metodologia para ontologias
TRANSCRIPT
Metodología para el desarrollo deontologías
Rubén Darío Alvarado*
11 de mayo de 2010
Resumen
Una metodología es un conjunto de métodos y técnicas que determinan que losresultados de un proceso tengan una calidad aceptable. En contraste método esun conjunto ordenado de pasos o procedimientos utilizados en el desarrollo de unproducto, mientras que técnica es un procedimiento utilizado para conseguir unobjetivo (Ander-Egg, 1978).
Por tanto, la metodología nos proporciona un marco de trabajo, un conjuntoordenado de pasos que nos ayudarán a construir una ontología para el dominio delproyecto.
En el novel campo de la Ingeniería del Conocimiento diversos grupos de investi-gación buscan un método de desarrollo de ontologías adecuado pero, las variablesson tantas y tan diversas que es prácticamente imposible obtener un sólo métodoadecuado para todos los casos. Entre los métodos más utilizados para diseñar y cons-truir ontologías tenemos: Método de desarrollo de Ontologías de Uschold y King;Método Virtual Empresarial Toronto (TOVE) de Gruninger y Fox; Methontology;KAKTUS y, el Método de desarrollo de Ontologías propuesto por Noy y McGuiness.
1. Generalidades
Una metodología es un conjunto de métodos y técnicas que determinan que los resul-tados de un proceso tengan una calidad aceptable. En contraste método es un conjuntoordenado de pasos o procedimientos utilizados en el desarrollo de un producto, mientrasque técnica es un procedimiento utilizado para conseguir un objetivo (Ander-Egg, 1978).Por tanto, la metodología nos proporciona un marco de trabajo, un conjunto ordenado
de pasos que nos ayudarán a construir una ontología para el dominio del proyecto.En el novel campo de la Ingeniería del Conocimiento diversos grupos de investigación
buscan un método de desarrollo de ontologías adecuado pero, las variables son tantas ytan diversas que es prácticamente imposible obtener un sólo método adecuado para todoslos casos. Entre los métodos más utilizados para diseñar y construir ontologías tenemos:
*Si tienes comentarios o correcciones por favor escribe al siguiente correo: [email protected]
1
Método de desarrollo de Ontologías de Uschold y King; Método Virtual EmpresarialToronto (TOVE) de Gruninger y Fox; Methontology; KAKTUS y, el Método de desarrollode Ontologías propuesto por Noy y McGuiness.
2. Metodología propuesta
Tomando como base las metodologías de Noy & McGuiness y Methontology, propone-mos el siguiente proceso de desarrollo que pone énfasis en la construcción de un modeloconceptual robusto y en la determinación clara y concisa de los requerimientos de laontología a construirse:
1. Determinar los requerimientos de la ontología
2. Reutilizar las ontologías o metadatos existentes
3. Elaboración del modelo conceptual
4. Implementación del modelo conceptual
5. Evaluación de la ontología
A priori es necesario relevar la importancia que tiene la determinación de los requerimien-tos ya que su definición nos ayudará a tomar varias decisiones durante todo el procesode desarrollo. También debemos tomar en cuenta que una ontología no es nada más (ninada menos) que un modelo de la realidad y como tal debe reflejarla.Los procesos de evaluación y documentación son ejes transversales de este método, lo
que implica su presencia continua en todos y cada uno de los pasos anteriormente citados,aunque no siempre con el mismo grado de formalidad; esto tomando en cuenta que undesmedido énfasis en la documentación de cada uno de los pasos volvería engorroso ylento el proceso de desarrollo a más de ser absolutamente innecesario.Utilizaremos varios de los instrumentos proporcionados por Methontology (esquemas,
diagramas y descriptores) para documentar debidamente el proceso de elaboración delmodelo conceptual (especialmente). El esquema mostrado en la figura siguiente ilustratodo el proceso de construcción e implementación de la ontología con los instrumentos yherramientas requeridos para cada paso.Como se puede observar en la figura anterior, se privilegia la facilidad de comprensión
del desarrollador sobre el nivel de formalización del método; es decir, se intenta que estaprimera aproximación a la creación de ontologías se realice de forma intuitiva y, conformese avanza en el proceso, se incrementa el nivel de formalidad (y de dificultad) del mismo.Además, cabe destacar que este es un proceso iterativo; es decir, que después de obtener
la versión inicial de la ontología, debemos evaluarla y corregirla; para ello utilizaremoslos requerimientos obtenidos y, por supuesto, la ayuda de los expertos en el dominio.
2
Figura 1: Descripción de nuestro método de desarrollo
3. Fases de la metodología
Antes de comenzar el proceso de construcción de la ontología conviene destacar algunasreglas fundamentales según Noy & McGuiness (1995):
No existe una única forma correcta de modelar un dominio; al contrario, siemprehay alternativas posibles. La mejor solución casi siempre depende del propósito uobjetivo final de la ontología o de sus aplicaciones.
