Web semantica y ontologias

Creación de una Ontología para el Área de la Energía, las Industrias ylos Recursos Naturales No Renovables de la Universidad Nacional de

Loja utllizando Protége

Jorge MejíaUniversidad Nacional de Loja

Vanessa ErraezUniversidad Nacional de Loja

Resúmen

En el presente artículo se abordará los temas de Web Semántica y Ontologías. La Web estáa punto de sufrir un nuevo cambio: la información que aparece en Internet va a poder inter-pretarse por los ordenadores sin necesidad de intervención humana, es la denominada WebSemántica. Para que esto ocurra, es necesario que la información de las páginas web se codifi-que mediante ontologías. Las ontologías representarán el conocimiento de Internet, definiendoformalmente los conceptos de los diferentes dominios y sus relaciones, con capacidad pararealizar deducciones con este conocimiento

Introducción

Actualmente, la Web es un espacio preparado para elintercambio de información diseñado para el consumohumano. Las páginas web son creadas por personas paraser entendidas por personas. No existe un formato comúnpara mostrar la información, por lo cual, los desarrolladoresde páginas web crean sus páginas dependiendo de lospotenciales usuarios que van a visitarlas. Los actualesbrowsers de web realizan la búsqueda de información,con más o menos fortuna, mediante palabras clave queaparecerán en el código HTML de las páginas web dispersasen Internet. En los últimos años, algunas empresas estánrealizando anotaciones de datos introducidas dentro deeste código HTML, siguiendo algún esquema de anotacióncomún, normalmente basado en XML.

Otra carencia de la situación actual es que, con losestándares web del momento, no se puede diferenciar entreinformación personal, académica, comercial, etc. Es decir,cuando un buscador web realiza una consulta con algunaspalabras clave, normalmente aparece información que noes útil porque no corresponde a lo que estamos buscando.Además no todas las páginas proporcionan igual cantidadde información, debido precisamente a que no existe unformato o convenio que nos diga qué contenido debemosañadir a las páginas web.

Es indudable que las ventajas que ofrece Internet son enor-mes a la hora de buscar información, pero adolece de unamanera de encontrar información de forma precisa y de po-der realizar deducciones con la información existente.

Web Semántica

Definición

La web semántica es un área pujante en la confluencia dela Inteligencia Artificial y las tecnologías web, que proponenuevas técnicas y paradigmas para la representación delconocimento que faciliten la localización, compartición eintegración de recursos a través de la WWW.

La web semántica mantiene los principios que han hechoun éxito de la web actual, como son los principios de des-centralización, compartición, compatibilidad, o la apertura alcrecimiento y uso no previstos de antemano. En este contex-to un problema clave es alcanzar un entendimiento entre laspartes: usuarios, desarrolladores y programas de muy diver-so perfil. La web semántica rescata la noción de ontologíadel campo de la Inteligencia Artificial como vehículo paracumplir este objetivo (Castells, s.f.).

Infraestructura de la Web Semántica

(Lluís Codina, s.f.).

Unicode + URI

Unicode es un sistema internacional estándar que pro-porciona un número único para cada carácter, sin im-portar la plataforma ni el programa. Esto permite re-presentar caracteres de cualquier idioma con una codi-ficación unificada. Uniform Resource Identifier (URI)es un sistema de direccionamiento e identificación derecursos. El sistema que usamos actualmente para ac-ceder a los recursos de la Web (URL) es una parte deURI.

Jorge Mejía,Vanessa Erraez Tutor: Ing Henry Paz

XML+NS+XML SCHEMA

eXtended Markup Language (XML) es un sistema quepermite definir lenguajes de marcas para usos especí-ficos. Name Spaces (NS) permite combinar diversoslenguajes de marcado creados con XML en un mismodocumento. XML Schema sirve para definir tipos dedocumentos complejos en los que se pueden especifi-car tipos de datos, listas de componentes y restriccio-nes similares a las del diccionario de datos típico deuna base de datos.

RDF + rdfschema

Resource Description Framework (RDF) es un modelode representación de metadatos que, entre otras cosas,permite representar recursos digitales tales como sitioso páginas web. RDF está concebido para representarcualquier clase de recursos (no solamente páginas pu-blicadas en la web). RDF Schema, por su parte, es unaextensión de RDF que aporta un lenguaje con mayorcapacidad para representar relaciones semánticas com-plejas.

Ontology vocabulary

Una ontología es una especificación formal de un do-minio del conocimiento que, en su expresión más sim-ple, se identifica con una taxonomía. Una taxonomíaconsiste en una jerarquía de conceptos y sus relacio-nes del tipo clase-subclase. Una ontología formalizala relación de clase, añade otras relaciones y especi-fica propiedades para individuos y clases. Ontology-vocabulary se refiere a una ontología concreta sobreun dominio concreto del conocimiento.

