monografia ontologias - primera aproximación

Monografía: Ontologías,

Primera Aproximación Proyecto: Repositorio Ontológico para Investigadores Noveles

basado en Semánticas Web y Objetos de Aprendizaje

Entidad Ejecutora: Universidad Nacional del Chaco Austral

Directora: DURAN Elena Beatriz Ferreiro de

Investigadora: ZACHMAN Patricia Paola

Estudiantes: NUÑEZ Juan Francisco, UMAÑO Marcos René

Año 2012

Ontologías, Primera Aproximación Universidad Nacional del Chaco Austral

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Resumen

La enorme revolución y avance que supuso el uso generalizado de Internet impulsó

el intercambio de información personal, académica y comercial. La Web está a punto de

sufrir un nuevo cambio: la información que aparece en Internet va a poder interpretarse por

los ordenadores sin necesidad de intervención humana, es la denominada Web Semántica.

Para que esto ocurra, es necesario que la información de las páginas web se codifique

mediante ontologías. Las ontologías representarán el conocimiento de Internet, definiendo

formalmente los conceptos de los diferentes dominios y sus relaciones, con capacidad para

realizar deducciones con este conocimiento.

Introducción

La ingeniería del conocimiento, y en particular el procesamiento de ontologías, son

unos de los problemas en los que más se está centrando la atención en la informática actual.

La razón principal es la emergencia de un nuevo conjunto de aplicaciones en las que las

ontologías juegan un papel fundamental, la mayoría de las cuales se encuentran en dos

campos: la última generación de sistemas para la Web (Web 2.0, Web Semántica) y la

necesidad de integración de aplicaciones empresariales cada vez más distribuidas.

La Web surge como una manera de compartir información, en forma de documentos

estáticos, entre una comunidad científica muy específica [Ber90]. Sin embargo, desde su

génesis hasta la actualidad no ha dejado de ofrecer nuevas posibilidades y usos no previstos

inicialmente, pudiendo considerarse sus repercusiones técnicas y sociales como una

auténtica revolución a finales del siglo XX y comienzos del XXI.

Su éxito provino de su conectividad total gracias a su facilidad de acceso, su

descentralización, su compatibilidad y las facilidades que otorga para que se comparta

conocimiento y recursos. Por contrapartida, a medida que fue creciendo, también posee

limitaciones: crecimiento caótico de los recursos, falta de orden y de organización, alto

costo y dificultad en su mantenimiento (enlaces perdidos, páginas inexistentes o muertas,

…), crecimiento de la Web Oculta o Web Profunda (Hidden Web o Deep Web)1,

buscadores eficientes pero limitados, y algo muy importante, la dificultad del

procesamiento automático.

Ante esto, surge la necesidad de que los contenidos de la Web no estén pensados

solamente para que los lea un ser humano, sino para que también sea interpretado por algún

1 Se trata básicamente de herramientas de búsqueda especializada en sitios poco frecuentados por los buscadores

más tradicionales. Entre estas fuentes pueden destacarse directorios sectoriales, bases de datos accesibles en línea

(a menudo denominadas Deep Web) o páginas de difícil acceso. Según algunas estimaciones, la Web Oculta

puede ser en torno a 500 veces la Web Visible. Por ello el saber acceder al resto de los recursos puede ser una

importante ventaja competitiva en términos de acceso a la información. La clave es, por tanto, disponer de las

herramientas adecuadas, así la verdadera cara oculta de la Web Oculta está en la conversión que cada cual puede

hacer de esa información en un verdadero conocimiento.


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sistema informático de forma significativa. Por ello surge el concepto de Web Semántica.

La Web Semántica trata de dotar de una estructura semántica a los contenidos

significativos de la Web, creando un entorno en el que aplicaciones de software naveguen

las páginas realizando complejas tareas para los usuarios.

No es una nueva Web segregada de la actual. Es una extensión de la actual en la que

la información se ofrece con un significado bien definido, permitiendo a ordenadores y

personas trabajar de forma cooperativa.

La idea que existe detrás de la Web Semántica es tener datos en la Web definidos y

enlazados de manera que puedan ser usados de forma más efectiva para un descubrimiento,

una automatización, una integración y una reutilización entre diferentes aplicaciones. Para

ello la Web debe evolucionar, ofreciendo una plataforma accesible que permita que los

datos se compartan y se procesen por herramientas automatizadas o personas.

El reto, es ofrecer el lenguaje que exprese tanto datos como reglas para razonar

sobre los datos, y además permita que las reglas sobre cualquier sistema de representación

del conocimiento sean exportadas a la Web, aportando un importante grado de flexibilidad

y frescura a los sistemas de representación de conocimiento centralizados tradicionales, que

se vuelven sumamente agobiantes, crecen rápidamente de tamaño y se vuelven

inmanejables.

Diferentes sistemas web pueden utilizar diferentes identificadores para un mismo

concepto. Así, un programa que quiera comparar o combinar información entre dichos

sistemas tiene que conocer qué términos significan lo mismo. Idealmente, el programa

debería tener una forma de descubrir los significados comunes de cualquier base de datos

que encuentre. Una solución a este problema es incluir un nuevo elemento a la Web

Semántica, colecciones de información denominadas ontologías. Una ontología es una

herramienta conceptual que define un vocabulario común para quien necesita compartir

información dentro de un determinado dominio. Esto incluye definiciones de los conceptos

básicos del dominio, así como sus relaciones, que tienen que ser interpretables por

máquinas [Noy00].

Una ontología no es más que una especificación de lo que existe en un dominio,

convirtiéndose éstas en una pieza fundamental de las tecnologías orientadas a la Web

Semántica. Sin embargo, es un término que ha recibido diferentes acepciones e

interpretaciones en distintas disciplinas, aunque este efecto también se ha dado dentro de la

misma área de conocimiento, como por ejemplo en la inteligencia artificial.