El desarrollo de una ontología es necesariamente un proceso iterativo.
Los conceptos o clases de una ontología deberían ser muy cercanos a objetos oentes (tanto físicos como lógicos) y a las relaciones existentes en nuestro dominiode interés. Estos conceptos o clases serán muy probablemente nombres (objetos) overbos (relaciones) que encontraremos en las frases que describen nuestro dominio.
3.1. Determinación de requerimientos
Iniciamos el desarrollo de una ontología definiendo el dominio, alcance y granularidadde la misma; para ello es mejor utilizar “preguntas significativas o de competencia” (Gru-ninger y Fox, 1995) es decir, utilizar una lista de preguntas que el sistema debería sercapaz de contestar.En este apartado se dará respuesta a las siguientes cuestiones básicas:
¿Qué dominio cubrirá la ontología? OntoWikiUTPL permitirá modelar (representar) laestructura de una guía didáctica de la modalidad de estudios a Distancia de laUTPL. A manera de ejemplo, se modelarán los contenidos de la guía didáctica dela asignatura de Matemáticas Discretas.
3
¿Para qué se va a emplear la ontología? Esta ontología facilitará la búsqueda de conceptos,ejemplos y/o ejercicios relacionados con la asignatura de matemáticas discretas.Naturalmente, será necesaria la inclusión de los conceptos que describen tanto ala asignatura como a la guía didáctica como tal, descartando algunos elementospropios de la enseñanza de la asignatura como la gestión de la bibliografía, de susautores o de la estructura del plan de estudios de la carrera correspondiente.
¿Qué preguntas debería contestar la ontología? En el dominio de la guía didáctica de laasignatura de matemáticas discretas, las siguientes cuestiones son relevantes (entreotras): ¿Qué es un conjunto? ¿Cuántas formas existen para determinar un conjunto?¿Qué gráfico ilustra la relación de inclusión? ¿Cuántas y cuáles son las operacionesentre conjuntos? ¿Qué tipo de diagramas permiten la representación gráfica de lasoperaciones entre conjuntos? ¿Qué actividades debo desarrollar y enviar a travésdel entorno virtual de aprendizaje? De acuerdo a este listado de preguntas, la onto-logía contendrá información sobre conceptos o definiciones; ejemplos y/o ejercicios;esquemas, diagramas y figuras; todos estos, elementos constitutivos de una guíadidáctica.
¿Quién utilizará y mantendrá la ontología? Los usuarios potenciales de esta ontología sonlos estudiantes y profesores de la carrera de sistemas informáticos y computaciónde la Modalidad Abierta y a Distancia de la UTPL, matriculados en la asignaturade matemáticas discretas. Los administradores de la ontología serán las personasencargadas del mantenimiento de la misma.
3.2. Reutilización de ontologías y metadatos
En la actualidad el contenido de la web se asemeja a una biblioteca desordenada y caó-tica de donde es muy difícil y costoso extraer algún tipo de conocimiento. Para solucionareste problema se han desarrollado metadatos que permiten describir la información, faci-litan su procesamiento por parte de las máquinas y admiten la integración y reutilizaciónde la información contenida en la web, facilitando la extracción de conocimientos útilespara el ser humano.En general los metadatos son datos que describen a los datos. De forma específica
permiten mantener un registro sobre el significado, contexto y propósito de un objetode información para poder comprenderlo y administrarlo de la mejor manera posible.Existen diversas agrupaciones, a nivel mundial, dedicadas al desarrollo y estandarizaciónde metadatos. Entre las principales tenemos: Dublin Core y W3C.La importancia del análisis de diversos repositorios de metadatos radica en la posi-
bilidad de reutilizar los términos en él definidos para el desarrollo de OntoWikiUTPL.Este proceso incluye la formalización de los nombres utilizados en la ontología por susrespectivos sinónimos más usados o conocidos, lo que permitirá una mejor comprensióndel modelo final.Entre los diversos estándares de metadatos y ontologías existentes en la actualidad,
se realiza una descripción y comparación de aquellas cuya relación con el proyecto a
4
realizar es estrecha. La finalidad de esta sección es encontrar elementos reutilizables enel desarrollo de OntoWikiUTPL.
3.2.1. Metadatos de Dublin Core
Dublin Core es una organización que promueve un estándar de propósito general, senci-llo y descriptivo de los recursos de la web sobre cualquier materia. Promueve la iniciativaDublin Core Metadata Initiative (DCMI) que provee una infraestructura operativa parala red semántica y el intercambio de la información por medios electrónicos.Los metadatos universales DC están diseñados específicamente para indexar documen-
tos y recursos. Para ello contiene quince elementos básicos agrupados según el tipo deinformación: siete elementos de contenido, cuatro elementos con información relativa a lapropiedad intelectual del recurso y cuatro elementos relativos a la identificación, formatoy temporalidad del documento.
