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G-OWL
Vers un langage de modélisation graphique, polymorphique et typé pour la construction d’une ontologie dans la notation OWL
Michel Héon PhD, Roger Nkambou PhD
Cotechnoe, Montréal, Canada, www.cotechnoe.comUniversité du Québec à Montréal, Montréal, Canada
Télé-Université du Québec, Montréal, Canada
Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances – Lillehttp://pfia2013.univ-lille1.fr/doku.php?id=fr:ic
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Contexte
• Cotechnoe (Gestion et transfert des connaissances)Minimiser l’espace entre la connaissance tacite de l’expert de contenu et son explicitation en ontologie formelle
• GDAC-UQAM (Gestion, Diffusion et Acquisition de connaissances)Représenter le contenu d’une ontologie dans la perspective de l’enseignement de la logique et des processus de raisonnement
• TELUQ (Télé-Université du Québec)Langage de représentation de contenu qui s’assimile au processus d’ingénierie pédagogique pour représenter la connaissance d’une discipline scientifique
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Le besoin en amont de cette recherche
• Est-ce possible de concevoir un langage ontologique qui soit:– plus simple d’usage que le OWL (Web Ontology
Language)– qui permettrait de construire l’ontologie en mode
graphique– avec un vocabulaire, une syntaxe et une
grammaire simplifiés en comparaison avec le OWL– dont la résultante est une ontologie dans la
notation OWL
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Structure de la présentation
• Introduction– Contexte de l’ingénierie des connaissances– Hypothèse
• Spécification de G-OWL– Le vocabulaire
• Entités, relations et grammaire
– Table de désambiguïsation
• Test d’expressivité – Classe et propriété– Restriction– Équivalence et différence
• Résultat– Comparer une ontologie partielle entre G-OWL et son graphe
• Changement de niveau d’abstraction• Représentation de la restriction• Relation ontologique et relation de domaine
• Conclusion
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Quelques langages graphiques semi-formels de représentation des connaissances
Modèle parobjets typés
Connaissances
Liens
ApplicationA
« s'applique à »
Intrant-produitI/P
« est-intrant-à ou produit »
PrécédenceP
« précède »
InstanciationI
« a-pour-instance »
SpécialisationS
« est-sorte-de »
Régulation R
« régit »
CompositionC
« est-composé-de »
Origine
Destination
RelationsS
S
C
CC
CC
Faits HabiletésConnaissances
abstraites
Exemple
Trace
Énoncé Principe
Procédure
Concept
Règles quant à l'origine et à la destination
des liens
Règles quant aux cycles et à la multiplicité
des liens
R R
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
Expression
Symbole
Nom
C
C
C
Figure
Nom CC
S
MindMap Tony Buzan. (Tirée de Okada et al, 2008, p. xi)
Concept map - Joseph Novak . (Tirée d'Okada et al, 2008, p.xi)
Thinking Maps. (Tirée de Hyerle 2008, p. 50)
Modélisation par Objets Typés(Tirée de Paquette 2002, p. 73)
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
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Proposition de représentation graphique d’une ontologie (langage formel)
Graphe conceptuel de Sowa(Tirée de Rhem 2006, p. 181)
Ontology Definition Metamodel (ODM)(Tirée de OMG-ODM standard)
EODM, Eclipse-ODM Projet Eclipse de transformation de modèle EMF en ontologie OWL et son implémentation IODT par IBM(Projet fermé depuis 2009)
NeOn project http://www.neon-project.orgF-logic modeling
GrapheProtégé – Topbraid composer
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
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Caractéristiques des langages de RC en fonction du degré de formalisme
• Langage non-formel– souvent graphique– les symboles sont polysémiques (nombre fini indéterminé de
signifiants par symbole)– petit nombre de symboles (évite la surcharge cognitive)– grammaire simple d’usage– non traitable par des systèmes de traitement automatique de la
connaissance
• Langage formel– souvent textuel (sauf exception (ex.: GC Sowa, ODM, UML…))– un seul signifiant par symbole (non polysémique)– grand nombre de symboles et la grammaire est souvent complexe,
voire implicite…– Traitable par des logiciels
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
8Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Dans le contexte de l’ingénierie des connaissances
• Nécessité– représenter la connaissance métier par l’usage d’un
langage de représentation des connaissances
• Besoins de l’IC face au langage– pour l’expert de contenu, le langage doit:
• Expressif (expression de connaissances: déclarative, procédurale, stratégique, floue, modale, etc)
• Simple d’usage• Stimuler la créativité
