Fundamentos Teóricos de Ontologías

Rafael GonzálezUniversidad Javeriana

Historia de la Ontología

• Esencia (ser) vs. existencia (estar)• Aristóteles: modos de ser (sustancia, cantidad, cualidad,

relación, lugar, tiempo, situación, posesión, acción, pasión)• Edad Media (universales): realismo vs. Nominalismo

(simbolismo)• Edad Moderna (Kant)

– La esencia no solo depende de la cosa en sí, sino del observador– Categorías: cantidad (unidad, pluralidad, totalidad), cualidad

(realidad, negación, limitación), relación (inherencia, causalidad, comunidad), modalidad (posibilidad, existencia, necesidad)

Historia de la Ontología (2)

• William James – La verdad es lo que cada cual considera benéfico

• Husserl – ontología formal (axiomática)• Ingeniería ontológica – conjunto de

actividades relacionadas con el proceso de desarrollo, ciclo de vida, metodologías, herramientas y lenguajes para construir ontologías.

Definición de ontología (1)

• An ontology defines the basic terms and relations comprising the vocabulary of a topic area as well as the rules for combining terms and relations to define extensions to the vocabulary.

• An ontology is an explicit specification of a conceptualization.

• Ontologies are defined as a formal specification of a shared conceptualization.

Definición de ontología (2)

• An ontology is a formal, explicit specification of a shared conceptualization. Conceptualization refers to an abstract model of some phenomenon in the world by having identified the relevant concepts of that phenomenon. explicit means that the type of concepts used, and the constraints on their use are explicitly defined. Formal refers to the fact that the ontology should be machine-readable. Shared reflects the notion that an ontology captures consensual knowledge, that is, it is not private of some individual, but accepted by a group.

Formalidad de una ontología

• Altamente informales: lenguaje natural• Semi-informales: lenguaje natural restringido

y estructurado• Semi-formales: Lenguaje artificial y

formalmente definido• Rigurosamente formales: semántica formal

con teoremas y pruebas

Ej. De ontología semi-informal

Ej. de ontología semi-formal

Ontología con lógica de predicados

• Clases – conceptos (representados en taxonomías jerárquicas)

• Relaciones – tipo de asociación entre conceptos (binarias o n-arias)

• Funciones – clase especial de relación en que el último elemento es único para todo el resto del conjunto

• Axiomas formales – modelan sentencias verdaderas (para verificar consistencia)

• Instancias – Representan elementos individuales

Ej. De ontología con lógica de predicados en Ontolingua

(define-class Travel (?travel) "A journey from place to place":axiom-def (and (Superclass-Of Travel Flight) (Template-Facet-Value Cardinality arrivalDate Travel 1) (Template-Facet-Value Cardinality departureDate Travel 1) (Template-Facet-Value Maximum-Cardinality singleFare Travel 1))

Clase

Relación

Axioma

Ontología con lógica descriptiva

• TBox– Representación terminológica– Conceptos – clases de objetos– Roles – relaciones binarias entre conceptos

• A-Box – Representación asercional– Individuales – instancias de clase

Ej. De ontología con lógica descriptiva en LOOM

(defconcept Travel "A journey from place to place":is-primitive (:and (:all arrivalDate Date)(:exactly 1 arrivalDate) (:all departureDate Date)(:exactly 1 departureDate) (:all companyName String) (:all singleFare Number)(:at-most singleFare 1)))

(defconcept Flight "A journey by plane":is (:and Travel (:all flightNumber Number)(:exactly 1 flightNumber) (:filled-by transportMeans "plane")))

Ontología con UML

• Taxonomía conceptual a través de diagramas de clase (con relaciones de herencia)

• Relaciones binarias a través de asociaciones• Axiomas formales – En desarrollo

Ej. De ontología con UML

Ontología con Entidad-Relación

• Clases como entidades E-R• Atributos como atributos E-R• Relaciones (ad hoc) como relaciones E-R• Axiomas formales como restricciones (reglas)

de integridad• Instancias a través de SQL INSERT

Ej. De ontología con E-R

Categorías ontológicas (1)

Categorías ontológicas (2)

Categorías ontológicas (3)

Reusabilidad vs. usabilidad

Compromisos (commitments)

Principios de diseño (1)

• Claridad – comunicación efectiva, completa, objetiva y formal

• Reducción de dependencia con codificación • Extensibilidad – capacidad de añadir nuevos

términos sin revisar los existentes• Coherencia – inferencias consistentes con

definiciones• Reducción de compromisos (commitments) –

usar la base teórica más simple posible

Principios de diseño (2)

• Representación de conocimiento disjunto y exhaustivo – definición completa de instancias

• Minimizar distancia sintáctica entre conceptos hermanos – basarlos en las mismas primitivas

• Estandarización de nombres – convenciones nominales

Referencia

• GOMEZ-PEREZ, A.; CORCHO, O. & FERNANDEZ-LOPEZ, Mariano. Ontological Engineering: with examples from the areas of Knowledge Management, e-Commerce and the Semantic Web. Springer, 2004