Presentazione di PowerPoint

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• DAL WEB AL SEMANTIC WEB
• Aspetti teorici e tecnologici
• Carmagnola Francesca
• Dipartimento Informatica
• C.so Svizzera 185, Torino
• carmagnola_at_di.unito.it

2
TIRIAMO LE FILA DEL DISCORSO

• Al momento molti degli sforzi del WWW hanno uno
  scopo generare informazioni che non siano
  soltanto destinati alla lettura, ma che possano
  essere riutilizzati per applicazioni automatiche
• Non cè niente in un documento HTML che indichi
  largomento trattato o la fonte delle
  informazioni. Lunico tipo di ricerca che si può
  fare su un documento è la ricerca manuale sul
  contenuto
• Il W3C considera lideale, futura evoluzione del
  Web quella dal machine-representable al
  machine-understandable
• Le meta informazioni permettono agli autori di
  specificare informazioni sui loro documenti
  (informazioni su informazioni) che siano non
  soltanto leggibili, ma anche interpretabili in
  maniera intelligente dalle applicazioni di
  rielaborazione, (es. dai motori di ricerca).
• L'utilizzo di meta-informazioni porta al Web di
  seconda generazione il Web Semantico

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SEMANTIC WEB

• Lidea è di generare documenti che possano al
  tempo stesso essere letti ed apprezzati da esseri
  umani, ma anche acceduti ed interpretati da
  agenti automatici che potranno agire come agenti
  di ricerca, filtri di informazioni o
  intermediari (brokers) nelle comunicazioni
• Il Web si deve dunque dotare di una
  sovrastruttura per linteroperabilità semantica
  tra le applicazioni, in modo da poter svolgere
  quelle funzioni che oggi debbono essere fatte a
  mano o codificate dentro ai programmi
• Questo porta al web semantico, in cui non esprimo
  testi (all'interno dei quali le informazioni
  stanno nascoste e richiedono un umano), ma
  affermazioni (informazioni non ambigue, che
  esprimono relazioni tra oggetti, risorse, esseri
  umani, fatti del mondo reale, e che possono
  essere utilizzate anche da applicazioni
  automatiche)
• Il Semantic Web NON risulta separato e distinto
  del Web odierno, ma è piuttosto una sua estensione

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OBIETTIVI DEL SEMANTIC WEB
Le pagine HTML contengono informazioni che
possono essere lette dalle persone Occorre
navigare manualmente, leggere diverse pagine
prima di trovare le informazioni che
interessano
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OBIETTIVI DEL SEMANTIC WEB
La stessa pagina può essere fornita in
RDF con dati e metadati che possono essere letti
dalle macchine, per esempio /Computers/Internet/
WWW/ index.rdf Un software può leggere i
metadati in RDF e decidere se i dati trovati sono
rilevanti o come procedere con la ricerca.
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COME REALIZZARE IL SEMANTIC WEB?

• In questi ultimi anni si sono fatti molti sforzi
  per fornire tecnologie in grado di estendere il
  Web così come lo conosciamo oggi verso una
  dimensione semantica, implementando i concetti di
  Ontologia, Agente Intelligente e Annotazione
  semantica
• Le tecnologie coinvolte per questo sviluppo sono
  molteplici
• URI, un meccanismo generico per identificare
  risorse
• XML, una meta-sintassi utilizzabile da ogni
  applicazione
• RDF, un linguaggio per esprimere affermazioni
• Linguaggi per la creazione di ontologie
  (DAMLOIL, OWL)

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SEMANTIC WEB LAYER CAKE
Il Web semantico è stato pensato dal W3C come un
oggetto costruito attraverso strati sovrapposti
di linguaggi. Ogni nuovo strato usa o estende gli
strati precedenti

ONTOLOGIE

METADATI
Semantic Web Layer Cake Barners-Lee, 2003
DATI
DATI
DATI
DATI
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• OBIETTIVI DEL SEMANTIC WEB
• Supportare tecnologie che consentano lo scambio
  globale di informazione
• Condividere dati e metadati
• Realizzare appieno le potenzialità del Web
• Rendere efficiente e conveniente la
  memorizzazione della conoscenza
• Rendere linformazione accessibile in maniera
  automatica ad agenti software
• Favorire il riuso dellinformazione
• Integrare contenuti esistenti sul Web

