Les Ontologies S. Garlatti

Plan Introduction Ontologies Différents types de systèmes Notion d’ontologie et de sens Rôle des Ontologies Historique Ontologies Définitions Types d’ontologies Différents types de systèmes Les logiques de description

Notion d’ontologie et de sens Le concept de « Voie »

Notion d’ontologie et de sens Le concept de « Voie »

Notion d’ontologie et de sens Le concept de « Voie »

Notion d’ontologie et de sens Le concept de « Voie »

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

Notion d’ontologie et de sens Construire une Ontologie C’est représenter des connaissances Connaissances ?????

Rôle des ontologies Définir un vocabulaire commun et partagé par une communauté de pratiques Avoir une compréhension commune Communiquer, échanger, etc.

Rôle des ontologies Expliciter et formaliser des connaissances Donner un sens unique à des « entités du monde réel »

Rôle des ontologies Donner du sens à des ressources Indexation de celles-ci, puis Recherche d’information (ressources) Réutilisation, partage et échange

Rôle des ontologies Raisonnement / inférence Construire et découvrir de nouvelles informations et/ou connaissances à partir des ontologies et des ressources existantes

Historique Les réseaux sémantiques Quillian (1968) Un mécanisme général d'association 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 d'héritage, structuré au moyen d'une relation de généralisation  /  spécialisation qui relie entre eux des objets "sémantiquement proches"

Historique

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 d'un 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 s'appelle KL-ONE Les Graphes Conceptuels: Sowa [84] Les Frames-Logic Kifer [95]

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 »

Historique Points Communs Graphe d'héritage, 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 d'héritage) Héritage simple ou multiple

Historique Points Communs Soit G = (X,H) le graphe d'héritage avec X l'ensemble des objets, X = Y  Z avec Y l'ensemble des « classes » et Z l'ensemble des « individus », Ce graphe G possède toujours une racine unique et défini un ordre partiel sur X H l'ensemble des arcs, avec H l'ordre 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.

Historique Définitions d’une classe Définition en extension L'extension propre d'une classe est définie par un ensemble d'individus L'extension au sens large d'une 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 l'ensemble des propriétés qu’elle possède ou qu’elle hérite

Historique Rapports entre Extension et Intension Soient Extp(x) l'extension propre de l'objet x et Ext(x) l'extension au sens large de l'objet 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) l'intension de x ou ensemble de propriétés définissant x, c'est-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)

Historique Deux types de classes Celles définies en Condition Nécessaires et Suffisantes Celles définies comme des Prototypes Théorie du prototype de E. Rosch

Historique Mécanismes d’inférence L'héritage : c'est un mécanisme de partage de propriétés entre des entités structurées dans une hiérarchie qui induit un raisonnement monotone ou non monotone selon les systèmes.

Historique Mécanismes d’inférence Le filtrage : recherche d’un ensemble d'objets 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 n'est pas rejeté s'il n’est pas contradictoire avec le filtre Objets répartis en trois classes sûrs, possibles et impossibles

Historique Mécanismes d’inférence L’individu La classe La classification: la classification est l'opération qui permet de placer un objet x dans un graphe d'héritage. Deux cas sont à considérer : L’individu La classe

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

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.

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

Ontologie Définition 1 (Gruber 1993) N. Guarino et P. Giaretta “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.

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.

C et R : ensembles disjoints des concepts et des relations Définitions Une structure d’ontologie est un quintuplet O := {C, R, HC, rel, AO} 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

Définitions Le 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-1 Ontologie concrète : couple (O, L)

Définitions ontologie personne employé entreprise BC Dupont SNCF Structure d’une base de connaissances : quadruplet KB:= {O, I, inst, instr} 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 entreprise Travaille-pour BC Dupont Travaille-pour SNCF Source: N. Aussenac

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

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.

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.

Types d’ontologies Ontologies d’application double spécialisation : d’une ontologie du domaine et d’une ontologie de méthode Ontologie formelle étude approfondie et raisonnée de la manière d’organiser des concepts fondamentaux - le temps, 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

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.

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.

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/

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

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

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) La classification ne peut opérer que sur des concepts définis

Les Logiques de Description Mécanismes d’inférences La subsomption A subsume B si et seulement si pour chaque modèle <D, x>, x [A]  x [B]. La classification est le processus qui identifie toutes les subsomptions appropriées parmi un ensemble donné de termes. L'héritage l'héritage est le processus d'identification des conditions qui s'appliquent à un concept en fonction de ses subsumants.

Les Logiques de Description Mécanismes d’inférences La complétion c'est le processus qui identifie et enregistre toutes les conditions qui s'appliquent à un concept, c'est-à-dire toutes celles dues à l'héritage, La cohérence un terme est cohérent si et seulement s'il y a un modèle dans le lequel la dénotation du terme est non vide. En d'autres mots, A est cohérent seulement s'il existe un modèle <D, x> tel que x [A]  Æ.