ontologie concept applications

Les ontologies : concept de base et application

Faculté des Sciences et Techniques Fès Université Sidi Mohamed Ben Abdellah

Réalisé par :Rachid BENOUINIAdnane EDDARIOUACHE

Encadré par : A. ZAHI

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FST Fès 2013 - 2014

Ontologie Applications d’ontologie Logique de description Langages pour les ontologiesOntologie ArabeConclusion

MSIR FST Fès 2013-2014

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Le Plan


Définitions Ontologie

Applications d’ontologie

Logique de description

Langages pour les ontologies

Vue sur l’ontologie arabe

Conclusion

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IntroductionDéfinitions dans la littératureLes composants d’ontologie Type ontologie Méthodes de construction d’ontologieExemple ontologie

Introduction


La théorie d’existence tente d’expliquer les concepts qui existent dans le mondeet comment ces concepts sont imbriquées et organisées pour donner du sens.

Les concepts chez un être humaine sont des connaissances exprimables c’est cequ’il peut exprimer c’est l’univers du discours qui sont complétées par desconnaissances non exprimables (sensations, perceptions, sentiments nonverbalisables, connaissances inconscientes, connaissances tacites, etc.).

L'objectif premier d'une ontologie est de modéliser un ensemble deconnaissances dans un domaine donné, qui peut être réel ou imaginaire en langageinterprétable, pour qu’il soit utilisable par un ordinateur.

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Définitions dans la littérature


Le mot « Ontologie » vient du grec : ontos pour être, logie pour l’etude et logos pourunivers. C'est un terme philosophique introduit au XIXème siècle qui caractérisel'étude des êtres dans son univers.En informatique, plusieurs définitions ont été données à l'ontologie parmi eux de[Gruber, 93]:« Une ontologie est une spécification explicite d’une conceptualisation »Ca veux dire une ontologie est une description formelle d’une vue abstraite etsimplifiée du monde que l'on veut représenter.

Ontologie

La question qui se pose :Comment décrire ou représenter un domaine avec des ontologies ?

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Les composants d’ontologie


Concepts : sont des classes, ensembles, collections ou types d'objets.Relations : relations et interactions entre les concepts.Axiomes : sont utilisés pour décrire les assertions de l'ontologie qui seront considérésaprès comme vrais, pour but de définir les significations des composants d'ontologie.Fonctions : cas particuliers de relation, dans laquelle un élément de la relation, parexemple le nième élément est défini en fonction des n-1 éléments précédents.Instances : C'est une définition extensionnelle de l'ontologie, par exemple lesindividus « Karim » et « Amina » sont des instances du concept «personne».

Les composants d’ontologie

Pour décrire un domaine avec les ontologie on représente les connaissances de ce domaine par les cinq composants suivant :

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Type ontologie


Par rapport à l'objet de la conceptualisation de l'ontologie, trois catégories au moins peuvent être identifiées :

Les ontologies de haut niveau (top-level ontologies) :décrivent des concepts très généraux comme l'espace, le temps, la matière, les objets,les événements, les actions, etc., qui sont indépendants d'un problème ou d'undomaine d’application particulier.

Les ontologies de domaine (domaine ontologies) :décrivent le vocabulaire lié à un domaine générique (comme la médecine, ou lesautomobiles) ou une tâche ou une activité générique (comme le diagnostic ou lavente).

Les ontologies d'application (application ontologies) :décrivent des concepts dépendant à la fois d'un domaine et d’une tâche particulièredans ce domaine. Ces concepts correspondent souvent aux rôles joués par des entités.

Mais existe d’autre type d’ontologie.

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Méthodes de construction d’ontologie


Pour construire une ontologie on nous faut suivre un processus est un ensemble derègles, Il existe plusieurs méthodes pour cela parmi eux :Méthode de Bernaras et al [1996] Elle repose sur trois points :

Spécifier l'application basée sur l'ontologie en particulier les termes à collecter etles tâches à effectuer en utilisant cette ontologie.

Organiser les termes en utilisant les méta catégories : concepts, relations,attributs, etc.

Affiner l'ontologie et la structurer selon des principes de modularisation etd'organisation hiérarchiques.

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Exemple ontologie


Un Animal est une classe.

Une Plante est une classe, mais disjointe d'Animal.

Un Arbre est une sous-classe de Plante.

Une Branche est une partie d'un Arbre.

