Web Semântica
Ademir Ferreira
Augusto Lazzarotto Eduardo Melo
Natacha Targino
Roteiro
• Histórico
• Web Semântica
• Arquitetura
• Tecnologias da Web Semântica oURI / IRI
oXML oRDF
oSPARQL oOWL
• Web Semântica e RI
• Conclusão
Histórico
O homem em busca de reunir todo o conhecimento da humanidade:
• Biblioteca de Alexandria (princípios do século III a.C.);
• Mundaneum (1920);
• Memex (1939);
• Xanadu (1960);
• Internet
.Histórico - Internet
• 1969 - Advanced Research Project Agency Network (ARPANET)
• 1980 – Protocolo TCP/IP
• 1985 – NSFNet
• 1989 – WWW (Tim Berners-Lee)
• 1994 – W3C (World Wide Web Consortium)
Capa da proposta original da World Wide Web (Gillies e Cailliau, 2000)
Histórico - Internet
• Modelada em padrões abertos
• “Espírito Comunitário” difundida na área acadêmica
• Modelos de padrões abertos:
oHypertext Transfer Protocol (HTTP) – Tim Berners-Lee, 1990 oUniform Resource Identifier (URI)
Histórico - Internet
• Junto ao WWW surgiu o HTML
oPrioriza modo de apresentação do conteúdo oInicialmente utilizando padrão ASCII
o HTML 5 utiliza non-ASCII
oLimitada em “tags” pré-determinadas oSem semântica
oEngenhos de busca recuperam grande volume de dados
Web Semântica
“A Web Semântica é uma extensão da Web atual, onde a informação possui um significado claro e bem definido, possibilitando uma melhor interação entre computadores e pessoas”.
(Berners-Lee et al., 2001)
Web Semântica
• Avanço exponencial na quantidade de informação disponível;
• Modelos clássicos de organização e recuperação de informações precisam ser (re)pensados;
• Desenvolvimento de meios de organização de conjuntos específicos de informação e instrumentos de representação da informação.
Web Semântica
• Web Semântica é uma tentativa inversa de solução para a Web;
• Princípio de que “tudo” pode ser identificado por um URI (Koivunen e Miller, 2001);
• Definição de conceitos úteis em links para o entendimento das máquinas;
Estruturação de recursos e links na web atual
(Miller, 2004)
Recurso Recurso
Recurso
Recurso Recurso
Recurso
Recurso Recurso Recurso
Recurso
linksTo
linksTo
linksTo
linksTo
linksTo
linksTo
linksTo linksTo linksTo
linksTo
Estruturação de recursos e links na Web Semântica
(Miller, 2004)
Documento Biblioteca 1 Imagem Biblioteca 2 Software
Documento
Tópico Tópico Pessoa
Lugar hasManual
requires
requires
isBasedOn inPartOf
subject
subject
hasAuthor
livesAt subject
Web Semântica
• Ponto de sustentação mais forte é a utilização de ontologias;
• Necessário padronizar a forma que a informação é manipulada pelos diversos softwares disponíveis na Web;
• Composta por tecnologias inter-relacionadas;
• Padronização Integral;
• W3C propôs uma estrutura idealmente escalonável;
Arquitetura Web Semântica (W3C, 2013)
Arquitetura
Unifying Logic
• Interface lógica única para Web Semântica;
• Engloba RDF, RDFS, OWL, SPARQL e RIF;
• Possibilita agentes computacionais realizarem inferências automáticas;
• Pode inferir novas informações;
Proof
• Verificação/comprovação da coerência lógica dos recursos;
• Aspectos semânticos das informações descritos de forma adequada;
• Fornece um mecanismo seguro para que humanos possam verificar como um agente de software chegou a uma certa conclusão.
