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IASUMMIT 2007
Trento, 16-17/11/2007

Catalogazione, inferenza di
conoscenza, semantica ed
uso di ontologie
Carlo Batini, M...
Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie

Indice
 Storia dell’esperienza CSI nella catalogazion...
Storia dell’esperienza CSI nella
catalogazione metadati (infodir, sitad)
16-17/11/2007

Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie

Il CSI-Piemonte:
consorzio pubblico reg...
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Il CSI-Piemonte, come corpo ICT della Pubblica Amminis...
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Information Directory
Infodir e’ il ca...
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Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie

 Il catalogo puo’ essere navigato per:...
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 L’oggetto cardine del catalogo metada...
Il passaggio al “nuovo infodir”
modello “facet-based”
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 Ad inizio 2007 è stata rilasciata una...
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 Caratteristiche principali:
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Metamodello del catalogo descritto

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Classificazione automatica in infodir
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Searching & Browsing in infodir
 Le ri...
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Esempio I

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C.Batini,M.Palmonari,G.
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Esempio II

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Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie

Esempio III

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C.Batini,M.Palmonari,G....
Origine delle tassonomie,
metadati e ontologie
Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie
Metadati e ontologie: finalità
 Per valorizzare il pat...
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Ontologie “leggere” e ontologia PAC
 L’ontologia PAC ...
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Duplice uso delle ontologie in infodir

Ontologie in i...
Navigazione di infodir e recupero
delle informazioni mediante uso di
ontologie
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Inferenza di Supertipi di Entità PAL
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Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie
Risultati

 In questo modo è possibile ricondurre conc...
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Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie

Un esempio: Geografia Urbanistica

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Sperimentazione con metodi e tool per la
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logici delle basi dati catalogate (...
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Utilizzo dell’ontologia PAC per la costruzione di ontol...
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Tipi di conoscenza estratta a partire dagli schemi logi...
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Gerarchie di generalizzazione, Constraints e ontologie...
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Estensioni future: verso uno strumento semantico integ...
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  • CSI-Piemonte (Consortium for Information Systems) was founded in 1977 as “Consorzio Piemontese per il trattamento automatico dell'informazione” (Piedmont Consortium for Automatic Information Processing and Management), before changing to its current name in 1981.
    Two regional laws provided the basis for the public nature of the Consortium:
    law no. 48 dated September 4, 1975 ("Incorporation of the Consortium")
    law no. 13 of March 15, 1978 ("Definition of relations between Region and Consortium").
  • Transcript of "09 siias2007"