Une Feuille est une partie d'une Branche

Un Herbivore est un Animal qui ne mange qu'unePlante ou une partie d'une Plante.

Un Carnivore est un Animal qui mange aussi unAnimal.

Une Girafe est un Herbivore qui ne mange que desFeuilles.

Un Lion est un Carnivore qui ne mange que desHerbivores.

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Applications d’ontologie


Commerce électronique : le but et de formaliser des connaissances pour l'échange dedonnées dans le domaine du Commerce Électronique.Ingénierie des Systèmes : par exemple exploite une ontologie couvrant tous les aspectsliés à la modélisation mathématique en ingénierie. pour assister des ingénieurs dans ledéveloppement d’applications concernant l’ingénierie de systèmes physiquesdynamiques.Recherche d’information : d'enrichir les requêtes et améliorer la qualité des résultats, àsavoir la recherche de sens plutôt que la chaîne de recherche de correspondance.Web sémantique : comme une référence sémantique pour lever l'ambiguïté dessignifications utilisés dans les sites Web.Traduction (interlingua) : La traduction automatique et clarification des termes, entrouvant la cartographie exacte des concepts à travers les langues.Il existe d’autres application d’ontologie.

Les ontologie a beaucoup d’utilisation :

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Définition Composants de logique de description Exemple logique de descriptionDécidabilité et complexitéRaisonnement

Logique de description DL


La logique de description pas un langage, mais une famille de langage a deux buts :représenter les connaissances => ‘description’raisonner à partir de ces connaissances => ‘logic’

La logique de description et composé de :Abox : Assertion box permet d’instancie des individus et les relations entre eux.Tbox : Terminological box pour la définition des concepts et des rôlesbase de connaissances de DL = Tbox ABox

Définition

L’univers du discours est constitué d’individus, appartenant à des concepts (ou classes),et reliés entre eux par des rôles (ou propriété).Exemple :

Individu minos, socrate, ab123cdConcept Menteur, Homme, VoitureRôle connaît, conduit

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DéfinitionComposants de logique de description Exemple logique de descriptionDécidabilité et complexitéRaisonnement

Composants de logique de description


Composants de logique de description :

DL Explication⊤ concept universel (top)⊥ concept absurde (bottom)¬ C complémentC ⊔ D unionC ⊓ D intersection{a} extension

∃ r C qualificateur existentiel∀ r C qualificateur universel= n r C quantificateur≤ n r C quantificateur (max)≥ n r C quantificateur (min)

r⁻ rôle inverser∘s rôle composé¬r complément

C ⊑ D subsomption de conceptsr ⊑ s subsomption de rôles

Exemples :

¬ MenteurHomme ⊔ VoitureCrétois ⊓MenteurVoiture ⊓ (Rouge ⊔ ¬Ferrari){john, paul, george, ringo}

∃ enfant∀ conduit Ferrari(∃ conduit) ⊓ (∀ conduit Ferrari)= 2 conduit Ferrari≥ 2 connait (Crétois ⊓Menteur)

conduit⁻connait ∘ conduitconnait ∘ connait

Personne ⊑ Adulte ⊔ Enfantami ⊑ connait

Concepts complexes de restrictions

Concepts complexesconstructeurs ensemblistes

Rôles

Axiomes

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Exemple logique de description


En peut le représenté les connaissance soit graphiquement soit en logique simplifiée :

Animal

Mammifère

Fourrure

Ours

Eau

BaleinePoisson

Chat

est-un

vit-dans

a

a

est-un

est-un

est-un

est-un

vit-dans

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DéfinitionComposants de logique de description Exemple logique de descriptionDécidabilité et complexitéRaisonnement

Décidabilité et complexité


Selon le niveaux d’expressivité du description qu’on veux atteint on doit utilisé un type de constructeurs, axiomes et rôles. une meilleur expressivité => grand complexité => temps du résonnement plus grandEt afin de garantir que les mécanismes de raisonnement seront décidables

=> on impose au DL des contraintes sur les axiomes et les constructeurs autorisés et la manière de les combiner.

Expressivité (Famille-Syntaxe) ⊨ C ⊑ D ⊨ C(a)

FLE C ⊓ D∀ r C∃ r

P(Polynomial)

P

AL ¬ C P P

ALE ∃ r C NP PSPACE

ALCO Avec {a1,…} PSPACE

SHOIN Avec r⁻ EXPTIME

SHIQ Avec ≥ n r C EXPTIME

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Raisonnement


Problème des modèles infinis :Exemple : Entier ⊑ (= 1 suivant Entier) ⊓ (≤ 1 suivant⁻)

{zero} ⊑ Entier ⊓ (= 0 suivant⁻)

Enjeux :

Comme la logique de prédicats la logique de description a aussi des techniqued’inférence. Une qui se base sur l’algorithme normalisation-comparaison (formenormal puis comparaison), autre sur une méthode qui s’appelle méthode destableaux sémantique.