– pour le cogniticien, le langage doit être:• Formel (sans ambiguïté)• Interopérable (compréhensible par l’humain et les logiciels
informatiques)
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
9Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Hypothèse
• Considération– Les langages graphiques sont employés pour leur simplicité d’usage – Il existe une relation directe entre la simplicité d’usage et le nombre de
symboles qu’il contient– Il existe une relation directe entre la créativité suscitée par un langage et sa
simplicité d’usage– La polysémie (la surcharge sémantique) est employée pour minimiser le
nombre de symboles, mais elle augmente l’ambiguïté d’interprétation– Un langage est dit de degré formel, si le processus de désambiguïsation du
modèle est exécuté indépendamment de la sémantique du domaine
• ÉnoncéIl est possible de construire un langage ontologique qui soit:
• Graphique• Dont la résultante est un document OWL• Polysémique• De degré formel
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
10Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Stratégies employées
• La polysémie permet de diminuer le nombre de symboles
• le polymorphisme permet de désambiguïser une polysémie en fonction de la topologie d’utilisation des symboles
• la typologie permet de désambiguïser une polysémie en préassignant un type au symbole
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
11Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Structure de la présentation
• Introduction– Contexte de l’ingénierie des connaissances– Hypothèse
• Spécification de G-OWL– Le vocabulaire
• Entités, relations et grammaire
– Table de désambiguïsation
• Test d’expressivité – Classe et propriété– Restriction– Équivalence et différence
• Résultat– Comparer une ontologie partielle entre G-OWL et son graphe
• Changement de niveau d’abstraction• Représentation de la restriction• Relation ontologique et relation de domaine
• Conclusion
12Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Type d’entités
Alphabet graphique Signification
Concept Le rectangle est utilisé pour représenter un Concept qui désigne le « quoi » des choses
Restriction Le rectangle conteneur est utilisé pour représenter une Restriction universelle, existentielle ou de valeur, et la cardinalité associée à une propriété.
Collection Le rectangle conteneur est aussi utilisé pour représenter une collection
Attribut L’hexagone est utilisé pour représenter un attribut qui définit la propriété entre des concepts.
VocabulaireAlphabet des entités (1/2)
Quatre graphies pour représenter les abstractions du domaine du discours
« Espace de nom »Nom du concept
Type de restriction
Concept, Fait, Valeur C1 Attribut P1
« Espace de nom »Nom de la restriction
Type de collection
Concept, Fait ou Restriction
C1Cn...
« Espace de nom »Nom de la collection
« Espace de nom »Nom de l’attribut
(Type d’attribut)
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
13Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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VocabulaireAlphabet des entités (2/2)
Deux graphies pour représenter les faits du domaine du discoursType d’entités
Alphabet graphique Signification
Fait Le rectangle pointillé est utilisé pour représenter un fait, un objet observable, un individu OWL
Donnée Le rectangle pointillé est aussi utilisé pour représenter une donnée de type entier, réel, caractères, etc.
« Espace de nom »Nom du fait
Valeur(Type de donnée)
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
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Type de relation/Alphabet graphique
Signification
gowl:LienS--- S -->
Le lien de Spécialisation associe deux connaissances de niveau abstrait de même type dont le premier est une spécialisation de la seconde.
gowl:LienDS (LienS doublement orienté)<-- S -->
Le lien de Synonymie associe deux connaissances de niveau abstrait de même type ou deux faits. Elle indique que la première connaissance est l’équivalent (ou le synonyme) de la seconde.
gowl:LienA--- A -->
Le lien d’Attribution associe un attribut à un concept, une restriction ou une collection afin de préciser l’image ou le domaine d’une propriété.
gowl:LienNT--- nom d’un Attribut ->
Le lien NonTypé est utilisé pour associer un prédicat entre un fait et une connaissance de niveau conceptuel. Le nom du prédicat est associé à un attribut existant par le nomDunAttribut.
gowl:LienI--- I -->
Le lien d‘Instanciation associe un concept à un fait qui caractérise une instance de cette connaissance.
gowl:LienD---D-->
Le lien de Différence est utilisé pour indiquer la disjonction entre deux connaissances déclaratives abstraites. Il est aussi utilisé pour différencier deux faits.
