Progettazione e sviluppo di un sistema deduttivo

di navigazione ed interrogazione di ontologie nel Web Semantico

Tesi di Laurea in Ingegneria Informatica

Candidato: Gabriele Barchiesi

Università “La Sapienza” - Roma

Relatore: Prof. Maurizio LenzeriniUniversità “La Sapienza”

Correlatore: Prof. Michele Missikoff

LEKS – IASI/CNR

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Il Web Semantico

Evoluzione del Web tradizionale che mira a rendere il significato dei contenuti del Web comprensibile ai computer (machine-understandable) e non solo agli esseri umani (human-understandable).

In questo modo si: aumenta la raffinatezza delle ricerche, agevolano i compiti di agenti software, supporta la composizione di servizi Web.

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L’architettura del Web Semantico

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“Un’ontologia è una specifica esplicita e formale di una concettualizzazione condivisa” (Gruber/Borst)

Resource Description Framework (RDF): Introduce il concetto di tripla, o asserzione:

Un insieme di triple definisce un grafo orientato ed etichettato. RDF è esteso da RDF Schema, un semplice linguaggio di rappresentazione ontologica.

Ontology Web Language (OWL): Maggiore potere espressivo per la rappresentazione di ontologie:

introduce ed estende i costrutti per dichiarare e costruire classi e proprietà, fornendo operatori insiemistici, cardinalità, …

I documenti espressi secondo questi (ed altri) linguaggi vengono detti Basi di conoscenza (Knowledge Base o KB).

Le principali tecnologie del Web Semantico / 1

oggettosoggettopredicato

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Le principali tecnologie del Web Semantico / 2

SW Reasoner: applicano le regole specifiche della semantica dei

linguaggi di rappresentazione della conoscenza, dette regole d’inferenza, per derivare le informazioni implicitamente asserite in una KB;

sono basati prevalentemente su tecniche sviluppate per DL/FOL, poiché OWL (DL) e DAML+OIL hanno un’espressività pari alle DL SHOIN(Dn) e SHOIQ(Dn);

offrono supporto per la costruzione, l’analisi e l’interrogazione di KB.

Linguaggi di interrogazione di KB: Rispetto alle tradizionali interrogazioni su basi di dati,

possono richiedere l’utilizzo di tecniche di reasoning.

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Il sistema SemNav(Semantic Navigator)

SERVIZI: navigazione di ontologie (esplorazione del grafo

e delle asserzioni implicitamente derivabili) interrogazione e analisi di ontologie

ARCHITETTURA: Modulare Scalabile Linguaggi di query (RDQL, SPARQL, OWL-QL) Reasoner

Integrati DIG (Description Logic Interface)

Codice Java, protocollo SOAP (tecnologia Web Service)

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Classificazione dei servizi di SemNav.

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Servizi di navigazione

Servizi basati su tassonomie: parents, ancestors, ancestorsN, children,

descendants, descendantsN Servizi di «instance checking»:

instances Servizi di visita del grafo:

path e distance describe

Servizi di esplorazione delle proprietà: properties, myProperties propertiesRange, myPropertiesRange domainClasses, myDomainClasses

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Componenti utilizzati da SemNav Motori di query:

ARQ (Hewlett-Packard): RDQL, SPARQL KSL OWL-QL Server (Stanford University)

Framework di sviluppo: Jena2 (Hewlett-Packard): definisce API per

ontologie, reasoner, DIG.

Reasoner: Racer, Pellet, FaCT++ (basati su DL). JTP (basato su FOL) per OWL-QL. Reasoner integrati in Jena: Transitive, RDFS,

Micro OWL, Personal.

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Utilizzo di SemNav: il client Quethos.

CLIENT: Quethos, per navigare ontologie di dominio

OPAL. Ambiente di esecuzione: Zope, Athos (Ontology Management System sviluppato nel LEKS, IASI-CNR). Linguaggio: Python.

SOAP

Zope

Athos

Quethos

Tomcat

Axis

SemNavSOAP/HTTP

Pellet

DIG Reasoner

DIG/HTTP

Altro Client

SERVER: SemNav.

Ambiente di esecuzione: Apache Tomcat, Axis. Linguaggio: Java

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Architettura del sistema Client/Server

INTERFACCIA UTENTECostruzione delle richieste e visualizzazione dei risultati

COMUNICAZIONE Web Service

SERVIZI DI ESECUZIONE Decisione ed esecuzione, reasoning, formattazione risultati

INFRASTRUTTURAClassi ed interfacce per KB, richieste, reasoner, DIG

Server

(SemNav)

Client

(ad es. Quethos)

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Infrastruttura

Modello (grafo) per le KB: gestione indipendente dal linguaggio di rappresentazione.

Modello per le richieste di servizi: gestione dei servizi e dei linguaggi di query.

Interfaccia per i reasoner: utilizzo dei reasoner, integrati e DIG, in modo simile.

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Implementazione dei servizi di SemNav

Generic Query:libera interrogazione utilizzando uno dei linguaggi di query.

Navigation Service:operazioni definite sulla struttura di un’ontologia.

Composite Service:composizione di servizi di navigazione.

Reasoning Task:analisi di una KB.

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Soddisfacimento di una richiesta di un client

1° STADIO: decisione

2° STADIO: Servizi di esecuzione

3° STADIO:formattazione risultati

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Quethos: Un sistema di navigazione di ontologie OPAL

Tipo di servizio

Lista di concettiSelezione Reasoner

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Un possibile client: Quethos

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Conclusioni SemNav è uno strumento di supporto per la

navigazione, interrogazione e l’analisi di ontologie.

Tali servizi possono essere usati nella fase di costruzione, aggiornamento e utilizzo di un’ontologia.

Le primitive di navigazione si basano sulle più frequenti operazioni di “consultazione” di un’ontologia.

L’architettura del sistema è flessibile ed estendibile permettendo la facile integrazione di nuovi motori di query e reasoner.