Les ontologies

1. Les Ontologies ou
comment donner du sens
aux données
S. Garlatti

2. Plan
 Introduction
• Notion d’ontologie et de sens
• Rôle des Ontologies
• Historique
 Ontologies
• Définitions
• Types d’ontologies
 Différents types de systèmes
• Les logiques de description

3. Notion d’ontologie et de sens
Le concept de « Voie »

4. Notion d’ontologie et de sens
Le concept de « Voie »

5. Notion d’ontologie et de sens
Le concept de « Voie »

6. Notion d’ontologie et de sens
Le concept de « Voie »

7. Notion d’ontologie et de sens
 Définir une ontologie c’est
• Donner un sens unique à des concepts
- Pas de Polysémie
• Donc définir un « domaine » de sens particulier
- Les voies de communication, la médecine, les galaxies, les
arts martiaux, etc.
• Consensus dans une communauté de pratiques

8. Notion d’ontologie et de sens
 Construire une Ontologie
• C’est représenter des connaissances
Connaissances ?????

9. Rôle des ontologies
 Définir un vocabulaire commun et partagé par une
communauté de pratiques
• Avoir une compréhension commune
• Communiquer, échanger, etc.

10. Rôle des ontologies
 Expliciter et formaliser des connaissances
• Donner un sens unique à des « entités du monde réel »

11. Rôle des ontologies
 Donner du sens à des ressources
• Indexation de celles-ci, puis
• Recherche d’information (ressources)
• Réutilisation, partage et échange

12. Rôle des ontologies
 Raisonnement / inférence
• Construire et découvrir de nouvelles
informations et/ou connaissances à partir
des ontologies et des ressources existantes

13. Historique
 Les réseaux sémantiques
• Quillian (1968)
- Un mécanisme général d'association pour représenter le
sens des mots
- Ensemble de nœuds et d‘associations représentés par des
liens.
- Un réseau sémantique forme un graphe orienté dont les
nœuds et les arcs sont étiquetés
- Un graphe d'héritage, structuré au moyen d'une relation de
généralisation / spécialisation qui relie entre eux des objets
"sémantiquement proches"

14. Historique

15. Historique
 Puis différentes interprétations de cette notion
• Les Frames: M. Minsky [75] a proposé un autre modèle
appelé "frames". Ces "frames" sont des granules de
connaissances plus importantes que les nœuds d'un
réseau sémantique
• Les Logiques de Description: Brachman et Schmolze [77]
ont proposé un autre modèle à mi-chemin entre les
réseaux sémantiques et les Frames de Minsky dont le
premier représentant s'appelle KL-ONE
• Les Graphes Conceptuels: Sowa [84]
• Les Frames-Logic Kifer [95]

16. Historique
 Points communs
• Réification des entités du « monde réel » sous forme
- D’objets : des classes ou des individus
- Ou de propriétés
• Un objet est défini par une conjonction de propriétés qui
peuvent être des couples attributs / valeurs ou des
relations entre objets
• Organisation des classes :
- Un graphe orienté sans circuit, dont un graphe d’héritage
muni d’une relation « SubClassOf »

17. Historique
 Points Communs
• Graphe d'héritage, par des liens « SubClassOf » qui
déterminent
- Une relation de généralisation/spécialisation entre les classes et une
relation d’instanciation « Member-of » entre individus et classes.
• Une classe déclare les propriétés qui lui sont spécifiques
• Toute propriété non présente dans un objet peut être héritée
des classes plus générales (mécanisme d'héritage)
• Héritage simple ou multiple

18. Historique
 Points Communs
• Soit G = (X,H) le graphe d'héritage avec X l'ensemble
des objets,
- X = Y  Z avec Y l'ensemble des « classes » et Z l'ensemble
des « individus »,
- Ce graphe G possède toujours une racine unique et défini un
ordre partiel sur X
- H l'ensemble des arcs, avec H l'ordre induit par le graphe G
et
-  x, y  X tels que x ≤H y alors y est un ancêtre de x et x est
un descendant de y.