Trust e Crypto
• Certificar e verificar se as declarações provenientes da WS sejam confiáveis;
• Utiliza assinatura digital;
• Garantir que as informações estejam representadas de modo correto;
URI/IRI
• Uniform Resource Identifier / Internacionalized Resource Identifier
“Padrão conjunto que abarca os conceitos de Uniform Resource Locator (URL) e do Uniform Resource Name (URN), de forma que, pode ser representado por qualquer um destes, ou por ambos”
(Tim Berners-Lee et al, 1994) (Fielding, 1995)
URI/IRI
• Representa recursos de forma única, sem ambiguidade;
• Pode ser considerado na forma mais popular como URL;
• Basicamente formado por três partes:
oProtocolo
oRepresentação do Recurso (Indicando o Servidor) oNome do Recurso
150.161.2.9
Partes que constituem uma URL
http://www.cin.ufpe.br/~in1152/2016/cronograma-2016.xlsx
Localização do Recurso (Indicando o Servidor)
Protocolo Nome do Recurso
URI/IRI
XML
• Extensible Markup Language oLinguagem de marcadores
oExtensível: permite definição de novos marcadores.
• Padrão XML
oRepresentação de dados oTroca de informações
XML
• HTML x XML
• HTML
• Utiliza tags padrão fixas
• Formatação e exibição das informações
• XML
• Permite criar tags personalizadas
• Descrição e armazenamento de informações
• Regras de formatação mais rígidas.
XML
• Validação de documentos
oDTD – Document Type Definition oXML Schema
XML
• DTD – Document Type Definition
DTD
Documento XML
Parser
Documento XML válido
Documento XML inválido
XML
• Exemplo de documento XML
<?xml version="1.0"?>
<note>
<to>Tove</to>
<from>Jani</from>
<heading>Reminder</heading>
<body>Don't forget me this weekend!</body>
</note>
XML
• Exemplo de DTD
<!ELEMENT note (to, from, heading, body)>
<!ELEMENT to (#PCDATA)>
<!ELEMENT from (#PCDATA)>
<!ELEMENT heading (#PCDATA)>
<!ELEMENT body (#PCDATA)>
XML
XML Schema
• Uso de namespaces
o Distinção de nomes utilizados em documentos XML.
o Evitar colisão de nomes e ambiguidades
⁻ Associa-se um namespace a uma URI e desta forma, ainda que um nome apareça em mais de um espaço ele deve ser único no seu namespace.
• É escrito em XML (extensível)
• Suporta tipos de dados
XML
• Exemplo de XML Schema
<?xml version="1.0"?>
<xs:schema xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema"
targetNamespace="http://www.w3schools.com"
xmlns="http://www.w3schools.com"
elementFormDefault="qualified">
<xs:element name="note">
<xs:complexType>
<xs:sequence>
<xs:element name="to" type="xs:string"/>
<xs:element name="from" type="xs:string"/>
<xs:element name="heading" type="xs:string"/>
<xs:element name="body" type="xs:string"/>
</xs:sequence>
</xs:complexType>
</xs:element>
</xs:schema>
XML
• Referência para DTD
<?xml version="1.0"?>
<!DOCTYPE note SYSTEM
"http://www.w3schools.com/xml/note.dtd">
<note>
<to>Tove</to>
<from>Jani</from>
<heading>Reminder</heading>
<body>Don't forget me this weekend!</body>
</note>
XML
• Referência para XML Schema
<?xml version="1.0"?>
<note
xmlns="http://www.w3schools.com"
xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"
xsi:schemaLocation="http://www.w3schools.com note.xsd">
<to>Tove</to>
<from>Jani</from>
<heading>Reminder</heading>
<body>Don't forget me this weekend!</body>
</note>
XML
• Classes de documentos
oBem formado: de acordo com o padrão XML.
oVálido: documento bem formado que está de acordo com a DTD ou XML Schema.
XML
• Vantagens
oPadrão aberto oReuso
oDocumentos são auto-descritíveis
oSintaxe para outras linguagens de marcação
RDF
• Camada conceitual que associado com a XML torna-se possível a
implementação da web semântica, através dela é possível representar e compartilhar dados semânticos.
