Journée "Linguistique et Traitement Automatique des Langues pour l'Aéronautique et l'Espace :Dimensions langagières du risque" à l'université Toulouse Jean Jaurès, 2 juillet 2013

1. Caractériser le contenu des exigences
pour aider à leur rédaction :
un défi pour le traitement automatique
des langues et les ontologies
N. Aussenac-Gilles
IRIT- CNRS
aussenac@irit.fr
02/07/2013 1Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies
Linguistique et Traitement Automatique des Langues pour l'Aéronautique et l'Espace :
Dimensions langagières du risque

2. Plan
I. Le problème et les attentes
II. État des lieux
 Exigences et Tal
 Exigences et ontologies
 Le projet Européen César
III. Les défis pour le Tal et la linguistique
IV. Les défis pour les ontologies
02/07/2013 2Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

3. I – Le problème – les attentes
 Le problème
 Maîtriser au plus tôt la qualité des exigences
 Éviter les erreurs d’interprétation
 Concevoir au final le produit vraiment imaginé par
les concepteurs
02/07/2013 3Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

4. I – Le problème – les attentes
 Dimension temporelle
 Constat des conséquences en fin de conception
 Causes en début de processus
 Phases cruciales
 Rédaction initiale
 Raffinement / réécriture
 Maintenance / évolution
02/07/2013 4Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

5. I – Le problème – les attentes
 Quelques causes du
problème
 Utilisation du langage
naturel
 Multiplicité des
intervenants dans le
temps
 Métiers, cultures,
vocabulaires un peu
différents
 Quelques solutions
envisagées
 Contraindre le langage,
anglais simplifié
 Expliciter les
connaissances du
domaine
 Contrôler le vocabulaire,
définir des normes
terminologiques
02/07/2013 Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies 5
Analyses
syntaxiques
Analyses, ressources
sémantiques,
ontologies
lexiques, terminologies

6. II - État des lieux – bref historique
 Analyse logique (vers 1990)
 Caractérisation linguistique
 Formalisation logique
 Ex d’application : traçabilité, exigences logiciel
 Exemple : projet LESD (Aramiihs, Toulouse)
 Linguistic engineering for Software design
 Ecriture de grammaires de dépendances pour analyse
syntactico-sémantique (règles ad-hoc)
 Integrant un lexique du spatial
 Production de lambda expressions (1 par exigence)
02/07/2013 6Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

7. II - État des lieux – bref historique
R1 - The IOS-GS shall provide space vehicle control and monitoring.
R2 - The IOS-GS shall have the capability to monitor the health of the
flight configuration including payloads. For this purpose, the IOI-GS
shall have the capability to select the appropriate downlink telemetry
formats to support each mode of operations and to configure the
IOI-GS accordingly.
 Connaissances du domaine
to monitor = to select a telemetry format and to configure
space vehicle flight
 Difficulté analyse syntaxique
to select the appropriate downlink telemetry formats
02/07/2013 7Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies
?

8. II - État des lieux – bref historique
 Traçabilité
 Organiser les représentations en un réseau
sémantique
 Relation d’ordre : R2 < R1 car plus specifique
 Traçabilité = interroger par requêtes
 Bilan en 1990
 Lourd (grammaires propres à chaque corpus)
 Peu efficace
 TAL pas assez avancé (analyse en dépendances peu
robuste)
 Besoin d’étudier le lexique séparément
02/07/2013 8Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

9. II - État des lieux – exigences et TAL
 Activités / aide attendue du TAL
 Recueil / extraction statistique d’entrées lexicales
 Analyse-Formalisation / graphes d’analyse
 Vérification syntaxique
 Vérification sémantique
 Traçabilité
 Repérage - éliminitation des redondances, des
contradictions, des ambiguïtés
02/07/2013 9Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

10. II - État des lieux – exigences et TAL
 Vérification syntaxique
 Critères : simplicité, pas de référence implicite, etc.
 Vérification des exigences une à une
 Ou comparaison d’exigences
The IOS-GS shall provide space vehicle control and monitoring.
specified requirement clue object system functions
system
When the start button is pressed, if there is an original in the feed slot, the
photocopier makes N copies of it, and places them in the output tray.
Specified system temporal cond. functional cond. reference localisation
02/07/2013 10Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

11. II - État des lieux – exigences et TAL
 Avancées du TAL
 Analyses syntaxiques robustes
 Maîtrise du découpage des phrases,
 relations sujet/ verbe/ compl
 Plus difficile
 Références, portée des négations
 Gestion des conditions, des indications temporelles
 Passage actif / passif
 Très difficile
 Vérifier au fur et à mesure de la rédaction
02/07/2013 11Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