Cuadro 1: Metadatos de Dublin Core
Contenido Propiedad Intelectual Instanciación
Título (title) Autor (creator) Fecha (date)
Tema (subject) Editor (publisher) Formato (format)
Descripción (description) Colaborador (contributor) Identificador (identifier)
Tipo (type) Derechos (rights) Lengua (language)
Fuente (source)
Relación (relation)
Ámbito (coverage)
3.2.2. WikiOnt
Esta ontología fue desarrollada por estudiantes del DERI de la National University ofIreland. WikiOnt es el acrónimo de Wikipedia Ontology, fue creada para tener una defi-nición común de la estructura de la información contenida en la Wikipedia. La ontologíaes una representación de Wikipedia (interpretable por un computador) que permite queel software consulte y reutilice los datos.Una descripción completa de la ontología (en inglés) se encuentra en la página http://
sw.deri.org/2005/04/wikipedia. A continuación presentamos un resumen de las clasesy propiedades descritas en WikiOnt.
Las principales clases identificadas son: article, category, image y stub. Ambas stuby category son subclases de Article. Las instancias de las clases se conectan mediantepropiedades. Se definieron algunas propiedades, pero en general se trató de reutilizarelementos de ontologías existentes como Dublin Core y SKOS cuando eran apropiados.
5
Cuadro 2: Descripción de WikiOnt
Clases Propiedades
Article contentType Contributor Sioc views
Category externalLink DC date Skos narrower
Image internalLink DC title Skos subject
Stub Image height DC creator Text
Image width Link redirectsTo
Al realizar la definición de la ontología, en lugar de abundar en clases y propiedades,se trató de capturar la esencia de un artículo publicado en la Wikipedia.
3.2.3. Swim Ontology
Definida por Christoph Lange estudiante de la Jacobs University de Bremen (Alema-nia) para el proyecto SWIM - A semantic wiki for mathematical knowledge managementhttp://kwarc.info/projects/swim/. Esta basada en la estructura del documento OM-DOC y su esquema en XML, modelada en OWL-DL. Todos los conceptos y relacionesexpuestas en la ontología tienen su contraparte explícita en la sintaxis OMDOC.En el cuadro 3 presentamos un resumen de las clases y relaciones utilizadas en esta
wiki semántica (SWIM).
Cuadro 3: Descripción de la ontología SWIM
Clases Relaciones
Theory Definition defines symbol
Statement Example exemplifies statements
Proof Example corroborates assertion
Assertion Example refutes assertion
Example Proof proves assertion
Definition
Symbol
Del cuadro anterior se puede inferir la total especialización de la ontología, puesto quedescribe fielmente el formato OMDOC utilizado exclusivamente para la creación de docu-mentos del área de matemática. SWIM es manejada exclusivamente por el desarrolladorde la wiki.
6
3.2.4. Análisis comparativo
En el cuadro 4 se ilustra el análisis comparativo de las principales características delas ontologías que sirven de base a diversas wikis semánticas.
Cuadro 4: Análisis comparativo de las ontologías
Característica WikiOnt Ontología SWIM
Documentación Abundante Escasa
Nivel de especialización Bajo, ontología general paraartículos de la wiki
Alto, ontología sólo paradocumentos matemáticos
Lenguaje de representación OWL OWL
Aplicaciones Utilizada en el proyectoSemantic Media Wiki
Utilizada en el proyectoSWIM
Motor de wiki Media Wiki IkeWiki
Licencia Licencia pública general(GNU-GPL)
Licencia pública general(GNU-GPL)
Basándonos en la descripción de las dos ontologías y en el cuadro 4 podemos concluirque:
Las ontologías analizadas poseen licencia GNU-GPL lo cual nos permite utilizaralguno de sus elementos o en su conjunto.
La abundante documentación existente acerca de WikiOnt nos permite detallartodos sus elementos lo que no es posible con SWIM.
El lenguaje de implementación (OWL) facilita la integración de estas ontologías encualquier proyecto a desarrollarse.
Finalmente, el nivel de especialización de las dos ontologías no permite usarlas en estetrabajo investigativo, utilizaremos los elementos de cualquiera de ellas que más se adecúenal propósito de este proyecto.
3.2.5. Elementos a reutilizar
En el apartado anterior se realizó un estudio tanto de los metadatos como de lasontologías utilizadas como base para diversos motores de wikis semánticas, de esta manerase logró determinar algunas clases y propiedades que pueden ser reutilizadas en la creaciónde OntoWikiUTPL:
De la ontología WikiOnt, se han tomado algunas propiedades como: link, externa-lLink, internalLink y text.
7
De la ontología desarrollada para SWIM, las clases definition y example.
La reutilización de estos elementos se verá de forma explícita en la sección siguiente quedetalla la construcción del modelo conceptual de la ontología OntoWikiUTPL.
