G-OWL : Vers un langage de modélisation graphique, polymorphique et typé pour la construction...

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

http://www.cotechnoe.com/

http://pfia2013.univ-lille1.fr/doku.php?id=fr:ic


2Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances - Lille

Michel Héon, Roger Nkambou

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



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



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



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



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


http://www.neon-project.org/

http://www.neon-project.org/



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




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)




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




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












• Conclusion



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)




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)




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




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



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












• Conclusion



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)




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




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




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




Équivalence et différence

Polymorphisme de l’équivalence

Différence entre des concepts

entre des propriétésentre des individusentre des conceptsentre un concept et une restriction












• Conclusion



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 »




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




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


Représentation non associée au

domaine



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




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




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


Soit l’énoncé:



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












• Conclusion



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




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




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


G-OWL :Vers un langage de modélisation graphique, polymorphique et typé pour la construction d’une ontologie dans la notation OWL

Merci !

Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013Ingénierie des connaissances – Lillehttp://pfia2013.univ-lille1.fr/doku.php?id=fr:ic

Michel Héon PhD, Roger Nkambou PhD

Cotechnoe, Montréal, Canada, www.cotechnoe.comUniversité du Québec à Montréal, Montréal, Canada

Télé-Université du Québec, Montréal, Canada



http://www.cotechnoe.com/

G-OWL : Vers un langage de modélisation graphique, polymorphique et typé pour la construction...

Technology

Transcript of G-OWL : Vers un langage de modélisation graphique, polymorphique et typé pour la construction...