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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIAFACOLTA’ DI INGEGNERIA – SEDE DI MODENA
Corso di Laurea in Ingegneria Informatica
PROGETTAZIONE UML NELL’AMBITO DEL SEMANTIC WEB
RelatoreChiar.ma Prof.ssa Sonia Bergamaschi
Tesi di Laurea diPatrizia Ponchiroli
Anno Accademico 2003/2004
Obiettivo della Tesi:Strumenti per lo sviluppo di ontologie
nel Semantic Web
Approccio tradizionale: Linguaggi KR tradizionali (Standard W3C)
Momis: ODLI3 (estensione di ODL)
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Adattabilità dell’UML nella rappresentazione di modelli formali come le ontologie ???
UML:
Comunicazione grafica human-to-human di analisi del software↓
Linguaggio machine-processable per lo sviluppo di ontologie
Alternativa proposta: Class diagram UML + vincoli OCL
Generazioni del WebGenerazioni del Web
1° - Pagine statiche: HTML
2° - Pagine dinamiche:
Informazioni machine-readable Ricerche: match di keyword
3° - Web Semantico Tim Berners-Lee - Semantic web road map. Internal note, W3C. 1998
Informazioni machine-understandable Interoperabilità sintattica e semantica Creazione di linguaggi standard appropriati Mark-up dei contenuti / mark-up di presentazione Formalizzazione dei metadati Creazione di ontologie Utilizzo di agenti mobili
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RDBMS
Semantic Web:
agenti mobili raccolgono informazioni da sorgenti eterogenee, le elaborano e le scambiano automaticamente con altri programmi
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Linguaggi KR
(Knowledge Representation Languages)(Knowledge Representation Languages)
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Livello Dati RDF (1999) XML
Livello SchemaRDF-Schema (2000)
XML-Schema
Livello Logico
Definizione di Ontologie
Linguaggi KR: OWL - SHOIN(D) DAML+OIL - KIF (2001) DAML (2000) OIL - SHIQ (2000)
logiche del 1° ordine o Description Logics (DL)
Solo aspettistatici !
MOMIS(Mediator envirOnment for Multiple Information
Sources)http://dbgroup.unimo.it/Momis
Integrazione virtuale ed intelligente di sorgenti eterogeneeLivello Logico: ODLI3 + OLCD (DL)
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Progetto nato dalla collaborazione tra i gruppi operativi dell’Università di Modena e Reggio Emilia e di Milano
Attualmente continua nell’ambito del progetto SEWASIE(SEmantic Webs and AgentS in Integrated Economies)
1. Sorgenti locali di dati strutturate o semistrutturate da integrare2. Wrapper: descrizione delle informazioni delle sorgenti in ODLI33. Mediatore: integrazione degli schemi locali generando un unico
schema globale, la GVV (Global Virtual View)4. Utente: interroga lo schema globale e riceve un’unica risposta
Nasce come estensione di ODL (Object Definition Language), un linguaggio di descrizione dei dati object-oriented
Permette l’integrazione di sorgenti strutturate e semi-strutturate
ODLIODLI33::
Due nuovi costrutti: union e optional
Estensioni ai tipi valore ed ai tipi classe
Possibilità di definire attributi globali, oltre ai normali attributi locali
Vengono supportate le Mapping Rule
E’ possibile la definizione di regole di integrità denominate if-then rule
Annotazioni rispetto a WordNet
Nel caso di sorgenti relazionali è possibile definire delle foreign key
È possibile definire le relazioni terminologiche, intensionali ed estensionali, di: SYN (SYNonym-of): sinonimia BT (Border Terms): ipernimia NT (Narrow Terms): iponimia RT (Related Terms): associazione
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UML (Unified Modeling Language)
Linguaggio di modellazione grafica Object-Oriented
General purpose
Standard OMG (Object Management Group), basato su anni di esperienza nel campo dell’Ingegneria del Software, largamente adottato in campo industriale