3.3. Elaboración del modelo conceptual
3.3.1. Definición de términos de la ontología
En este paso se realiza un listado de todos los términos que tienen relación con eldominio; el cuadro denominado Glosario de Términos (cuadro 5 y cuadro 6) detalla elnombre de cada concepto acompañado de una breve descripción del mismo.Los términos se han seleccionado a partir de la documentación (artículos, libros, sitios
web, etc., en nuestro caso particular el mapa conceptual de la guía didáctica mostradoen la sección ??) y de las respuestas a las “preguntas relevantes” obtenidas en la primeraparte de este proceso.
Cuadro 5: Glosario de Términos (parte 1)
Nombre Descripción
Área Nombre del área a la que pertenece la carrera.
Carrera Nombre de la carrera a la que pertenece la asignatura.
Asignatura Nombre de la asignatura de la guía didáctica.
Ciclo Agrupación de asignaturas en un período de tiempo.
Período Espacio de tiempo en el que se desarrolla el ciclo (en nuestrocaso cinco meses).
Guía didáctica Documento que facilita la comprensión del material didácticopor parte del estudiante y orienta y organiza el trabajo deleducando integrando los elementos didácticos para el estudiode una asignatura.
Índice Lista ordenada que detalla los capítulos y secciones de la guíadidáctica indicando el lugar (página) donde aparecen.
Introducción Sección inicial que establece el propósito y los objetivos delcontenido de la guía didáctica.
Objetivos Elementos que identifican los resultados o logros que alcanzaráel estudiante en la asignatura.
8
Cuadro 6: Glosario de Términos (parte 2)
Nombre Descripción
Contenido Conjunto secuencial de los temas fundamentales de laasignatura organizados por capítulo y sección.
Bibliografía Descripción de los libros o direcciones electrónicas consultadaspara la elaboración de la guía didáctica.
Orientaciones Sugerencias al estudiante para mejorar el proceso deenseñanza-aprendizaje.
Glosario Definición de los términos nuevos.
Evaluación Elemento educativo cuyo fin es verificar los conocimientosadquiridos por el estudiante.
Dirección electrónica Elemento que hace referencia a un recurso digital en internet.
Capítulo División de la guía didáctica cuyo contenido pertenece a unmismo tema.
Sección División del capítulo.
Definición Proposición que reúne las propiedades generales ydiferenciadoras de algo material o inmaterial.
Ejercicio Enunciado cuyo desarrollo permite la comprensión de la teoría.Es más sencillo que un problema.
3.3.2. Definición de las clases y de la jerarquía
Tomando como base el glosario de términos desarrollado en el apartado anterior, seselecciona aquellos conceptos que describen objetos independientes para constituir lasclases, mientras que los vocablos que describen cómo son esos objetos se los deja para unanálisis posterior (posiblemente puedan constituir las propiedades de una o más clasesde la ontología).Algunas reglas generales que nos ayudan a decidir cuándo introducir una clase nueva,
según Noy & McGuiness (1995), se detallan a continuación:
Una nueva subclase de una clase generalmente:
1. Debería tener nuevas propiedades que no posee la clase2. Debería tener diferentes valores para las propiedades que los de la clase3. Debería participar en diferentes relaciones que la clase.
En jerarquías terminológicas, las nuevas clases no tienen por qué introducir nuevaspropiedades.
9
Si un factor es importante en el dominio y pensamos en los objetos con diferentesvalores para ese factor como diferentes clases de objetos, entonces deberíamos crearuna nueva clase o clases considerando dicho factor.
Las instancias son los conceptos más específicos representados en una ontología.
Si los conceptos de un dominio forman una jerarquía natural, debemos represen-tarlos como clases, aunque sean clases abstractas.
Considerando las reglas mencionadas, a continuación se presentan las clases definidaspara OntoWikiUTPL.
Cuadro 7: Listado de clases de la ontología
Asignatura Orientación Enlace Capítulo
Objetivo Contenido Evaluación Sección
Guía didáctica Bibliografía Autoevaluación Definición
Índice Glosario Solucionario Ejercicio
Introducción Palabra clave Unidad de información Ejercicio propuesto
Ejercicio resuelto
Luego, deben organizarse las clases en una jerarquía de clases. Cuando desarrollamosla taxonomía de clases se deben considerar ciertas reglas generales (Noy & McGuiness,1995). Así:
Si una clase A es una superclase de la clase B, entonces toda instancia de B estambién una instancia de A.
Una subclase de una clase representa un concepto que es un tipo especial o unasubespecie dentro del concepto representado por la clase.
Si B es una subclase de A y C es una subclase de B, entonces C es una subclase deA.
No debemos emplear sinónimos de un mismo concepto para representar clases di-ferentes, sino que los sinónimos deben considerarse denominaciones diferentes paraun mismo y único concepto.
No deben aparecer ciclos o bucles en la jerarquía de clases.