19. Historique
 Définitions d’une classe
• Définition en extension
- L'extension propre d'une classe est définie par un ensemble
d'individus
- L'extension au sens large d'une classe est définie par un
ensemble d’individus et les classes plus spécifiques
• Définition en intension ou compréhension
- Une classe est définie en intension par l'ensemble des
propriétés qu’elle possède ou qu’elle hérite

20. Historique
 Rapports entre Extension et Intension
• Soient Extp(x) l'extension propre de l'objet x et Ext(x)
l'extension au sens large de l'objet x, alors
 x, y  Y tels que x H y  Ext(x)  Ext(y)
 y  Y et  z  Z, tels que z H y  z  Extp(y)
• Soient z un objet, Int(x) l'intension de x ou ensemble de
propriétés définissant x, c'est-à-dire celles déclarées dans z et
celles héritées de ces ancêtres, alors
 x, y  Y tels que x H y  Int(y)  Int(x)

21. Historique
 Deux types de classes
• Celles définies en Condition Nécessaires et Suffisantes
• Celles définies comme des Prototypes
- Théorie du prototype de E. Rosch

22. Historique
 Mécanismes d’inférence
• L'héritage : c'est un mécanisme de partage de propriétés
entre des entités structurées dans une hiérarchie qui
induit un raisonnement monotone ou non monotone selon
les systèmes.

23. Historique
 Mécanismes d’inférence
• Le filtrage : recherche d’un ensemble d'objets qui
satisfont à certains critères donnés.
- Le filtrage est souvent fondé sur une logique à trois valeurs,
vrai, faux, et inconnu (en monde ouvert)
– Un objet ne vérifiant pas les conditions du filtre n'est pas rejeté
s'il n’est pas contradictoire avec le filtre
– Objets répartis en trois classes sûrs, possibles et impossibles

24. Historique
 Mécanismes d’inférence
• La classification: la classification est l'opération qui
permet de placer un objet x dans un graphe d'héritage.
Deux cas sont à considérer :
– L’individu
– La classe

25. Ontologie
 « Naissances des Ontologies »
• Début années 90
• Méthodologies d’acquisition des connaissances
• Séparer les différentes catégories de connaissances et
les raisonnements associés pour
- Construire mieux, plus rapidement, plus facilement,
- Réutiliser et partager les connaissances acquises
- Maintenir plus facilement ces dernières

26. Ontologie
 Les concepts et les propriétés d’un domaine
hiérarchiquement organisés sont regroupés dans une
entité appelée
« Ontologie »
 Pas d’individus !!!!!
 Une fois construite et acceptée par une communauté
particulière, une ontologie doit traduire un consensus
explicite et un certain niveau de partage par les
membres de la communauté.

27. Ontologie
 Philosophie : ARISTOTE a défini l’Ontologie comme la science
de l’Être
 Définition (Petit Robert) : la partie de la métaphysique qui
s’intéresse à l’Être en tant qu’Etre
 Ontologie
• Est habituellement comprise comme une science des étants
plutôt que comme une science de l’Être en tant qu’Être
- C’est-à-dire qu’elle s’intéresse davantage à ce qui existe (les étants
ou existants) qu’aux principes de ce qui existe (l’Être)
 « Ontologie » sera utilisé dans le contexte de
l’Ingénierie des connaissances, de l’intelligence
artificielle ou du Web sémantique
•

28. Ontologie
 Définition 1 (Gruber 1993)
• “An ontology is a formal, explicit specification of a shared
conceptualization of a domain of interest”.
- Conceptualisation : les objets, les concepts et autres entités
qui sont supposés exister dans un domaine particulier et les
relations qu’ils entretiennent entre eux.
 N. Guarino et P. Giaretta
• L’ontologie comme un système conceptuel informel,
• L’ontologie comme la représentation d’un système conceptuel
via une théorie logique et son vocabulaire.