12. II - État des lieux – exigences et Ontologies
 Intérêt attendu de ressources lexicales
 Normaliser le vocabulaire utilisé, éviter de multiplier les synonymes
 Se mettre d’accord sur les définitions
 Interêt attendu de ressources sémantiques
02/07/2013 12Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies
sujet destinataire objet

13. II - État des lieux – exigences et Ontologies
 Intérêt attendu des ontologies
 Celle d’un lexique : photocopier = copier
 Typer les objets
 Exploiter les relations et “raisonner”
#OutputTray isPartOf #Photocopier, #FeedSLot isPartOf #Photocopier
Si une exigence R1.1 porte sur une partie de S,
alors S doit être spécifié dans R1
 Rapprocher des formulations différentes mais équivalentes
The system shall send weekly notifications to the customers including our offers.
The system shall send the customers our weekly offers.
 Reconnaître des patrons d’exigence
When the start button is pressed, if there is an original in the feed slot, the
When <temporal cond>, if < functional cond.>,
photocopier makes N copies of it, and places them in the output tray.
<Specified system> makes <objet> in <partof Specified system>
02/07/2013 13Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

14. II - État des lieux – exigences et Ontologies
 Avant le web sémantique
 Ressources sémantiques générales (wordnet) ou
adhoc
 Réseaux sémantiques et graphes conceptuels
 À l’heure du web sémantique
 Ontologies partagées sur le web
 Données, triplets RDF
 Formats standards
02/07/2013 14Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

15. II - État des lieux – le projet CESAR
 Projet européen terminé en 2010
 Aide à la rédaction des exigences
 Définition d’un langage de spécification
d’exigences (RSL)
 Définition d’un Méta-modèle d’exigences (RMM)
02/07/2013 15Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

16. II - État des lieux – exigences et Ontologies
 Quelles ontologies?
 Ontologies indépendantes du domaine
 Ontologie des exigences + leurs caractéristiques
 Ontologie du risque des services
 Ontologie du domaine, du système à spécifier (ex de Cesar)
02/07/2013 16Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

17. II - État des lieux – exigences et Ontologies
 Que fait-on avec ces ontologies ?
 Annoter des exigences
02/07/2013 17Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies
system
ACC system
capability
Determine the speed
hasCapability
hasCapability
Alert
Collision warning
system

18. II - État des lieux – exigences et Ontologies
 Que fait-on avec ces ontologies ?
 Modéliser les exigences sous forme d’un graphe
02/07/2013 18Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

19. II - État des lieux – exigences et Ontologies
 ontologies et analyse linguistique
 Définir des canevas, modèles d’exigences
 Templates du projet SPEED
02/07/2013 19Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies
P1 whenever[E:event] occurs [SC:condition] holds during following [I:interval]
P2 whenever[E1:event] occurs [E2:event] implies [E3:event] during following [I:interval]
P3 whenever[E1:event] occurs [E2:event] does not occur during following [I:interval]
P4 whenever[E1:event] occurs [E2:event] occurs within [I:interval]
P6 [E1:event] occurs [N:number] times during [I:interval] raises [E2:event]
P7 [E:event] occurs at most [N:number] times during [I:interval]
P8 [SC:condition] during [I:interval] implies [SC1:condition] during [I1:interval] then
[SC2:condition] during [I2:interval]

20. II - État des lieux – exigences et Ontologies
 Les boilerplates et patterns du projet Cesar
 Env 50 boilerplates
 Fragments de phrase que l’on retrouve régulièrement
 Bien construits, syntaxiquement “recommandés”
 … at least <number> times per <unit>
 The <system> shall be able to <action> to <entity>
 <action> = <action> and | or <action>
 21 patrons définis
 Phrase complète, patron décrivant toute une exigence
 Whenever <condition> becomes true [on <subject>] <event>
occurs [during <interval>].
 <Failure> shall not be caused by <number> independent failures.
02/07/2013 20Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

21. III - Les défis pour le Tal et la linguistique
 TAL
 Analyse linguistiques fines
 Liens sémantiques entre phrases
 Caractérisation des formes acceptables par
apprentissage
 Linguistique
 Caractérisation des formes acceptables
 Identification des structures équivalentes
 Terminologie
 Formes lexicales équivalentes des concepts
02/07/2013 21Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