    1. 1. IASUMMIT 2007 Trento, 16-17/11/2007 Catalogazione, inferenza di conoscenza, semantica ed uso di ontologie Carlo Batini, Matteo Palmonari, Gialuigi Viscusi / Riccardo Grosso Universita’ di Milano Bicocca / CSI Piemonte
    2. 2. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Indice  Storia dell’esperienza CSI nella catalogazione metadati (infodir, sitad)  Il passaggio al “nuovo infodir” modello “facet-based”  Origine delle tassonomie, metadati e ontologie  Navigazione di infodir mediante uso di ontologie  Sperimentazione con metodi e tool per la mappatura di schemi concettuali PA con schemi logici delle basi dati catalogate (in collaborazione con l’universita’ di Milano Bicocca )  Estensioni di Infodir 16-17/11/2007 2 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    3. 3. Storia dell’esperienza CSI nella catalogazione metadati (infodir, sitad)
    4. 4. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Il CSI-Piemonte: consorzio pubblico regionale con organizzazione privatistica Fondato nel 1977 da: Universita’ di Torino Politecnico di Torino 4 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    5. 5. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Il CSI-Piemonte, come corpo ICT della Pubblica Amministrazione Locale piemontese, gestisce una grande quantita’ di dati, sia alfanumerici che geografici, che insieme rappresentano una biblioteca di descrizioni dettagliate del patrimonio regionale dei dati 16-17/11/2007 5 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    6. 6. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Information Directory Infodir e’ il catalogo dei metadati delle istituzioni PA locali Infodir contiene informazioni correlate a dati, applicazioni, componenti e prodotti dei seguenti enti principali ed altri: Regione Piemonte Provincia di Torino Comune di Torino 6 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    7. 7. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie  Il catalogo puo’ essere navigato per:        Istituzione (Organizzazione) Statistica (classificazione ISTAT) Tematismo trasversale Novita’ (dal meno recente al piu’ recente) Ricerca libera Ricerca per parole (vocabolario di lemmi) Ricerca avanzata (con l’uso di criteri SQL di uguaglianza e/o somiglianza) 7 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    8. 8. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie  L’oggetto cardine del catalogo metadati è la collezione, intesa come tralcio del grappolo di metadati ad essa associato, costituito da:  Data base • Tavole (componenti informative, archivi) – Attributi  Applicativi • Componenti 8 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    9. 9. Il passaggio al “nuovo infodir” modello “facet-based”
    10. 10. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie  Ad inizio 2007 è stata rilasciata una nuova versione di Information Directory che supera alcuni limiti architetturali del vecchio infodir nato nel 1999.  Esso è stato infatti generalizzato e potenziato, nonchè condiviso tra le 3 principali pubbliche amministrazioni piemontesi (Regione, Città e Provincia di Torino), e riconosciuto come “il nuovo infodir”.  Il nuovo infodir annovera tra le sue principali caratteristiche le seguenti: 10 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    11. 11. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie  Caratteristiche principali:  backend decentrato (data stewardship) presso i centri di competenza per materia presenti in CSI e presso gli enti  viste separate e viste condivise dei metadati, sia di business che tecnici  oggetti generalizzati  modello dimensionale o facet-based (a faccette e focus)  classificazioni dinamiche, ovvero tassonomie, generalizzate, ed associabili a criteri di text mining che permettono di classificare automaticamente gli oggetti via via censiti  search, browse e ricerche avanzate tra loro intersecabili 11 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    12. 12. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Metamodello del catalogo descritto 12 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    13. 13. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Classificazione automatica in infodir  Nella migrazione di una delle tassonomie previste, si e’ fatto un esperimento di text mining  Clusterizzando gli oggetti in automatico classificandoli nella vecchia tassonomia  Confrontando i risultati automatici con quelli manuali dati dagli oggetti classificati manualmente nella vecchia tassonomia  Usando i risultati del confronto per affinare gli algoritmi automatici  Usando infine gli algoritimi automatici affinati applicandoli alla nuova tassonomia e migrando in automatico gli oggetti  Chiedendo ai power-user di verificare la migrazione risparmiando loro manualita’ 13 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    14. 14. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Searching & Browsing in infodir  Le ricerche sono possibili partendo indifferentemente da searching e da browsing di:  Tassonomie  Tipi di oggetto  Partendo ad esempio da un search, posso affinare la ricerca per  Tassonomia  Tipo di oggetto  Singolo metadato (ad esempio fase)  Di seguito si mostra una sequenza di screenshot di esempio 14 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    15. 15. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Esempio I 15 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    16. 16. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Esempio II 16 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    17. 17. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Esempio III 17 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    18. 18. Origine delle tassonomie, metadati e ontologie
