les ontologies 2014_2015

Les Ontologies ou

comment donner du sens

aux données

S. Garlatti

Plan

Introduction

• Notion d’ontologie et de sens

• Rôle des Ontologies

• Historique

Ontologies

• Définitions

• Types d’ontologies

Différents types de systèmes

• Les logiques de description

Notion d’ontologie et de sens

Le concept de « Voie »


Définir une ontologie c’est

• Donner un sens unique à des concepts

- Pas de Polysémie

• Donc définir un « domaine » de sens particulier

- Les voies de communication, la médecine, les galaxies, les

arts martiaux, etc.

• Consensus dans une communauté de pratiques


Construire une Ontologie

• C’est représenter des connaissances

Connaissances ?????

Rôle des ontologies

Définir un vocabulaire commun et partagé par une

communauté de pratiques

• Avoir une compréhension commune

• Communiquer, échanger, etc.


Expliciter et formaliser des connaissances

• Donner un sens unique à des « entités du monde réel »


Donner du sens à des ressources

• Indexation de celles-ci, puis

• Recherche d’information (ressources)

• Réutilisation, partage et échange


Raisonnement / inférence

• Construire et découvrir de nouvelles

informations et/ou connaissances à partir

des ontologies et des ressources existantes

Historique

Les réseaux sémantiques

• Quillian (1968)

- Un mécanisme général d'association pour représenter le

sens des mots

- Ensemble de nœuds et d‘associations représentés par des

liens.

- Un réseau sémantique forme un graphe orienté dont les

nœuds et les arcs sont étiquetés

- Un graphe d'héritage, structuré au moyen d'une relation de

généralisation / spécialisation qui relie entre eux des objets

"sémantiquement proches"

Historique

Historique

Puis différentes interprétations de cette notion

• Les Frames: M. Minsky [75] a proposé un autre modèle

appelé "frames". Ces "frames" sont des granules de

connaissances plus importantes que les nœuds d'un

réseau sémantique

• Les Logiques de Description: Brachman et Schmolze [77]

ont proposé un autre modèle à mi-chemin entre les

réseaux sémantiques et les Frames de Minsky dont le

premier représentant s'appelle KL-ONE

• Les Graphes Conceptuels: Sowa [84]

• Les Frames-Logic Kifer [95]

Historique

Points communs

• Réification des entités du « monde réel » sous forme

- D’objets : des classes ou des individus

- Ou de propriétés

• Un objet est défini par une conjonction de propriétés qui

peuvent être des couples attributs / valeurs ou des

relations entre objets

• Organisation des classes :

- Un graphe orienté sans circuit, dont un graphe d’héritage

muni d’une relation « SubClassOf »

Historique

Points Communs

• Graphe d'héritage, par des liens « SubClassOf » qui

déterminent

- Une relation de généralisation/spécialisation entre les classes et une

relation d’instanciation « Member-of » entre individus et classes.

• Une classe déclare les propriétés qui lui sont spécifiques

• Toute propriété non présente dans un objet peut être héritée

des classes plus générales (mécanisme d'héritage)

• Héritage simple ou multiple

Historique

Points Communs

• Soit G = (X,H) le graphe d'héritage avec X l'ensemble

des objets,

- X = Y Z avec Y l'ensemble des « classes » et Z l'ensemble

des « individus »,

- Ce graphe G possède toujours une racine unique et défini un

ordre partiel sur X

- H l'ensemble des arcs, avec H l'ordre induit par le graphe G

et

- x, y X tels que x ≤H y alors y est un ancêtre de x et x est

un descendant de y.

Historique

Définitions d’une classe

• Définition en extension

- L'extension propre d'une classe est définie par un ensemble

d'individus

- L'extension au sens large d'une classe est définie par un

ensemble d’individus et les classes plus spécifiques

• Définition en intension ou compréhension

- Une classe est définie en intension par l'ensemble des

propriétés qu’elle possède ou qu’elle hérite

Historique

Rapports entre Extension et Intension

• Soient Extp(x) l'extension propre de l'objet x et Ext(x)

l'extension au sens large de l'objet x, alors

x, y Y tels que x H y Ext(x) Ext(y)

y Y et z Z, tels que z H y z Extp(y)

• Soient z un objet, Int(x) l'intension de x ou ensemble de

propriétés définissant x, c'est-à-dire celles déclarées dans z et

celles héritées de ces ancêtres, alors

x, y Y tels que x H y Int(y) Int(x)

Historique

Deux types de classes

• Celles définies en Condition Nécessaires et Suffisantes

• Celles définies comme des Prototypes

- Théorie du prototype de E. Rosch

Historique

Mécanismes d’inférence

• L'héritage : c'est un mécanisme de partage de propriétés

entre des entités structurées dans une hiérarchie qui

induit un raisonnement monotone ou non monotone selon

les systèmes.

Historique


• Le filtrage : recherche d’un ensemble d'objets qui

satisfont à certains critères donnés.