• A web semântica pode ser vista como uma arquitetura de três níveis.
RDF
Camada de Dados
• Modelo Básico da RDF
o Recurso – Propriedade – Recurso(Valor) ou;
o Sujeito – Predicado – Objeto
• Usa sintaxe XML
RDF
Camada de Dados RDF
• Recurso
o Objeto do qual se pode dizer algo
₋ Autores, livros, editoras, pessoas, etc.
o Possui URI único
• Propriedade
o Relacionamento entre os recursos
₋ Escrito por, idade, quantidade de páginas, nome, título, etc.
Camada de Dados RDF
• Valor
oRecurso ou dado que se relaciona ao recurso
• Representação em Triplas o(Livro, Escrito por, Autor)
• Representação em Grafos
RDF
RDF
Exemplo
RDF
Camada de Dados RDF Schema
• É usado para definir a semântica do domínio de conhecimento e permitir a criação de uma hierarquia de classes e
propriedades
RDF
RDF
RDF
RDF
Modelagem dos recursos da RDF e RDF SCHEMA
RDF
SPARQL
• SparQL (SPARQL Protocol and RDF Query Language)
o XML e RDF não são suficientes para tornar toda a Web entendível por um computador;
o SPARQL surge em 2008 devido à necessidade de extrair as informações a partir das triplas RDF;
o Consultar arquivos RDF através de uma linguagem parecida com SQL;
o Realizar uniões complexas de datasets diferentes em uma única e simples consulta.
SPARQL
• Principais Cláusulas:
o SELECT, FROM, WHERE, PREFIX, FILTER, ORDER BY, UNION, BASE, LIMIT, OFFSET, OPTIONAL, UNBOUND
• Algumas consultas:
o SELECT ?voo WHERE{ ?voo rdf:type :Voo}
o SELECT ?passagem ?preco WHERE{ ?passagem rdf:type :Passagem.
?passagem :preco ?preco} ORDER BY ?preco
SPARQL
• DBPedia
o Versão em RDF da informação do Wikipedia o Contém quase 2 bilhões de triplas RDF
o http://dbpedia.org/sparql
• Mais consultas:
o SELECT DISTINCT ?concept WHERE {?s rdf:type ?concept . } LIMIT 50
SPARQL
Exemplo de Consulta
• Selecione todos os países sem litoral com uma população maior que 15 milhões
SPARQL
Exemplo de Consulta
• Diferentes traduções para o mesmo país. Especificando uma linguagem:
“Ontologias são modelos conceituais que capturam e explicitam o vocabulário utilizado nas aplicações semânticas, servem como base para garantir uma comunicação livre de ambiguidades. “ (Breitman, 2005)
“Ontologias fornecerão o vocabulário necessário para a comunicação entre os agentes e as páginas da web, definindo as relações entre os conceitos.”
(Dziekaniank e Kirinus, 2004)
Ontologias
• Representação do conhecimento
• Expressividade Semântica
• Compartilhamento de Conhecimento
• Integração de Dados
• Mesma palavra e significados diferentes o Usar diferentes URIs
Ontologias
• Usos
oRecuperação de Informação na Internet oProcessamento de Linguagem Natural oGestão do Conhecimento
oWeb Semântica
• Benefícios
oComunicação oFormalização
oRepresentação de Conhecimento e Reutilização
Ontologias
Ontologias
Ontologias
Limitações
• Ontologias são difíceis de criar, implementar e manter;
• É difícil inferir conhecimentos que envolvam associações entre várias propriedades;
• Podem ser enormes, com muitos conceitos e relações.
OWL = Web Ontology Language
“A linguagem OWL foi projetada para aplicações que necessitam processar o conteúdo da informação em vez de apenas apresentar informações em nós. “ (Smith et al., 2004)
OWL
• Desenvolvida pelo Web Ontology Working Group do W3C;
• Permite a criação de Ontologias complexas;
• Fundamental para garantir a interoperabilidade semântica na Web;
• Baseada em XML e RDF, oferecendo mecanismos para uma semântica formal.