Esta aparición de nuevas aplicaciones ha motivado que el concepto informático de

ontología, desarrollado durante las últimas tres décadas por una comunidad relativamente

pequeña de investigadores, haya ganado repentinamente mucha visibilidad, lo que ha


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causado no pocas fricciones al formarse equipos multidisciplinares, cuyos miembros no

informáticos poseen un bagaje investigador en el que ontología tiene connotaciones muy

diferentes.

El objetivo de este trabajo es dar una visión general de la tradición de

representación del conocimiento, que ha dado lugar al concepto actual de ontología en

informática. Definiremos qué es una ontología, cómo se puede diseñar, cómo se puede

especificar y relacionarlas con la Web Semántica.

A partir de esta base, introduciremos los principios en los que se basan los sistemas

actuales de representación en los que se basan los sistemas actuales de representación

informática de ontologías, y representaremos como ejemplo el sistema de Protégé, que tiene

como gran ventaja el hecho de soportar simultáneamente múltiplos paradigmas de

representación del conocimiento.

El Intercambio de Conocimientos en la Web Semántica

En los últimos años, muchos investigadores están diseñando modelos para

transformar la red desde un espacio de información a un espacio de conocimientos.

Recientemente, Tim Berners-Lee, uno de los inventores de la Web, defiende el desarrollo

de la Web con conocimientos [Ber99], y organizaciones como SematicWeb2 se encargan de

estandarizar lenguajes y herramientas para hacer efectiva la web semántica. Pero, ¿qué se

puede hacer en la web semántica?

La idea es que los datos puedan ser utilizados y “comprendidos” por los

ordenadores sin necesidad de supervisión humana, de forma que los agentes web puedan

ser diseñados para tratar la información situada en las páginas web de manera

semiautomática.

Se trata de convertir la información en conocimiento, referenciando datos dentro de las

páginas web a metadatos con un esquema común consensuado sobre algún dominio. Los

metadatos no sólo especificarán el esquema de datos que debe aparecer en cada instancia,

sino que además podrán tener información adicional de cómo hacer deducciones con ellos,

es decir, axiomas que podrán aplicarse en los diferentes dominios que trate el conocimiento

almacenado.

Con ello, se mejorará la búsqueda de información y se potenciará el desarrollo de

aplicaciones de comercio electrónico, ya que las anotaciones de información seguirán un

esquema común, y los buscadores web compartirán con las anotaciones web los mismos

esquemas. Empresas que traten con clientes y proveedores, podrán intercambiar sus datos

de productos siguiendo estos esquemas comunes consensuados.

2 www.semanticweb.org


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Los agentes web no sólo encontrarán la información de forma precisa, si no que

podrán realizar inferencias automáticamente buscando información relacionada con la que

se encuentra situada en las páginas, y con los requerimientos de la consulta indicada por el

usuario.

Frente a la semántica implícita, el crecimiento caótico de recursos, y la ausencia de

una organización clara de la web actual, la web semántica aboga por clasificar, dotar de

estructura y anotar los recursos con semántica explícita procesable por máquinas. La

figura1 a continuación ilustra esta propuesta. Actualmente la web se asemeja a un grafo

formado por nodos del mismo tipo, y arcos (hiperenlaces) igualmente indiferenciados. Por

ejemplo, no se hace distinción entre la página personal de un profesor y el portal de una

tienda on-line, como tampoco se distinguen explícitamente los enlaces a las asignaturas que

imparte un profesor de los enlaces a sus publicaciones. Por el contrario en la web semántica

cada nodo (recurso) tiene un tipo (profesor, tienda, pintor, libro), y los arcos representan

relaciones explícitamente diferenciadas (pintor – obra, profesor – departamento, libro –

editorial).

La web semántica mantiene los principios que han hecho un éxito de la web actual,

como son los principios de descentralización, compartición, compatibilidad, máxima

facilidad de acceso y contribución, o la apertura al crecimiento y uso no previstos de

antemano. En este contexto un problema clave es alcanzar un entendimiento entre las partes

que han de intervenir en la construcción y explotación de la web: usuarios, desarrolladores


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y programas de muy diverso perfil. La web semántica rescata la noción de ontología del

campo de la Inteligencia Artificial como vehículo para cumplir este objetivo.

Las Ontologías como Soporte de la Web Semántica

Para que esto pueda llevarse a cabo, se necesita que el conocimiento de la web esté

representado de forma que sea legible por los ordenadores, esté consensuado, y sea

reutilizable. Las ontologías proporcionan la vía para representar este conocimiento. A

continuación definiremos el concepto de ontología por diferentes autores.

Definición de Ontología

En la práctica informática, el término de ontología ha adoptado connotaciones

peculiares, alejadas de su sentido filosófico original. A partir de principios de la década de

1990 han proliferado las definiciones de ontología en la literatura informática. Gómez

Pérez y otros (2005) proporcionan una discusión completa; a continuación discutiremos las

más relevantes, entre las que destaca la dada por Gruber [Grub05], que es más citada:

A conceptualization is an abstract, simplified view of the world that we wish to

represent for some purpose. Every knowledge base, knowledge-based system, or knowledge

level agen is committed to some conceptualization, explicitly or implicitly.

An ontology is an explicit specification of a conceptualization. The term is borrowed

from philosophy, where an Ontology is a systematic account of Existence. For AI sistems,

what “exists” is that which can be represented.

La definición está basada en el concepto de conceptualización propuesto anteriormente

por Genesereth y Nilsson (1987)[Gen92], y que en esencia se refiere al conjunto de

conceptos y relaciones entre conceptos que son relevantes en un dominio o una aplicación.

La definición de Gruber fue clarificada por [Borst97]: “An ontology is a formal

specification of a shared conceptualization”. Se pone el énfasis en dos ideas clave:

- Una ontología debe ser especificada usando un lenguaje formal, que pueda ser

procesado por ordenadores y no sólo por personas.

- La ontología es conocimiento compartido, fruto del consenso dentro de un grupo.