- Le filtrage est souvent fondé sur une logique à trois valeurs,

vrai, faux, et inconnu (en monde ouvert)

– Un objet ne vérifiant pas les conditions du filtre n'est pas rejeté

s'il n’est pas contradictoire avec le filtre

– Objets répartis en trois classes sûrs, possibles et impossibles

Historique


• La classification: la classification est l'opération qui

permet de placer un objet x dans un graphe d'héritage.

Deux cas sont à considérer :

– L’individu

– La classe

Ontologie

« Naissances des Ontologies »

• Début années 90

• Méthodologies d’acquisition des connaissances

• Séparer les différentes catégories de connaissances et

les raisonnements associés pour

- Construire mieux, plus rapidement, plus facilement,

- Réutiliser et partager les connaissances acquises

- Maintenir plus facilement ces dernières

Ontologie

Les concepts et les propriétés d’un domaine

hiérarchiquement organisés sont regroupés dans une

entité appelée

« Ontologie »

Pas d’individus !!!!!

Une fois construite et acceptée par une communauté

particulière, une ontologie doit traduire un consensus

explicite et un certain niveau de partage par les

membres de la communauté.

Ontologie

Philosophie : ARISTOTE a défini l’Ontologie comme la science

de l’Être

Définition (Petit Robert) : la partie de la métaphysique qui

s’intéresse à l’Être en tant qu’Etre

Ontologie

• Est habituellement comprise comme une science des étants

plutôt que comme une science de l’Être en tant qu’Être

- C’est-à-dire qu’elle s’intéresse davantage à ce qui existe (les étants

ou existants) qu’aux principes de ce qui existe (l’Être)

« Ontologie » sera utilisé dans le contexte de

l’Ingénierie des connaissances, de l’intelligence

artificielle ou du Web sémantique

•

Ontologie

Définition 1 (Gruber 1993)

• “An ontology is a formal, explicit specification of a shared

conceptualization of a domain of interest”.

- Conceptualisation : les objets, les concepts et autres entités

qui sont supposés exister dans un domaine particulier et les

relations qu’ils entretiennent entre eux.

N. Guarino et P. Giaretta

• L’ontologie comme un système conceptuel informel,

• L’ontologie comme la représentation d’un système conceptuelvia une théorie logique et son vocabulaire.

Définitions

Gruber et M. Uschold et al.

• Ontologie (déf. 2) : Une ontologie implique ou comprend une certaine vue du monde par rapport à un domaine donné.

- Cette vue est souvent conçue comme un ensemble de concepts, leurs définitions et leurs interrelations.

- On appelle cela une conceptualisation.

• Une ontologie peut prendre différentes formes mais elle inclura nécessairement un vocabulaire de termes et une spécification de leur signification.

• Une ontologie est une spécification rendant partiellement compte d’une conceptualisation.

Définitions

Une structure d’ontologie est un quintuplet O := {C, R, HC, rel, AO}

• C et R : ensembles disjoints des concepts et des relations

• HC hiérarchie (taxonomie) de concepts : HC C x C , HC(C1, C2) signifie que C1 est un sous-concept de C2 (relation orientée)

• Rel : relation rel: R C x C (définit des relations sémantiques non

taxonomiques) avec 2 fonctions associées

- dom : R C avec dom(R):= 1(rel(R))

- range : R C avec range(R):= 2(rel(R)) co-domaine

- rel(R) = (C1,C2) s’écrit aussi R(C1,C2)

• Ontologie abstraite

Définitions

Le lexique d’une structure d’ontologie O:= {C, R, HC, rel, AO}

est un quadruplet L:= {LC, LR, F, G}

• LC et LR : ensembles disjoints des entrées lexicales des concepts et

des relations

• F, G : deux relations appelées références F LC (pour les concepts),

G LR x R (pour les relations),

- Pour L LC : F(L) = {C C / (L,C) F}

- F-1 (L) = {L L / (L,C) F}

• Idem pour G et G-1

Ontologie concrète : couple (O, L)

Définitions

Structure d’une base de connaissances : quadruplet KB:= {O, I, inst, instr}

• O:= {C, R, HC, rel, AO} est une ontologie

• I est un ensemble d’individus

• inst : C-> 2I Fonction d’instanciation de concept

• Instr : R -> 2IxI Fonction d’instanciation de relation

Lexique d’une base de connaissances LKB := (LI,J)

personne

entrepriseemployé Travaille-pour

Dupont SNCFTravaille-pour

ontologie

BC

Source: N. Aussenac

Définitions

Ontologie : Ensemble des objets reconnus comme

existant dans le domaine

• Construire une ontologie c’est aussi décider de la

manière d’être et d’exister des objets.

• Modèles des connaissances d’un domaine qui sont

pertinentes pour une application, une tâche donnée

• Conceptualisation en classes génériques, relations et

règles

Définitions

Contraintes qui s’imposent au concepteur d’ontologies

• Une ontologie est bien une conceptualisation, entendons par là

que l’on y définit des concepts

- Utilisée dans un artefact informatique dont on veut spécifier le

comportement,

- L’ontologie est une théorie logique pour laquelle on précisera le

vocabulaire manipulé

- La conceptualisation étant spécifiée parfois de manière très précise,

une théorie logique ne peut pas toujours en rendre compte de façon

exacte : elle ne peut assumer la richesse interprétative du domaine

conceptualisé dans une ontologie et ne le fait donc que

partiellement.