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• Ottimizzare la ricerca di informazioni da parte
  degli utenti coi motori di ricerca
• Creare correlazioni semantiche tra pagine
  appartenenti a domini diversi
• Rendere possibile lautomazione di transazioni
  commerciali
• Garantire un livello di fiducia nella bontà delle
  risposte ottenute

10
LE ONTOLOGIE
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ONTOLOGIE Metadati strutturati secondo un
ordine logico. Vengono espresse le relazioni fra
i metadati (concetti) METADATI Descrivono i
dati riportandoli ai concetti di uno schema.
DATI distribuiti nel Web (pagine web)
Esigenza di introdurre metadati (dati che
descrivono dati) per mappare i dati rispetto a
classi, o concetti, di questo schema di dominio

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MOTIVAZIONI ALLUSO DELLE ONTOLOGIE
Per raggiungere gli obiettivi evidenziati,
occorre perseguire lintegrazione fra le
informazioni sul web Integrazione di
informazioni Lintegrazione di dati eterogenei
presuppone che le applicazioni condividano lo
stesso linguaggio
Condivisione di conoscenza Diverse applicazioni
accedono alla medesima conoscenza
Riuso di conoscenza Diverse applicazioni riusano
la medesima conoscenza
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ESEMPIO
Dominio Psicologico una disfunzione?
Che cosè?
?
In relazione a uomo o animale?
Mucca
Pazza
Zoologia un tipo di mucca?
Dominio Medico una malattia?
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• Occorre eliminare la confusione terminologica e
  concettuale ed individuare le entità cui un
  pacchetto di conoscenza si riferisce
• Organizzare e rendere esplicito il significato
  referenziale permette di comprendere
  linformazione
• Condividere questa comprensione facilita il
  recupero e il riutilizzo della conoscenza tra
  agenti e in contesti diversi

ONTOLOGIE
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COSA SONO LE ONTOLOGIE
La parola Ontologia non ha un unico
significato Nellambito della filosofia,
rappresenta una branca della metafisica che
studia la natura di ciò che esiste. E legato
alla teoria dell'esistenza che si occupa di dare
risposte a domande del tipo cosè lesistenza?
Quali proprietà possono spiegarla? Come queste
proprietà la spiegano? Nellambito
dellIntelligenza Artificiale, indica la
specificazione di una concettualizzazione ovvero
una descrizione formale di un insieme di concetti
e delle relazioni che intercorrono tra essi.
Indica in sintesi, una classificazione
tassonomica delle componenti di un dominio che
vengono rappresentati in classi e sottoclassi In
questultima accezione, il termine Ontologia sta
diventando sempre più comune tra gli utenti e gli
sviluppatori del Web
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QUALCHE DEFINIZIONE
Unontologia fornisce i termini per descrivere
esplicitamente la concettualizzazione che sta
dietro la conoscenza rappresentata nella base di
conoscenza
Bernarasother, 96
Lontologia e vista come un vocabolario
(tassonomia) di concetti, che rappresenta un
determinato dominio di interesse, dotato di un
insieme di relazioni tra i concetti stessi che
consentono di capire come sono legati fra loro
Josephsonother, 99
Unontologia e una collezione di frasi che
definiscono le relazioni tra concetti e
specificano le regole logiche
Tim Berners-Lee, 99
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• Lontologia e una esplicita e formale
  rappresentazione di una concettualizzazione
  condivisa
• Gruber, 96
• concettualizzazione modello astratto e
  semplificato che identifica i concetti rilevanti
  del mondo che noi desideriamo rappresentare
• esplicita i tipi di concetti usati e le
  restrizioni devono essere definiti
  dichiaratamente
• formale deve essere machine-understanstandable
  
• condivisa una ontologia cattura una conoscenza
  consensuale, non ristretta a qualche individuo