OCL: linguaggio formale per la specifica di vincoli, per esprimere regole logiche
Nasce nel 1997 come fusione di: OMT (James Rumbaugh)OOSE (Ivar Jacobson)Metodologia di Booch (Grady Booch)
Meccanismi di estensione: VincoliValori etichettatiStereotipi
Case-tool: Rational-RoseArgoUML (open-source) } XMI (XML Metamodel Interchange)
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Ha la possibilità di esprimere processi e comportamenti dinamici
E’ provvisto di package e di altri meccanismi di modularità
Categoria Diagrammi
Analisi dei requisiti Use-case
Struttura statica Package diagram
Class diagram
Object diagram
Interazione Sequence diagram
Collaboration diagram
Stato State chart
Activity diagram
Implementazione Component diagram
Deployment dagram
Diagrammi UML
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Metamodello UML
MOF (Meta Object Facility):
Class diagram UMLWeel-formedness rules – OCLStruttura a package
Metalivello Ontologie UML
Meta-metamodello Top-level Ontology
(N. Guarino)
Modello MOF
Metamodello Linguaggi KR Metamodello UML
Istanza del modello MOF
Metadati Ontologia Modello/schema UML definito dall’utente
Istanze del metamodello:Classi
Dati Database Sistema reale
Istanze del
modello:Oggetti
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Limiti
UML non ha ancora una semantica formale, uniforme e standardizzataMetamodello: ridondanza
pUML (precise UML): Core di UML
Non è ancora efficacemente “Web-enabled”
UML: object-oriented vs Linguaggi KR: a frameL’UML non possiede una sintassi lineare
Sia l’UML che i linguaggi ontologici sono legati al formalismo XML, ma:DAML+OIL ha una rappresentazione standard XML l’OMG adotta XMI come modello per trasferire dati
Significative incompatibilità semantiche tra l’UML ed i Linguaggi KR
Semanticamente, OCL manca di una specifica formale
Concetto di ProprietàK. Baclawski
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Linguaggi KR: Le proprietà sono elementi primitivi, possono esseredefinite senza riferimento a classi, e sono unidirezionali
Proprietà: più classi domainRDF(S): 1 classe rangeDAML+OIL: più classi range
Il concetto di Proprietà riassume i concetti di:Associazione (ObjectProperty)Attributo (DataTypeProperty)
Non c’è il concetto primitivo di Associazione Le associazioni possono esistere solo nel contesto di due o più classi
Associazione: 1 classe source e 1 classe target
UML:
daml:Class “Persona"...daml:subClassOf
daml:Restrictiondaml:onProperty “possiede"daml:toClass “Cane"
… daml:Property “possiede"
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Concetto di PropertyK. Baclawski
Persona Canepossiede
1 0..n
Compagnia Veicolopossiede
1 0..n
“possiede”:
UML: 2 associazioniDAML+OIL: 1 proprietà
minCardinalitycardinality maxCardinality
Unambiguous e Unique PropertyK. Baclawski
0..1 *
a1
Unambiguous Property
* 0..1
a2
Unique Property
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K. Baclawski prevede di estendere l’UML, definendo un prototipo UMLche mappi le specifiche UML in quelle DAML+OIL:
Stereotipi, specializzazioni di costrutti di modellazione,che corrispondano a elementi della sintassi DAML+OIL:
<<ontology>> (ontologia DAML+OIL)<<import>> (ontologie importate)<<instanceOf>> (type)<<equivalentTo >><<sameClassAs>><<samePropertyAs>><<inverseOf>><<TransitiveProperty>><<subProperty Of >>
Mapping UML / DAML+OILK. Baclawski
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Estensione al metamodello UML
Esempio di Stereotipo
La proprietà “father” è un raffinamento della proprietà “parent”
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Le subProperty DAML+OIL sono mappate con la dipendenza stereotipata <<subPropertyOf>> tra 2 associazioni:
Ogni estremo di associazione puòessere descritto da al più una proprietà
Una Property, come in DAML+OIL, puòessere vincolata da zero o più Restriction
