ontologías y agentes curso de doctorado “sistemas de información distribuidos” curso 2006-2007
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Ontologías y Agentes Curso de doctorado “Sistemas de Información Distribuidos” Curso 2006-2007. Eduardo Mena http://www.cps.unizar.es/ ~ mena/ Dpto. de Informática e Ingeniería de Sistemas Universidad de Zaragoza. Grupo de Sistemas de Información Distribuidos (SID). - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Ontologías y Agentes
Curso de doctorado “Sistemas de Información Distribuidos”
Curso 2006-2007
Eduardo Menahttp://www.cps.unizar.es/~mena/
Dpto. de Informática e Ingeniería de Sistemas
Universidad de Zaragoza
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Grupo de Sistemas de Información Distribuidos (SID)
• Desarrollo de proyectos I+D en el área de gestión de datos– Bases de datos distribuidas y heterogéneas– Sistemas de información globales, Web Semántica– Servicios de datos en entornos móviles
• Contacto: Eduardo Mena ([email protected])– http://sid.cps.unizar.es/– En cooperación con el Grupo de Bases de Datos
Interoperantes (BDI), Universidad del País Vasco, http://siul02.si.ehu.es/
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Áreas de Aplicación (1/2)
• Bases de datos distribuidas y federadas
• Sistemas de información globales, Web semántica
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Áreas de Aplicación (2/2)
• Servicios de datos en entornos móviles
• Sistemas de agentes inteligentes (móviles)
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Índice (1/2)
• Ontologías– Representación del conocimiento
• Descripciones semánticas• Lenguajes de representación del conocimiento
– Sistemas Terminológicos• Lógica de descripciones• Ejemplos de sistemas
– Aplicación de las ontologías• Bases de datos federadas• Sistemas de información globales• Sistemas de agentes inteligentes
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Índice (2/2)
• Sistemas de agentes inteligentes– Agentes inteligentes
• Características
• Agentes móviles
– Aplicación de los agentes a sistemas de información
• A nivel de diseño
• A nivel de comunicaciones remotas
• Ejemplos de sistemas basados en agentes
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Ontologías
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
¿De qué hablaremos?
• Ontologías: desde la IA y BD• Definiciones y estado del arte• Reglas prácticas para la creación de
ontologías• Ejemplos de aplicación de las ontologías
– Distintos campos de aplicación– Distintos sistemas
• Uso de ontologías: Problemas principales
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Datos, Metadatos, Conocimiento
• Datos– (BD) Hechos, estado de las cosas
• Metadatos– Datos sobre los datos
• Información– Datos + semántica
• Conocimiento– (Epistemología, Chisholm 1977)
• C sabe k k es cierto C acepta k k es evidente para C
– (IA) Permite comportamiento inteligente
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También es: Conocimiento Descripciones semánticas Metainformación
¿ Base de conocimientos ? ¿ Taxonomía ? ¿ Jerarquía de clases ?
Sistema de gestión del conocimiento
Representación ¿ Expresividad ? ¿ Lenguaje interrogación ? ¿ Capacidades Deductivas ?
“Especificación de una conceptualización”
(T. Gruber)
¿Qué es una ontología?
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Ventajas
Depende del contexto, en sistemas de información: Mejor consultar una ontología que los depósitos de
datos Visión homogénea de toda la información
(heterogénea) disponible Alto nivel semántico Conocimiento compartido
Metainformación sobre los datos Ej. Ontología biblioteca
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Biblio-Thing
Document
Book
Edited-Book
Technical-Report
Periodical-Publication
Journal
Magazine
Newspaper
Miscellaneous-Publication
Technical-Manual
Computer-Program
Multimedia-DocumentArtwork
Cartographic-Map
Thesis
Doctoral-Thesis
Master-Thesis
Proceedings
Conference Agent
PersonAuthor Organization
Publisher University
http://www-ksl.stanford.edu/knowledge-sharing/ontologies/html/bibliographic-data/http://www-ksl.stanford.edu/knowledge-sharing/ontologies/html/bibliographic-data/
Ejemplo: Stanford-I
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Print-Media
Press Publication Journalism
Newspaper MagazineBook
Periodical
Trade-Book Brochure TextBook
Reference-BookSongBook
PrayerBook
PictorialSeries
Journals
CookBook
Instruction-BookWordBook HandBook Directory Annual
Encyclopedia
Manual Bible GuideBook
Instructions Reference-Manual
http://www.cogsci.princeton.edu/~wn/w3wn.htmlhttp://www.cogsci.princeton.edu/~wn/w3wn.html
Ejemplo 2: subconjunto de WordNet 1.5
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Problemas con las Ontologías
Fuerte carga filosófica No olvidar contexto aplicación
Difícil definición/explotación Elegir bien el sistema de representación del conocimiento
Ingeniería del conocimiento, no automatizable Experiencia
Complejidad del sistema ¿Realmente necesitamos una ontología?