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LA CONCETTUALIZZAZIONE
Concettualizzazione modello astratto e
semplificato che identifica i concetti rilevanti
del mondo che noi desideriamo rappresentare Essa
e indipendente dal vocabolario usato (es.lingua)
Differenti situazioni possono coinvolgere lo
stesso concetto descritto attraverso vocabolari
diversi. Differenti situazioni possono
coinvolgere la stessa concettualizzazione
MELA
APPLE
19
IN SINTESI

• In sintesi, unontologia descrive formalmente il
  dominio di un discorso e consiste in
• una lista finita di termini che denotano
  concetti (ossia classi di oggetti) del dominio
• relazioni gerarchie di classi, proprietà,
  restrizioni di valori, relazioni logiche e di
  disgiunzione
• Unontologia è un documento che descrive la
  semantica dei termini di un dominio di conoscenza
  attraverso le loro relazioni.

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ONTOLOGIE E SEMANTIC WEB
Lintroduzione delle ontologie nel Web consente

• interoperabilità condividere una comprensione
  comune della struttura dellinformazione in un
  gruppo
• riuso della conoscenza del dominio, per non
  duplicare sforzi nello sviluppo di sistemi
  software
• separazione della conoscenza dichiarativa sul
  dominio dalla conoscenza procedurale
• comunicazione tra agenti sw e tra sw e umani,
  fornendo una terminologia comune
• esplicitare le assunzioni sul dominio

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ONTOLOGIE E SEMANTIC WEB
Web attuale
Ontologie
informazioni in diversi formati
descrivendo in modo formale i contenuti di ogni
sorgente, possono essere utile per facilitare il
processo di ricerca su fonti eterogenee
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ONTOLOGIE E SEMANTIC WEB
Web attuale
Ontologie
Mancanza di struttura
descrivono in modo strutturato (XML-based) i
contenuti di ogni sorgente
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ONTOLOGIE E SEMANTIC WEB
Web attuale
Ontologie
Ambiguità semantica
definendo mediante unontologia il contesto di
riferimento, i termini utilizzati sono
relazionati a quellambito (interoperabilità
semantica)
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IN SINTESI

• Lintroduzione delle ontologie nel Web
• consente la strutturazione delle informazioni
• consente di esplicitare relazioni semantiche
• permette di superare alcuni aspetti critici del
  Web tradizionale

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ESEMPIO
Africa world life Animal Plant Herbivore
Carnivore Tree Giraffa Leon
Pioppo
Dominio africa world life
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TRADUCENDO IN UN FORMALISMO SEMANTICO
lt?xml version"1.0" encoding"utf-8"?gt ltrdfRDF
xmlnsrdf"http//www.w3.org/1999/02/22-rdf-synta
x-ns" xmlnsowl"http// www.w3.org/1999/02/owl
"gt ... ltowlOntology rdfabout xmlbase
/gt ltowlClass rdfIDanimal gt ltrdfsComment
gtclasse degli animali lt/rdfsComment
gt lt/owlClassgt ltowlClass rdfIDplant
gt ltrdfsComment gtclasse delle piante, disgiunta
da animali lt/rdfsComment gt ltowlDisjointWith
rdfresourceanimal gt lt/owlClassgt ltowlClass
rdfIDtree gt ltrdfsComment gtclasse delle
alberi, sottoclasse d alberi lt/rdfsComment
gt ltrdfsSubClassOf rdfresourceplants
gt lt/owlClassgt
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TIPI DI ONTOLOGIE
Domain independent
Examplemedicine,physics,etc..
Exampleselling,teaching,etc..
28
ELEMENTI DELLE ONTOLOGIE
Classi
Generalmente organizzati in tassonomie, ovvero
attraverso relazioni di specializzazione e
generalizzazione. La classe viene utilizzata
per descrivere i concetti (le classi di
individui) che si vuole rappresentare (es.
PERSONA, GENITORE, MADRE)
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ELEMENTI DELLE ONTOLOGIE
Proprieta e attributi
Rappresentano le relazioni esistenti tra le
classi del dominio (es. le MADRI sono
GENITORI, i GENITORI hanno figli che sono
PERSONE)
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ELEMENTI DELLE ONTOLOGIE
Proprieta e attributi

