G-OWL - graphical web ontology language

G-OWLGraphical-Web Ontology Language

Vers une syntaxe graphique de l’OWL-2 humainement lisible « Human readable »

Michel Héon PhDProfesseur associé à la TELUQ

Chercheur postdoctoral au GDAC de l’UQAM et au LICEF de la TELUQPrésident fondateur de Cotechnoe: www.cotechnoe.com

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Mise en contexte

Michel Héon PhD 19 Juin 2014

Graphical web ontology language (G-OWL)

3Graphical web ontology language (G-OWL)

Besoins

• 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



Vision de G-OWL

• Concevoir un langage ontologique qui :– soit graphique– plus simple d’usage que les syntaxes xml de

l’OWL– est de degré formel– compatible avec le web ontology language

version 2(OWL 2)



Postulats:

• Un langage graphique de représentation des connaissances :– Facilite la conception d’un modèle de

connaissances– Facilite l’interprétation du modèle– Fait appel au processus de la cognition visuelle– Permet une lecture globale et non simplement

linéaire du modèle

• L’utilisation d’un nombre restreint de symbole simplifie l’utilisation d’un langage



Structure de la présentation

1. Introduction

2. Analyse de la structure de l’OWL 2

3. Le G-OWL3.1 Syntaxe du G-OWL

3.2 Grammaire du G-OWL3.2.1 Typologie et polymorphisme des liens

3.2.2 Typologie du conteneur

3.2.3 Polymorphisme des axiomes et typologie des caractéristiques d’une propriété

4. Test de lisibilité

5. ConclusionMichel Héon PhD

19 Juin 2014

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1. Introduction




Ontologie du web sémantiqueDéfinition admise:


Gruber, T. (2008). Ontology. In L. Liu & M. T. Özsu (Eds.), Encyclopedia of Database Systems: Springer-Verlag.

Concept

symbolise se rapporte

Signe Chosereprésente

Le triangle sémiotique

Conceptualisation

définit est modélisé par

Ontologie décrit

Définition d’ontologie selon le modèle sémiotique

Phénomène du domaine du discours

formal, explicit specification

An ontology is a formal, explicit specification of a shared conceptualization

Introduction | Analyse de l’OWL2 | G-OWL | Test de lisibilité | Conclusion


Structure de l’OWL 2 Ontology selon le W3C


Extrait de :OWL 2 Web Ontology Language Document Overview (Second Edition)http://www.w3.org/TR/owl2-overview/

Conceptualisation

Signe

… importe des ontologies

Une ontologie …

… est un graph

… se rapporte à une sémantique selon la

logique des descriptions

… est symbolisée par une syntaxe



Quantum de lisibilité des syntaxes de l’OWL 2


Machine readable Human readableOntologie OWL 2

Syntaxe XML/RDF

Syntaxe OWL/XML

Syntaxe Turtle

Syntaxe Fonctionnelle

Syntaxe Manchester

<owl:Class rdf:about="Woman"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="Person"/> </owl:Class>

Phénomène: « Woman » est une sorte de « Person »

<SubClassOf> <Class IRI="Woman"/> <Class IRI="Person"/> </SubClassOf>

:Woman rdfs:subClassOf :Person .

SubClassOf( :Woman :Person )

Class: Woman SubClassOf: Person

RDF graphConceptualisation: Woman ⊂ Person



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)




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/


Observations et constats

• Un nombre élevé de symboles complexifie la conception et l’interprétation de l’ontologie

• Un grammaire trop floue ou trop stricte limite l’expression de la conceptualisation

• Un langage non-formel ne permet pas un traitement automatique (par un agent logiciel intelligent) du modèle




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 2• Polysémique• De degré formel




Stratégie employée


• 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 pré-assignant un type au symbole



Hypothèse sur le quantum de lisibilité


Machine readable Human readableOntologie OWL 2

Syntaxe XML/RDF

Syntaxe OWL/XML

Syntaxe Turtle

Syntaxe Fonctionnelle

Syntaxe Manchester

Syntaxe G-OWL

<owl:Class rdf:about="Woman"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="Person"/> </owl:Class>

Phénomène: « Woman » est une sorte de « Person »

<SubClassOf> <Class IRI="Woman"/> <Class IRI="Person"/> </SubClassOf>

:Woman rdfs:subClassOf :Person .

SubClassOf( :Woman :Person )

Class: Woman SubClassOf: Person

Conceptualisation: Woman ⊂ Person


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2. Analyse de la structure de l’OWL 2




Métamodèle de l’OWL 2 Ontology


• Entité: est un bloc du langage qui permet de construire une ontologie

• Expression: est un ensemble d'individus spécifié par des conditions sur la propriété des individus

• Axiome OWL: est un terme qui met en relation des entités afin de déclarer des énoncés vrais

Introduction| Analyse de l’OWL2 | G-OWL | Test de lisibilité | Conclusion


Sorte d’entités OWL 2


Les blocs du langage qui permettent de construire une ontologie

family:Woman rdf:type owl:Class .family:MARY rdf:type family:Woman .