Le Restriction sono Classifier ed ognuna è messa in relazione con almeno una classe
La Property è un Classifier e può esisteresenza essere associata a nessuna classe
Le istanze di una Restriction sono gli oggetti che soddisfano una condizione su una o più proprietà associate con la restrizione
Due nuovi costrutti: Proprietà e Restrizione
Estensione metamodello UMLP
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ttaz
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UM
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Il fatto che nessuna Property può avere più di uno degli AssociationEnd di un’associazione può essere espresso con vincoli OCL
Progetti in corsoTentativi di applicare UML nel campo della rappresentazione di ontologie
UBOT (Lockheed Martin Corporation) Mapping UML / DAML+OIL di K. Baclawski
Stephen Cranefied e Martin Purvis: hanno studiato l’uso dei class-diagram UMLper rappresentare ontologie e degli object-diagram UML per rappresentare istanze
Cranefield sta promuovendo lo sviluppo di ontologie usando UML e studiando il problema del mapping UML-RDF tool “UML-Data-Binding”
Progetto CODIP (Component for Ontology Driver Information Push): tool DUET (DAML-UML Enhanced Tool), basato su Rational Rose, che studia un profilo UML per DAML
F. Bergenti e A. Poggi hanno proposto un approccio basato sull’uso dell’UML per modellare vari aspetti dei sistemi multi-agente
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Ontology Engineer
Text or web pages
AeroTextText Extraction
DAML+OILOntologies
automatically generated DAML+OIL
annotatedtext or web pages
AeroDAML Extractionto DAML+OIL
UML GUI
UML↔DAML+OILTranslation
ConsVISor
XMI models
Consistencychecking
XMI models
UBOT (UML Based Ontology Tool-set)
http://ubot.lockheedmartin.com
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Ontology Engineer
UML-baseddesign tool
Javasource file
XMIDocument
Applications
RDF-Schema(in XML) + Estensioni
references
javac loads
references
Java class file
Knowledge(in RDF/XML)
references
XSLT
XSLT
UML-Data-BindingS. Cranefield
http://nzdis.otago.ac.nz/projects
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Conclusioni e sviluppi futuri
Problemi/limiti di mapping componenti statici dell’UMLMa l’UML è molto di più:
Ideale per modellare svariati aspetti del Web Semantico
gestione delle interazioni tra gli agenti software organizzazione dei servizi Web offerti
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Confronto dei tool UML DAML+OIL / RDF con i traduttori MOMIS ODLI3 RDF(S) / OWL etc...
Confronto validazione di schemi: ConsVISor / ODB-Tools
Confronto esprimibilità vincoli: OCL / ODLI3
Ricerche recenti hanno mostrato come vincoli di integrità UML possono essere espressi come trasformazioni di grafo del metamodello UML Implementazione di questo stile di deduzione in tool UML
Bibliografia essenziale
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Tim Berners-Lee. Semantic web road map. Internal note, W3C. 1998http://www.w3.org/DesignIssues/Semantic.html
World Wide Web Consortium. http://www.w3.org
Valentina Tamma. Theoretical foundations of ontologies. An Ontology Model supporting Multiple Ontologies for Knowledge sharing. PhD Thesis, University of Liverpool, 2001
Nicola Guarino. Formal ontologies and information systems. Proceedings of the International Conference on Formal Ontology in Information Systems (FOIS'98), Trento, Italy, 1998
MOMIS. http://dbgroup.unimo.it/Momis
UML. OMG Unified Modeling Language Specification, ver. 1.4
UBOT. http://ubot.lockheedmartin.com
S. Cranefield. UML and the Semantic Web. http://www.semanticweb.org/SWWS/program/full/paper1.pdf
Grazie per l’attenzione
PROGETTAZIONE UML NELL’AMBITO DEL SEMANTIC WEB
Patrizia PonchiroliPro
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La tesi è consultabile e scaricabile dal sitowww.dbgroup.it