La relación entre ontologías, lenguajes formales y programas informáticos es explicada

por Sowa [Sowa00] en su introducción a los sistemas basados en conocimiento:

Knowledge representation is a multidisciplinary subject that applies theories and

techniques from three other fields: Logic provides the formal structure and rules of


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interference. Ontology defines the kinds of things that exist in the application that

distinguish knowledge representation from pure philosophy.

Without logic, a knowledge representation is vague, with no criteria for determining

whether statements are redundant or contradictory. Without ontology, the terms and

simbols are ill-defined, confused, and confusing. And whithout computable models, the

logic and ontology cannot be implemented in computer programs. Knowledge

representation is the application of logic and ontology to the task of constructing

computable models for some domain.

En última instancia, el concepto de una ontología en informática es el de

herramienta (un artefacto ingenieril, en palabras de Guarino [Gua94]) útil para un

propósito, un dominio o una aplicación concreta. Como veremos, esta visión pragmática ha

sido crucial en el desarrollo de las diversas adaptaciones del concepto de ontología a los

usos informáticos.

Características y tipos de ontologías

Las ontologías pueden ser consideradas como repositorios de información ligada a

hechos particulares, a través de la cual se da una interpretación particular a los datos. El

conocimiento de una ontología puede ser verdadero, codificado en una ontología, ó

deducido, que significa que se deriva por alguna forma de razonamiento.

Características representativas de las ontologías

Algunas de las características más representativas de las ontologías se mencionan más

adelante:

• Ontologías múltiples: El propósito de una ontología es hacer explícito algún

punto de vista, por lo tanto, a veces será conveniente combinar dos o más ontologías.

Cada ontología va a introducir conceptualizaciones específicas.

• Distintos niveles de abstracción de las ontologías: Estos niveles de

generalización o abstracción nos dan una topología de ontologías. La idea es caracterizar

una red de ontologías con el uso de multiplicidad y abstracción. Puesto que no podemos

aspirar a tener una descripción completa del mundo, se puede pensar en una estrategia de

construcción gradual de abajo hacia arriba.

• Multiplicidad de la representación: Un concepto puede ser representado de

muchas formas, por lo que pueden coexistir múltiples representaciones de un mismo

concepto.

• Mapeo de ontologías: Establecer relaciones entre los elementos de una o más

ontologías, para establecer conexiones, especializaciones, generalizaciones, etc.


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Propiedades que deben cumplir las ontologías

Algunas propiedades que deben cumplir las ontologías:

• Claridad: Para comunicar el significado intencionado de los términos

definidos.

• Coherencia: Para sancionar inferencias que son consistentes con las

definiciones.

• Extensibilidad: Para anticipar el uso de vocabulario compartido.

• Sesgo de codificación mínimo (Minimal encoding bias): Debe de

especificar al nivel de conocimiento sin depender de una codificación particular a nivel de

símbolo.

• Mínimo compromiso ontológico: Debe de hacer la menor cantidad de

"pretensiones'' acerca del mundo modelado.

Clasificación en cuanto al ámbito de conocimiento

Existen 4 tipos de ontologías en función de su alcance y posibilidad de aplicación:

• Ontología de la aplicación: usadas por la aplicación. Por ejemplo,

ontología de procesos de producción, de diagnóstico de fallas, de diseño intermedio de

barcos, etc.

• Ontología del dominio: específicas para un tipo de artefacto,

generalizaciones sobre tareas específicas en algún dominio concreto del conocimiento. Por

ejemplo, ontología del proceso de producción.

• Ontologías técnicas básicas: describen características generales de

artefactos. Por ejemplo: componentes, procesos y funciones.

• Ontologías genéricas: describe la categoría de más alto nivel, describiendo

conceptos generales (como tiempo, espacio, objeto, etc.).

Otras posibles clasificaciones de las ontologías son: en función de su punto de vista,

por ejemplo: físico, de comportamiento, funcional, estructural, topológico, etc.


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Según el grado o nivel de abstracción y razonamiento lógico que permitan, por

ejemplo: ontologías descriptivas, que incluyen taxonomías de conceptos, relaciones entre

conceptos pero no permiten inferencias lógicas y ontologías lógicas.

Las que permiten inferencias lógicas mediante la utilización de una serie de

componentes como la inclusión de axiomas, etc.

Diseño de Ontologías

Las ontologías pueden ser utilizadas como herramienta en la ciencia computacional,

su mayor uso se ve más explícito en el campo de la Inteligencia Artificial y disciplinas tales

como la robótica e ingeniería del conocimiento.

Las técnicas de programación orientadas a objetos están siendo más comunes,

debido a que su representación en términos de clases, atributos de las clases, objetos y la

jerarquía de la herencia de clases, ha influido a un número de lenguajes y esquemas que se

utilizan para la representación de conocimiento digital.

Ontología es la teoría de objetos en términos de criterios, que nos permiten

distinguir entre diferentes tipos de objetos y sus relaciones, dependencias y propiedades.

Elementos básicos de una ontología

La ontología define modelos base que tendrán la definición semántica representando

a una clase de objetos en la ontología. En la ontología se definen un conjunto de términos

representativos llamados conceptos. Las ontologías dependientes de dominio proveen

conceptos en un dominio específico, que se enfoca en el conocimiento en un área limitada;

las ontologías genéricas proveen conceptos en un dominio en específico, enfocado al

conocimiento de un área limitada.

En una ontología, los conceptos son las unidades fundamentales para la

especificación.

Proveen una base para la descripción de información. Cada concepto consta de 3

componentes básicos: términos, atributos, relaciones. Los términos son los nombres

utilizados para referirse a y un concepto específico que puede incluir un conjunto de

sinónimos que especifican los mismos conceptos. Los atributos son las características de un

concepto y describen el concepto a más detalle. Las relaciones se utilizan para representar

correspondencias entre diferentes conceptos y para proveer una estructura general a la

ontología.