Tamaño (Ej: Cyc) Conocimiento distribuido: ontologías especializadas en
dominios
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Ontologías Distribuidas vs. Ontología Global
ontología
ontología
ontología
ontología
OntologíaGlobal
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Construcción de ontologías
Lenguaje (signos + semántica)
Términos (conceptos, atributos), relaciones, reglas, instancias
Representan un punto de vista/dominio
No hay lugar para la redundancia
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Sistemas de Representación del
conocimientoPermiten: Crear ontologías/bases de conocimiento
Y algunos: Manipular/interrogar ontologías
Incluso otros: Introducir/recuperar instancias (datos)
Lenguajes Ontolingua, KIF, KQML, DL, DAML,
OWL ¿Cuál necesitamos? ¿qué esperamos de
él? Expresividad Razonadores
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Lenguajes de Representación del Conocimiento
• RDF (Resource Description Framework):– XML, herencia de clases (RDF-class, RDF-property)– Expresividad similar a OO
• OIL (Ontology Inference Layer)– No XML, API basado en Lisp
• DAML (DARPA Agent Markup Language)– RDF+OIL, XML, lógica SHIQ (roles inversos, roles transitivos, cjtos.)– Pensado para Lógica Descriptiva (necesita un razonador)– DAML-S
• OWL (Ontology Web Language)– Pensado para la Web Semántica– Nivel Lite (similar RDF), DL (SHIQ), OWL full (autoextensible)– OWL-S– Estándar de W3C (Febrero 2004)
• OILed: editor de ontologías (RDF, DAML, OWL)
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Sistemas Basados en Lógica Descriptiva
(Sistemas Terminológicos)Distintas expresividades
Operadores muy expresivos: ALL, jerarquías de roles, roles inversos, roles transitivos, disjoint
Mundo abierto vs. mundo cerrado
Conceptos y rolesTérminos primitivos (cond. necesarias) y definidos (cond. necesarias y suficientes)SubsumisiónMecanismo de clasificación
detección de inconsistencias simplificación de expresiones
Tbox, AboxLas preguntas son expresiones (clasificables)
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Ejemplo 1: Familia.pl (BACK)
:- backinit,
backtell(personas:<anything),
backtell(conoce_a:<domain(personas) and range(personas)),
backtell(padre:<conoce_a),
backtell(conocidos:=trans(conoce_a)),
backtell(padre_conocidos:=conocidos.padre),
backtell(conocidos_lejanos:=conocidos and trans(padre)),
backtell(hijos:=inv(padre)).
extension :-
backtell(edu::personas and conoce_a:(josito and jonni) and padre:papaedu),
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Ejemplo 2: Proyectos.pl (1/2)
:- backinit, backstate(verbosity=silent), backtell(personas:<anything), backtell(nombre:<domain(personas) and range(string)), backtell(ocupacion:<domain(personas) and range(string)), backtell(jefes:=personas and ocupacion:'jefe'), backtell(proyectos:<anything), backtell(titulo:<domain(proyectos) and range(string)), backtell(miembros:<domain(proyectos) and range(personas)), backtell(superpro:=proyectos and atleast(3,miembros)), backtell(jefe:=miembros and range(jefes)).
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Ejemplo 2: Proyectos.pl (2/2)
extension :-
backtell(jonni::personas and nombre:jonni and ocupacion:currito),
backtell(josito::personas and nombre:josito and ocupacion:currito),
backtell(nestor::personas and nombre:nestor and ocupacion:especialista),
backtell(edu::personas and nombre:edu and ocupacion:jefe),
backtell(josemi::personas and nombre:josemi and ocupacion:encargado).
backtell(aims::proyectos and titulo:aims and
miembros:allknown(personas and nombre:(edu or josito or josemi))).