• Il legame tra MADRE e GENITORE (is_a) indica che
  le MADRI sono GENITORI e definisce una
  gerarchia tra concetti, provvedendo una base per
  leredità di proprietà un concetto specifico
  eredita le proprietà del concetto più generale
  che lo sussume
• E possibile rappresentare anche proprietà più
  complesse della relazione is_a
• Ad esempio, è possibile definire la proprietà
  ha_figli, che connette le due classi GENITORE e
  PERSONA, specificando degli attributi che ne
  vincolano lapplicazione v/r denota una
  restrizione sulle classi che possono soddisfare
  la proprietà, mentre (1,n) rappresenta una
  restrizione di cardinalità
• Lesempio può essere letto come un GENITORE è
  una PERSONA che ha almeno 1 figlio e tutti i
  figli che ha sono PERSONE

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ELEMENTI DELLE ONTOLOGIE
Assiomi

• Vengono utilizzati per modellare in maniera
  esplicita espressioni in ogni caso vere
• Possono essere utilizzati per diversi scopi
  definire il significato dei vari componenti
  dellontologia, definire relazioni complesse,
  verificare la correttezza dellinformazione
  specificata o dedurre nuova informazione
• (es. disjoint (MADRE, PADRE) esprime il fatto che
  un elemento della classe PADRE non può mai essere
  anche un elemento della classe MADRE)

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ELEMENTI DELLE ONTOLOGIE
Individui (o Istanze)
Sono i singoli oggetti contenuti in una classe, a
vari livelli di generalità, a seconda dello scopo
dellontologia
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ELEMENTI DELLE ONTOLOGIE

• Il contenuto di unontologia è quindi
  rappresentato da
• Un insieme di classi (concetti astrazioni del
  mondo reale).
• Un insieme di relazioni (tra 2 classi) un
  esempio è la relazione IS_A
• Un insieme di assiomi
• Un insieme di individui
• Una base di conoscenza (knowledge base) sulla
  quale poter eseguire elaborazioni è data allora
  da
• Ontologia Istanze delle classe dellontologia

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Ontologie metodologia

• Progettare unontologia significa
• Definire le classi
• Organizzare le classi un una gerarchia
  tassonomica (subclass-superclass)
• Definire le proprietà e descrivere i valori
  leciti per ciascuna di esse
• Attribuire i valori alle proprietà per tutte le
  istanze create

35
Ontologie metodologia

• Lontologia deve riflettere la realtà del mondo
  che cerca di modellare
• Non vi è un metodo corretto a priori per
  modellare un dominio di conoscenza
• La soluzione migliore dipende dallapplicazione
  prevista e dalle sue estensioni future

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Ontologie metodologia

• Approcci possibili
• Top-down
• si parte dalla definizione dei concetti più
  generali e si specializzano tali definizioni in
  concetti più specifici
• Bottom-up
• si parte dalla definizione delle classi più
  specifiche e si cerca di raggrupparle in gruppi
  concettuali più astratti

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Ontologie metodologia

• Steps 1
• Determinare il dominio e lo scopo dellontologia
• Considerare la possibilità di riusare ontologie
  esistenti
• Elencare i termini principali dellontologia
• Definire le classi e la gerarchia tra le classi
• Definire le proprietà delle classi
• Definire vincoli sulle proprietà
• Creare le istanze
• 1Noy, McGuinness, Ontology Development 101 A
  Guide to Creating Your First Ontology ,2001

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Ontologia Associazione Culturale
Una associazione culturale vuole tenere traccia
degli eventi che si svolgono nella propria città
in particolare si vuole sapere la data
dellevento , la sua tipologia, e una sua breve
descrizione. Di ogni evento si vuole inoltre
sapere il luogo in cui si svolge, specificandone
il nome, lindirizzo, la capienza ed il
proprietario. Si vuole inoltre tener traccia
degli artisti che partecipano allevento ed il
loro ingaggio. Un artista può partecipare a più
eventi. Di ogni artista si vuole sapere nome,
cognome e la sua arte. Inoltre ad ognuno viene
assegnato un voto di interesse compreso tra 1
(noioso) a 5 (fenomenale). Per ogni evento deve
infine essere identificato lorganizzatore (nome,
indirizzo, telefono)ogni evento ha un solo
organizzatore.
39
Ontologie Steps