    19. 19. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Metadati e ontologie: finalità  Per valorizzare il patrimonio di metadati censiti, a supporto di Infodir è stata sperimentata una metodologia, implementata in un tool, che fa uso di ontologie “leggere”.  In particolare, la metodologia sfrutta tassonomie derivate dalle gerarchie di generalizzazione di un’ontologia della conoscenza gestita dalle pubbliche amministrazioni centrali (PAC).  La metodologia e il tool hanno come principali obiettivi:  fornire nuovi metadati che arricchiscano le tassonomie esistenti attraverso un processo matching supportato da criteri di somiglianza (implementati nel tool come criteri ‘like’ di SQL) tra • i nomi degli elementi presenti nelle tassonomie PAC • i nomi degli elementi estratti dalla nuove sorgenti informative.  Sfruttare le tassonomie PAC e i constraints presenti nelle strutture delle basi dati logiche censite per strutturare il patrimonio di metadati estratto dalla nuove sorgenti informative (abilitando un’attività di Data Reverse Engineering). 16-17/11/2007 19 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    20. 20. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Ontologie “leggere” e ontologia PAC  L’ontologia PAC è stata costruita a partire da un insieme di schemi concettuali relativi alla PAC, integrati/astratti a diversi livelli, e dalle gerarchie di generalizzazione definite dal livello di integrazione/astrazione degli schemi.  Ciascuno schema contiene: • Entità e attributi • Gerarchie di generalizzazione Is-A • Relazioni tra entità  Relazioni interschema definiscono le relazioni di generalizzazione tra concetti e i rapporti tra i diversi schemi  Le ontologie “leggere” di infodir sono costituite da :  Entità e attributi  Relazioni tra entità  Gerarchie di generalizzazione 16-17/11/2007 20 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    21. 21. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Duplice uso delle ontologie in infodir Ontologie in infodir usate in duplice senso: 16-17/11/2007 1. Creazione di tassonomie di concetti di rilievo per le PA a supporto della navigazione e del recupero delle informazioni presenti nelle basi di dati locali 2. Estrazione di conoscenza da schemi logici di basi di dati locali, con inferenza di ontologie specifiche relative a tali basi di dati 21 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    22. 22. Navigazione di infodir e recupero delle informazioni mediante uso di ontologie
    23. 23. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Inferenza di Supertipi di Entità PAL  Riutilizzando la tassonomia derivata dall’ontologia PAC sono stati derivati supertipi di entita’ degli schemi logici delle basi di dati locali  Mapping dinamici tra concetti della tassonomia PAC e entita’ degli schemi logici delle basi PAL  Utilizzo di tali mapping per per recuperare concetti e informazioni delle basi di dati PAL  Sono stati ottenuti 261 supertipi specializzati per tematica di business (ad es. Imprese) riguardanti principalmente: • La tematica di business “Imprese” • La gerarchia “soggetto” • La gerarchia “bene” • La gerarchia “documento” • La gerarchia “geografia” (luogo, urbanistica, territorio)  Ciascun livello delle singole tassonomie ha associato un criterio di 16-17/11/2007 somiglianza che “pesca” dai metadati descrittivi tecnici delle componenti delle basi dati (tavole, campi). 23 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    24. 24. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Risultati  In questo modo è possibile ricondurre concetti molto specifici di dominio a concetti più astratti quali Soggetto, Documento, Proprietà, Luogo e utilizzare criteri di ricerca più intuitivi per l’utente.  Questa tecnica di inferenza tassonomico-ontologica 16-17/11/2007 attuata su infodir, consente, per ogni singolo concetto della PA, di verificare in quali basi dati questo concetto e’ fisicamente istanziato, come e’ correlato o correlabile sia top-down che bottom-up. 24 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    25. 25. 16-17/11/2007 Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Un esempio: Geografia Urbanistica 25 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    26. 26. Sperimentazione con metodi e tool per la mappatura di schemi concettuali PA con schemi logici delle basi dati catalogate (in collaborazione con l’universita’ di Milano Bicocca )
    27. 27. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Utilizzo dell’ontologia PAC per la costruzione di ontologie specifiche PAL  Per incrementare e valorizzare il patrimonio esistente di metadati, abbiamo quindi sperimentato tali vie metodologiche e progettuali, per permettere poi lo sviluppo di un tool per la creazione di uno schema repository  E’ stato preso come riferimento il repository della PA centrale (realizzato alcuni anni or sono), con l’obiettivo di costruirne uno specifico per la PA locale piemontese, fondato sulle similitudini concettuali dei due diversi livelli di PA  In CSI abbiamo ideato e realizzato metodo e tool grazie ad una collaborazione molto importante con il professor Carlo Batini dell’Universita’ di Milano Bicocca, che ringrazio pubblicamente di cuore, depositario degli schemi concettuali PA centrale rilevati in passato. Con Manuel Garasi abbiamo realizzato il tool che implementa il metodo. 16-17/11/2007 27 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    28. 28. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Tipi di conoscenza estratta a partire dagli schemi logici locali  La metodologia sfrutta due approcci principali: 16-17/11/2007  Approccio top-down (a partire da ontologie PAC): • Entità affini a concetti delle ontologie PAC e loro attributi • Gerarchie IS-A tra entità (inferenza super-tipi) • Relazioni tra entità  Approccio bottom-up (a partire da tabelle PAL): • Relazioni tra entità 28 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    29. 29. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Gerarchie di generalizzazione, Constraints e ontologie  Si sfruttano le relazioni tra le tassonomie/gerarchie, ad esempio:  cittadino paga tributo (cittadino elemento della gerarchia soggetto fisico, tributo elemento della gerarchia bene)  per inferire dall’alto al basso relazioni tra gli oggetti censiti  Con questi metodi abbiamo creato numerose ontologie.  Mutuamente, gli oggetti logico-fisici censiti delle basi dati, avendo tra di 16-17/11/2007 loro dei constraints, forniscono inferenza dal basso all’alto, quindi relazioni, tra gli elementi delle tassonomie/gerarchie. 29 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    30. 30. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Subject Physical subject/ person “Good” Juridical person/ legal entity pay Tax/Tribute Citizen like “cittadin” like “tribut” CONCETTUALE FISICO DATA BASE NOME,DESC CAMPO NOME,DESC TAVOLA 16-17/11/2007 (Da 1 database recupero N concetti) C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007 30