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Cada concepto define una clase que es una representación para una agrupación

conceptual de términos similares. Por ejemplo, una computadora podría ser representada

como una clase, que tiene muchas subclases como son computadoras personales,

mainframes, Workstation, etc.

Las ontologías están formadas de los siguientes componentes que servirán para

representar el conocimiento de algún dominio en específico.

Existen diferentes formalismos de representación de conocimientos para formalizar

(e implementar) ontologías y cada uno de ellos tiene distintos componentes que pueden ser

utilizados en estas tareas de formalización e implementación, sin embargo, dichos

formalismos comparten un conjunto mínimo de componentes, a saber:

Clases o Conceptos, que representan conceptos tomados en su sentido más amplio.

En el dominio de los viajes, por ejemplo, los conceptos que tenemos son: lugares

(ciudades, pueblos, etc.), alojamiento (hoteles, campings, etc.) y medios de

transportes (aviones, trenes, coches, transbordadores, motos, barcos). En la

ontología, las clases están normalmente organizadas en taxonomías por medio de las

cuales se pueden aplicar los mecanismos de herencia. Podemos representar, por

ejemplo, una taxonomía de lugares de diversión (teatro, cine, sala de conciertos,

etc.) Por otro lado, las metaclases también se pueden definir en el paradigma KR

basado en marcos. Metaclases son clases cuyas instancias también son clases y

permiten hacer una gradación del significado ya que establecen diferentes capas de

clases en la ontología en la que están definidas.

Relaciones o Funciones, que representan un tipo de asociación entre los conceptos

del dominio y se definen formalmente como cualquier subconjunto de un producto

de n conjuntos, es decir: R ⊂ C1 x C2 x…xCn . Las ontologías normalmente

contienen relaciones binarias, cuyo primer argumento es conocido como dominio o

la relación, mientras que el segundo es conocido como rango.

Las relaciones binarias muchas veces se utilizan para expresar atributos de

conceptos, conocidos como ranuras (slots) y estos atributos se distinguen de las

relaciones porque su rango es un tipo de datos como, por ejemplo, cadena de

caracteres, número, etc., mientras que el rango de las relaciones es un concepto.

Axiomas, Según Gruber, [Grub93] sirven para modelizar afirmaciones que son

siempre ciertas. En ontologías se utilizan generalmente para representar

conocimiento que no se puede definir formalmente a través de otros componentes,

además sirven para verificar la consistencia de la ontología misma o la consistencia

de los conocimientos almacenados en una base de conocimientos, porque son muy

útiles para inferir conocimientos nuevos. Un axioma en el dominio de los viajes


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sería: no es posible viajar de América a Europa en tren.

Instancias, que se utilizan para representar elementos o individuos en una

ontología.

Las ontologías se pueden ver como un conjunto de conceptos-definiciones, estos

conceptos pueden ser ordenados en jerarquías de taxonomías y tener propiedades asociadas.

En un sentido de manejo de conocimiento, las ontologías aportando una herramienta

para la representación de la semántica de la información y automatización del proceso de

recuperación; son el vehículo para la representación e intercambio del conocimiento en

diferentes niveles de granularidad de diferentes dominios.

La ontología codifica la estructura relacional de conceptos, utilizada para describir

aspectos del mundo. En el proceso de creación de una ontología, se hace uso de

conocimiento previo almacenado en una ontología para la indexación y solución a

problemas de búsquedas. La anotación basada en ontologías es relativamente nueva, pero

que ha mostrado ser de gran utilidad.

Las ontologías se pueden formalizar, además de con formalismos y lenguajes

creados específicamente para representar conocimientos a través de enfoques del campo de

la ingeniería del software, tales como Unified Modeling Language (UML) [Runbaugh y

otros, 1999] o los Diagramas de Entidad Relación (ER) [Chen, 1976], para luego

transformar sus modelos conceptuales en ontologías formales que se puedan representar en

lenguajes de ontologías.

Pasos para la creación de una ontología

Al crear una ontología, se hace explícita la categorización de elementos y relaciones

que intervienen en un modelo de conocimiento. Por un lado el modelo de conocimiento se

puede editar y gestionar, por otro lado, se puede transmitir de manera que un sistema

“entienda” la conceptualización que se ha utilizado en otro. Este hecho se ha citado

fundamental, al convertir el proceso de creación de escenarios educativos en una labor de

ingeniería más que en una labor artesana, además de proporcionar un conocimiento del

dominio reusable y mantenible.

La utilidad de una ontología se puede medir en la capacidad de permitir a los

sistemas, hacer referencias a otros componentes de conocimiento definidos, siempre que

ambos compartan la misma conceptualización. Una ontología compartida solo necesita

describir un vocabulario común para hablar sobre un dominio.

A continuación se citan algunos de los pasos para la creación de una ontología:


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1. Definir el dominio y alcance de la ontología. Esto es definir el dominio que

cubrirá la ontología, definir el uso la aplicación final de dicha ontología, definir a qué tipo

de preguntas responderá la ontología, recolectar la información necesaria, etc.

2. Considerar el rehuso de ontologías, en caso de poder aplicarse se recolectan

términos y características de ontologías comunes ya existentes.

3. Enumerar términos importantes en la ontología. Definir una lista de los términos

que se quieren almacenar en la ontología, así como de sus propiedades y las relaciones que

existen entre ellos.

4. Definir las clases y la jerarquía de clases. Esto es definir la estructura conceptual

del dominio, siguiendo el método top-down, primero se crean las clases para los conceptos

generales en el dominio y su especialización subsiguiente.

5. Definir las propiedades de las clases. Las clases por sí solas no proveen

suficiente información para responder a las peticiones, una vez definidas las clases se deben

definir la estructura interna de los conceptos.

6. Creación de instancias. Creación de instancias de clases individuales en la

jerarquía.

Las ontologías generalmente se usan para:

Anotar términos.

Realizar búsquedas basadas en vistas.

Dar semántica a las relaciones.

La ontología ayuda al usuario a formular consultas de forma correcta.