22. III - Exemple d’avancée du TAL
 Fred
 Génère automatiquement des graphes
RDF/OWL à partir de phrases
 Techniques utilisées
 Combinatory Categorial Grammar
 Discourse Representation Theory
 Linguistic Frames
 Ontology Design Patterns
 Reconnaisance d’entités nommées (NER)
 Disambigüation du sens des mots (WSD)
02/07/2013 Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies 22

23. III - Exemple d’avancée du TAL
 Analyse sémantique
 syntaxique en dépendance
 Identification des rôles
 Fred et Tipalo (Gangemi)
02/07/2013 23Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

24. III - Les défis pour le Tal et la linguistique
 Identifier les problèmes par priorité
 Redondances
 Trouver 2 phrases identiques : cf travaux de D. Roussel
 Non trivial
 Contradictions
 Phrase à phrase
 Cohérence globale des exigences à un niveau donné
 Traçabilité
 Cohérence entre une/des exigence-s et ses-leurs
spécilisations
 Vérifier que l’on gagne en précision
02/07/2013 24Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

25. III - Les défis pour le Tal et la linguistique
 Sous problèmes communs
 Reformulations verbes / noms ; forme active /
passive ; affirmative/négative
 Reformulations via l’ontologie
 Calcul de références
 Comparer des graphes issus d’analyses
 Apprentissage de graphes et de structures
02/07/2013 25Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

26. IV - Les défis pour les ontologies
1. Vraiment utiliser axiomes, inférence, logique
2. Paradoxe de la conception
3. Compromis coût/gain
02/07/2013 26Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

27. IV - Les défis pour les ontologies :
axiomatisation
 Inférences “simples”
#OutputTray isPartOf #Photocopier, #FeedSLot isPartOf #Photocopier
Si une exigence R1.1 spécialise R2
Et Si R1.1 porte sur P avec isPartOf(P, S)
alors S doit être spécifié dans R1
Vérifier des transitivités pour les composants
 Contrôles possibles sur les connaissances
 Présence des entités mentionnées dans l’ontologie
 Exploiter la cardinalité des relations
 Exploiter les intervales de valeur des attributs
 <number> <time period> …
02/07/2013 27Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

28. IV - Les défis pour les ontologies
2. Paradoxe de la conception
 Concevoir
 créer un nouvel objet
 Spécifier ses comportements, composants, propriétés
 Ontologie
 Doit exister AVANT de vérifier les exigences
 Décrire l’objet AVANT qu’il existe ?
 Compromis
 Conception par “adaptation” de modèles connus
 Innovation plus que création
02/07/2013 28Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

29. V - Les défis pour les ontologies
3. Compromis coût/gain
 Jusqu’où décrire l’objet à concevoir dans
l’ontologie ?
 Quel niveau de détail pour les axiomes,
contraintes, vérifications de valeurs ?
 Trop de détail = écrire les exigences en faisant
l’ontologie
 Capitaliser des représentations pour de nouvelles
conceptions, faire des modèles bien conçus
02/07/2013 29Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

30. V - Les défis pour les ontologies et le TAL
 Aide à la rédaction
 Vérifier chaque exigence dès son écriture ou juste en fin de saisie.
 Suggérer des patrons d’exigence très tôt (au fur et à mesure de la
rédaction ?)
 Vérifier une nouvelle exigence % à celles déjà saisies
 Aide à la traçabilité
 Tracer les reformulations mais aussi les découpages en tâches,
en composants (importance des relations EST-UN et PARTIE-DE)
 Remise en question de la cohérence à un niveau donné
 Remise en question de la cohérence entre niveaux
02/07/2013 30Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

31. V – D’autres défis
 Approche incrémentale
 Implémenter des vérifications simples
 Les combiner pour des vérifications plus élaborées
 Quelle aide pour l’utilisateur ?
 Cesar : choisir un patron et le remplir : non adapté
 Guider pas à pas à différents moments de la saisie et
de la spécialisation des exigences
 Étude érgonomique ?
02/07/2013 31Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies

32. Conclusion
 Travaux en cours depuis près de 25 ans dans l’industrie
et la recherche
 Revoir la façon de poser le problème à chaque avancée
en matière de
 Caractérisation linguistique des corpus
 Analyse automatique du langage
 Représentation des connaissances
 Défis actuels
 Découper le pb global en sous-pbs accessibles
 Aller plus loin dans l’utilisation (simple) d’ontologies
 Affiner les besoins utilisateurs (études ergonomiques)
 Nécessaire interdisciplinarité
02/07/2013 32Aide à la rédaction des exigences : défis pour le TAL et les ontologies