METODOLOGIA ONTOCLEAN
Tópicos Especiais em Ontologias
Prof. Tacla/UTFPR/CPGEI
nov/2012
ONTOCLEAN FUNDAMENTOS DA METODOLOGIA
Motivações
Modeladores experientes de domínio sabem estruturar corretamente uma taxonomia de conceitos/classes, mas raramente são capazes de justificar suas escolhas para outras pessoas. (Guarino & Welty, 2004)
Definição
OntoClean é uma metodologia para avaliar a adequabilidade e consistência lógica de relações taxonômicas.
Estudante
Pessoa
Intuitivamente, esta relação é consistente?
Noções/aspectos ontológicos
OntoClean se baseia em noções advindas da filosofia tais como: • essência • identidade • unidade • dependência
Tais noções são usadas para caracterizar aspectos relevantes do significado pretendido das propriedades.
Metapropriedades
As noções filosóficas são representadas por meio de metapropriedades que impõem restrições nas relações taxonômicas entre propriedades.
Estudante
Pessoa
antirrígida
rígida
Uma propriedade anti-rígida pode subsumir uma rígida?
Propriedade (por Guarino)
Exemplo
propriedade: ser maçã (predicado unário na LPO – maçã(X)) classe: é o conjunto de indivíduos que compartilham a propriedade
de ser maçã (é a extensão da propriedade). metapropriedade: rígido
Guarino utiliza o termo propriedade para se referir ao significado em intenção (que é independente de um state of affairs particular e de escolhas sintáticas – dos símbolos escolhidos).
State of Affairs: conceitualização
visão de Guarino x Generesereth e Nilsson
State of Affairs
Se a definição dos símbolos não-lógicos for feita por extensão tem-se (como em Genesereth e Nilson):
on(x, y)={(c,b),(b,a),(e,d)}
on(x, y)={(b,a),(e,d),(d,c)}
logo, o on de (a) é diferente de (b) e, na visão de Genesereth e Nilson, temos 2 conceitualizações distintas!!!
O que Guarino argumenta é que o símbolo que descreve a relação on tem o mesmo significado em (a) e (b) – portanto, o que muda é o state of affairs (e não a conceitualização) – e a lógica clássica de primeira ordem não dá conta desta diferenciação.
Mundos Possíveis
São situações alternativas (ou circunstâncias) nas quais os estados dos objetos e os eventos diferem da situação do mundo atual. O mundo atual é um dos mundos possíveis. Os outros são mundos possíveis e alternativos ao atual.
José é feliz João é alto
Maria é reitora da UTFPR
José e João são felizes
João é alto Ana é reitora da
UTFPR
José e Pedro são felizes
João não é alto Ana é reitora da
UTFPR
w1 w2 w3
W = {w1, w2, w3} é o conjunto de mundos possíveis.
Mundos Possíveis
A intenção de um predicado é definida por um mapeamento dos mundos possíveis para a extensão do predicado em cada um dos mundos.
Exemplo: predicado é feliz
≝ w1 {João} w2 {José, João} w3 {José, Pedro}
é feliz
Mundos Possíveis
Guarino recorre à semântica de Montague (uma variante da semântica baseada em modelos) Na teoria de modelos da LPO uma relação ordinária rn é definida no espaço D (de objetos do domínio). Uma relação conceitual é definida no espaço de domínios - addmitable extensions (Guarino, 1998)
Lógica Modal
□ necessariamente: sentenças necessariamente verdadeiras ou que são verdadeiras em todos os mundos possíveis ◊ possivelmente: uma sentença que é verdadeira em pelo menos um mundo possível
Subsunção
Uma propriedade p subsume q sse para todos mundos possíveis, todas as instâncias de q são também instâncias de p.
P ⊒ Q sse não há nenhum modelo para Q ⊓ ¬P
ESSÊNCIA METAPROPRIEDADES
ESSÊNCIA
Uma propriedade é essencial para uma instância se ela deve ser verdadeira em todas os mundos possíveis.
Exemplo: ter cérebro é uma propriedade essencial para ser humano.
