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G-OWL : Vers un langage de modélisation graphique, polymorphique et typé pour la construction d’une ontologie dans la notation OWL

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Le Web Ontology Language (OWL) standardisé par le W3C. a pour objectif’ d’offrir un langage de conception d’ontologies pour le web sémantique. L’ingénierie d’une ontologie est une activité complexe nécessitant une habilité peu accessible à des experts de contenu. En revanche, pour modéliser du contenu métier, la modélisation graphique semi-formelle est une technique souvent employée pour offrir un outil de représentation des connaissances à des experts de contenu peu familier au processus de conception d’une ontologie. Dans cet article, nous présentons de quelle manière l’usage du polymorphisme et le typage des symboles du vocabulaire graphique permettront de concevoir le langage G-OWL, un langage graphique qui vise à permettre la représentation de connaissances métiers dans le formalisme OWL pour des non-experts de l’ingénierie ontologique.

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G-OWL : Vers un langage de modélisation graphique, polymorphique et typé pour la construction d’une ontologie dans la notation OWL

  1. 1. G-OWL Vers un langage de modélisation graphique, polymorphique et typé pour la construction d’une ontologie dans la notation OWL Michel Héon PhD, Roger Nkambou PhD Cotechnoe, Montréal, Canada, www.cotechnoe.com Université du Québec à Montréal, Montréal, Canada Télé-Université du Québec, Montréal, Canada Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances – Lille http://pfia2013.univ-lille1.fr/doku.php?id=fr:ic
  2. 2. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Contexte • 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 2
  3. 3. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Le besoin en amont de cette recherche • Est-ce possible de concevoir un langage ontologique qui soit: – plus simple d’usage que le OWL (Web Ontology Language) – qui permettrait de construire l’ontologie en mode graphique – avec un vocabulaire, une syntaxe et une grammaire simplifiés en comparaison avec le OWL – dont la résultante est une ontologie dans la notation OWL 3
  4. 4. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Structure de la présentation • Introduction – Contexte de l’ingénierie des connaissances – Hypothèse • Spécification de G-OWL – Le vocabulaire • Entités, relations et grammaire – Table de désambiguïsation • Test d’expressivité – Classe et propriété – Restriction – Équivalence et différence • Résultat – Comparer une ontologie partielle entre G-OWL et son graphe • Changement de niveau d’abstraction • Représentation de la restriction • Relation ontologique et relation de domaine • Conclusion 4
  5. 5. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Quelques langages graphiques semi-formels de représentation des connaissances 5 Modèle par objets typés Connaissances Liens Application A « s'applique à » Intrant-produit I/P « est-intrant-à ou produit » Précédence P « précède » Instanciation I « a-pour-instance » Spécialisation S « est-sorte-de » Régulation R « régit » Composition C « est-composé-de » Origine Destination Relations S S C C C CC Faits Habiletés Connaissances 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 C C 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) Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  6. 6. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Proposition de représentation graphique d’une ontologie (langage formel) 6 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.org F-logic modeling Graphe Protégé – Topbraid composer Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  7. 7. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Caractéristiques des langages de RC en fonction du degré de formalisme • Langage non-formel – souvent graphique – les symboles sont polysémiques (nombre fini indéterminé de signifiants par symbole) – petit nombre de symboles (évite la surcharge cognitive) – grammaire simple d’usage – non traitable par des systèmes de traitement automatique de la connaissance • Langage formel – souvent textuel (sauf exception (ex.: GC Sowa, ODM, UML…)) – un seul signifiant par symbole (non polysémique) – grand nombre de symboles et la grammaire est souvent complexe, voire implicite… – Traitable par des logiciels 7 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  8. 8. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Dans le contexte de l’ingénierie des connaissances • Nécessité – représenter la connaissance métier par l’usage d’un langage de représentation des connaissances • Besoins de l’IC face au langage – pour l’expert de contenu, le langage doit: • Expressif (expression de connaissances: déclarative, procédurale, stratégique, floue, modale, etc) • Simple d’usage • Stimuler la créativité – pour le cogniticien, le langage doit être: • Formel (sans ambiguïté) • Interopérable (compréhensible par l’humain et les logiciels informatiques) 8 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  9. 9. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou 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 • Énoncé Il est possible de construire un langage ontologique qui soit: • Graphique • Dont la résultante est un document OWL • Polysémique • De degré formel 9 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  10. 10. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Stratégies employées • 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 préassignant un type au symbole 10 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  11. 11. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Structure de la présentation • Introduction – Contexte de l’ingénierie des connaissances – Hypothèse • Spécification de G-OWL – Le vocabulaire • Entités, relations et grammaire – Table de désambiguïsation • Test d’expressivité – Classe et propriété – Restriction – Équivalence et différence • Résultat – Comparer une ontologie partielle entre G-OWL et son graphe • Changement de niveau d’abstraction • Représentation de la restriction • Relation ontologique et relation de domaine • Conclusion 11
  12. 12. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Type d’entités Alphabet graphique Signification Concept Le rectangle est utilisé pour représenter un Concept qui désigne le « quoi » des choses Restriction Le rectangle conteneur est utilisé pour représenter une Restriction universelle, existentielle ou de valeur, et la cardinalité associée à une propriété. Collection Le rectangle conteneur est aussi utilisé pour représenter une collection Attribut L’hexagone est utilisé pour représenter un attribut qui définit la propriété entre des concepts. Vocabulaire Alphabet des entités (1/2) Quatre graphies pour représenter les abstractions du domaine du discours 12 « Espace de nom » Nom du concept Type de restriction Concept, Fait, Valeur C1 Attribut P1 « Espace de nom » Nom de la restriction Type de collection Concept, Fait ou Restriction C1 Cn... « Espace de nom » Nom de la collection « Espace de nom » Nom de l’attribut (Type d’attribut) Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  13. 13. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Vocabulaire Alphabet des entités (2/2) Deux graphies pour représenter les faits du domaine du discours 13 Type d’entités Alphabet graphique Signification Fait Le rectangle pointillé est utilisé pour représenter un fait, un objet observable, un individu OWL Donnée Le rectangle pointillé est aussi utilisé pour représenter une donnée de type entier, réel, caractères, etc. « Espace de nom » Nom du fait Valeur (Type de donnée) Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  14. 14. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Type de relation/ Alphabet graphique Signification gowl:LienS --- S --> Le lien de Spécialisation associe deux connaissances de niveau abstrait de même type dont le premier est une spécialisation de la seconde. gowl:LienDS (LienS doublement orienté) <-- S --> Le lien de Synonymie associe deux connaissances de niveau abstrait de même type ou deux faits. Elle indique que la première connaissance est l’équivalent (ou le synonyme) de la seconde. gowl:LienA --- A --> Le lien d’Attribution associe un attribut à un concept, une restriction ou une collection afin de préciser l’image ou le domaine d’une propriété. gowl:LienNT --- nom d’un Attribut -> Le lien NonTypé est utilisé pour associer un prédicat entre un fait et une connaissance de niveau conceptuel. Le nom du prédicat est associé à un attribut existant par le nomDunAttribut. gowl:LienI --- I --> Le lien d‘Instanciation associe un concept à un fait qui caractérise une instance de cette connaissance. gowl:LienD ---D--> Le lien de Différence est utilisé pour indiquer la disjonction entre deux connaissances déclaratives abstraites. Il est aussi utilisé pour différencier deux faits. Vocabulaire Alphabet des relations 14 Les relations typés représentent les prédicats du langage OWL Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  15. 15. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Synthèse de la grammaire 15 Destination Concept Attribut Fait Restriction Collection Source Concept S, DS, I, D A I S, DS, D S, DS, D Attribut A S, DS, -1 A A Fait NT Restriction S, DS A I Collection S, DS A I • Exemples d’interprétation du tableau des règles: – Un lien A, a pour origine un Attribut et pour destination un Concept – Un Concept est lié à un autre Concept par un lien S, un lien DS, un lien I ou un lien D L’usage des symboles est régi par ces règles grammaticales