Logic

En este contexto, logic se refiere al estudio de las re-glas formales que permiten determinar si un razona-miento se sigue de sus premisas. La lógica estudia, portanto, la estructura de los razonamientos válidos. Seespera que los ordenadores del futuro puedan efectuarrazonamientos sobre los recursos y servicios de la Webcombinando los conocimientos expresados en las on-tologías, los hechos declarados en los metadatos y laaplicación de reglas lógicas.

Proof

En este contexto, Proof (prueba) significa demostra-ción [matemática]. Se considera que un ordenador al-canza la máxima fiabilidad en sus razonamientos cuan-do es capaz de realizar demostraciones o, lo que es lo

mismo a efectos prácticos, cuando es capaz de justifi-car el motivo por el cual tomó (o aconsejó tomar) unadecisión.

Trust (+ Digital Signature)La última capa, Trust (confianza) debe servir para otor-gar confianza a las transacciones en la Web a travésque se llevarán a cabo no solamente entre usuarios ysitios web sino también entre programas de software; ytodo ello tanto en el plano C2B (consumer to business)como en el B2B (business to business). La Digital Sig-nature (firma digital) proporcionará soporte específicoa esta capa, tal como muestra el diagrama.

Representación gráfica de la infraestructura de la Web Se-mántica.

Figura 1. Infraestructura de la Web Semántica

Campos de Aplicación de la Web Semántica

Entre los campos de aplicación donde las nuevas ideasde la web semántica pueden tener utilidad podemos citar:(Castells, s.f.)

Comercio electrónico.

Gestión del conocimiento corporativo

Búsqueda de información en la web

Procesamiento del lenguaje natural

Enseñanza

Turismo

Patrimonio cultural

Ontologias

Definición

Una ontología es una taxonomía de conceptos con atribu-tos y relaciones, que proporciona un vocabulario consensua-do para definir redes semánticas de unidades de información.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE [email protected], [email protected]

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interrelacionadas.Las ontologías son acuerdos, en un contexto social, para cu-brir una serie de objetivos. Se crean, entre otras cosas, para:

Permitir el intercambio de datos entre programas.

Simplificar la unificación (o traducción) de distintasrepresentaciones.

Facilitar la comunicación entre personas.(Alvarez, s.f.)

Componentes de una Ontología

(1, s.f.) Las ontologías tienen los siguientes componentesque servirán para representar el conocimiento de algún do-minio.

ConceptosSon las ideas básicas que se intentan formalizar. Losconceptos pueden ser clases de objetos, métodos, pla-nes, estrategias, procesos de razonamiento, etc

Relacionesrepresentan la interacción y enlace entre losconceptosdel dominio. Suelen formar la taxonomía del dominio.Por ejemplo: subclase-de, parte-de, parte-exhaustiva-de, conectado-a, etc

FuncionesSon un tipo concreto de relación donde se identifi-ca un elemento mediante el cálculo de una funciónque considera varios elementos de la ontología. Porejemplo, pueden aparecer funciones como categorizar-clase, asignar-fecha, etc

InstanciasSe utilizan para representar objetos determinados deun concepto.

Protegé

Protege es un programa de ciencias de la compu-tación que proporciona las herramientas necesarias pa-ra construir modelos de dominio y las aplicaciones ba-sadas en el conocimiento de la tecnología basada enontologías . Ontología , a los efectos de la informática, define las primitivas de representación que ayuden alos dominios de modelado de acuerdo a clases, propie-dades y relaciones entre las clases dentro del dominio.Protege - OWL permite a los usuarios crear dominiosontológicos para la web semántica con referencia a laWeb Ontología Language (OWL ) . Hay varias herra-mientas con las que podrás interactuar durante el usoProtege. (TanianaRodríguez, s.f.)

• Es gratis, open source.

• Está basado en Java, es extendible.

• Es un editor de ontologías y marco de trabajo debases de conocimiento.

• Define la estructura de una ontología.

• Define y administra instancias

Owl propiedades

Propiedades OWL representan las relaciones entre losdos objetos. Hay dos propiedades principales:

• Propiedades del objeto: link objeto a objeto .

• Propiedades de tipo de datos: vínculo de objetode tipo de datos de esquema XML o RDF: literal.

OWL tiene otra propiedad - propiedades de anotación,para ser utilizado para agregar información de anota-ción a las clases, los individuos, y las propiedades.

