Ontologias Fuzzy e Regras Fuzzy Envolvendo Termos Linguísticos

2. As inferências baseadas em regras fuzzy contribuem para a realização de outras tarefas de raciocínio da ontologia fuzzy? Algumas tarefas de raciocínio da ontologia fuzzy podem depender das inferências providas pelas regras fuzzy como, por exemplo, a verificação da pertinência de uma instância para um conceito definido com base em valores de propriedades inferidos por meio de regras fuzzy;

3. O conjunto de inferências fuzzy disponibilizadas compreende tanto o raciocínio de ontolo- gias fuzzy quanto o raciocínio baseado em regras fuzzy? Algumas aplicações demandam inferências fuzzy baseadas tanto nas definições da ontologia fuzzy quanto no processa- mento de regras fuzzy, que podem ser complementares e significativas para o domínio. Por exemplo, os valores das propriedades correspondentes aos atributos presentes em regras fuzzy podem ser obtidos por meio do raciocínio de ontologias fuzzy.

Assim, o objetivo deste capítulo é descrever abordagens da literatura que tratam a integra- ção de ontologias fuzzy e regras fuzzy, com foco no processamento de variáveis linguísticas associadas a propriedades numéricas modeladas na ontologia fuzzy. A Seção 4.2 descreve trabalhos que abordam ontologias fuzzy e regras fuzzy envolvendo propriedades numéricas e termos linguísticos, mas que não consideram sistemas de inferência fuzzy. Na Seção 4.3, são apresentadas abordagens que combinam ontologias e, especificamente, sistemas de inferência fuzzypara o processamento de regras fuzzy. Por fim, a Seção 4.4 discute de forma sumarizada os trabalhos correlatos descritos no decorrer deste capítulo, sob a ótica das questões mencionadas.

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guísticos

Segundo Lukasiewicz e Straccia (2008), uma das tendências de pesquisa em ontologias fuzzy é a integração com linguagens baseadas em regras. Existem diversos trabalhos que tratam regras fuzzy cujos antecedentes e consequentes contêm conceitos e relacionamentos fuzzy definidos na ontologia, levando em consideração graus de verdade das asserções fuzzy e até pesos que permitem especificar quais condições e regras são mais relevantes. Neste contexto, estão trabalhos como f-SWRL (PAN et al., 2006), fuzzy CARIN (MAILIS; STOILOS; STA- MOU, 2007), Vague-SWRL (WANG et al., 2008) e fuzzy RuleML (DAMÁSIO et al., 2008). Entretanto, as pesquisas que consideram esse tipo de regra fuzzy não abordam especificamente regras fuzzy que contêm variáveis linguísticas e, portanto, não tratam o raciocínio aproximado envolvendo propriedades numéricas e termos linguísticos.

Diversas pesquisas voltadas para ontologias fuzzy também oferecem suporte a regras fuzzy que combinam propriedades correspondentes a variáveis linguísticas. Agarwal e Hitzler (2005) propõem a representação de regras fuzzy por meio de construtores da DL ALC(D) com suporte a tipos de dados concretos e operações de agregação (soma, média, máximo, entre outros). Como os próprios construtores da DL ALC(D) são utilizados para modelar variáveis linguísticas e regras fuzzy, a sintaxe dessa DL não é modificada, o que permite o uso de linguagens de ontologias e raciocinadores crisp para realizar a inferência baseada em regras fuzzy, desde que tratem ALC(D) e operações de agregação. Com relação ao raciocínio aproximado, Agarwal e Hitzler (2005) propõem a aplicação da regra da inferência composicional (Seção 2.5.1) para cada regra e posteriormente a agregação dos resultados inferidos, com as operações max para agregação, min para a conjunção dos antecedentes e semântica da regra, além do método de centro de área para defuzificação. No entanto, o foco das inferências fuzzy está voltado somente para as regras fuzzy, pois o formalismo para representação da ontologia é baseado em uma lógica de descrição crisp (ALC(D)).

Um dos motores de inferência mais completos para ontologias fuzzy é fuzzyDL (BOBILLO; STRACCIA, 2008), que baseia-se na fuzzy DL SHIF(D). O raciocinador fuzzyDL oferece su- porte a propriedades sobre tipos de dados como números reais, inteiros e cadeias de caracteres, além de permitir a definição de conceitos fuzzy a partir de funções de pertinência. Assim, é possível representar termos linguísticos definidos por funções de pertinência parametrizadas, como funções triangulares e trapezoidais, com base na teoria de tipos de dados fuzzy. Com relação às inferências, fuzzyDL combina um algoritmo baseado em tableau estendido para fuzzy SHIF(D) e otimização baseada em MILP (Mixed Integer Linear Programming), que resolvem as tarefas de verificação de instâncias, subsunção de conceitos, verificação de satisfazibilidade e verificação de melhor grau de verdade (Seção 3.5.2 do Capítulo 3). Com relação à combi- nação de ontologias fuzzy e regras fuzzy envolvendo variáveis linguísticas, fuzzyDL permite representar regras fuzzy e realizar inferências segundo diferentes abordagens:

• Implicações fuzzy: regras fuzzy podem ser representadas por meio da operação de impli- cação fuzzy, correspondendo a regras implicativas, cuja semântica depende das operações de conjunção e implicação fuzzy consideradas. Em fuzzyDL, é possível escolher qual o tipo de semântica das operações fuzzy, como a semântica de Zadeh e de Lukasiewicz (LUKASIEWICZ; STRACCIA, 2008). No caso da semântica de Zadeh, mais comum entre as aplicações, utiliza-se a operação de mínimo para conjunções e a implicação de Kleene-Dienes ou a inclusão de conjuntos de Zadeh para as implicações fuzzy. Conforme descrito por Guillaume e Charnomordic (2012), as regras implicativas são combinadas por conjunção, em que diversas regras levam a um conjunto mais restrito de situações

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possíveis do que uma única regra;

• Conceitos fuzzy e operações fuzzy: também é possível representar regras fuzzy similares às regras de SIF segundo o método de Mamdani por meio de construtores de conceitos e operações fuzzy. Para inferir valores numéricos a partir das regras, fuzzyDL disponibiliza três tipos de consulta correspondentes aos métodos de defuzificação SOM, MOM e LOM (Seção 2.5.3). Assim, os próprios construtores de conceito da ontologia fuzzy podem ser usados para modelar regras fuzzy e, juntamente com as consultas de defuzificação, reproduzir um sistema de inferência fuzzy. Vale ressaltar que fuzzyDL não utiliza um SIF específico, mas é possível simular um SIF ao considerar os construtores de conceito fuzzye consultas disponíveis. Também é possível obter o valor inferido a partir de regras fuzzypor meio de consultas do tipo show-concrete-fillers-for combinadas a consultas por verificação de satisfazibilidade ou de melhor grau de verdade.

Por ser baseado em uma lógica de descrição fuzzy, fuzzyDL obtém inferências fuzzy envolvendo tanto a ontologia fuzzy quanto regras fuzzy modeladas segundo as abordagens mencionadas.

Reformat e Golmohammadi (2009) definem um framework para sistemas de computação com palavras baseados em ontologias, que possibilita a representação de conceitos relaciona- dos às lógicas possibilística, probabilística e fuzzy. Com relação à representação de impreci- são, os autores definem uma ontologia que modela propriedades contendo termos linguísticos, associando-os a funções de pertinência parametrizadas, como funções trapezoidais, função S, entre outras. Quanto ao processamento de informações imprecisas, o framework proposto considera regras contendo termos linguísticos, porém as inferências realizadas não levam em consideração métodos de raciocínio aproximado baseados em regras fuzzy, como os citados na Seção 2.5 do Capítulo 2.

Bragaglia et al. (2010) propõem um motor de inferência híbrido que combina motores de inferência existentes para processar regras, ontologias tradicionais e ontologias fuzzy. Respec- tivamente, os motores de inferência utilizados são Drools, Pellet e fuzzyDL. Neste trabalho, embora as regras fuzzy contenham termos linguísticos, elas combinam outros elementos de ontologias, como conceitos e relacionamentos abstratos. Assim, as regras fuzzy não tratam es- pecificamente o raciocínio envolvendo variáveis linguísticas para obter valores de propriedades numéricas.

DeLorean (BOBILLO; DELGADO; GÓMEZ-ROMERO, 2012) é um motor de inferên- cia que oferece suporte à linguagem fuzzy OWL 2, correspondente à fuzzy DL SROIQ(D). Mais precisamente, DeLorean é um tradutor de uma linguagem de ontologias fuzzy para uma

linguagem de ontologias convencionais, sendo que o raciocínio é realizado por um motor de inferência de ontologias crisp. A grande contribuição de DeLorean está, portanto, na abordagem de tradução entre essas linguagens, que alia a expressividade de fuzzy DLs à interoperabilidade de motores de inferência de ontologias convencionais. Embora até seja possível expressar regras fuzzyenvolvendo termos linguísticos usando alguns construtores de fuzzy SROIQ(D), DeLo- rean não disponibiliza uma interface de consulta sobre os valores inferidos das propriedades numéricas, tampouco métodos de defuzificação.

Enfim, de modo geral, as abordagens que integram ontologias e regras fuzzy visam aumentar a expressividade com relação à representação e ao processamento de imprecisão, tão comum em diversos domínios. Dentre os trabalhos analisados, devem-se destacar as pesquisas que tratam regras contendo termos linguísticos, pois permitem representar um conhecimento mais próximo da linguagem humana, facilitando tanto a modelagem quanto a interpretação do conhecimento por especialistas. Em especial, fuzzyDL é capaz de realizar inferências fuzzy não somente referentes ao conhecimento modelado na ontologia fuzzy mas também permite processar regras fuzzyenvolvendo variáveis fuzzy para inferir propriedades numéricas.