ESSÊNCIA: VARIAÇÕES
RÍGIDA (+R) é uma propriedade essencial para todas as instâncias; não pode ‘perder’ nenhuma instância
NÃO-RÍGIDA (-R) é uma propriedade essencial para algumas
instâncias; pode ‘perder’ algumas de suas instâncias
ANTIRRÍGIDA (~R) não é uma propriedade essencial para nenhuma de
suas instâncias; pode ‘perder’ todas as instâncias
ESSÊNCIA
PROPRIEDADES RÍGIDAS
São propriedades (conceitos) que possuem a mesma extensão em todos os mundos possíveis.
Ex.: homem, maçã
PROPRIEDADES NÃO-RÍGIDAS
Ex.: vermelho, masculino
São propriedades que possuem ao menos uma instância em todos os mundos possíveis.
PROPRIEDADES ANTIRRÍGIDAS
Todas as instâncias de um conceito são contingenciais, isto é, podem deixar de ser instâncias daquele conceito em todos os mundos possíveis. Neste caso, o conceito é antirrígido.
Ex. agente, estudante
IDENTIDADE metapropriedades ONTOCLEAN
IDENTIDADE
identidade está relacionada ao problema de distinguir
uma instância específica de uma certa classe das
outras instâncias desta mesma classe por meio de uma
propriedade característica que é única para a instância
como um todo. (Welty e Guarino, 2001)
Este é o meu cachorro?
IDENTIDADE
Exemplos DNA é um critério de identidade: permite distinguir um indivíduo do conceito cachorro dos demais. Chaves pictóricas são utilizadas para identificar gêneros de insetos (neste caso, os gêneros seriam as instâncias, pois a chave permite distinguir um gênero de outro) Impressão digital…
IDENTIDADE ATRAVÉS DO TEMPO
Como saber que um indivíduo permanece o mesmo quando exibe características diferentes em diferentes instantes?
Que características podem mudar e quais não? A resposta a esta questão está relacionada a rigidez.
Como podemos reidentificar uma instância de uma propriedade depois de um certo tempo? A resposta a esta questão está relacionada identidade síncrona e assíncrona.
Assíncrona: estes dois individuos em tempos diferentes (t e t’) são os mesmos?
Síncrona: estes dois individuos são os mesmos no instante t? Mas se são dois, como podem ser o mesmo? --- exemplo -
CRITÉRIO DE IDENTIDADE
duração de tempo
1h 2h
instancia
intervalo de tempo
13h-14h próx. domingo
1h-2h 10/12/2012
instancia
duração de tempo
intervalo de tempo
ora, todos intervalos são durações, logo duração subsume intervalo!
exemplo retirado de (Guarino e Welty, 2001)
CRITÉRIO DE IDENTIDADE
Análise da subsumção segundo o critério de identidade
duração de tempo: duas durações de tempo são idênticas se tiverem a mesma extensão temporal. Todas durações de 1 hora são idênticas (1h, 60 min, …) não interessa como são expressadas.
intervalo de tempo: dois intervalos de tempo são idênticos se tiverem a mesma extensão temporal e se ocorrem no mesmo horário e data.
Estes critérios de identidade permitem detectar uma contradição na hierarquia de subsunção!
CRITÉRIO DE IDENTIDADE
duração de tempo
1h 2h
instancia
intervalo de tempo
13h-15h próx. domingo
1h-2h 10/12/2012
instancia
duração de tempo
intervalo de tempo
ora, todos intervalos são durações, logo duração subsume intervalo!
exemplo retirado de (Guarino e Welty, 2001)
Se toda as instâncias de intervalo de tempo são também de duração de tempo, como os dois intervalos acima podem ser uma instância apenas de intervalo de tempo?
CRITÉRIO DE IDENTIDADE
A resposta é que, na verdade, um intervalo de tempo tem uma duração e não é uma duração! Esta confusão ocorre por causa da língua natural: todo intervalo é duração quando deveria ser todo intervalo tem duração
CRITÉRIO DE IDENTIDADE
Apesar das análises sobre ICs serem relevantes, são difíceis de serem encontrados! Porém, análise de identidade pode ser limitada a identificar propriedades que são essenciais. Se duas coisas não têm as mesmas propriedades essenciais então não são idênticas
NATUREZA DA IDENTIDADE
Características de identificação podem ser:
internas aos próprios indivíduos (partes ou qualidades)
externas aos indivíduos (outras entidades de referência).