Los conceptos de un mismo nivel de la jerarquía o clases hermanas (excepto los quederivan directamente de la raíz) deben presentar el mismo nivel de generalidad.
Cada clase debería tener entre 2 y 12 subclases directas.
10
Se debe recordar que no es necesario especializar o generalizar una ontología más de loque se necesite para la aplicación. La jerarquía de clases de OntoWikiUTPL es:
Figura 2: Jerarquía de clases de la ontología
11
En un intento de clasificación y jerarquización de los diversos elementos que forman laguía didáctica se propone el concepto unidad de información que facilita la inclusión devarios componentes genéricos en los que cada autor divide al contenido.Otro factor importante en la definición de unidad de información es el grado de gra-
nularidad necesario para que la ontología pueda reutilizarse en diferentes asignaturas. Sepropone tener tres tipos de unidad de información de diferente granularidad: capítulo,sección y, definición y ejercicio. Los capítulos tienen granularidad gruesa y estan forma-dos por un conjunto de secciones (granularidad media). Las secciones se explican en basea una colección de definiciones y ejercicios (granularidad fina); estos últimos se eligenconvenientemente por el autor de la guía. De esta forma se puede reutilizar la unidadde información en tres niveles distintos, es decir, se puede reutilizar un capítulo entero,secciones de un capítulo o las definiciones y ejercicios que componen una sección.
3.3.3. Definición de las propiedades de las clases
Definidas las clases se describen sus atributos y las relaciones existentes entre ellasmediante el diagrama de relaciones binarias.Como las clases fueron seleccionadas del glosario de términos, la mayoría de los térmi-
nos que quedan son probablemente sus propiedades.En general, las características de los objetos que pueden convertirse en propiedades o
slots en una ontología son las siguientes:
Todas las subclases de una clase heredan las propiedades de dicha clase, por loque una propiedad debería ser adscrita a la clase más general que posea dichapropiedad.
Garantizar la consistencia de la base de conocimiento cuando existan propiedadeso relaciones inversas en una ontología.
El cuadro siguiente muestra el listado de las clases con sus respectivos atributos:
Cuadro 8: Listado de atributos de las clases de la ontología
Clase Atributos Clase Atributos
Asignatura Universidad, modalidad,área, carrera, docente,
estudiante.
Enlace Tipo
Objetivo Tipo, bimestre. Capítulo Bimestre
Guía didáctica Ciclo, período, autor. Definición Texto, imagen.
Orientación Tipo. Ejercicio Texto, imagen.
Contenido Bimestre Autoevaluación Capítulo
Bibliografía Tipo. Solucionario Capítulo
12
El Diagrama de Relaciones Binarias permite conocer el tipo de relaciones entre clases,las relaciones que se muestran a continuación son parte de OntoWikiUTPL.
Figura 3: Diagrama de relaciones binarias de la ontología
El Diccionario de Clases de la Ontología (cuadro 9 y cuadro 10) permite definir lasrelaciones, los atributos de las clases y los atributos de las instancias.Finalmente, en la figura 4 se presenta el Modelo Conceptual de OntoWikiUTPL.
13
Cuadro 9: Diccionario de clases de la ontología (parte 1)
Clase Instancia Atributos declase
Atributos deinstancia
Relaciones
Asignatura Matemáticasdiscretas
Universidad UTPL tiene guíadidáctica
Modalidad Abierta tiene objetivo
Área Técnica
Carrera Ingeniería enSistemas
Docente Paola Sarango
Estudiante Fausto Maldonado
Objetivo Objetivo 1 Tipo General oespecífico
Bimestre Primero o segundo
Guíadidáctica
Guía didácticade matemáticas
discretas
Período Abril - agosto,octubre - febrero
alcanzaobjetivo; tieneunidad de
información;tiene índice;
Ciclo Primero, . . .décimo
tieneintroducción;
tieneorientación;
Autor Paola Sarango tienebibliografía;tiene glosario;tiene palabraclave; tieneenlace;
Índice Índice 1
Introduc-ción
Introducción 1
Orienta-ción
Orientación 1 Tipo General oespecífico
14
Cuadro 10: Diccionario de clases de la ontología (parte 2)
Clase Instancia Atributos declase
Atributos deinstancia
Relaciones
Contenido Contenido 1 Bimestre Primero o segundo
Bibliogra-fía
Libro 1 Tipo Básica,complementaria o
direcciónelectrónica
Glosario Entrada 1 tiene palabraclave
Palabraclave
Palabra 1 tiene enlace
Enlace Enlace 1 Tipo Interno o externo
Evaluación
Autoeva-luación
Autoevaluación1
Capítulo 1
Soluciona-rio
Solucionario 1 Capítulo 1
Unidad deInforma-ción
Capítulo Capítulo 1 Bimestre Primero o segundo tiene sección
Sección Sección 1 tiene definición;tiene ejercicio
Definición Definición 1
Ejercicio Ejercicio 1 Tipo Propuesto oresuelto
ilustradefinición
15
Figura4:
Mo d
eloconceptual
dela
ontología
16
3.3.4. Definición de las restricciones de las propiedades
En una ontología, las propiedades pueden tener diferentes facetas, éstas describen ocaracterizan el tipo de valor que posee una propiedad.Las restricciones más comunes aplicadas a las propiedades son: los valores permitidos
y el número de valores posibles (cardinalidad). A continuación una breve descripción decada una de ellas:
Cardinalidad: Establece cuántos valores puede tener una propiedad o slot. Algunos sis-temas distinguen únicamente entre cardinalidad simple (como máximo un valor) ycardinalidad múltiple (se permiten cualquier número de valores).