29. Définitions
 Gruber et M. Uschold et al.
• Ontologie (déf. 2) : Une ontologie implique ou comprend une
certaine vue du monde par rapport à un domaine donné.
- Cette vue est souvent conçue comme un ensemble de concepts,
leurs définitions et leurs interrelations.
- On appelle cela une conceptualisation.
• Une ontologie peut prendre différentes formes mais elle inclura
nécessairement un vocabulaire de termes et une spécification
de leur signification.
• Une ontologie est une spécification rendant partiellement
compte d’une conceptualisation.

30. Définitions
Une structure d’ontologie est un quintuplet O := {C, R, HC, rel,
AO}
• C et R : ensembles disjoints des concepts et des relations
• HC hiérarchie (taxonomie) de concepts : HC  C x C , HC(C1, C2)
signifie que C1 est un sous-concept de C2 (relation orientée)
• Rel : relation rel: R  C x C (définit des relations sémantiques non
taxonomiques) avec 2 fonctions associées
- dom : R  C avec dom(R):= 1(rel(R))
- range : R  C avec range(R):= 2(rel(R)) co-domaine
- rel(R) = (C1,C2) s’écrit aussi R(C1,C2)
• Ontologie abstraite

31. Définitions
Le lexique d’une structure d’ontologie O:= {C, R, HC, rel, AO}
est un quadruplet L:= {LC, LR, F, G}
• LC et LR : ensembles disjoints des entrées lexicales des concepts et
des relations
• F, G : deux relations appelées références F  LC (pour les concepts),
G  LR x R (pour les relations),
- Pour L LC : F(L) = {C  C / (L,C)  F}
- F-1 (L) = {L  L / (L,C)  F}
• Idem pour G et G-1
Ontologie concrète : couple (O, L)

32. Définitions
 Structure d’une base de connaissances : quadruplet KB:= {O, I, inst, instr}
• O:= {C, R, HC, rel, AO} est une ontologie
• I est un ensemble d’individus
• inst : C-> 2I Fonction d’instanciation de concept
• Instr : R -> 2IxI Fonction d’instanciation de relation
 Lexique d’une base de connaissances LKB := (LI,J)
personne
entrepriseemployé Travaille-pour
Dupont SNCFTravaille-pour
ontologie
BC
Source: N. Aussenac

33. Définitions
 Ontologie : Ensemble des objets reconnus comme
existant dans le domaine
• Construire une ontologie c’est aussi décider de la
manière d’être et d’exister des objets.
• Modèles des connaissances d’un domaine qui sont
pertinentes pour une application, une tâche donnée
• Conceptualisation en classes génériques, relations et
règles

34. Définitions
 Contraintes qui s’imposent au concepteur d’ontologies
• Une ontologie est bien une conceptualisation, entendons par là
que l’on y définit des concepts
- Utilisée dans un artefact informatique dont on veut spécifier le
comportement,
- L’ontologie est une théorie logique pour laquelle on précisera le
vocabulaire manipulé
- La conceptualisation étant spécifiée parfois de manière très précise,
une théorie logique ne peut pas toujours en rendre compte de façon
exacte : elle ne peut assumer la richesse interprétative du domaine
conceptualisé dans une ontologie et ne le fait donc que
partiellement.

35. Types d’ontologies
 Que représente une ontologie ?
• Le type d’ontologie
- L’ontologie de domaine
- L’ontologie d’une méthode de résolution de problème, le rôle de
chaque concept dans le raisonnement est rendu explicite
- L’ontologie des utilisateurs, de l’entreprise
• Les propriétés
- Non seulement le repérage et la classification des concepts mais
aussi les caractéristiques qui leur sont attachées.
• Les relations, autres que héritage : spatiale, temporelle,
composition, etc.