VocabulaireAlphabet des relations
Les relations typés représentent les prédicats du langage OWL
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
15Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Synthèse de la grammaire
Destination Concept Attribut Fait Restriction CollectionSourceConcept S, DS, I, D A I S, DS, D S, DS, DAttribut A S, DS, -1 A AFait NT Restriction S, DS A I Collection S, DS A I
• Exemples d’interprétation du tableau des règles:– Un lien A, a pour origine un Attribut et pour
destination un Concept– Un Concept est lié à un autre Concept par un lien
S, un lien DS, un lien I ou un lien D
L’usage des symboles est régi par ces règles grammaticales
16Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Extrait de la table de désambiguïsation de la polysémie de G-OWL
Alphabet polymorphique de G-OWL
Polysémie dans la notation OWL
Désambiguïsation symbolique
gowl:Concept owl:Class gowl:Attribut owl:DatatypeProperty
owl:ObjectPropertyowl:TransitivePropertyowl:SymetricPropertyowl:FunctionalPropertyowl:InverseFunctional
si le codomaine est une donnéesi le codomaine est un faitTSFI
gowl:Collection owl:intersectionOfowl:unionOfowl:oneOfowl:DataRangeowl:complementOfowl:distinctMembersowl:AllDifferent
[][]
gowl:LienS rdfs:subClassOfrdfs:subPropertyOf
si le lien est entre deux conceptssi le lien est entre deux propriétés
gowl:LienDS owl:equivalentClassowl:equivalentPropertyowl:sameAs
Si le lien est entre deux attributsSi le lien est entre deux attributsSi le lien est entre deux faits
gowl:LienA rdfs:domain rdfs:range
Si la source du lien est concept et que sa destination est un attributSi la source du lien est attribut et que sa destination est un concept
Pour chaque symbole
Il existe un nombre limité et fini de significations
(la polysémie)
Dont la polysémie polymorphique sera
désambiguïsée par une règle
Et la polysémie typologique sera désambiguïsée par l’interprétation du type
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
17Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Structure de la présentation
• Introduction– Contexte de l’ingénierie des connaissances– Hypothèse
• Spécification de G-OWL– Le vocabulaire
• Entités, relations et grammaire
– Table de désambiguïsation
• Test d’expressivité – Classe et propriété– Restriction– Équivalence et différence
• Résultat– Comparer une ontologie partielle entre G-OWL et son graphe
• Changement de niveau d’abstraction• Représentation de la restriction• Relation ontologique et relation de domaine
• Conclusion
18Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Test d’expressivité
• Le but est de démontrer qu’il est possible de décrire l’ensemble des éléments d’expressivité soutenu par le OWL.
• Pour ce faire, la section est structurée selon la classification des constructeurs telle que présentée par McGuinness (2004) et Yu (2011) en utilisant l’ontologie Wine.owl (Deborah L. McGuinness et al., 2004)
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
19Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Classe et propriété
WinGrape est une sorte de Grape du domaine food.
Le CabernetSauvignonGrape est un WineGrape
WineColor est une sorte de WineDescriptor
la propriété hasColor est une sorte de propriété hasWineDescriptor
Wine hasWineDescriptor WineDescriptor
Wine hasColor WineColor
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
20Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Classe et propriété
WinGrape est une sorte de Grape du domaine food.
