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.

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. 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. 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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. 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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
Ingénierie des connaissances - Lille
Michel Héon,
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. 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. 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. 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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. 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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. Plate-forme IA 2013 - 1-5 juillet 2013
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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. G-OWL :Vers un langage de modélisation
graphique, polymorphique et typé pour la
construction d’une ontologie dans la notation
OWL
Merci !
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http://pfia2013.univ-lille1.fr/doku.php?id=fr:ic
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Cotechnoe, Montréal, Canada, www.cotechnoe.com
Université du Québec à Montréal, Montréal, Canada
Télé-Université du Québec, Montréal, Canada