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Ejemplos de Sistemas Terminológicos
• Clásicos– CLASSIC, BACK, FaCT, Loom
• CICLOP– API en Java, poco expresivo
• Utilizados para la Web Semántica– CORBA-FaCT, RACER (servicio web)– Enlace con DAML y OWL
• Interoperabilidad– Acceso OWL a través de servicio Web– DIG (Description logic Implementation Group): interfaz
DL en XMLhttp://www.ida.liu.se/labs/iislab/people/patla/DL/index.html
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Algunos campos de aplicaciónde las ontologías
• Bases de datos federadas
• Sistemas de información globales
• Agentes inteligentes
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Problema
Telnet
IP WWW FTP
Archie
C C++ Java
Formularios
Interfaces ad hoc
Oracle Sybase
Informix
Semántica, formatos,
etc.
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Objetivo
SemánticaFormatos
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Bases de Datos Federadas (BDF)
• Esquema global (ontología) Datos• Bases de datos autónomas, diseño bottom-up• Enlace BDs – Ontología (GAV vs. LAV)
?
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
BDF: Arquitectura de 5 niveles
Esquema BD 1
Esq. Exportado 1
Esquema integrado (ont. integrada)
Esquema BD n
Esq. Exportado n
Vista 1 Vista m
Esq. Export. canónico n (ont2)Esq. Export. canónico 1 (ont1)
. . . . .
Traducción
Integración
. . . . .
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Sistemas de Información Globales
Muchos depósitos de datos (miles, millones)Gran heterogeneidad a todos los nivelesAltamente dinámico y cambianteUn ejemplo: La Web
Adaptación de las técnicas conocidas a dicho contextoAún es objeto de investigación
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Aproximaciones: clasificaciónSistemas de
Acceso a Información
Basados en Ontologías
Basados en palabras clave
Altavista,Yahoo!,Google
Basados en Agentes
TSIMMIS, DISCO
Una Ontología GlobalCarnot,
Information Manifold
Varias Ontologías
SIMS, InfoSleuth,
OBSERVER
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Aproximaciones relevantes
SIMS (Univ. de California del Sur, 1992)
TSIMMIS (Univ. de Stanford & IBM, 1993)
Information Manifold (AT&T Bell Lab., 1994)
OBSERVER (Univ. Pais Vasco & UGA, 1995)
InfoSleuth (MCC, 1996)
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Aproximaciones: Comparativa
Depósitos heterogéneos
Generación de wrappers
Capacidad de respuesta
Descr. semántica de datos
Interop. entre ontologías
Vocabulario compartido
Respuestas imprecisas
TSIMMIS
InfoSleuth
IM
OBSERVER
SIMS
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Ejemplo: El sistema OBSERVER
• Sistema de Información Global– gran numero de fuentes de datos (con cualquier
organización de datos)
– múltiples ontologías (indepen. del sistema DL)
– depósitos de datos y ontologías reales
• Interoperación entre ontologías (división del espacio de información)– relaciones semánticas interontología
– traducción de preguntas con o sin cambio de semántica
– estimación del cambio de semántica
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Arquitectura de OBSERVER
Ontology
Based
System
Enhanced with
Relationships for
Vocabulary
hEterogeneity
Resolution
Query Processor
Ontology Server
IRM
Relaciones Interontología
Ontology ServerOntology Server
Enlaces
EnlacesEnlacesEnlaces
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Si
Expansión incremental a otra ontología
Acceso a los datos
Construcción de la pregunta
Procesamiento de Preguntas (Query Processor)
Seleccionar Ontología Usuario
Editar pregunta
Acceder datos subyacentes
Correlacionar ymostrar respuesta
Seleccionar ontología destino
Integrar nueva ont. y ont. usuario
Elegir plan con menor pérdida
Generar Planes
Más datos?