Le CabernetSauvignonGrape est un WineGrape
WineColor est une sorte de WineDescriptorla propriété hasColor est une sorte de propriété hasWineDescriptor
Wine hasWineDescriptor WineDescriptorWine hasColor WineColor
Polymorphisme du lienS
Polymorphisme du lienA
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
21Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Restriction
Wine est une sorte de PortableLiquid
Pour tous () les Wine, s’ils sont associés à un producteur (hasMaker) alors chaque producteur est une sorte d’Etablissement Vinicole (Winery)
Pour tous les Wine; il existe () au moins un producteur (hasMaker) qui est une sorte d’Etablissement Vinicole (Winery)
Conteneur existentiel
Condition nécessaire et suffisante
Conteneur universelCondition nécessaire
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
22Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Équivalence et différence
Polymorphisme de l’équivalence
Différence entre des concepts
entre des propriétésentre des individusentre des conceptsentre un concept et une restriction
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
23Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Structure de la présentation
• Introduction– Contexte de l’ingénierie des connaissances– Hypothèse
• Spécification de G-OWL– Le vocabulaire
• Entités, relations et grammaire
– Table de désambiguïsation
• Test d’expressivité – Classe et propriété– Restriction– Équivalence et différence
• Résultat– Comparer une ontologie partielle entre G-OWL et son graphe
• Changement de niveau d’abstraction• Représentation de la restriction• Relation ontologique et relation de domaine
• Conclusion
24Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Résultat
• On analyse l’usage de G-OWL en comparaison avec la représentation en graphe d’une partie de l’ontologie wine.owl soit, l’ontologie partielle du « SauterneChâteauDYquem »
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
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Changement de niveau d’abstraction(Ontologie partielle du Sauterne Château d’Yquem en représentation graphe et G-OWL)
Le Château d’Ychem Sauternes est un vin de Sauternes
SauterneChâteauDYquem en G-OWL SauterneChâteauDYquem en graphe
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
26Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Représentation de la restriction(Ontologie partielle du Sauterne Château d’Yquem en représentation graphe et G-OWL)
Les Sauternes sont des vins de couleur blancs
Représenter la classeReprésenter la restriction
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
Représentation non associée au
domaine
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Collection et énumération
• La collection est utilisée pour agglomérer un ensemble fini de concepts, de restrictions ou encore un ensemble de faits
ÉnumérationRegrouper des individusDistinguer des individus
Collection
Conjonction de conceptsDisjonction entre un
concept et une restriction
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
28Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Polymorphisme et type(Ontologie partielle du Sauterne Château d’Yquem en représentation graphe et G-OWL)
La propriété hasColor a pour domaine wine et co-domaine WineColor
Polymorphisme
La propriété hasColor est de type Objet et Fonctionnel
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
29Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Relation ontologique et relation de domaine(Ontologie partielle du Sauterne Château d’Yquem en représentation graphe et G-OWL)
sujet
La typologie permet la distinction claire entre une relation ontologique (relation typée) et une relation du domaine
Le Sauterne Château d’Yquem est de couleur blancprédicat objet
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
Soit l’énoncé:
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Bilan
• Pour représenter l’énoncé « un Château d’Yquem Sauternes est un vin blanc de Sauternes », il faut:
Critère de comparaison Graphe G-OWL
Nombre de sorte d’entités 6 5
Nombre de sorte de relations 8 3
Nombre total d’entités 13 9
Nombre total de relations 13 5
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
31Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Structure de la présentation
• Introduction– Contexte de l’ingénierie des connaissances– Hypothèse
• Spécification de G-OWL– Le vocabulaire
• Entités, relations et grammaire
– Table de désambiguïsation
• Test d’expressivité – Classe et propriété– Restriction– Équivalence et différence
• Résultat– Comparer une ontologie partielle entre G-OWL et son graphe
• Changement de niveau d’abstraction• Représentation de la restriction• Relation ontologique et relation de domaine
• Conclusion
32Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Bilan
Bien qu’une évaluation terrain, avec des utilisateurs métiers, n’est pas été encore été réalisée, nous pouvons tout de même affirmer que:• La spécification de G-OWL couvre l’ensemble du vocabulaire de
OWL• Le test d’expressivité démontre que G-OWL permet de construire
une ontologie graphique tout en préservant l’expressivité de OWL• Les résultats d’applications sur l’ontologie
ChateauDYquemSauternes tendent fortement à démontrer que l’usage de G-OWL est plus simple que l’usage de graphe OWL
• Malgré la polysémie des symboles de G-OWL, le polymorphisme et le typage de ses symboles sont des mécanismes permettant la désambiguïsation du modèle vers une ontologie OWL formelle
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
33Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille
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Il reste cependant à:
• implanter G-OWL dans un éditeur• valider l’usage avec des utilisateurs non
spécialistes des ontologies pour évaluer:– le temps nécessaire à l’apprentissage– l’ergonomie du langage en tant qu’outil
d’expression de la connaissance
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
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Perspective
• En gestion des connaissances, réduire le temps de passage entre la connaissance tacite de l’expert et son explicitation en connaissances formelles
• En ingénierie des connaissances: offrir un outil de modélisation de la connaissance graphique et ontologique aux experts de contenu
• En informatique du web: offrir a l’informaticien un outil graphique de construction d’une base de connaissances (par ex.: pour l’ontologie d’un Wiki sémantique)
• À l’utilisateur intéressé: un outil de représentation graphique du contenu, total ou partiel, d’une ontologie dans la notation OWL
• G-OWL est présentement en attente de financement pour son implantation et validation
Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
G-OWL :Vers un langage de modélisation graphique, polymorphique et typé pour la construction d’une ontologie dans la notation OWL
Merci !
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