UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIAFACOLTA’ DI INGEGNERIA – SEDE DI MODENA

Corso di Laurea in Ingegneria Informatica

PROGETTAZIONE UML NELL’AMBITO DEL SEMANTIC WEB

RelatoreChiar.ma Prof.ssa Sonia Bergamaschi

Tesi di Laurea diPatrizia Ponchiroli

Anno Accademico 2003/2004

Obiettivo della Tesi:Strumenti per lo sviluppo di ontologie

nel Semantic Web

Approccio tradizionale: Linguaggi KR tradizionali (Standard W3C)

Momis: ODLI3 (estensione di ODL)

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Adattabilità dell’UML nella rappresentazione di modelli formali come le ontologie ???

UML:

Comunicazione grafica human-to-human di analisi del software↓

Linguaggio machine-processable per lo sviluppo di ontologie

Alternativa proposta: Class diagram UML + vincoli OCL

Generazioni del WebGenerazioni del Web

1° - Pagine statiche: HTML

2° - Pagine dinamiche:

Informazioni machine-readable Ricerche: match di keyword

3° - Web Semantico Tim Berners-Lee - Semantic web road map. Internal note, W3C. 1998

Informazioni machine-understandable Interoperabilità sintattica e semantica Creazione di linguaggi standard appropriati Mark-up dei contenuti / mark-up di presentazione Formalizzazione dei metadati Creazione di ontologie Utilizzo di agenti mobili

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RDBMS

Semantic Web:

agenti mobili raccolgono informazioni da sorgenti eterogenee, le elaborano e le scambiano automaticamente con altri programmi

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Linguaggi KR

(Knowledge Representation Languages)(Knowledge Representation Languages)

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Livello Dati RDF (1999) XML

Livello SchemaRDF-Schema (2000)

XML-Schema

Livello Logico

Definizione di Ontologie

Linguaggi KR: OWL - SHOIN(D) DAML+OIL - KIF (2001) DAML (2000) OIL - SHIQ (2000)

logiche del 1° ordine o Description Logics (DL)

Solo aspettistatici !

MOMIS(Mediator envirOnment for Multiple Information

Sources)http://dbgroup.unimo.it/Momis

Integrazione virtuale ed intelligente di sorgenti eterogeneeLivello Logico: ODLI3 + OLCD (DL)

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Progetto nato dalla collaborazione tra i gruppi operativi dell’Università di Modena e Reggio Emilia e di Milano

Attualmente continua nell’ambito del progetto SEWASIE(SEmantic Webs and AgentS in Integrated Economies)

1. Sorgenti locali di dati strutturate o semistrutturate da integrare2. Wrapper: descrizione delle informazioni delle sorgenti in ODLI33. Mediatore: integrazione degli schemi locali generando un unico

schema globale, la GVV (Global Virtual View)4. Utente: interroga lo schema globale e riceve un’unica risposta

Nasce come estensione di ODL (Object Definition Language), un linguaggio di descrizione dei dati object-oriented

Permette l’integrazione di sorgenti strutturate e semi-strutturate

ODLIODLI33::

Due nuovi costrutti: union e optional

Estensioni ai tipi valore ed ai tipi classe

Possibilità di definire attributi globali, oltre ai normali attributi locali

Vengono supportate le Mapping Rule

E’ possibile la definizione di regole di integrità denominate if-then rule

Annotazioni rispetto a WordNet

Nel caso di sorgenti relazionali è possibile definire delle foreign key

È possibile definire le relazioni terminologiche, intensionali ed estensionali, di: SYN (SYNonym-of): sinonimia BT (Border Terms): ipernimia NT (Narrow Terms): iponimia RT (Related Terms): associazione

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UML (Unified Modeling Language)

Linguaggio di modellazione grafica Object-Oriented

General purpose

Standard OMG (Object Management Group), basato su anni di esperienza nel campo dell’Ingegneria del Software, largamente adottato in campo industriale