Tipo de valor: Describe qué tipo de valores puede poseer una propiedad. Los más fre-cuentes son: String [Cadena de caracteres], Number, Boolean, Symbol, e Instance.
Dominio y rango de una propiedad o slot: Se suele denominar rango de una propiedada las clases permitidas para una propiedad de tipo instancia. El dominio de unapropiedad es el conjunto de clases que describe o caracteriza dicha propiedad.
En la construcción de OntoWikiUTPL se han considerado las restricciones siguientes:
Figura 5: Restricciones de las propiedades de la ontología
17
Como se puede apreciar en la tabla anterior, se ha detallado para cada una de laspropiedades de cada clase, determinada en la sección 3.2, el tipo de valor requerido, lacardinalidad (utilizando los valores simple y múltiple), y las restricciones propias del tipode dato symbol.
3.3.5. Definición de los axiomas formales
La tabla de axiomas lógicos define las expresiones lógicas que, en la ontología, sonsiempre verdaderas. La definición de cada axioma incluye el nombre, la descripción dela regla en lenguaje natural, el concepto al que se refiere el axioma, la expresión lógicaque describe formalmente el axioma utilizando FOPC (cálculo de predicados de primerorden) y la relación.
Figura 6: Axiomas de la ontología
3.3.6. Creación de instancias
El último paso consiste en crear las instancias individuales de cada una de las clases.La definición de una instancia individual para una clase determinada exige el siguienteproceso:
18
Elegir una clase
Crear una instancia individual para esa clase
Llenar los valores de las propiedades.
A continuación se lista como ejemplo los valores de las instancias para las clases: asignatu-ra, objetivo, guía didáctica, orientación, bibliografía, enlace y capítulo con sus respectivaspropiedades.
Figura 7: Algunas instancias de la ontología
3.4. Implementación
Para la implementación de la ontología se eligió Protégé por su portabilidad entrediversas plataformas, su extenso uso y abundante documentación. Esta herramienta poseeuna interfaz gráfica que facilita el desarrollo de la ontología sin tener que preocuparsepor la sintaxis del lenguaje de definición de ontologías escogido (OWL).La codificación en Protégé del modelo conceptual, desarrollado en el apartado anterior,
se realizó de la siguiente manera:
19
3.4.1. Definición de los conceptos
Para la especificación de los conceptos de la jerarquía utilizaremos la pestaña Classesde Protégé. Debemos especificar el nombre de la clase, la superclase (clase padre), y lasclases disjuntas (ubicadas en el mismo nivel jerárquico).
Figura 8: Definición de clases en Protégé
3.4.2. Definición de las relaciones entre clases
Definimos las relaciones entre clases utilizando la pestaña Object Properties de Protégé.Para cada relación se debe anotar: el nombre, el dominio y el rango; así:
Figura 9: Definición de relaciones en Protégé
20
3.4.3. Definición de atributos
Al definir los atributos, cuya función es describir los conceptos, utilizamos la pesta-ña Data Properties. Para cada atributo se debe especificar: el nombre, tipo de valor,cardinalidad, clase a la que pertenece y valores por defecto.
Figura 10: Definición de atributos.
3.4.4. Definición de axiomas
En la definición de axiomas se utilizan las relaciones y las clases existentes en la onto-logía cuantificándolas de forma universal y existencial.
Figura 11: Definición de axiomas de la clase Asignatura
21
La figura anterior muestra la definición de los axiomas que pertenecen a la clase asig-natura:
Uno existencial: Algunas asignaturas tienen una guía didáctica.
Otro universal: Toda asignatura tiene objetivos.
3.4.5. Declaración de instancias
Se definen las instancias pertenecientes a cada clase (o concepto) con sus respectivosatributos.
Figura 12: Declaración de instancias de la clase Asignatura
La figura anterior muestra los tres paneles en los que se divide Protégé al realizar lacreación de instancias de una clase: class browser, instance browser e individual editor. Enel primero se escoge la clase de la cual se van a crear las instancias y, en el segundo serealiza el proceso de creación.
22
Figura 13: Atributos de la instancia de la clase Asignatura
La figura anterior muestra la utilización del tercer panel (individual editor) en el quese muestran los atributos y relaciones de la instancia de la clase a los cuales se les debeasignar un valor determinado.
