog
  41. 41. Les Logiques de Description Une logique description fournit • Des concepts : classes • Des rôles : propriétés • Des opérations (and, or, not, some, all, atleast, atmost…) sur ces éléments primitifs du langage • Un mécanisme de classification fondé sur la relation de subsumption entre concepts ou rôles - Induit généralement un graphe orienté sans circuit entre les concepts et entre les rôles
  42. 42. Les Logiques de Description Deux types de concepts • Primitifs : sont des définitions incomplètes des concepts – Conditions Nécessaires mais non suffisantes pour décider de l‟appartenance • Définis : sont des définitions complètes des concepts en Condition Nécessaire et Suffisante (CNS) Laclassification ne peut opérer que sur des concepts définis
  43. 43. Les Logiques de Description Mécanismes d’inférences • La subsomption A subsume B si et seulement si pour chaque modèle <D, >, [A] [B]. La classification est le processus qui identifie toutes les subsomptions appropriées parmi un ensemble donné de termes. • Lhéritage lhéritage est le processus didentification des conditions qui sappliquent à un concept en fonction de ses subsumants.
  44. 44. Les Logiques de Description Mécanismes d’inférences • La complétion cest le processus qui identifie et enregistre toutes les conditions qui sappliquent à un concept, cest-à-dire toutes celles dues à lhéritage, • La cohérence un terme est cohérent si et seulement sil y a un modèle dans le lequel la dénotation du terme est non vide. En dautres mots, A est cohérent seulement sil existe un modèle <D, > tel que [A]

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