  16. 16. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Extrait de la table de désambiguïsation de la polysémie de G-OWL 16 Alphabet polymorphique de G-OWL Polysémie dans la notation OWL Désambiguïsation symbolique gowl:Concept owl:Class gowl:Attribut owl:DatatypeProperty owl:ObjectProperty owl:TransitiveProperty owl:SymetricProperty owl:FunctionalProperty owl:InverseFunctional si le codomaine est une donnée si le codomaine est un fait T S F I gowl:Collection owl:intersectionOf owl:unionOf owl:oneOf owl:DataRange owl:complementOf owl:distinctMembers owl:AllDifferent [] [] gowl:LienS rdfs:subClassOf rdfs:subPropertyOf si le lien est entre deux concepts si le lien est entre deux propriétés gowl:LienDS owl:equivalentClass owl:equivalentProperty owl:sameAs Si le lien est entre deux attributs Si le lien est entre deux attributs Si le lien est entre deux faits gowl:LienA rdfs:domain rdfs:range Si la source du lien est concept et que sa destination est un attribut Si la source du lien est attribut et que sa destination est un concept Pour chaque symbole Il existe un nombre limité et fini de significations (la polysémie) Dont la polysémie polymorphique sera désambiguïsée par une règle Et la polysémie typologique sera désambiguïsée par l’interprétation du type Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  17. 17. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Structure de la présentation • Introduction – Contexte de l’ingénierie des connaissances – Hypothèse • Spécification de G-OWL – Le vocabulaire • Entités, relations et grammaire – Table de désambiguïsation • Test d’expressivité – Classe et propriété – Restriction – Équivalence et différence • Résultat – Comparer une ontologie partielle entre G-OWL et son graphe • Changement de niveau d’abstraction • Représentation de la restriction • Relation ontologique et relation de domaine • Conclusion 17
  18. 18. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Test d’expressivité • Le but est de démontrer qu’il est possible de décrire l’ensemble des éléments d’expressivité soutenu par le OWL. • Pour ce faire, la section est structurée selon la classification des constructeurs telle que présentée par McGuinness (2004) et Yu (2011) en utilisant l’ontologie Wine.owl (Deborah L. McGuinness et al., 2004) 18 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  19. 19. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Classe et propriété WinGrape est une sorte de Grape du domaine food. Le CabernetSauvignonGrape est un WineGrape WineColor est une sorte de WineDescriptor la propriété hasColor est une sorte de propriété hasWineDescriptor Wine hasWineDescriptor WineDescriptor Wine hasColor WineColor 19 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  20. 20. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Classe et propriété WinGrape est une sorte de Grape du domaine food. Le CabernetSauvignonGrape est un WineGrape WineColor est une sorte de WineDescriptor la propriété hasColor est une sorte de propriété hasWineDescriptor Wine hasWineDescriptor WineDescriptor Wine hasColor WineColor 20 Polymorphisme du lienS Polymorphisme du lienA Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  21. 21. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Restriction Wine est une sorte de PortableLiquid Pour tous ( ) les Wine, s’ils sont associés à un producteur (hasMaker) alors chaque producteur est une sorte d’Etablissement Vinicole (Winery) Pour tous les Wine; il existe ( ) au moins un producteur (hasMaker) qui est une sorte d’Etablissement Vinicole (Winery) 21 Conteneur existentiel Condition nécessaire et suffisante Conteneur universel Condition nécessaire Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  22. 22. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Équivalence et différence 22 Polymorphisme de l’équivalence Différence entre des concepts entre des propriétés entre des individus entre des concepts entre un concept et une restriction Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  23. 23. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Structure de la présentation • Introduction – Contexte de l’ingénierie des connaissances – Hypothèse • Spécification de G-OWL – Le vocabulaire • Entités, relations et grammaire – Table de désambiguïsation • Test d’expressivité – Classe et propriété – Restriction – Équivalence et différence • Résultat – Comparer une ontologie partielle entre G-OWL et son graphe • Changement de niveau d’abstraction • Représentation de la restriction • Relation ontologique et relation de domaine • Conclusion 23
  24. 24. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Résultat • On analyse l’usage de G-OWL en comparaison avec la représentation en graphe d’une partie de l’ontologie wine.owl soit, l’ontologie partielle du « SauterneChâteauDYquem » 24 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  25. 25. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Changement de niveau d’abstraction (Ontologie partielle du Sauterne Château d’Yquem en représentation graphe et G-OWL) 25 Le Château d’Ychem Sauternes est un vin de Sauternes SauterneChâteauDYquem en G-OWL SauterneChâteauDYquem en graphe Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  26. 26. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Représentation de la restriction (Ontologie partielle du Sauterne Château d’Yquem en représentation graphe et G-OWL) 26 Les Sauternes sont des vins de couleur blancs Représenter la classe Représenter la restriction Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion Représentation non associée au domaine