Compartir el entendimiento común de la estructura de información entre

personas o agentes de software.

Permitir la reutilización de conocimiento de un dominio.

Explicitar suposiciones de un dominio.

Separar el conocimiento del dominio del conocimiento operacional.

Analizar el conocimiento de un dominio, entre otras.

Relaciones que se presentan en una ontología

La ontología, como se ha mencionado anteriormente define un conjunto de clases,

relaciones, funciones y constantes para un determinado dominio, además introduce axiomas

para restringir la interpretación de estos elementos. Las relaciones que se establecen entre

los elementos del dominio son aquellas que clasifican las entidades del dominio en base a

relaciones como: “es-un”, “instancia-de” y “parte-de”.


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La relación “instancia-de”, es una membresia entre conceptos. “Parte-de” muestra

relaciones de composición. La relación “es-un”, muestra la propiedad de inclusión,

utilizada en las ontologías para encontrar la similitud a la hora de la comparación. Cuando

un concepto tiene una relación “es-un” hacia otro concepto, significa que el segundo

concepto es más general que el primer concepto.

Una ontología no sólo sirve para hacer anotaciones y precisar la recuperación de la

información, también ayuda al usuario a especificar información correcta y necesaria para

generar consultas correspondientemente. La mayor dificultad que podrían presentar las

ontologías es el trabajo extra que se necesita, para su creación y anotación detallada. Pero a

cambio se obtiene una mejor recuperación de información, que es en sí el objetivo de

nuestro proyecto de investigación.

Cómo Alcanzar la Web Semántica

Para poder explotar la web semántica, se necesitan lenguajes de marcado apropiados

que representen el conocimiento de las ontologías.

Actualmente, mediante OWL (Ontologic Web Language) o RDF-RDF Schema se

pueden representar algunas facetas sobre conceptos de un dominio y permite, mediante

relaciones taxonómicas, crear una jerarquía de conceptos. Pero se necesitan lenguajes de

marcado (basados en RDF) con mayor expresividad y capacidad de razonamiento para

representar los conocimientos que contienen las ontologías [Cor00]. De esta forma, existen

ya disponibles herramientas como Protégé3, OntoEdit

4, o WebOnto

5 para realizar

anotaciones en páginas web con lenguajes de marcado propios.

El lenguaje con gran capacidad expresiva que está emergiendo como un estándar

para realizar anotaciones de ontologías en web es DAML6, aunque en este momento no

tiene sus formatos totalmente definidos.

Por otro lado, se necesitan agentes y aplicaciones web que exploten este

conocimiento anotado en las páginas web. Estos agentes de conocimientos web serán

capaces de interpretar los esquemas ontológicos y axiomas de diferentes dominios,

mantendrán la consistencia de las instancias que se inserten en las páginas web siguiendo

los esquemas ontológicos definidos, realizarán una búsqueda con inferencias utilizando los

axiomas situados en los esquemas, y podrán realizar ligaduras de los árboles taxonómicos

de varias ontologías.

Para potenciar el uso de ontologías en la web, se necesitan aplicaciones específicas

de búsqueda de ontologías, como (Onto)Agent7 [Arp00], que indiquen a los usuarios las

3http://protege.semanticweb.org

4http://ontoserver.aifb.unikarlsruhe.de/ontoedit/

5http://kmi.open.ac.uk/projects/webonto/

6 http://www.daml.org


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ontologías existentes y sus características para poder utilizarlas en su sistema

De la Web Actual a la Web Semántica

Llegados a este punto una pregunta importante a responder es cómo encaja la web

semántica con la actual, es decir a) cómo accederá el usuario a la web semántica, y sobre

todo, b) cómo hacer la transición de la web actual a la web semántica. Para que la web

semántica pueda realizarse es importante que guarde, al menos al principio, una

compatibilidad con la tecnología actual. Es deseable por ejemplo mantener HTML (u otros

lenguajes compatibles con los navegadores actuales) como vehículo de comunicación con

el usuario. La asociación entre las instancias de la web semántica y el código HTML se

puede establecer de distintas maneras (ver figura 2). Una consiste en conservar los

documentos actuales, y crear las instancias asociadas anotando su correspondencia con los

documentos (imagen izquierda en la figura 2). Esta posibilidad es la más viable cuando se

parte de un gran volumen de material antiguo. Otra es generar dinámicamente páginas web

a partir de las ontologías y sus instancias (imagen derecha).

Esta última opción puede resultar factible cuando los documentos antiguos ya se

estaban generando automáticamente a partir, por ejemplo, de una base de datos.

La transición de la web actual a la web semántica puede implicar un coste altísimo

si tenemos en cuenta el volumen de contenidos que ya forman parte de la web. Crear y

poblar ontologías supone un esfuerzo extra que puede resultar tedioso cuando se agregan

nuevos contenidos, pero directamente prohibitivo por lo que respecta a integrar los miles de

gigabytes de contenidos antiguos. Las estrategias más viables combinan una pequeña parte

de trabajo manual con la automatización del resto del proceso. Las técnicas para la

automatización incluyen, entre otras, el mapeo de la estructura de bases de datos a

ontologías, el aprovechamiento, previa conversión, de los metadatos y estándares de

7 http://delicias.dia.fi.upm.es/OntoAgent


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clasificación presentes en la web (y fuera de ella), y la extracción automática de metadatos

a partir de texto y recursos multimedia.

Otra dificultad importante a la hora de realizar la web semántica en la práctica es la

de consensuar ontologías en una comunidad por poco amplia que sea. Converger a una

representación común es una labor más compleja de lo que puede parecer, ya que

típicamente cada parte del sistema conlleva peculiaridades necesarias, y un punto de vista

propio que a menudo necesitan incidir en la propia ontología. La representación del mundo

no es neutra respecto al uso que se le va a dar: tanto un dietista como un biólogo tienen

conocimiento sobre las plantas, pero su representación de esa materia es muy distinta, y

probablemente no sería adecuado imponer la misma representación para ambas

perspectivas. Las vías para salvar esta dificultad consisten en compartir ontologías para las

áreas comunes en que puede tener lugar una interacción o intercambio de información entre

las partes, y establecer formas de compatibilidad con las ontologías locales, mediante

extensión y especialización de las ontologías genéricas, o por mapeo y exportación entre

ontologías.