• Determinare il dominio e lo scopo dellontologia
• Quale e il dominio che deve essere descritto
  dallontologia?
• Per quale scopo creiamo lontologia?
• Come vogliamo utilizzarla?
• A quali tipi di domande lontologia dovrebbe
  fornire una risposta?

Dominio degli eventi in un comune lontologia
sarà usata per tenere traccia di eventi, artisti
e luoghi. Le domande tipiche saranno Quali
eventi si svolgono in un dato luogo ? Quali
artisti partecipano ad un dato evento ?
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Ontologie Steps http//swoogle.umbc.edu/

• Considerare la possibilità di riusare ontologie
  esistenti
• Perché riusare ontologie esistenti?
• Per risparmiare sforzi progettuali
• Per usare ontologie che sono state già validate
  attraverso validatori

41
Ontologie Steps

• Considerare la possibilità di riusare ontologie
  esistenti
• Quali ontologie esistenti?
• Ontologie generali
• WordNet (www.cogsci.princeton.edu/wn/)
• Ontologie specifiche di dominio
• GO-Gene Ontology- (http//www.geneontology.org/)

42
Ontologie Steps

• Considerare la possibilità di riusare ontologie
  esistenti
• Cosa riusare delle ontologie esistenti?
• Librerie ontologiche
• DAML ontology library (www.daml.org/ontologies)
• Ontolingua ontology library (www.ksl.stanford.edu/
  software/ontololingua)
• Protege ontology library (protege.stanford.edu/plu
  gins.html)
• Ontologie top level
• Cyc (www.cyc.com)

43
Ontologie Steps

• Elencare i termini principali dellontologia
• Quali sono i termini di cui abbiamo necessità di
  parlare?
• Quali sono le proprietà di questi termini?
• Cosa vogliamo rappresentare con questi termini?

44
Ontologie Steps

• Definire le classi e la gerarchia tra le classi
• Definire le classi
• I concetti (le classi) corrispondono solitamente
  ai sostantivi utilizzati nel dominio di
  conoscenza
• È importante distinguere tra le classi e i
  relativi nomi
• Le classi rappresentano concetti nel dominio,e
  non le parole usate per esprimere tali concetti
• I sinonimi non costituiscono classi diverse

45
Ontologie Steps

• Definire le classi e la gerarchia tra le classi
• Definire la gerarchia fra le classi

• Le relazioni gerarchiche sono transitive
• se B è sottoclasse di A e C è sottoclasse di B,
  allora C è sottoclasse di A
• Le sottoclassi solitamente hanno
• proprietà aggiuntive che la superclasse non
  possiede,
• hanno restrizioni diverse da quelle della
  superclasse,
• partecipano in relazioni diverse dalla
  superclasse

46
Ontologie Steps

• Definire la gerarchia tra le classi
• Definire la gerarchia fra le classi

• La gerarchia delle classi rappresenta la
  relazione is-a
• Una sottoclasse di una classe rappresenta un
  concetto che è un tipo possibile di rispetto al
  concetto rappresentato dalla superclasse

47
Ontologie Steps

• Definire le proprietà delle classi
• Le proprietà (slot) degli oggetti possono
  corrispondere ad aggettivi e a verbi
• Proprietà intrinsiche (il gusto di un vino)
• Proprietà estrinsiche (il nome di un vino)
• Relazioni con altri soggetti (costruttore di ...)