Restricciones de propiedadEn OWL, las propiedades se utilizan para crear restric-ciones. Las restricciones se utilizan para restringir losindividuos que pertenecen a una clase

La ventana principal de Protege es la siguiente:

Figura 2. Ventana principal de Protege

Jena

Jena es una libreria java para trabajar con la web se-mántica. Permite hacer consultas SPARQL (lenguajesql para rdf). Rdf se estructura en tripletas de infor-mación (formato turtle) de la siguiente forma: "sujetopredicadoobjeto", donde sujeto es el recurso (una uri);predicado es una propiedad y objeto el valor de di-cha propiedad (la propiedad normalmente es un enla-ce también , ya que la web semántica es información"muy repartida"por distintos recursos. Es un marco decódigo abierto para la Web Semántica escrito en Ja-va.Jena está compuesto de:

• API de procesamiento de RDF.

• API de procesamiento de OWL.


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• Un motor de razonamiento basado en reglas• Un motor de consultas SPARQ

Creación de la Ontología del Área de la Energía,las Industrias y los Recursos Naturales no

Renovables del Universidad Nacional de Loja decon Protege

• En Classes podemos crear las clases y subclasescomo se muestra en la Figura 3.

Figura 3. Clases y subclases de la Ontologia

• En Data Properties creamos los atributos, do-minio y rango de las clases y subclases.La Figura 4 representa a los atributos de las cla-ses y subclases.

Figura 4. Atributos

La Figura 5 representa el dominio de las clases ysubclases.

Figura 5. Dominio

La Figura 6 representa el rango de las clases ysubclases.

Figura 6. Rango

• Seleccionando Object Properties podemoscrear las diferentes relaciones.

Figura 7. Creacion de las relaciones

• La Figura 8 representa la creación de la Relacióncursan e inversa son_estudiadas_por.Estudiantes_Mod_I cursan Materias_Mod_I.Materias_Mod_I son_estudiadas_por losEstudiantes_Mod_I.

Figura 8. Relación cursan e inversa

• La figura 9 representa la creación de la Relacióndicta e inversa es_dictada.Docentes dicta Materias_Mod_X.Materias_Mod_X es_dictada por Docentes.


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Figura 9. Relación dicta e inversa

• La figura 10 representa la creación de la Relaciónpueden_recibir e inversa son_impartidas_a.Estudiantes_Mod_II pueden_recibir Mate-rias_Mod_I y Materias_Mod_II.Materias_Mod_I y Materias_Mod_IIson_impartidas_a Estudiantes_Mod_II.

Figura 10. Relación pueden_recibir e inversa

• La figura 11 representa la creación de la Relaciónrecibe e inversa son_recibidas .Estudiantes_Mod_X recibe Materias_Mod_XMaterias_Mod_X son_recibidas porEstudiantes_ModX

Figura 11. Relación recibe e inversa

• Seleccionando OntoGraf se visualiza la estruc-tura jerárquica de la Ontología .

Figura 12. Estructura jerárquica de la Ontología

Código

En la figura 13 se muestra el códido que nos permitemostrar la lista de clases y subclases, lista de realcio-nes y lista de individuos.

Figura 13. Código

La figura 14 representa la ventana principal en dondepodemos visualizar las relaciones, individuos, clases ysubclases.

Figura 14. Ventana Principal


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Al pulsar el botón Clases se visualiza la lista de lasclases y subclases como se muestra en la figura 15.


Al pulsar el botón Individuos se visualiza la lista de losindividuos como se muestra en la figura 16.


Al pulsar el botón Relaciones se visualiza la lista detodas las relacionescomo se muestra en la figura 17.


Código disponible en: https://github.com/Sjlmejia/Examen4/tree/master/Web %20Semantica

Conclusiones

• La Web Semántica se basa en dos conceptos fun-damentales como son descripción y manipula-ción.

• Las ontologías permiten trabajar con conceptos,en lugar de palabras clave, en los sistemas de re-cuperación de información.

• Una ontología es una taxonomía de conceptoscon atributos y relaciones, que proporciona unvocabulario consensuado para definir redes se-mánticas de unidades de información interrela-cionadas.

Referencias

1, A. L. T. (s.f.). Ontologías enla web semántica. Descargado dehttp://www.anobium.es/docs/gc f ichas/doc/68ER f h jkmv.pd f

Alvarez, C. (s.f.). OntologÍas. Descargado dehttp://www.infor.uva.es/ sblanco/Tesis/OntologC3 ADas.pdf

Castells, P. (s.f.). Aplicación de técni-cas de la web semántica. Descargado dehttp://arantxa.ii.uam.es/ castells/publications/coline02.pdf

Lluís Codina, C. R. (s.f.). La web semántica. Descargado dehttp://eprints.rclis.org/8899/1/websemantica

.pd f

TanianaRodríguez, J. A. (s.f.). Protege. Descargado dehttp://www.ing.ula.ve/ aguilar/actividad-docente/IA/


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