Sorte d’axiomes OWL 2

• L’axiome OWL est un terme qui met en relation des entités afin de déclarer des énoncés vrais


family:Woman rdfs:subClassOf family:Person .



Sorte d’expressions OWL 2


• L’expression représente un ensemble d'individus en spécifiant formellement les conditions sur les propriétés des individus

• L’individu répondant à ces conditions est dit instance de l’expression

family:Mother owl:equivalentClass [owl:intersectionOf ( family:Woman family:Parent ) ; ] ; .


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3. Le G-OWL



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3.1 Syntaxe du G-OWL




Sémantique des entités du G-OWL


Schème Représentation graphique

Signification


Le rectangleowl:entity:class

Le rectangle est employé pour désigner un concept dans le domaine du discours et pour définir la classe dans une ontologie. Le rectangle est aussi employé pour désigner un type de donnée (DataType).

Le conteneurowl:expression

Le conteneur est employé pour désigner un regroupement de faits dans un domaine et pour définir les expressions ou les axiomes dans l’ontologie

L’hexagoneowl:entity:objectProperty

L’hexagone est utilisé pour désigner une caractéristique, un attribut dans le domaine et il définit une propriété dans l’ontologie

Le rectangle hachuréowl:entity:individual

owl:entity:literal

Le rectangle hachuré désigne un fait dans le domaine du discours et il définit l’individu dans l’ontologie.Le rectangle hachuré est aussi employé pour désigner la valeur d’une donnée

L’hexagone hachuréowl:entity:dataProperty

L’hexagone hachuré désigne un attribut de donnée dans le domaine et il décrit la propriété de donnée dans l’ontologie


Sémantique des relations du G-OWL


Exemple de représentation graphique

Signification


LienSgowl:lienS

Lien double Sgowl:lienDS

Lien Igowl:lienI

Lien Agowl:lienA

Prédicatgowl:lienNT

Le lien S (sorte de) est employé entre deux rectangles pour représenter la relation de hiérarchisation entre deux concepts. On dira que: Femme est une sorte de Personne

Le lien double S (synonyme de) est employé entre deux rectangles pour représenter la relation d’équivalence entre deux concepts. On dira que: Personne et Humain sont synonymes

Le lien I (est instance de) est employé entre un rectangle et un rectangle hachuré pour représenter la relation d’instanciation entre deux classes. On dira que: Marie est une instance de Personne

Le lien A est notamment employé entre un hexagone et un rectangle ou vice-versa afin d’axiomatiser une propriété. On dira que La Femme a le rôle d’être l’épouse de l’Homme

Le lien non typé ( prédicat ) est employé entre deux rectangles hachurés. Il sert à unir un individu (le sujet) à un autre individu (l’objet) par un prédicat déclaré par une propriété.

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3.2 Grammaire du G-OWL



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3.2.1 Typologie et polymorphisme de liens




Axiomes d’assertions


Assertion de propriété

:John :hasWife :Mary . :Mary rdf:type :Person .

Assertion de classe

Assertion de propriété de données

:John :hasAge 51 .

Différence entre individus

Assertion d’exclusion de données

:John owl:differentFrom :Bill .

Propriété d’exclusion

[] rdf:type owl:NegativePropertyAssertion ; owl:sourceIndividual :Bill ; owl:assertionProperty :hasWife ; owl:targetIndividual :Mary .

[] rdf:type owl:NegativePropertyAssertion ; owl:sourceIndividual :Jack ; owl:assertionProperty :hasAge ; owl:targetValue 53 .



Polymorphisme du lien S pour l’axiomes de classes et d’individus


Hiérarchie de classes Équivalence de classes

Hiérarchie de propriétésSimilitude d’individus

Le lien S et double S s’emploi entre deux classes, entre deux propriétés ou deux individus

:Woman rdfs:subClassOf :Person . :Person owl:equivalentClass :Human .

:hasWife rdfs:subPropertyOf :hasSpouse . :James owl:sameAs :Jim.


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3.2.2 Typologie du conteneur




Expression logique


Disjonction

Intersection d’objets Union d’objets

Complément d’objets

[] rdf:type owl:AllDisjointClasses ; owl:members ( :Woman :Man ) .

:Parent owl:equivalentClass [ rdf:type owl:Class ; owl:unionOf ( :Mother :Father ) ] .

:ChildlessPerson owl:equivalentClass [ rdf:type owl:Class ; owl:intersectionOf ( :Person [ rdf:type owl:Class ; owl:complementOf :Parent ] ) ] .

:Mother owl:equivalentClass [ rdf:type owl:Class ; owl:intersectionOf ( :Woman :Parent ) ] .



Expression logique et énumération


Assertion de classes en conjonction avec le complément d’objets

Intersection et sous-classes d’objets

Énumération d’individus

:Grandfather rdfs:subClassOf [ rdf:type owl:Class ; owl:intersectionOf ( :Man :Parent ) ] .