    31. 31. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Agricolture Breeding Health Sheep farming Vaccination Bovine Text mining retrieval CONCETTUALE FISICO DATA BASE NOME,DESC CAMPO NOME,DESC TAVOLA 16-17/11/2007 (Da 1 database recupero N concetti) C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007 31
    32. 32. Estensioni di infodir
    33. 33. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Estensioni future: verso uno strumento semantico integrato Verso infodir come strumento semantico integrato:  Estendere l’approccio proposto alla navigazione delle basi integrate di conoscenza nell’ambito del Web  Fornire strumenti di navigazione di arbitrari oggetti disponibili via web (dati semi-strutturati, non strutturati e multimediali), sfruttando l’ontologia creata  Fornire strumenti di navigazione non basati solo su tassonomie ma su mappe concettuali più estese sfruttando la natura ontologica dei modelli creati  Arricchimento della semantica delle ontologie utilizzate per 16-17/11/2007 supportare tecniche di ragionamento più sofisticato 33 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    34. 34. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Subject Physical subject/ person “Good” Juridical person/ legal entity pay Tax/Tribute Citizen Text mining retrieval CONCETTUALE FISICO PORTALE Oggetti del portale 16-17/11/2007 Metadati testuali degli oggetti 34 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    35. 35. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Agricolture Breeding Health Sheep farming Vaccination Bovine Text mining retrieval CONCETTUALE FISICO PORTALE Oggetti del portale 16-17/11/2007 Metadati testuali degli oggetti 35 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    36. 36. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie  Analizzando i risultati delle nostre sperimentazioni, ed 16-17/11/2007 altre soluzioni presenti sul web e descritte in letteratura, e’ possibile classificare le soluzioni ontologico-semantiche in livelli, precisando che il numero di livello crescente NON vuole essere indice di miglior soluzione:  1 livello ne’ ontologico ne’ semantico  2 livello solo ontologico  3 livello solo semantico  4 livello ontologico e semantico 36 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    37. 37. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie 1 livello ne’ ontologico ne’ semantico  sviluppare la navigazione tassonomica sotto forma di mappe concettuali, come in questo esempio ( http://oasisvilweb01.csi.it/RelationBrowser/ RelationBrowser.html ).  Tale livello per cosi’ dire "alla moda" e' solo un altro modo di vedere rappresentata una tassonomia con i suoi oggetti collegati, non aggiunge nulla in termini di intelligenza 16-17/11/2007 37 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    38. 38. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie  2 livello solo ontologico:  http://www.diviana.net  http://arianna.diviana.net/Arianna/default.asp  3 livello solo semantico 16-17/11/2007  http://www.expertsystem.net/ 38 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    39. 39. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie 4 livello ontologico e semantico  ovvero utilizzo uno o piu' schemi entity relationship esistenti, e in 16-17/11/2007 base a criteri di somiglianza cerco nel portale gli oggetti che somigliano alle entita' dello schema. Con un esempio, se dico cittadino<paga>tributo, cerco oggetti che somigliano a cittadino e quelli che somigliano a tributo, sfrutto la relazione che gia' conosco (paga) e metto in relazione le 2 famiglie di oggetti. Questo e' cio' che gia’ abbiamo fatto con le sperimentazioni sulle basi dati insieme al professor Batini (vedi ad esempio http://www.iseing.org/egov/eGOV05/Source%20Files/Papers /CameraReady-7-P.pdf ). 39 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    40. 40. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie 4 livello ontologico e semantico  In tali sperimentazioni descritte e' l'ontologia che prevale sulla semantica, cioe' ho delle ontologie ricche e della semantica povera (criteri sql like, gerarchie di generalizzazione)  La semantica povera non e’ sufficientemente bilanciata rispetto alle ontologie, cioe’ non riesce ad arricchire ulteriormente quest’ultime.  E’ necessario creare meccanismi di autoapprendimento dove i 16-17/11/2007 criteri semantici piu’ sofisticati “creano” o perfezionano le ontologie esistenti. 40 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    41. 41. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie 4 livello ontologico e semantico  In altre parole un portale ontologico-semantico 16-17/11/2007 generalizzato, ovvero un qualcosa che ha nella parte alta le ontologie, e nella parte bassa gli oggetti dei portali. Le ontologie a disposizione guidano la parte bassa, ma anche la parte bassa con opportune inferenze induttive (vedi Cogito) e' in grado di "apprendere" nuove ontologie da regalare alla parte alta. 41 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
    42. 42. Catalogazione,inferenza di conoscenza,semantica e uso di ontologie Grazie... Domande? "'Carlo Batini'" batini@disco.unimib.it "Matteo Palmonari" matteo.palmonari@disco.unimib.it "'Gianluigi Viscusi'" viscusi@disco.unimib.it Riccardo.Grosso@csi.it 16-17/11/2007 42 C.Batini,M.Palmonari,G. Viscusi/R.Grosso IASUMMIT 2007
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