Il existe plusieurs implémentations de raisonneurs sur la logique de description :Hermit, Pellet, Racer, FaCT …

Raisonnement

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Web sémantiqueLangage XML et RDF Langage OWL Outils pour travailler avec les ontologies Exemple Ontologie

Web sémantique


Le Web sémantique a pour objectif le partage de connaissances contenues dansdes silos d'informations, appelés aussi bases de données. Baé sur la technologie XML.

XML (eXtensible Markup Language) a été recommandé par le W3C en 1998.L’objectif était de pallier la sémantique « faible » de HTML.

Web sémantique et XML



<Perssone homepage="http://ahmadi.net/">

<nom>karim</nom>

<prenom>El-ahmadi</prenom>

<profession>Avocat</profession>

</Perssone>



<a href="http://ahmadi.net/">

karim <strong>El-ahmadi</strong>

(<em>Avocat</em>)

</a>

Exemple :

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Langage XML et RDF


Resource Description Framework (RDF) dérivé de XML recommandé par le W3Cen 1999, vise à munir le Web d’un modèle de données plus adapté, ayant unestructure de graphe.

L’objectif est de construire le "Semantic Web" dans lequel les machines ont accèsà la sémantique des données.Toute information en RDF est représentée par un triplet : sujet, prédicat et objet.

RDF

sujet : FSTprédicat : à-pour-masterobjet : MSIR

Exemple :

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Langage OWL


Web Ontology Language (OWL) devenues une recommandation du W3C fin 2012, estun langage de représentation des connaissances construit sur le modèle de donnéesde RDF. Basé sur les recherches effectuées dans le domaine de la logique dedescription.

Définition

OWL-Lite : le plus simple, il est destiné à représenter des hiérarchies de conceptssimples, Sa simplicité lui permet d’avoir une complexité faible, et le calcule de réponseest en temps raisonnable.OWL-DL : plus complexe fondé sur la logique descriptive, Il est adapté pour faire desraisonnements.OWL-Full : plus complexe du OWL utilisé pour avoir un haut niveau de capacité dedescription, quitte à ne pas pouvoir garantir la complétude et la décidabilité descalculs liés à l'ontologie.

Les niveaux d'OWL

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Composantes OWL


OWL offre des axiomes « de haut niveau » qui visent à : améliorer la lisibilité etoptimiser le raisonnement .

Axiomes sur les concepts DL OWL

C ⊑ D rdfs:subClassOfC(a) rdf:typeC ⊑ D et D ⊑ C owl:equivalentClassC ⊑ ¬D owl:disjointWith

owl:AllDisjointClasses

Axiomes sur les Rôles DL OWL DL OWL

⊤⊑ (≤ 1 r) owl:FunctionalProperty ∃ r ⊑ C rdfs:domain⊤⊑ (≤ 1 r⁻) owl:InverseFunctionalProperty ∃ r⁻ ⊑ C rdfs:ranger ∘ r ⊑ r owl:TransitiveProperty r ⊑ p rdfs:subPropertyOfr ⊑ r⁻ owl:SymetricProperty r ⊑ p et p ⊑ r owl:equivalentPropertyr ⊑ ¬(r⁻) owl:AsymmetricProperty r ⊑ p⁻ et p⁻ ⊑ r owl:inverseOfr ⊑ ¬p owl:propertyDisjointWith ⊤⊑ ¬(∃ r self) owl:IreflexiveProperty

owl:AllDisjointProperties ⊤⊑ (∃ r self) owl:ReflexivePropertyp ∘ q ∘ ... ⊑ r owl:propertyChainAxiom

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Requêtes sur OWL


SPARQL Protocol and RDF Query Language, est un langage de requête et un protocolequi permet de rechercher, d'ajouter, de modifier ou de supprimer des données RDFdonc va nous permettre de construire des requêtes sur le graphe de l’ontologie enOWL.

Requêtes SPARQL

PREFIX rdf: <http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#>

PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/>

PREFIX dc: <http://purl.org/dc/elements/1.1/>

SELECT DISTINCT ?nom ?image ?description

WHERE {

?personne rdf:type foaf:Person.