Exemplos
dois animais são os mesmos se possuem o mesmo DNA (DNA é o IC).
dois objetos materiais são os mesmos porque ocupam a mesma região espacial no mesmo instante de tempo (tem as mesmas relações com um espaço e um instante de tempo)
METAPROPRIEDADES
+I: propriedades que herdam critérios de identidade de outras (por subsunção/herança). Estas propriedades apenas carregam ICs.
Carregar, fornecer e não ter IC
+O: propriedades que têm critérios de identidade o fornecem a outras por herança. (o = own)
-I: propriedades que não têm critério de identidade.
UNIDADE metapropriedades ONTOCLEAN
UNIDADE
Unidade está relacionada ao problema de distinguir
partes de uma instância do resto do mundo por meio
de uma relação que une as partes e somente as partes. (Welty e Guarino, 2001)
A coleira faz parte do meu cachorro?
Unifying relation
(CONTRA)-EXEMPLOS
Contra-exemplo Propriedade quantia de água não tem unidade, pois, não tem limites definidos, não podemos distiguir duas instâncias se elas são misturadas. Saber que algo é quantia de água não nos diz nada à respeito de suas partes e nem como reconhecê-las como entidades únicas.
(CONTRA)-EXEMPLOS
Exemplo Propriedade oceano tem unidade, pois, tem limites definidos (embora nebulosos), podemos distinguir o Oceano Atlântico do Pacífico. O que é importante neste exemplo é que temos um critério para identificar instâncias de Oceanos (ou ao menos para dizer o que não é parte de um dos Oceanos).
CRITÉRIO DE UNIDADE (UC)
São critérios que nos permitem dizer se as instâncias de uma propriedade são um todo e, também, qual é a relação que deve existir entre as partes de uma instância para que seja considerada um todo.
consideradas individualmente
relações de unidade
Um todo pode ter partes que são, por sua vez, todos (com relações de unidade diferentes)
Natureza da relação de unidade
topológica: baseada em um tipo de ligação física ou topológica, tal como a relação entre as partes de um pedaço de carvão ou uma maçã. morfológica: baseada em uma combinação de unidade topológica e forma tal como uma bola, ou uma relação morfológica entre conceitos com unidade, tal como uma constelação. funcional: baseada em uma combinação de outros tipos de unidade com noções de propósito tal como artefatos como martelo, ou relações funcionais entre conceitos com unidade tal como um biquíni. Papéis sociais: por exemplo, uma população
Natureza das relações de unidade
METAPROPRIEDADES
ppdes cujas instâncias (todas elas) devem ter um UC. (+U)
Carregar, não ter e ser anti-unidade
ppdes cujas instâncias não tem um UC.
Ex. Oceano – carrega um critério de unidade
todas as instâncias devem ser um todo (individualmente), porém sem um critério de unidade comum (-U)
todas as instâncias não são necessariamente ‘um todo’ (individualmente) (~U)
Ex. agente legal – pode ser pessoa ou compania – tem UCs diferentes!
Ex. quantia de água – nenhuma instância deve ser um todo
carrega um UC
sem unidade em comum
anti-unidade
ANÁLISE
Quantia de água (~U)
Oceano (+U)
todos os oceanos são água – logo, parece correta a subsunção acima!
exemplo retirado de (Guarino e Welty, 2001)
Porém, como pode instâncias de quantia de água não serem ‘todos’ ao passo que oceanos são! Como pode um oceano ser um todo e não ser um todo!
RESTRIÇÕES
RESTRIÇÕES DE SUBSUNÇÃO
Dadas duas propriedades, tal que q subsume q então:
1. If q is anti-rigid, then p must be anti-rigid 2. If q carries an identity criterion, then p must carry the same
criterion 3. If q carries a unity criterion, then p must carry the same criterion 4. If q has anti-unity, then p must also have anti-unity
EXEMPLOS Ser Vivo +O+I+U+R-D
Todos os seres vivos são formados por células, necessitam de alimento, precisam respirar, são capazes de se reproduzir e possuem uma composição química formada por substâncias orgânicas e inorgânicas.
EXEMPLOS
Animal +O+I+U+R-D
Composto por organismos pluricelulares e heterótrofos (não são capazes de produzir sua própria energia). Fazem parte deste grupo: animais invertebrados, vertebrados, aves, mamíferos, inclusive o homem.