Comienzo
FinalNo
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Multiples ontologías: Transformaciones de la
pregunta
Pregunta del usuario expresada en términos de la Ontología Usuario
Pregunta expresada en términos de la Ontología Destino
Pregunta expresada en Enlaces Respuesta expresada según la semántica de los depósitos
Respuesta expresada según la semántica de la Ontología Destino
Respuesta expresada según la semántica de la Ontología Usuario
Acceso a los datos subyacentes
Rel. del IRMF. Trans. Inv. del IRM
Traducción a EnlacesF. Trans. Inv. de enlaces
CorrelaciónF. Trans. de enlaces
CorrelaciónF. Trans. del IRM
Query Processor
Ontology Server
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
OBSERVER: aportaciones
• Uso de ontologías pre-existentes
Descripción de los depósitos de datos
• Manejo de relaciones interontología
Manejo de distintos vocabularios
• Procesamiento incremental
Acceso a gran número de depósitos
• Respuestas con pérdida de información
Estimación de la pérdida
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Pérdida semántica en respuestas
Respuesta relevante
Pérdida semántica
Pérdida en Precision
Pérdida en Recall
Respuesta obtenida
Respuesta relevante y obtenida
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
OBSERVER: limitaciones
• Especificación manual de conocimiento– Ontologías, relaciones interontología
– Información de enlace
• Enlaces estáticos (rel. interontología, inf. enlace)– Sensible a nuevas ontologías/depósitos de datos
• No relaciones entre los datos (constantes)– Ej. (tema=“Marte”) (tema=“sistema solar”)
• Selección manual de la ontología del usuario
• Pregunta formulada en DL– ¿palabras clave, lenguaje natural?
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Web Semántica
• Problemas con la Web actual– HTML
– Orientado a humanos
– Búsquedas sintácticas (palabras clave)
• Objetivos– Separar contenido de visualización
– Orientado a humanos y a programas (servicios)
– Búsquedas semánticas (expresar qué se está buscando)
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Web Semántica• Definición
– Proyecto W3C desde aprox. 1999– Nueva filosofía– Red de ordenadores Espacio compartido– Documentos autodescritos– Procesable por máquinas (ni lenguaje natural, ni GUIs)– Enlaces indirectos (independencia de la localización)
• Claves– XML– Ontologías– Servicios Web
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Niveles de la Web Semántica
• La arquitectura de la Web Semántica tiene tres capas: • De la mas baja a la más alta:
1. Resource Description Framework (RDF): permite afirmar hechos ej. La persona X se llama “Pepe".
2. RDF Schema: permite describir vocabularios y usarlos para describir cosas conceptosej. La persona X es una persona viva
3. Web Ontology Language (OWL): permite describir relaciones entre vocabularios ej. Las personas del esquema A son la misma cosa que los usuarios del esquema B.
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Arquitectura de la Web Semántica
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Sistemas de Agentes Inteligentes
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Agentes inteligentes
• Son programas:– Autónomos– Actúan en representación de alguien– Tienen una agenda de objetivos– “Inteligentes”, aprenden
• Pueden también ser:– Cooperativos– Móviles
• Nuevo paradigma de diseño de software
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Agentes móviles• Programa que se ejecuta en un cierto contexto de ejecución
o place, y viaja de place a place– Capaces de transportarse a sí mismos entre ordenadores– Necesita cierta infraestructura (plataforma de agentes)– Agentes móviles código móvil
• Alternativa a RPC
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Movilidad: cómo funciona
• Los agentes móviles se crean en places– Viajan entre places
• moveTo(newHost)– Se interrumpe la ejecución del thread– Se serializa el código y el estado del agente– El agente se reconstruye en el place destino– Se continúa la ejecución a partir de donde se
interrumpió
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Movilidad fuerte vs. Movilidad débil
• Movilidad fuerte– moveTo(newHost)
– En el destino se continúa con la siguiente instrucción
– La JVM no permite continuar a mitad de un método• Alternativa: cambiar la JVM incompatibilidad con otras JVM
• Movilidad débil– moveTo(newHost, callback)
– En el destino se continúa con el método callback• Se recomienda que el moveTo sea la última instr. del método