Figura 14: Diagrama de clases de la ontología OntoWikiUTPL
Finalmente, la figura anterior muestra el diagrama de clases de OntoWikiUTPL, ge-nerado gracias al plugin TGViz de Protégé.
3.4.6. Definición de consultas
A continuación se muestran los resultados de dos consultas realizadas sobre el dominiode la ontología; la primera busca todas las definiciones que contengan la palabra conjunto
23
y la segunda busca los ejemplos que se refieran al concepto conjunto.
Figura 15: Creación de la primera consulta
La figura anterior ilustra el proceso de creación de la consulta que nos permitirá buscarla palabra conjunto dentro de todas las instancias de la clase definición utilizando paraello el atributo texto definido para esta clase.
Figura 16: Búsqueda de datos de la primera consulta
El resultado de esta búsqueda se muestra en la figura anterior. El panel search resultsexhibe todas las instancias que continen la palabra conjunto.
3.5. Validación de la ontología
Mediante el uso del razonador Pellet, Protégé permite validar algunos aspectos de laontología, entre ellos: chequear la consistencia de la ontología, obtener automáticamentela clasificación taxonómica y computar los tipos inferidos.
24
Los resultados de la aplicación de estas pruebas de validación a la ontología OntoWi-kiUTPL se muestran a continuación:
Figura 17: Verificación de inconsistencia de clases
Comprobación de la consistencia: permite constatar que no existen contradicciones en laontología. La semántica de OWL define una especificación formal para la definiciónde la consistencia en una ontología empleando Pellet.
Figura 18: Verificación de la taxonomía de clases
Validación de la taxonomía de clases: observa la relación entre cada clase y compruebala jerarquía de clases completa.
Figura 19: Verificación de inferencia de clases
25
Verificación de inferencia de clases: encuentra las clases más específicas a las que perte-nece una instancia; en otras palabras, determina la clase a la que pertenece cadauno de los individuos.
4. Evaluación de OntoWikiUTPL
4.1. Evaluación de versiones de la ontología
La creación de una ontología es un proceso iterativo e incremental por lo tanto, es unaactividad que se realiza de manera paralela a cada una de las fases de la metodologíautilizada; esto permite detectar errores y documentar cada fase de desarrollo.Durante el proceso de desarrollo de OntoWikiUTPL se realizó un refinamiento de tres
versiones. A continuación las detallamos:
Cuadro 11: Primera versión de OntoWikiUTPL
Criterio Valor
Número de clases 25
Número de atributos 14
Número de relaciones 24
En esta primera versión, la dificultad mayor consistió en la diferenciación entre clasey atributo; a ello se debe el alto número de clases existentes. También se tomó en cuentaalgunas relaciones entre conceptos triviales cuya depuración terminaría en la terceraversión de la ontología.
Cuadro 12: Segunda versión de OntoWikiUTPL
Criterio Valor
Número de clases 21
Número de atributos 16
Número de relaciones 20
En la segunda versión se solucionó el problema de diferenciación entre clase y atributo,por lo que algunos conceptos considerados clases en la primera versión se transforma-ron en atributos en la segunda. La principal dificultad en esta versión consistió en laconsideración de varias clases vacías, es decir que no tenían instancias asociadas; esto sesolucionó en la tercera versión de la ontología.
26
Cuadro 13: Tercera versión (definitiva) de OntoWikiUTPL
Criterio Valor
Número de clases 19
Número de atributos 19
Número de relaciones 17
Para la tercera y definitiva versión se consolidaron el número de clases, atributos yrelaciones, eliminado las clases no instanciadas, los atributos no utilizados y las relacionesno recorridas. Como resultado se logró obtener una ontología compacta y con un nivelde expresividad suficiente para los fines planteados.
Cuadro 14: Análisis comparativo de las versiones de OntoWikiUTPL
Criterio Versión 1 Versión 2 Versión 3
Número de clases 25 21 19
Número de atributos 14 16 19
Número de relaciones 24 20 17
Número de axiomas 16
4.2. Evaluación a nivel estructural
4.2.1. Métricas de cohesión
Para este tipo de evaluación se consideraron los criterios provisto en Gangemi et al. yaque permiten evaluar la ontología en función de su estructura y funcionalidad. En cuantoa la escala de evaluación, se tomo en consideración la proporcionada por Yao, Orme yEtzkorn (2005) así:
Cuadro 15: Escala de valores para la evaluación
Criterio Valor
Bajo 0.00
Moderado 0.25
Promedio 0.50
Alto 0.75
Excelente 1.00
27
Los valores encontrados para OntoWikiUtpl son:
Cuadro 16: Métricas de Cohesión de OntoWikiUTPL
Criterio Valor
Número de clases raíces (NCR) 14
Número de clases hoja (NCH) 17
Promedio de profundidad de herenciadel árbol de nodos hoja (PPH-ANH)
0.86
Cuadro 17: Cálculo del PPH-ANH
Concepto Caminos porconcepto
Nodos porcamino
Asignatura 1 1
Bibliografía 1 1
Contenido 1 1
Enlace 1 1
Evaluación 2 2
Índice 1 1
Introducción 1 1
Objetivo 1 1
Orientación 1 1
Palabra clave 1 1
Solucionario 1 1
Glosario 1 1
Guía didáctica 1 1
Unidad deinformación
5 8
Total 19 22
Considerando los resultados obtenidos a nivel estructural, con un valor de 0.86 parael promedio de profundidad de herencia del árbol de nodos hoja, podemos afirmar queOntoWikiUTPL tiene un valor de cohesión alto muy adecuado para el propósito de lamisma.