?personne foaf:name ?nom.

?image rdf:type foaf:Image.

?personne foaf:img ?image.

?image dc:description ?description

} LIMIT 1000

Exemple de requête :

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Outils pour travailler avec les ontologies


Protégé est le plus connu des éditeurs d'ontologie. Open-source, développé parl'université Stanford, il a intégrer à partir de 2003 les standards du Web sémantiqueet notamment OWL. Il offre de nombreux composants optionnels : raisonneurs,interfaces graphiques.Pour l‘edition des ontologie il utilise un syntaxe simplifier avec les axiomes en pseudo-anglais ce permet un bon lisibilité.

Protégé

Il existe plusieurs outils pour éditer des ontologies pour différents type d’applicationen particulier pour le web sémantique parmi eux :

ProtégéTopBraidComposerOntoStudioSWOOP

Editeur d’ontologie

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Syntaxe de Protégé


Protégé offre un syntaxe plus lisible qui viennent en fait du langage OWL :

Concepts complexes constructeurs ensemblistes DL Protégé⊤ Thing⊥ Nothing ¬ C not CC ⊔ D C and DC ⊓ D C or D{a} {a}Concepts complexes de restrictions∃ r C r some C∀ r C r only C= n r C r exactly n C≤ n r C r max n C≥ n r C r min n CRôlesr⁻ inverse(r)r∘s r o s

Axiomes sur les concepts DL Protégé

C ⊑ D Super class(C,D)C(a) Member(C,a)C ⊑ D et D ⊑ C Equivalent class(C,D)C ⊑ ¬D Disjoint class(C,D)

Axiomes sur les Rôles DL Protégé DL Protégé

⊤⊑ (≤ 1 r) Functional(r) ∃ r ⊑ C Domain(r,C)⊤⊑ (≤ 1 r⁻) Inverse functional(r) ∃ r⁻ ⊑ C Range(r,C)r ∘ r ⊑ r Transitive(r) r ⊑ p Super property(r,p)r ⊑ r⁻ Symmetric(r) r ⊑ p et p ⊑ r Equivalent property(r,p)r ⊑ ¬(r⁻) Asymmetric(r) r ⊑ p⁻ et p⁻ ⊑ r Inverse property(r,p)⊤⊑ (∃ r self) Reflexive(r)⊤⊑ ¬(∃ r self) Irreflexive(r)r ⊑ ¬p Disjoint property(r,p)

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Exemple Ontologie







Un Herbivore est un Animal qui ne mange qu'une Planteou une partie d'une Plante.

Un Carnivore est un Animal qui mange aussi un Animal.



Un AnimalPlant est un Plant et est un Animal.

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Le processus résonnement sur cet ontologie donne a la fin une contradiction sur la dernière assertion car Plant et Animal sont disjoint donc impossible que créer un sous concept qui hérite de ces deux.

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Exemple Ontologie







Un Herbivore est un Animal qui ne mange qu'une Planteou une partie d'une Plante.

Un Carnivore est un Animal qui mange aussi un Animal.



Un AnimalPlant est un Plant et est un Animal.

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Le système d’inférence donne des explication pour quoi cet assertion est considéré comme absurde

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Ontologie Arabe


L’ontologie arabe est une représentation formelle des concepts que les termes arabesvéhiculent, Pour chaque terme dans la langue arabe, un ensemble de sens et de relationssémantiques sont identifiés, pour créer un arbre de significations des termes arabes.

Exemple :

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Conclusion


Le terme ontologie vient de la philosophie qui signifie l’étude de l’être dans son universet était appliquée aux systèmes d'information a fin de représenter ou décrire desconnaissance d’un domaine.

Et pour avoir d’un moyenne de résonnement dans sa définition a était basé sur lalogique de description a fin d’avoir un cohérence sémantique.

Et par ce que les connaissances d’un domaine doit être partagées il n’y a pas demeilleurs que le web pour le partagé. Pour cela de nouvelles spécifications sontindispensables. Le langage OWL dérivé de XML et basé sur DL pour créer des Ontologie.

Donc la notion d’ontologie a subie plusieurs transformations a fin d’introduire la notionsémantique au machines.

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Questions


Questions ?

ontologie concept applications

Science

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littrature msir fst

connaissances tacites

ensemble de connaissances

connaissances inconscientes

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