– Permitido por la JVM
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Control de los saltos
• Problemas con el moveTo (red, permisos, etc.)– excepción place origen (política de reintento)
• Notificación de movimiento (Ej: Voyager)– preDeparture()
• En el origen, antes de iniciar el viaje
– preArrival()• En el destino, antes de la reconstrucción
– postArrival()• En el destino, agente reconstruido correctamente, justo antes del
callback
– postDeparture()• En el origen, en paralelo con el callback del destino
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Utilizando agentes móviles
Robustez frente a desconexionesMejor diseño: delegación de tareasFacilidad de programación Plataformas de agentes
• Interoperabilidad• Fiabilidad• Escalabilidad
Eficiencia? RPC
0,1 M 0,2 M 0,45 M 1 M 2 M 4 M 8 M 16 M 33 M
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Plataformas de agentes móviles• Aglets
– Buen API para agentes móviles– JDK 1.1 código abierto Java 2
• Voyager– CORBA + mobilidad + activación + agentes– Problemas con los clones
• Grasshopper– Llamadas remotas (¿la mejor hasta ahora?)– Problemas de escalabilidad en el modelo de comunicación
• Tryllian– Miles de agentes (en la misma máquina)– Más lento
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Referencias
• S. Franklin et al, “Is it an Agent or just a Program?: a Taxonomy for Autonomous Agents”, 3rd Workshop on Agent Theories, Architectures and Languages, 1996
• C. Harrison et al, “Mobile Agents: Are They a good idea?”, research report IBM (desclasificado como confidencial en 1995)
• J. Altman et al, “Using Mobile Agents in Real World: A Survey and Evaluation of Agent Platforms”.
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Ejemplos de sistemasbasados en agentes
• Servicio de obtención de Software (SRS)
• Procesamiento de preguntas dependientes de la localización
• Generación adaptativa de interfaces gráficos
• Recopilación de citas bibliográficas
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Servicio de Obtención de Software
• Alternativa a sistemas tipo Tucows
• Uso de una ontología de software– Construida automáticamente
• Vista común al usuario del software disponible
• Sensible a las necesidades de distintos usuarios
• Tecnología de agentes: creación, explotación (gestión del conocimiento)
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Servicio de Obtención de Software
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Procesamiento de preguntas dependientes de la localización
• El usuario se mueve
• Los objetos relevantes se mueven
• Ej: “Muestrame los taxis más cercanos” (formulada mientras andamos por la ciudad)
• La pregunta depende de la posición de algunos objetos móviles
• La respuesta se debe actualizar periodicamente
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Despliegue de la red de agentes
BS2BS5
BS6
BS4 BS3
BS1
Monitor
BS0
(1)
(3)(3)
(2)
(2)
(3)
(3)
(3)
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Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Generación adaptativa de interfaces gráficos
• GUI’s distintos para dispositivos distintos
• Descripciones XML del GUI
• Prototipo: agente móvil que genera GUI’s Java Swing, HTML, y WML
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
GUIs en Java Swing, HTML y WML
Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Eduardo Mena
Recopilación de citas bibliográficas
SIUL02.SI.EHU.ES
SIPL17.SI.EHU.ES
VIERNES.CPS.UNIZAR.ESSISF00.SI.EHU.ES
BibTeX
BibTeX
BibTeX
San Sebastián
Zaragoza
BDpublications
ORDENADOR DEL USUARIO
Almagro
Voyager:9900
Voyager:9900
Voyager:9900
Navegador web
Apache Tomcat
Bib2DB
PostScript
ShowPubShowBibTeX
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Carta a los reyes
• Necesitamos herramientas para– Especificación formal de sistemas móviles– Especificación de comportamiento complejo y sensible a
distintos entornos (imprevisibles)
• Mejores plataformas de agentes– Más robustas– Para PDAs– Para redes inalámbricas (Bluetooth, WiFi)– Interoperables
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
¿Futuro?
• Mucho trabajo por hacer– Mejorar aproximaciones tipo SIMS, OBSERVER
– Papel de las ontologías– DAML OWL ???
– Considerando:– La Web– Nuevos dominios (computación móvil)– Nueva tecnología software (agentes, OWL, etc.)
– Nuevo objetivo: Web semántica
Eduardo Mena Curso de doctorado "Sistemas de Información Distribuidos"
Fin de la presentación
Graciaspor su atención
http://www.cps.unizar.es/~mena/