Lenguaje OWL

El Lenguaje de Ontología Web OWL está diseñado para ser usado por aplicaciones

que procesan el contenido de la información en lugar de presentar esta información a los

humanos. OWL puede usarse para representar explícitamente el significado de términos en

un vocabulario y las relaciones entre estos términos. A este conjunto de términos y

relaciones se le llama ontología. OWL tiene más facilidades para expresar los significados

y la semántica que XML, RDF, y RDF-S, y así OWL va más allá que estos lenguajes en su

capacidad para representar el contenido para ser usado por las máquinas intérpretes en la

Web. OWL es una revisión del Lenguaje de Ontología DAML + OIL incorporando

lecciones aprendidas del diseño y aplicación del mismo.

El lenguaje OWL está descrito en un conjunto de documentos, cada uno con un

propósito y destinado a un público diferente, revisado por miembros del W3C y otras partes

interesadas, y confirmado como una Recomendación W3C (World Wide Web Consortium).

Los documentos existentes son los siguientes:

• Introducción OWL da una simple introducción a OWL proporcionando una lista

de características del lenguaje con una breve descripción.

• Guía OWL demuestra el uso del Lenguaje OWL proporcionando amplios

ejemplos. También proporciona un glosario de los términos usados en el documento.

• Referencia OWL da una sistemática y compacta (pero todavía informal)

descripción de todo el modelado primitivo de OWL.


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• Semántica y Sintaxis Abstracta de OWL es el documento final y formal con la

definición de la normativa del lenguaje.

• Casos de Prueba del Lenguaje de Ontología Web OWL es un documento que

contiene un amplio conjunto de casos de prueba del lenguaje.

• Requisitos y Casos de Uso de OWL es un documento que contiene un conjunto

de casos de uso para el lenguaje de ontología Web y especifica un conjunto de requisitos

para OWL.

¿Por qué OWL?

La Web Semántica es una visión del futuro de la Web en la cual la información está

dada explícitamente como significado, haciendo más fácil para las máquinas procesar e

integrar automáticamente la información disponible en la Web. La Web Semántica se

construirá sobre las capacidades de XML para definir esquemas etiquetados de RDF para la

representación de datos.

El primer nivel requerido encima de RDF para la Web Semántica es un lenguaje de

ontología que pueda describir formalmente el significado o la terminología usada en

documentos Web. Si las máquinas van a realizar tareas de razonamiento en estos

documentos, el lenguaje debe ir encima de la semántica básica de RDF Schema.

OWL ha sido diseñado como un Lenguaje de Ontología Web para satisfacer esta

necesidad. OWL es parte de las numerosas recomendaciones de W3C relativas a la Web

Semántica.

• XML proporciona una firme sintaxis para documentos estructurados, pero no

impone construcciones semánticas en el significado de estos documentos.

• XML Schema es un lenguaje para restringir la estructura de los documentos XML

y también extiende XML con tipos de datos.

• RDF es un modelo de datos para objetos (“recursos”) y relaciones entre ellos.

Proporciona una semántica simple para el modelo de datos, y estos modelos de datos

pueden ser representados en una sintaxis XML.

• RDF Schema es un vocabulario para describir propiedades y clases de recursos

RDF, con una semántica para la generalización de jerarquías de tales propiedades y clases.

OWL añade más vocabulario para describir propiedades y clases, por ejemplo,

relaciones entre clases, cardinalidad, equivalencias, características de propiedades…


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Los tres sublenguajes de OWL

OWL proporciona tres sublenguajes diseñados para usarse por comunidades

específicas de programadores y usuarios. Los tres sublenguajes son OWL Lite, OWL DL y

OWL Full. Cada uno de estos sublenguajes es una extensión de su predecesor:

• OWL Lite soporta una jerarquía de clasificación y construcciones simples. Por

ejemplo, soporta cardinalidad, pero sólo permite valores de 0 ó 1. Sería más simple

proporcionar herramientas que soporten OWL Lite en vez de expresiones más complejas, y

OWL Lite proporciona una rápida migración a otras taxonomías. OWL Lite también tiene

una complejidad formal menor que OWL DL.

• OWL DL soporta a los usuarios que quieren la máxima expresividad mientras

conservan las conclusiones computacionales (todas las conclusiones son guardadas para ser

computables) y la capacidad de decidir (todas las operaciones finalizarán en tiempo finito).

OWL DL incluye todo lo que el lenguaje OWL construye, pero puede usarse sólo bajo

ciertas restricciones (por ejemplo, mientras que una clase puede ser una subclase de muchas

clases, una clase no puede ser una instancia de otra clase). OWL DL se llama así debido a

su correspondencia con descripciones lógicas.

• OWL Full soporta a los usuarios que quieren la máxima expresividad y la libertad

sintáctica de RDF sin garantías computacionales. Por ejemplo, en OWL Full una clase

puede ser tratada simultáneamente como una colección de individuos. OWL permite

ontologías que aumenten el significado del vocabulario predefinido (RDF o OWL). Es

improbable que algún software de razonamiento sea capaz de soportar completamente

razonamiento para cada característica de OWL Full.

Los desarrolladores de ontologías deberían considerar qué sublenguaje es mejor

para sus necesidades. La elección entre OWL Lite y OWL DL depende de la extensión que

el usuario requiere, usando OWL DL para construcciones más complejas. La elección entre

OWL DL y OWL Full principalmente depende de la extensión que el usuario requiere

modelando las facilidades de RDF Schema (por ejemplo, definiendo clases de clases, o

atacando a propiedades de clases).

OWL Full puede ser visto como una extensión de RDF, mientras que OWL Lite y

OWL DL pueden ser vistos como extensiones de una vista restringida de RDF.