48
Ontologie Steps

• Definire le proprietà delle classi
• Le proprietà possono avere diverse restrizioni
  (facet)
• Cardinality
• Value type
• Domain
• Range

49
Ontologie Steps

• Definire le proprietà delle classi
• Cardinality quanti valori posso avere in uno
  slot
• Cardinalità minima
• Cardinalità minima 1 significa che gli slot
  devono avere almeno 1 valore
• Cardinalità minima 0 significa che gli slot
  possono avere nessun valore
• Cardinalità massima
• Cardinalità massima 1 significa che gli slot
  devono avere al massimo 1 valore

50
Ontologie Steps

• Definire le proprietà delle classi
• Value type tipo di dato
• String stringa di caratteri (Prof.Silmon)
• Number un intero o un decimale (32, 4,5)
• Boolean valore vero/falso
• Enumerated type una lista di valori permessi
  (alto, medio, basso)
• Complex type unistanza di unaltra classe

51
Ontologie Steps

• Definire le proprietà delle classi
• Domain a quali classi si applica questo slot
• Range classi permesse per gli slot definibili
  sulle istanze

52
Ontologie Steps

• Creare le istanze
• La classe diventa una diretto tipo di istanza
• Le istanze devono assumere valori conformi
  rispetto alle restrizioni (facet) stabilite
• I tool di acquisizione di conoscenza spesso
  verificano tale consistenza

53
desc

EVENTO
Partecipa_a
si_svolge_in
organizza
LUOGO
ARTISTA
ORGANIZZATORE
ingaggio
isa
MUSICISTA
ATTORE
SCRITTORE
ARTISTA VISIVO
SPORTIVO
best_seller
carattere
genere
specialità
strumento
genere
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Riferimenti Internet

Come costruire unontologia http//protege.stanfo
rd.edu/publications/ontology_development/ontology1
01.html Manuale di utilizzo di
Protégé http//protege.stanford.edu/doc/users_gui
de/index.html Download Protégé (versione
3.0) http//protege.stanford.edu/

55
Consigli 1/4

• Limitare lo scopo
• Unontologia non deve contenere tutte le
  possibili informazioni su un dominio
• Non e necessario specializzare più concetti
  rispetto a quelli richiesti dallapplicazione
• Non e necessario includere tutte le possibili
  proprietà di una classe, ma solo le proprietà più
  salienti e quelle che lapplicazione richiede

56
Consigli 2/4

• Quando sono troppi e quando pochi?
• Se una classe ha solo una sottoclasse diretta,
  potrebbe esserci un problema di modellazione
  lontologia non è completa
• Se una classe ha piu di 10-12 figli, potrebbero
  essere necessarie sotto classi intermedie
• Tuttavia, se non esiste nessuna classificazione
  naturale, e preferibile avere un lungo elenco di
  figli, piuttosto che raggruppamenti senza
  significato

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Consigli 3/4

• Creare una classe oppure una proprietà?
• Se una distinzione è importante nel dominio, e si
  pensa che oggetti con valori diversi per la
  distinzione siano oggetti di tipo diverso, allora
  conviene creare una nuova classe
• Se i concetti con diversi valori degli slot
  diventano restrizioni sugli slot di altre classi
  è opportuno creare una nuova classe
• Altrimenti la distinzione si rappresenta più
  semplicemente mediante un diverso valore dello
  slot

58
Consigli 4/4

• Garantire che la gerarchia delle classi sia
  corretta
• Una sottoclasse di una classe rappresenta un
  concetto che è un tipo possibile di rispetto al
  concetto rappresentato dalla superclasse
• Le relazioni gerarchiche sono transitive
• se B è sottoclasse di A e C è sottoclasse di B,
  allora C è sottoclasse di A

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Consigli 5/4

• Analizzare i figli della gerarchia
• I figli (siblings) sono le classi che sono
  sottoclassi dirette della stessa classe. Tutti i
  figli della gerarchia devono avere lo stesso
  livello di generalità

60
ESERCITAZIONE

Creare una ontologia del mondo universitario.
Supporre che lontologia verrà utilizzata da una
segreteria didattica, per tener traccia dei
corsi, dei professori che insegnano i corsi e
degli studenti che li seguono. Devono essere
quindi rappresentate le entità più importanti del
mondo (personale docente, professori, professori
ordinari, professori associati, ricercatori,
studenti, corsi, ) e le relazioni che
intercorrono tra di essi