• Descreve classes, propriedades, relacionamentos;
• Permite definir restrições de cardinalidade;
• Possui operadores de União, Interseção e Complementação
OWL
OWL
O W3C estabelece na OWL três diferentes sub-linguagens:
• OWL Full
o Possibilita o máximo de expressividade;
o Podem ser violadas restrições da Lógica Descritiva com o objetivo de ser compatível com o maior número possível de bancos de dados e sistemas de representação do conhecimento.
OWL
• OWL DL (Description Logic)
o Suporta implementações baseadas em Lógica Descritiva;
o Fornece um subconjunto que possui propriedades desejáveis em sistemas que necessitem ontologias com um maior nível de detalhamento e restrições.
• OWL Lite
o Permite uma fácil implementação;
o Fornece aos usuários um subconjunto funcional baseado em classificações hierárquicas e restrições simples;
o Possibilita a migração de sistemas baseados em tesauros e taxonomias para o formato de ontologias.
OWL
Estrutura do Documento OWL
De acordo com o W3C, pode-se dividir a estrutura de um documento OWL baseando-se nos seguintes elementos básicos:
• Namespaces;
• Cabeçalhos;
• Classes;
• Indivíduos;
• Propriedades;
• Restrições.
OWL
Estrutura do Documento OWL
• Namespaces
Permite identificar sem ambiguidades a localização dos vocabulários correspondentes ao conjunto de conceitos utilizados na ontologia.
OWL
Estrutura do Documento OWL
• Cabeçalho
Utilizados para registrar comentários, controlar a versão da ontologia e a inclusão de conceitos e propriedades de outras ontologias.
OWL
Estrutura do Documento OWL
• Classes e Subclasses
São abstrações que caracterizam o que se quer representar. Podem surgir a partir de união, interseção, complemento de outras classes. Assim como as subclasses permitem definir a hierarquia da taxonomia através de generalizações/especializações.
OWL
Estrutura do Documento OWL
• Indivíduos
São as ocorrências de cada conceito.
• Atributos
São características aplicáveis indivíduo. Podem ser simétricas, transitivas, etc.
OWL
Estrutura do Documento OWL
• Restrições
Uma restrição é utilizada para definir limites para indivíduos pertencentes a uma determinada classe.
Podem ser divididas basicamente em três tipos:
₋ Restrições que utilizam quantificadores;
₋ Restrições de cardinalidade;
₋ Restrições do tipo hasValue(“tem valor de”).
Web Semântica e RI
• A Web Semântica é mais vista e estudada sob o aspecto de aperfeiçoar a recuperação da informação.
• Possibilitando recuperação mais eficiente no contexto digital.
• Permitindo que as buscas obtenham respostas mais relevantes ao interesse de seu usuário.
Web Semântica e RI
Ontoweb
• Fruto de um projeto de desenvolvimento científico(2001-2004);
• Utilizando engenharia de ontologias, semânticas e estruturas valorativas para contextualizar as buscas e refinar os resultados.
Web Semântica e RI
Globo.com
• Foram criadas entidades semânticas, para o relacionamento das notícias com essas entidades.
• Utiliza o Virtuoso (Base de Triplas), onde são salvas as relações.
Web Semântica e RI
GOOGLE KNOWLEDGE GRAPH
• Esta proposta surgiu com a ideia de inserir semântica ao processo de busca realizado pela Google.
• Desenvolvido a partir da necessidade dos buscadores irem além da busca por palavras chaves, ou textos, e conseguir realizar a busca por entidades;
• O mapeamento utiliza base de dados de informações abertos da Web, como: Wikidata, Wikipedia e CIA World Factbook.
Web Semântica e RI
GOOGLE KNOWLEDGE GRAPH
Melhora a busca de três modos:
• Sem ambiguidade de resultados;
• Obtenção do melhor resumo do tema e;
• O usuário pode adquirir novos conhecimentos, indo além da pesquisa inicial.