Cada documento OWL (Lite, DL, Full) es un documento RDF y cada documento

RDF es un documento OWL Full, pero sólo algunos documentos RDF pueden ser

documentos OWL Lite o OWL DL legales. Debido a esto, hay que tener cuidado cuando se

quiera migrar un documento RDF a OWL. Cuando la expresividad de OWL DL o OWL

Lite es apropiada, hay que tomar algunas precauciones para asegurar que el documento

RDF original cumpla con obligaciones adicionales impuestas por OWL DL y OWL Lite.


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Protégé 2000

Protégé 2000 es una herramienta de software usada para desarrollar Sistemas de

Bases de Conocimiento, tanto por expertos en un determinado dominio como por

ingenieros de conocimiento. Las aplicaciones desarrolladas con Protégé 2000 se usan para

resolver problemas y tomar decisiones en un dominio particular.

En versiones iniciales de Protégé, al igual que en sistemas de bases de datos

clásicos, se definen, de forma separada, las clases de información (schema), y se

almacenan las instancias de las clases. En Protégé 2000 se facilita el trabajo porque permite

trabajar simultáneamente con clases e instancias. Así, una instancia se podría usar para la

definición de una clase, y una clase puede ser almacenada como una instancia. Igualmente,

las propiedades, las cuales al principio sólo podían usarse dentro de las clases, ahora se

elevan al mismo nivel que éstas. Con este nuevo modelo de conocimiento, también se

facilita el manejo del Conector para Abrir la Base de Conocimiento (OKBC) para acceder a

bases de conocimientos almacenadas en sistemas de representación de conocimiento. Por

último, las aplicaciones que están encima de estos componentes son también ejecutadas

dentro del entorno integrado Protégé 2000.

La principal ventaja de Protégé 2000 es que los sistemas de conocimientos son muy

caros de construir y mantener. Por ejemplo, se espera que el desarrollo de sistemas de bases

de conocimiento sea un esfuerzo de equipo, incluyendo desarrolladores y expertos en el

dominio, que pueden tener menos familiaridad con el software computacional. Protégé

2000 está diseñado para guiar a desarrolladores y expertos en el dominio durante el proceso

de desarrollo del sistema. Protégé 2000 está diseñado para permitir a los desarrolladores

reutilizar dominios de ontologías y métodos de resolución de problemas. Varias

aplicaciones pueden usar la misma ontología de dominio para resolver distintos problemas,

y el mismo método de resolución de problemas puede ser usado con diferentes ontologías.

OWL Plugin

El OWL Plugin es una extensión de Protégé que soporta el Lenguaje de Ontología Web

(OWL).

OWL Plugin permite cargar y salvar ontologías OWL y RDF, editar y visualizar clases

OWL y sus propiedades, definir características lógicas de clases como expresiones OWL,

ejecutar razonadores tales como clasificadores lógicos de descripciones, y editar individuos

OWL para Web Semántica.


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La arquitectura flexible de Protégé hace fácil configurar y extender la herramienta. Protégé

tiene una API Java de libre distribución para el desarrollo de componentes de la interfaz de

usuario o servicios arbitrarios de Web Semántica.

El OWL Plugin tiene la siguiente arquitectura:

Creando Ontologías con Protégé 2000

Introducción

En este apartado vamos a ver de forma resumida cómo crear una ontología en el

Plugin OWL de Protégé 2000. Vamos a ver cómo se crean las clases, las propiedades y las

instancias, y vamos a analizar el espacio de nombrado y la importación de ontologías.

Creando Jerarquía de Clases Arrancamos Protégé 2000, y nos aparece el siguiente cuadro:


20

Debemos elegir un formato para el proyecto. Como nuestro proyecto será un fichero OWL, seleccionamos

OWL Files, y pulsamos New. Nos aparece entonces lo siguiente:

Todas las clases que creemos serán subclases de Thing, es decir. Thing es la superclase de todas las clases.

Para crear clases se puede hacer de varias formas:

1) Situamos el ratón sobre owl:Thing y pulsamos el botón derecho. Nos aparece una lista y pulsamos sobre

Create Subclass.


21

2) Otra forma es pulsando el botón de Create Subclass

Si hacemos esto, bien por el camino 1) o 2), nos aparece lo siguiente:

Y en Name debemos escribir el nombre que queremos que tenga nuestra clase:


22

Así podemos ir creando toda la jerarquía de clases y subclases.

Dos clases son disjuntas cuando un individuo no puede ser instancia de las dos clases a la vez. Para

especificar que dos clases son disjuntas hay que seleccionar la clase, irse al cuadro de clases disjuntas y

añadir las clases que son disjuntas a la clase seleccionada. El cuadro de clases disjuntas es:

Creando Propiedades

Las propiedades OWL establecen relaciones entre dos individuos. Hay dos tipos

principales de propiedades: ObjectProperties y DatatypesProperties. Los ObjectProperties

enlazan a un individuo con otro individuo. Los DatatypeProperty enlazan a un individuo

con un tipo de datos XML Schema o un literal RDF. OWL también tiene un tercer tipo de

propiedad, AnnotationProperties. Las AnnotationProperties pueden ser usadas para añadir

información (metadatos, datos sobre datos) a clases, individuos y propiedades object o

datatype.

Las propiedades pueden crearse usando la tabla de propiedades siguientes:


23

O bien el recuadro siguiente:

Si queremos crear un DatatypeProperty, pulsamos sobre el botón de DatatypeProperty, y nos sale lo siguiente.

En Name escribimos el nombre que queremos que tenga nuestra Propiedad.