28
5. Conclusiones y Líneas Futuras
1. No es necesario tener una vasta experiencia en el campo de la ingeniería del conoci-miento para construir una ontología; lo realmente importante es el escogitamientode una metodología comprensible que explicite el proceso de desarrollo y la cola-boración de los expertos en el dominio de la ontología a desarrollarse.
2. La metodología propuesta permite un tratamiento ágil con un buen nivel de docu-mentación además de facilitar la comprensión del proceso de construcción gracias alapoyo de esquemas y organizadores gráficos en cada una de las etapas del proceso.
3. Este proyecto permite la estructuración semántica de una guía didáctica de cual-quier asignatura utilizando una wiki semántica.
Referencias
[1] Abián, Miguel Ángel (2005). El futuro de la web: XML, RDF/RDFS, Ontologías yWeb Semántica.
[2] Antoniou, G. and Van Harmelen, F. (2004). A Semantic Web Primer. Cambridge,Massachusetts: The MIT Press.
[3] Booch, G., Rumbaugh, J. and Jacobson, I. (1997). The Unified Modeling Languageuser guide. Addison-Wesley.
[4] Breitman, K. K., Casanova, M. A. and Truszkowski, W. (2007). Semantic Web:Concepts, Technologies and Applications. Springer.
[5] Fensel, D., Hendler, J., Lieberman, H. and Wahlster, W. (2005). Spinning the Se-mantic Web. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press.
[6] Grüninger, M., Fox, M. S. (1995). Methodology for the Design and Evaluation ofOntologies. Conf. AI Workshop on Basic Ontological Issues in Knowledge Sharing.
[7] Hepp, M., De Leenheer, P., De Moor, A., and Sure, Y. (2008). Ontology Management:Semantic Web, Semantic Web Services, and Business Applications. Springer.
[8] Noy, Natalya y McGuinness, Debora (2005). Desarrollo de Ontologías 101: Guíapara crear la primera ontología. Universidad de Stanford, California.
[9] Rumbaugh, J., Blaha, M., Premerlani, W., Eddy, F. and Lorensen, W. (1991).Object-Oriented modeling and design. Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice Hall.
[10] Uschold, M., Grüninger, M. (1996). Ontologies: Principles, Methods and Applica-tions. Knowledge Eng. Rev., Vol. 11, Nº 2.
[11] Hendler, J. (2001). Agents and the Semantic Web. IEEE Intelligent Systems,March/April 2001.
29
[12] Aguilar, F., Ruth, M. (2007). Orientaciones Generales para la elaboración de guíasdidácticas en la Modalidad de Educación a Distancia. UTPL, Loja.
[13] Völkel, M., Oren, E. (2006). Personal Knowledge Management with Semantic Wikis.
[14] Schaffert, S., Gruber, A., Westenhaler, R. (2005). A Semantic Wiki for CollaborativeKnowledge Formation. In: Semantics 2005, Vienna, Austria.
[15] Guarino, N. (1998). Formal ontology and information systems. In: Proceedings ofthe First International Conference on Formal Ontologies in Information Systems,FOIS’98, Trento, Italia.
[16] Berners-Lee, T.; Lassila, O.; Hendler, J. (2001). The Semantic Web: A new formof Web content that is meaningful to computers will unleash a revolution of newpossibilities. Scientific American, 284(5), pp. 34-43.
[17] Protégé (2000). The Protégé Project: http://protege.stanford.edu
[18] W3C Semantic Web: http://www.w3.org/2001/sw/
[19] CO-ODE: http://www.co-ode.org/
[20] OnToKnowledge Project: www.ontoknowledge.org/
[21] Dublin Core http://dublincore.org
[22] Ontolingua: http://www-ksl-svc.stanford.edu:5915/doc/ontology-server-projects.html
[23] WebOnto: http://eldora.open.ac.uk:3000/Webonto
[24] DAML Library: http://www.daml.org/ontologies/
[25] SchemaWeb: http://www.schemaWeb.info/
[26] OilEd: http://oiled.man.ac.uk
30