EXEMPLOS
Vertebrado -O+I+U+R-D
São animais que possuem coluna vertebral.
EXEMPLOS
Lepidóptero +O+I+U+R-D
Representa uma ordem de insetos , que inclui as lagartas e as borboletas.
EXEMPLOS
Lagarta -O+I+U~R-D
Representa um Lepidóptero na fase lagarta.
EXEMPLOS
Borboleta -O+I+U~R-D
Representa um Lepidóptero na fase borboleta.
EXEMPLOS
Quantidade de matéria +O+I~U+R-D
É um agrupamento de matéria não estruturada ou espalhada, como por exemplo, um litro de água ou um quilo de barro. Não deve ser confundida com as substâncias, tais como água ou barro, pois se trata de uma quantidade particular da substância.
EXEMPLOS
Comida -O+I~U~R+D
É qualquer coisa que pode ser utilizada como alimento.
EXEMPLOS
Objeto Físico +O+I+U+R-D
Qualquer entidade material isolada, ou seja, algo que pode ser "pego ou movido" (em uma escala adequada, uma vez que um planeta pode ser considerado uma instância de um objeto físico).
EXEMPLOS
Fruta +O+I+U+R-D
Representa frutas, tais como laranjas ou bananas.
EXEMPLOS
Maçã +O+I+U+R-D
Representa frutas que são maçãs.
EXEMPLOS
Maça Vermelha -O+I+U~R-D
Representa maçãs que estão vermelhas.
EXEMPLOS
Vermelho -O-I-U-R-D
Representa alguma coisa de cor vermelha, tal como quantidade de matéria vermelha, maçã vermelha ou bola vermelha, porém não a cor particular vermelha.
EXEMPLOS
Entidade Social -O-I+U+R-D
Uma entidade social pode ser uma organização, um clube de poker, um grupo de pessoas reunidas com um objetivo em comum.
EXEMPLOS
Organização +O+I+U+R-D
Representa qualquer empresa, departamento, governos, entre outros, compostos de pessoas que desempenham papéis específicos de acordo com alguma estrutura.
EXEMPLOS
Localização +O+I~U+R-D
É uma região de espaço ‘genérica’ delimitada. Genérica: no sentido de não ter nome próprio/ou ser uma região conhecida Delimitada: ex. definida por um conjunto de coordenadas – uma vez que é aumentada ou diminuída passa a ser outra localização
EXEMPLOS
Região Geográfica -O+I~U+R-D
É uma região de espaço específica.
Exemplos Turismo
Turismo
-O-I-U+R-D
+O+I+U+R-D
-O+I+U-R+D -O+I+U~R+D
Turismo
-O-I-U+R-D
+O+I~U+R+D
-O+I~U+R+D
-O+I~U+R+D
visita a um castelo, a uma praça, etc.; por isso depende de um local (ex. visita ao castelo de Edimburg) – independe do horário
Turismo
-O-I-U+R-D
+O+I+U+R-D
-O+I+U+R-D
Turismo
-O-I-U+R-D
+O+I-U+R-D
-O+I-U+R-D
-O+I-U+R-D
Turismo
-O-I-U+R-D
+O+I+U+R-D
-O+I+U+R-D
Turismo
-O-I-U+R-D
+O+I+U+R-D
-O+I+U+R-D
-O+I+U+R-D
Turismo
-O-I-U+R-D
+O+I+U+R-D
+O+I+U+R+D
Turismo
-O-I-U+R-D
+O+I+U+R-D
-O+I+U+R-D -O+I+U+R-D
Turismo
-O-I-U+R-D
+O+I+U+R+D +O+I+U+R-D
+O+I+U+R+D
+O+I+U+R-D
+O+I+U+R-D
REFERÊNCIAS
GUARINO, Nicola; WELTY, Chris. Eds. Steffen Staab and Rudi Studer. An overview of OntoClean. The Handbook on Ontologies. Berlin:Springer-Verlag, (Hardcopy), 2004, p. 151-172.
Guarino, N. and Giaretta, P. 1995. Ontologies and Knowledge Bases:
Towards a Terminological Clari-fication. In N. Mars (ed.) Towards Very Large Knowledge Bases: Knowledge Building and Knowledge Sharing 1995. IOS Press, Amsterdam: 25-32.