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Y en Rango seleccionamos el tipo de datos que tendrán los valores de la propiedad. Esos tipos son los

siguientes:

Si queremos crear un ObjectProperty, pulsamos sobre el botón de ObjectProperty, y nos sale lo siguiente:


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En Name escribimos el nombre que queremos que tenga nuestra Propiedad. Y en Rango seleccionamos las

clases que formarán parte del rango. Para especificar que una propiedad es la inversa de otra se usa el cuadro

siguiente:

Una propiedad funcional para un individuo dado significa que ese individuo sólo se relaciona con un único

individuo (o ninguno) vía esa propiedad. Para indicar que una propiedad es funcional hay que pulsar el

recuadro siguiente:

Una propiedad es inversa de funcional cuando la propiedad inversa es funcional. Para indicar hay que pulsar

el recuadro de Inverse Functional. Una propiedad es transitiva si cumple que para un individuo A que se

relaciona con una propiedad transitiva a un individuo B, y B se relaciona por esa misma propiedad a un

individuo C, entonces A se relaciona por esa propiedad a un individuo C. Para indicar que una propiedad es

transitiva hay que pulsar el recuadro siguiente:


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Una propiedad es simétrica si cumple que para dos individuos A y B, si se relaciona con B por una propiedad

simétrica entonces B también se relaciona con A a través de esa propiedad. Para indicar que una propiedad es

simétrica hay que pulsar el siguiente recuadro:

A las propiedades se les pueden poner restricciones. Las restricciones se usan para restringir el número de

individuos que pertenecen a una clase. Las restricciones en OWL pueden tener tres categorías: restricciones

cuantificadoras, restricciones de cardinalidad y restricciones hasValue.

Para crear una restricción hay que pulsar create restriction (botón que pone R) en el siguiente cuadro:

Si pulsamos el botón R (create restiction) nos sale:


27

|

Para crear una restricción habría que seleccionar el tipo. Se pueden crear restricciones de 6 tipos:

allValuesFrom, someValuesFrom, hasValue, cardinality, minCardinality y maxCardinality. Además, habría

que seleccionar la propiedad a la que queremos aplicar la restricción, y el valor necesario en función del tipo

de restricción. Por ejemplo, si es una restricción de cardinalidad habría que indicar un valor entero no

negativo, si es una restricción hasValue habría que indicar una instancia, y si es una restricción

allValuesFrom habría que indicar una clase.

Creando Instancias

OWL permite definir individuos y verificar propiedades sobre ellos. Los individuos

también pueden usarse en descripciones de clases. Para crear individuos en Protégé 2000 se

usa la tabla de instancias. Señalamos la clase en la cual queremos crear la instancia, y

pulsamos create instance. Nos aparece lo siguiente.

En Name escribimos el nombre que queremos que tenga nuestra instancia.


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Bibliografía

[Arp00] Arpirez J., Gómez-Pérez A., Lozano Tello A. and Pinto S. “Reference Ontology and (Onto)Agent:

The Ontology Yellow Pages”, Knowledge and Information Systems, An International Journal,

SpringerVerlag, 2 (2000) 4, 387-412. Mar. 2000.

[Ber99] Berners-Lee, T.: Weaving the Web: The Original Design and Ultimate Desiny of the World Wide

Web by its Inventor. HarperCollins Publishers, New York, 1999.

[Borst97] Borst, P. (1997) Construction of Engineering Ontologies for Knowledge Sharing and Reuse.

Ph.D. Dissertation. Tweente University.

[Gen92] Genesereth, M.R. y Fikes, R.E: “Knowledge Interchange Format. Vesion 3.0. Reference Manual”.

Informe técnico Logic-92-1, Computer Scince Department. Standford University, California, 1992.

Disponible en http://meta2.standford.edu/kif/Hypertext/kif-manual.html.

[Grub05] Thomas Gruber (2005). Ontology of Folksonomy: A Mash-up of Apples and Oranges. Int’l

Journal on Semantic Web & Information Systems, 3(2), 2007. Originally published in 2005, this is a rebuttal

to a popular anti-ontology blog, with a constructive call to action.

[Grub93] T. R. Gruber. A Translation Approach to Portable Ontology Specifications. Knowledge

Acquisition, 5(2), pp. 199-220, 1993.

[Gua94] Guarino, N., Carrara, M., Giaretta, P. (1994). Formalizing Ontological Commitment. In

Proceedings of National Conference on Artificial Intelligence (AAAI-94):560-567. Seattle, Morgan

Kaufmann.

[Noy00] Noy, N.F; Fergerson, R.W y Musen, M.A.: “The Knowledge model of Protégé2000: Combining

interopelability and flexibility”. En: R.Dieng y O. Corby (Eds.), Procceedigns of the 12th International

Conference in Knowledge Engineering and Knowledge Management (EKAW’00) (LEcture Notes in

Artificial Inteligence LNAI 1937), pp. 17-32. Spinger-Verlag, Berlin, Germany, Juan-Les-Pins, France, 2000.

[Sowa00] Sowa, J. F. (2000) Knowledge Representation: Logical, Philosophical, and Computational

Foundations. Pacific Grove, CA: Brooks Cole Publishing Co.

GUERRERO BOTE, Vicente; LOZANO TELLO, Adolfo."Vínculos entre las Ontologías y la

Biblioteconomía y Documentación" en La Representación y la Organización del Conocimiento en sus

distintas perspectivas: su influencia en la Recuperación de la Información : Actas del IV Congreso ISKO-

España EOCONSID’99 22-24 de abril de 1999 Granada. Granada: ISKO; Universidad de Granada. Facultad

de Biblioteconomía y Documentación, 1999, p. 25-31.

Enlaces Recomendados

Ivan Herman, (2007), Web Ontologic Languaje (OWL). Visitado el día 29-08-2012,

http://www.w3.org/2004/OWL/

The Protégé Ontology Editor and Knowledge Acquisition System. Visitado el día 29-08-2012,

http://protege.stanford.edu/

Análisis de PROTÉGÉ –2000. Visitado el día 30-08-2012, http://personales.upv.es/ccarrasc/doc/2001-

2002/Protege2000/PROTEGE.htm

http://tomgruber.org/writing/ontology-of-folksonomy.htm

monografia ontologias - primera aproximación

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