:Jack rdf:type [ rdf:type owl:Class ; owl:intersectionOf ( :Person [ rdf:type owl:Class ; owl:complementOf :Parent ] ) ] .

:MyBirthdayGuests owl:equivalentClass [ rdf:type owl:Class ; owl:oneOf ( :Bill :John :Mary ) ] .



Expression d’une restriction


Restriction existentielle sur la propriété d’objets

Restriction universelle sur la propriété d’objets

Restriction de la valeur associée à un objet

Restriction sur soi-même :Parent owl:equivalentClass [ rdf:type owl:Restriction ; owl:onProperty :hasChild ; owl:someValuesFrom :Person ] .

:HappyParent rdf:type owl:Class ; owl:equivalentClass [ rdf:type owl:Restriction ; owl:onProperty :hasChild ; owl:allValuesFrom :HappyChildren ] .

:JohnsChildren owl:equivalentClass [ rdf:type owl:Restriction ; owl:onProperty :hasParent ; owl:hasValue :John ] .

:NarcisticPerson owl:equivalentClass [ rdf:type owl:Restriction ; owl:onProperty :loves ; owl:hasSelf "true"^^xsd:boolean . ] .



Expression d’une restriction de cardinalité


Cardinalité maximale Cardinalité minimale Cardinalité exacte


35

3.2.3 Polymorphisme des axiomes et typologie des caractéristiques d’une propriété




Polymorphisme du lien A pour définir le domaine et le co-domaine


Axiome de domaine et de codomaine sur une propriété

Axiome de domaine et codomaine d’une propriété de type données

:hasWife rdfs:domain :Man ; rdfs:range :Woman .

:hasAge rdfs:domain :Person ; rdfs:range xsd:nonNegativeInteger .



Typologie des caractéristique d’une propriété


Propriété inverse

Réciprocité et symétrie Antisymétrique

Disjonction de propriétés Propriété inverse anonyme

Déclaration de la caractéristique

Exemple d’utilisation

Conséquence à l’inférence



Typologie des caractéristiques d’une propriété (suite)


Propriété réflexive

Propriété antiréflexive

Propriété fonctionnelle

Propriété de fonctionnalité inverse

Transitivité de propriété

Enchaînement de propriétés

Association par Clé


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4. Test de lisibilité




Un axe de graph RDF transformé en entité graphique


Modèle de la scène Mary est une Woman, John est un Man et Jim est une Person

Syntaxe G-OWL Syntaxe graph RDF

La disjonction est mise en évidence par l’utilisation du conteneur



Mise en évidence d’expressions


- Les expressions logiques sont mises en évidence

- Les relations entre les individus et les classes correspondantes apparaissent clairement

Ontologie de la famille de John


Propriété d’objets et propriété de type de données


Modèle de la scène: John hasWife Mary et Bill not hasWife Mary; John hasAge 51 et Jack not hasAge 53

- Polymorphisme du lien A- Distinction entre les liens associées

au domaine de connaissances versus les liens typés du langage



Ontologie complexe


Aiguiller le choix du taux d’imposition:• Si quelqu'un aLaChargeDe 0 ou 1 alors le taux est à

cinquante• Si quelqu'un aLaChargeDe entre 2 et 4 alors le taux est à

trente• Si quelqu'un aLaChargeDe 5 alors le taux est à dix• Si quelqu'un aLaChargeDe 6 alors le taux est à 0• Paul, Sophie, John et Bill sont des individus distinctes• John aLaChargeDe Paul et Bill de façon nécessaire et

suffisante• Sophie à aucune personne à charge de façon nécessaire et

suffisante

Conclusion:• John est à un taux d’imposition de trente %• Sophie est à un taux d’imposition de cinquante %



Structure d’un élément d’expressivité d’OWL 2

En didactique


Représentation graphique

Description du phénomène

Représentation dans la syntaxe fonctionnelle,

Turtle et Java


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5. Conclusion




Bilan

• Le G-OWL est un langage graphique qui supporte l’ensemble de l’expressivité de l’OWL 2

• Le conteneur met en évidence les expressions logiques et les restrictions

• Le polymorphisme d’un lien (Ex.: le lien S) et la typologie diminuent le nombre de symboles du langage

• Le polymorphisme est désambiguïsé par le contexte d’utilisation du symbole

• L’alphabet de base de G-OWL se compose de 6 schèmes graphiques et de 8 liens typés




Pour l’avenir

• Implanter le langage dans un éditeur• Réaliser une validation de mise en

production à grande échelle• Employer G-OWL dans un projet d’envergure



Questions ?

G-OWL: Vers une syntaxe graphique de l’OWL-2 humainement lisible « Human readable »

Michel Héon PhDProfesseur associé à la TELUQ

Chercheur postdoctoral au GDAC de l’UQAM et au LICEF de la TELUQPrésident fondateur de Cotechnoe: www.cotechnoe.com

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