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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.