OCL: linguaggio formale per la specifica di vincoli, per esprimere regole logiche

Nasce nel 1997 come fusione di: OMT (James Rumbaugh)OOSE (Ivar Jacobson)Metodologia di Booch (Grady Booch)

Meccanismi di estensione: VincoliValori etichettatiStereotipi

Case-tool: Rational-RoseArgoUML (open-source) } XMI (XML Metamodel Interchange)

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Ha la possibilità di esprimere processi e comportamenti dinamici

E’ provvisto di package e di altri meccanismi di modularità

Categoria Diagrammi

Analisi dei requisiti Use-case

Struttura statica Package diagram

Class diagram

Object diagram

Interazione Sequence diagram

Collaboration diagram

Stato State chart

Activity diagram

Implementazione Component diagram

Deployment dagram

Diagrammi UML

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Metamodello UML

MOF (Meta Object Facility):

Class diagram UMLWeel-formedness rules – OCLStruttura a package

Metalivello Ontologie UML

Meta-metamodello Top-level Ontology

(N. Guarino)

Modello MOF

Metamodello Linguaggi KR Metamodello UML

Istanza del modello MOF

Metadati Ontologia Modello/schema UML definito dall’utente

Istanze del metamodello:Classi

Dati Database Sistema reale

Istanze del

modello:Oggetti

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Limiti

UML non ha ancora una semantica formale, uniforme e standardizzataMetamodello: ridondanza

pUML (precise UML): Core di UML

Non è ancora efficacemente “Web-enabled”

UML: object-oriented vs Linguaggi KR: a frameL’UML non possiede una sintassi lineare

Sia l’UML che i linguaggi ontologici sono legati al formalismo XML, ma:DAML+OIL ha una rappresentazione standard XML l’OMG adotta XMI come modello per trasferire dati

Significative incompatibilità semantiche tra l’UML ed i Linguaggi KR

Semanticamente, OCL manca di una specifica formale

Concetto di ProprietàK. Baclawski

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Linguaggi KR: Le proprietà sono elementi primitivi, possono esseredefinite senza riferimento a classi, e sono unidirezionali

Proprietà: più classi domainRDF(S): 1 classe rangeDAML+OIL: più classi range

Il concetto di Proprietà riassume i concetti di:Associazione (ObjectProperty)Attributo (DataTypeProperty)

Non c’è il concetto primitivo di Associazione Le associazioni possono esistere solo nel contesto di due o più classi

Associazione: 1 classe source e 1 classe target

UML:

daml:Class “Persona"...daml:subClassOf

daml:Restrictiondaml:onProperty “possiede"daml:toClass “Cane"

… daml:Property “possiede"

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Concetto di PropertyK. Baclawski

Persona Canepossiede

1 0..n

Compagnia Veicolopossiede

1 0..n

“possiede”:

UML: 2 associazioniDAML+OIL: 1 proprietà

minCardinalitycardinality maxCardinality

Unambiguous e Unique PropertyK. Baclawski

0..1 *

a1

Unambiguous Property

* 0..1

a2

Unique Property

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K. Baclawski prevede di estendere l’UML, definendo un prototipo UMLche mappi le specifiche UML in quelle DAML+OIL:

Stereotipi, specializzazioni di costrutti di modellazione,che corrispondano a elementi della sintassi DAML+OIL:

<<ontology>> (ontologia DAML+OIL)<<import>> (ontologie importate)<<instanceOf>> (type)<<equivalentTo >><<sameClassAs>><<samePropertyAs>><<inverseOf>><<TransitiveProperty>><<subProperty Of >>

Mapping UML / DAML+OILK. Baclawski

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Estensione al metamodello UML

Esempio di Stereotipo

La proprietà “father” è un raffinamento della proprietà “parent”

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Le subProperty DAML+OIL sono mappate con la dipendenza stereotipata <<subPropertyOf>> tra 2 associazioni:

Ogni estremo di associazione puòessere descritto da al più una proprietà

Una Property, come in DAML+OIL, puòessere vincolata da zero o più Restriction

Le Restriction sono Classifier ed ognuna è messa in relazione con almeno una classe

La Property è un Classifier e può esisteresenza essere associata a nessuna classe

Le istanze di una Restriction sono gli oggetti che soddisfano una condizione su una o più proprietà associate con la restrizione

Due nuovi costrutti: Proprietà e Restrizione

Estensione metamodello UMLP

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Il fatto che nessuna Property può avere più di uno degli AssociationEnd di un’associazione può essere espresso con vincoli OCL

Progetti in corsoTentativi di applicare UML nel campo della rappresentazione di ontologie

UBOT (Lockheed Martin Corporation) Mapping UML / DAML+OIL di K. Baclawski

Stephen Cranefied e Martin Purvis: hanno studiato l’uso dei class-diagram UMLper rappresentare ontologie e degli object-diagram UML per rappresentare istanze

Cranefield sta promuovendo lo sviluppo di ontologie usando UML e studiando il problema del mapping UML-RDF tool “UML-Data-Binding”

Progetto CODIP (Component for Ontology Driver Information Push): tool DUET (DAML-UML Enhanced Tool), basato su Rational Rose, che studia un profilo UML per DAML

F. Bergenti e A. Poggi hanno proposto un approccio basato sull’uso dell’UML per modellare vari aspetti dei sistemi multi-agente

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Ontology Engineer

Text or web pages

AeroTextText Extraction

DAML+OILOntologies

automatically generated DAML+OIL

annotatedtext or web pages

AeroDAML Extractionto DAML+OIL

UML GUI

UML↔DAML+OILTranslation

ConsVISor

XMI models

Consistencychecking

XMI models

UBOT (UML Based Ontology Tool-set)

http://ubot.lockheedmartin.com

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Ontology Engineer

UML-baseddesign tool

Javasource file

XMIDocument

Applications

RDF-Schema(in XML) + Estensioni

references

javac loads

references

Java class file

Knowledge(in RDF/XML)

references

XSLT

XSLT

UML-Data-BindingS. Cranefield

http://nzdis.otago.ac.nz/projects

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Conclusioni e sviluppi futuri

Problemi/limiti di mapping componenti statici dell’UMLMa l’UML è molto di più:

Ideale per modellare svariati aspetti del Web Semantico

gestione delle interazioni tra gli agenti software organizzazione dei servizi Web offerti

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Confronto dei tool UML DAML+OIL / RDF con i traduttori MOMIS ODLI3 RDF(S) / OWL etc...

Confronto validazione di schemi: ConsVISor / ODB-Tools

Confronto esprimibilità vincoli: OCL / ODLI3

Ricerche recenti hanno mostrato come vincoli di integrità UML possono essere espressi come trasformazioni di grafo del metamodello UML Implementazione di questo stile di deduzione in tool UML

Bibliografia essenziale

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Tim Berners-Lee. Semantic web road map. Internal note, W3C. 1998http://www.w3.org/DesignIssues/Semantic.html

World Wide Web Consortium. http://www.w3.org

Valentina Tamma. Theoretical foundations of ontologies. An Ontology Model supporting Multiple Ontologies for Knowledge sharing. PhD Thesis, University of Liverpool, 2001

Nicola Guarino. Formal ontologies and information systems. Proceedings of the International Conference on Formal Ontology in Information Systems (FOIS'98), Trento, Italy, 1998

MOMIS. http://dbgroup.unimo.it/Momis

UML. OMG Unified Modeling Language Specification, ver. 1.4

UBOT. http://ubot.lockheedmartin.com

S. Cranefield. UML and the Semantic Web. http://www.semanticweb.org/SWWS/program/full/paper1.pdf

Grazie per l’attenzione

PROGETTAZIONE UML NELL’AMBITO DEL SEMANTIC WEB

Patrizia PonchiroliPro

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La tesi è consultabile e scaricabile dal sitowww.dbgroup.it