  27. 27. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Collection et énumération • La collection est utilisée pour agglomérer un ensemble fini de concepts, de restrictions ou encore un ensemble de faits 27 Énumération Regrouper des individus Distinguer des individus Collection Conjonction de concepts Disjonction entre un concept et une restriction Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  28. 28. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Polymorphisme et type (Ontologie partielle du Sauterne Château d’Yquem en représentation graphe et G-OWL) 28 La propriété hasColor a pour domaine wine et co-domaine WineColor Polymor phisme La propriété hasColor est de type Objet et Fonctionnel Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  29. 29. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Relation ontologique et relation de domaine (Ontologie partielle du Sauterne Château d’Yquem en représentation graphe et G-OWL) 29 sujet La typologie permet la distinction claire entre une relation ontologique (relation typée) et une relation du domaine Le Sauterne Château d’Yquem est de couleur blanc prédicat objet Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion Soit l’énoncé:
  30. 30. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Bilan • Pour représenter l’énoncé « un Château d’Yquem Sauternes est un vin blanc de Sauternes », il faut: 30 Critère de comparaison Graphe G-OWL Nombre de sorte d’entités 6 5 Nombre de sorte de relations 8 3 Nombre total d’entités 13 9 Nombre total de relations 13 5 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  31. 31. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Structure de la présentation • Introduction – Contexte de l’ingénierie des connaissances – Hypothèse • Spécification de G-OWL – Le vocabulaire • Entités, relations et grammaire – Table de désambiguïsation • Test d’expressivité – Classe et propriété – Restriction – Équivalence et différence • Résultat – Comparer une ontologie partielle entre G-OWL et son graphe • Changement de niveau d’abstraction • Représentation de la restriction • Relation ontologique et relation de domaine • Conclusion 31
  32. 32. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Bilan Bien qu’une évaluation terrain, avec des utilisateurs métiers, n’est pas été encore été réalisée, nous pouvons tout de même affirmer que: • La spécification de G-OWL couvre l’ensemble du vocabulaire de OWL • Le test d’expressivité démontre que G-OWL permet de construire une ontologie graphique tout en préservant l’expressivité de OWL • Les résultats d’applications sur l’ontologie ChateauDYquemSauternes tendent fortement à démontrer que l’usage de G-OWL est plus simple que l’usage de graphe OWL • Malgré la polysémie des symboles de G-OWL, le polymorphisme et le typage de ses symboles sont des mécanismes permettant la désambiguïsation du modèle vers une ontologie OWL formelle 32 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  33. 33. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Il reste cependant à: • implanter G-OWL dans un éditeur • valider l’usage avec des utilisateurs non spécialistes des ontologies pour évaluer: – le temps nécessaire à l’apprentissage – l’ergonomie du langage en tant qu’outil d’expression de la connaissance 33 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  34. 34. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances - Lille Michel Héon, Roger Nkambou Perspective • En gestion des connaissances, réduire le temps de passage entre la connaissance tacite de l’expert et son explicitation en connaissances formelles • En ingénierie des connaissances: offrir un outil de modélisation de la connaissance graphique et ontologique aux experts de contenu • En informatique du web: offrir a l’informaticien un outil graphique de construction d’une base de connaissances (par ex.: pour l’ontologie d’un Wiki sémantique) • À l’utilisateur intéressé: un outil de représentation graphique du contenu, total ou partiel, d’une ontologie dans la notation OWL • G-OWL est présentement en attente de financement pour son implantation et validation 34 Introduction | Spécification | Test d’expressivité | Résultat | Conclusion
  35. 35. G-OWL :Vers un langage de modélisation graphique, polymorphique et typé pour la construction d’une ontologie dans la notation OWL Merci ! Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013 Ingénierie des connaissances – Lille http://pfia2013.univ-lille1.fr/doku.php?id=fr:ic Michel Héon PhD, Roger Nkambou PhD Cotechnoe, Montréal, Canada, www.cotechnoe.com Université du Québec à Montréal, Montréal, Canada Télé-Université du Québec, Montréal, Canada

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