Types d’ontologies

Que représente une ontologie ?

• Le type d’ontologie

- L’ontologie de domaine

- L’ontologie d’une méthode de résolution de problème, le rôle de

chaque concept dans le raisonnement est rendu explicite

- L’ontologie des utilisateurs, de l’entreprise

• Les propriétés

- Non seulement le repérage et la classification des concepts mais

aussi les caractéristiques qui leur sont attachées.

• Les relations, autres que héritage : spatiale, temporelle,

composition, etc.


Ontologies d’application double spécialisation : d’une

ontologie du domaine et d’une ontologie de méthode

Ontologie formelle étude approfondie et raisonnée de la

manière d’organiser des concepts fondamentaux - le

temps, les relations partie-tout, la causalité, …

Ontologies de résolution de problème (de méthode) ex :

ontologies de tâche, ONTOLINGUA

Ontologies du domaine ex : Ménélas

Ontologies » génériques ex : Wordnet, Bateman, CYC

Ontologies de représentation ex : la «frame ontology»

d’ONTOLINGUA


Ontologies développées dans un contexteinformatique

• Le but final est de spécifier un artefact informatique

L’ontologie devient alors un modèle des entités existantesqui y fait référence à travers des concepts du domaine.

L’ontologie devra ensuite être opérationnalisée, c’est-à-direcodée dans un langage opérationnel, exécutable par unemachine.


Rôles des ontologies dans le SW

- Définir de manière déclarative un vocabulaire commun

résultat d’un consensus social dans un domaine donné

– Chaque élément de vocabulaire possède une

interprétation unique partagée par tous les membres du

domaine

- Décrire la sémantique des termes et leurs relations

– L’interprétation de chaque terme est unique. Elle est

fournie par une sémantique formelle.

– L’ensemble des termes et leurs relations fournissent un

cadre interprétatif dépourvu d’ambiguïté pour chaque

terme.

- Fournir des mécanismes d’inférence qui respectent la

sémantique formelle.


Dépots

- http://www.bioontology.org/

- http://ontology.buffalo.edu/

- http://protegewiki.stanford.edu/wiki/Protege_Ontology_Library#OWL

_ontologies

- http://swl.slis.indiana.edu/repository/index.html

- http://schemapedia.com/

- http://owl.cs.manchester.ac.uk/repository/

- http://pronto.metadata.net/related

- http://onki.fi/

- http://www.daml.org/ontologies/

- http://owl.cs.manchester.ac.uk/ontologies/repositories/

-

http://www.bioontology.org/

http://ontology.buffalo.edu/

http://protegewiki.stanford.edu/wiki/Protege_Ontology_Library#OWL_ontologies

http://swl.slis.indiana.edu/repository/index.html

http://schemapedia.com/

http://owl.cs.manchester.ac.uk/repository/

http://pronto.metadata.net/related

http://onki.fi/

http://www.daml.org/ontologies/

http://owl.cs.manchester.ac.uk/ontologies/repositories/

Différents types de systèmes

Logique de Description

• CNS, héritage multiple sans conflit, subsomption

Graphes Conceptuels

• CNS, héritage multiple sans conflit, {objet = sous-

graphe}, treillis, appariement de graphes

Frames-Logic

• CNS, héritage multiple sans conflit, + Prolog

Les Logiques de Description

Une logique description fournit

• Des concepts : classes

• Des rôles : propriétés

• Des opérations (and, or, not, some, all, atleast, atmost…)

sur ces éléments primitifs du langage

• Un mécanisme de classification fondé sur la relation de

subsumption entre concepts ou rôles

- Induit généralement un graphe orienté sans circuit entre les

concepts et entre les rôles


Deux types de concepts

• Primitifs : sont des définitions incomplètes des concepts

– Conditions Nécessaires mais non suffisantes pour

décider de l’appartenance

• Définis : sont des définitions complètes des concepts

en Condition Nécessaire et Suffisante (CNS)

La classification ne peut opérer que sur des concepts

définis


Mécanismes d’inférences

• La subsomption

A subsume B si et seulement si pour chaque modèle <D,

x>, x [A] x [B]. La classification est le processus qui

identifie toutes les subsomptions appropriées parmi un

ensemble donné de termes.

• L'héritage

l'héritage est le processus d'identification des conditions

qui s'appliquent à un concept en fonction de ses

subsumants.


Mécanismes d’inférences

• La complétion

c'est le processus qui identifie et enregistre toutes les

conditions qui s'appliquent à un concept, c'est-à-dire

toutes celles dues à l'héritage,

• La cohérence

un terme est cohérent si et seulement s'il y a un

modèle dans le lequel la dénotation du terme est non

vide. En d'autres mots, A est cohérent seulement s'il

existe un modèle

<D, x> tel que x [A] .

les ontologies 2014_2015

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