Web Semântica e RI
GOOGLE KNOWLEDGE GRAPH
Web Semântica e RI
Limitações
• Não se mostrou possível o desenvolvimento de ontologias tão avançadas que pudessem dar conta de todos os campos do conhecimento existentes;
• Até o momento a implementação efetiva da Web Semântica só se mostrou possível em domínios restritos ou específicos.
Conclusão
Web Semântica
• Estruturação de conteúdo solto na web
• Componentes em desenvolvimento
• Obstáculos
o Adoção de novas tecnologias o Descentralização
Referências
1. GILLIES, J.; CAILLIAU, R. How The Web was Born. New York: Oxford University Press, 2000.
2. BERNERS-LEE, T. Information Management: a proposal. CERN, Genebra, mar. 1989. Disponível em: <http://www.w3.org/History/1989/proposal.html>. Acesso em: 16 out. 2016.
3. BOSAK, J. XML, Java, and the future of the Web. 1997. Disponível em:
<http://www.ibiblio.org/pub/sun-info/standards/xml/why/xmlapps.htm>. Acesso em: 16 out.
2016.
4. W3C. Semantic Web. https://www.w3.org/standards/semanticweb/. Acesso em: 16 out. 2016.
BERNERS-LEE, T. Semantic Web - XML2000. 2000. Disponível em:
<https://www.w3.org/2000/Talks/1206-xml2k-tbl>. Acesso em: 16 out. 2016.
5. MILLER, E. The semantic Web. 2004. Disponível em: <https://www.w3.org/2004/Talks/0120- semweb-umich/Overview.html>. Acesso em: 16 out. 2016.
Referências
6. Silva, R.; Santos, P.; Ferneda, E. 2013 MODELOS DE RECUPERAÇÃO DE INFORMAÇÃO E WEB
SEMÂNTICA: A QUESTÃO DA RELEVÂNCIA. Disponível em:
<http://www.uel.br/revistas/uel/index.php/informacao/article/viewFile/12822/pdf_3>.
Acesso em: 15 de outubro de 2016.
7. Santarem, J.; Souza, J.; Coneglian, C. 2015. WEB SEMANTICA: INTRODUÇÃO A RECURSOS DE VISUALIZAÇÃO DE DADOS EM FORMATO GRÁFICO. Disponível em:
<http://www.ufpb.br/evento/lti/ocs/index.php/enancib2015/enancib2015/paper/viewFile/27 80/1174>. Acesso em: 15 de outubro de 2016.
8. Dissertação de Mestrado. Rogério Aparecido Sá Ramalho. 2006. Web Semântica: aspectos interdisciplinares da gestão de recursos informacionais no âmbito da Ciência da Informação.
Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” – UNESP, Campus de Marília.
Disponível em: <https://www.marilia.unesp.br/Home/Pos-
Graduacao/CienciadaInformacao/Dissertacoes/ramalho_ras_me_mar.pdf>. Acesso em: 15 de outubro de 2016.
Referências
9. Silva, G.; Lima, T. 2001. RDF e RDFS na Infraestrutura de Suporte à Web Semântica. Disponível em: <http://www2.ic.uff.br/~gsilva/slreic.pdf>. Acesso em: 14 de outubro de 2016.
10. Slide Web Semântica. Carlos Eduardo Martins Barbosa. 2013 - UFPE
11. Slide Web Semântica. Daniel Costa, Gustavo Oliveira, Leandro Aguiar, Winícius Santos.
12. Pickler, M. 2007. WEB SEMANTICA: Ontologias como ferramentas de representação do
conhecimento Disponível em: <http://knowtec.com/wp-
content/uploads/2014/06/websemantica_artigo.pdf>. Acesso em: 15 de outubro de 2016.
13. W3C Schools . XML. Disponível em: <http://www.w3schools.com/xml/> Acesso em: 16 de outubro de 2016.