36. Types d’ontologies
 Ontologies d’application double spécialisation : d’une
ontologie du domaine et d’une ontologie de méthode
 Ontologie formelle étude approfondie et raisonnée de la
manière d’organiser des concepts fondamentaux - le
temps, les relations partie-tout, la causalité, …
 Ontologies de résolution de problème (de méthode) ex :
ontologies de tâche, ONTOLINGUA
 Ontologies du domaine ex : Ménélas
 Ontologies » génériques ex : Wordnet, Bateman, CYC
 Ontologies de représentation ex : la «frame ontology»
d’ONTOLINGUA

37. Types d’ontologies
 Ontologies développées dans un contexte
informatique
• Le but final est de spécifier un artefact informatique
 L’ontologie devient alors un modèle des entités existantes
qui y fait référence à travers des concepts du domaine.
 L’ontologie devra ensuite être opérationnalisée, c’est-à-dire
codée dans un langage opérationnel, exécutable par une
machine.

38. Types d’ontologies
 Rôles des ontologies dans le SW
- Définir de manière déclarative un vocabulaire commun
résultat d’un consensus social dans un domaine donné
– Chaque élément de vocabulaire possède une
interprétation unique partagée par tous les membres du
domaine
- Décrire la sémantique des termes et leurs relations
– L’interprétation de chaque terme est unique. Elle est
fournie par une sémantique formelle.
– L’ensemble des termes et leurs relations fournissent un
cadre interprétatif dépourvu d’ambiguïté pour chaque
terme.
- Fournir des mécanismes d’inférence qui respectent la
sémantique formelle.

39. Types d’ontologies
 Dépots
- http://www.bioontology.org/
- http://ontology.buffalo.edu/
- http://protegewiki.stanford.edu/wiki/Protege_Ontology_Library#OWL
_ontologies
- http://swl.slis.indiana.edu/repository/index.html
- http://schemapedia.com/
- http://owl.cs.manchester.ac.uk/repository/
- http://pronto.metadata.net/related
- http://onki.fi/
- http://www.daml.org/ontologies/
- http://owl.cs.manchester.ac.uk/ontologies/repositories/
-

40. Différents types de systèmes
 Logique de Description
• CNS, héritage multiple sans conflit, subsomption
 Graphes Conceptuels
• CNS, héritage multiple sans conflit, {objet = sous-
graphe}, treillis, appariement de graphes
 Frames-Logic
• CNS, héritage multiple sans conflit, + Prolog

41. Les Logiques de Description
 Une logique description fournit
• Des concepts : classes
• Des rôles : propriétés
• Des opérations (and, or, not, some, all, atleast, atmost…)
sur ces éléments primitifs du langage
• Un mécanisme de classification fondé sur la relation de
subsumption entre concepts ou rôles
- Induit généralement un graphe orienté sans circuit entre les
concepts et entre les rôles

42. Les Logiques de Description
 Deux types de concepts
• Primitifs : sont des définitions incomplètes des concepts
– Conditions Nécessaires mais non suffisantes pour
décider de l’appartenance
• Définis : sont des définitions complètes des concepts
en Condition Nécessaire et Suffisante (CNS)
 La classification ne peut opérer que sur des concepts
définis

43. Les Logiques de Description
 Mécanismes d’inférences
• La subsomption
A subsume B si et seulement si pour chaque modèle <D,
x>, x [A]  x [B]. La classification est le processus qui
identifie toutes les subsomptions appropriées parmi un
ensemble donné de termes.
• L'héritage
l'héritage est le processus d'identification des conditions
qui s'appliquent à un concept en fonction de ses
subsumants.

44. Les Logiques de Description
 Mécanismes d’inférences
• La complétion
c'est le processus qui identifie et enregistre toutes les
conditions qui s'appliquent à un concept, c'est-à-dire
toutes celles dues à l'héritage,
• La cohérence
un terme est cohérent si et seulement s'il y a un
modèle dans le lequel la dénotation du terme est non
vide. En d'autres mots, A est cohérent seulement s'il
existe un modèle
<D, x> tel que x [A]  .