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ONTOLOGIAS: uma reflexão sobre sistemas de organização do conhecimento e sistemas de recuperação de informação

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1. ONTOLOGIAS: uma reflexão sobre sistemas de organização do conhecimento e sistemas de recuperação de informação Amanda Damasceno de Souza Claudiney Vander Ramos Fernanda Farinelli Jose Alberto Grossi Junior Lucélia Branquinho Rogério Amaral Bonatti
2. Sumário 1.  Introdução 2.  Representação do conhecimento •  Sistemas de Organização do Conhecimento •  Sistemas de Recuperação de Informação •  Ontologias 3.  Modelos conceituais como sistemas de organização do conhecimento 4.  Ontologias biomédicas 5.  Ontologias para sistemas de informação 6.  Ontologias para recuperação de informação 7.  Ontologias e mineração de dados 8.  Ontologias e grafos
3. Introdução •  Heterogeneidade dos dados e informações. o  Desafio: recuperação, acesso, representação, organização, apresentação e manutenção de informações. •  Estudos na CI voltados para a organização, representação e recuperação da informação e do conhecimento. o  Sistemas de Recuperação da Informação (SRI). o  Sistemas de Organização de Conhecimento (KOS). o  Ontologias.
4. Representação do Conhecimento
5. Representação do Conhecimento •  Reprodução da percepção do tema abordado em um documento, independentemente do suporte e da forma como o conhecimento tenha sido registrado. (Pinto, 2003 apud Almeida, 2006). •  Para representar o conhecimento é necessário que os termos e conceitos em concordância com comunidade ou grupo de sujeitos. (Almeida, 2005; Alvarenga, 2003) •  A principal função da representação é criar uma estrutura eficiente para a recuperação da informação.
6. Knowledge organization Systems (KOS) Sistemas de Organização de Conhecimento
7. Knowledge organization Systems (KOS) •  Organização do conhecimento •  “[...] visa à construção de modelos de mundo que se constituem em abstrações da realidade” •  “[...] é fruto de um processo de análise de domínio e procura refletir uma visão consensual sobre a realidade que se pretende representar”. HUSSERL (1996) •  KOS são todos os tipos de esquemas para organizar a informação e promover a gestão do conhecimento. Souza, Tudhope e Almeida (2010)
8. Knowledge organization Systems (KOS) Souza, Tudhope e Almeida (2010)
9. Sistemas de Recuperação de Informação (SRI)
10. Sistemas de Recuperação de Informação (SRI) •  SRI consistem basicamente em determinar quais documentos de uma coleção possui maior relevância dentro de um conjunto de palavras-chaves que o usuário deseja. (BAEZA-YATES, 1999). •  Em um SRI o usuário expressa sua necessidade de informação por meio de uma expressão de busca, composta geralmente por um conjunto de termos que a representa linguisticamente.
11. Sistemas de Recuperação de Informação (SRI) •  Um SRI é um ambiente linguístico cuja eficiência depende de um controle adequado da linguagem de representação dos itens de informação e das requisições de seus usuários. •  Insere-se assim como um agente mediador na comunicação entre um estoque de informação e os seus potenciais requisitantes. •  Em um SRI, o nível e a precisão das representações dos itens de informação e das necessidades de informação dos usuários afetam diretamente no desempenho do sistema.
12. Ontologias
13. Ontologia •  Do grego onto (ser) + logia (estudo). •  Filosofia (Aristóteles) à àquilo que existe, entender o mundo (entidades e relações). •  CC à engenharia de software, modelagem de SI para representação do conhecimento. (GRUBER, 1993). •  CI à representação formal de um domínio do conhecimento. (VICKERY, 1997; SOERGEL, 1997; ALMEIDA E BAX, 2003).
14. Ontologia —  Guarino (1998) propõe que as ontologias em geral podem ser classificadas em ontologias genéricas, ontologias de domínio, ontologias de tarefa e ontologias de aplicação. ◦  Genéricas: conceitos gerais. ◦  Domínio: domínios genéricos a fim de se evitar contradições entre dois conceitos. ◦  Tarefa: funcionalidade de um domínio. ◦  Aplicação: conceitos dependentes do domínio e da tarefa.
15. Exemplos de Ontologias • Ontologia do mundo real
16. Ontologia • Exemplos de ontologias: o  Basic Formal Ontology (BFO); o  Descriptive Ontology for Linguisitics and Cognitive Engineering (DOLCE); o  General Formal Ontology (GFO); o  Unified Foundational Ontology (UFO).
17. Modelos Conceituais como Sistemas de Organização do Conhecimento
18. Modelo Conceitual • CI à organização da informação e do conhecimento. (OLIVEIRA, 2009) • CC à no desenvolvimento de SI, é o modelo voltado para entendimento humano, representa uma tradução da estrutura do domínio de conhecimento. (ALMEIDA et. al., 2009; ALMEIDA, 2006).
19. Modelo Conceitual expresso por Ontologias Formais • Representam conceitos de um domínio de maneira não ambígua e consistente. (OLIVEIRA, 2009). • Autores que defendem a representação de domínios de conhecimento por meio de uma ontologia formal: GUARINO (1998, 1998A, 1994, 1997); GRUBER (1993);
20. Modelo Conceitual expresso por Ontologias Formais •  Integrar dois diferentes vocabulários, V1 e V2, associados a dois Sis diferentes. •  Estabelecer relações semânticas entre os termos de V1 e os termos de V2. •  O significado de cada termo de V1 e de V2 expresso em uma linguagem que seja mais expressiva que os próprios V1 e V2.
21. Modelos conceituais como KOS •  Ontologias são um tipo KOS que possibilita representação do conhecimento. (SOERGEL, 1997). •  Ontologias podem ter várias funções na construção do modelo conceitual, seja para representar o conhecimento da organização ou para descrição ou conceituação de um domínio. (GUARINO, 1998; GRUBER, 1993); SOWA, 1999; OLIVEIRA, 2009).
22. Modelo Conceitual - Ontologia UFO
23. Ontologias Biomédicas
24. A informação é um elemento-chave para os profissionais de saúde Experiência pessoal Literatura científica Queixas Exame físico Resultados anteriores • O volume de informações médicas publicadas na Internet está duplicando a cada 6 meses. • Após o médico se formar, cerca de 50% das informações obtidas está obsoleta . • Crescente número de fontes de dados e conhecimentos biomédicos. • SI permitem aumento das trocas de ideias entre campos científicos e a possibilidade de buscas mais exaustivas.
25. Ontologias Biomédicas: importância •  Organizar dado e conhecimento biomédico, para realizar a integração das informações e interoperabilidade entre sistemas médicos. •  Pode ser utilizada para representar informações clinicas de forma consistentes e confiáveis nos registros eletrônicos de saúde – Prontuário Eletrônico do Paciente (PEP) por fornecer um núcleo terminológico consistente para este. Manter sistemas de referência semântica, muitas vezes caracterizados como vocabulários, tesauros, terminologias, e ontologias
26. Exemplos de Ontologias Biomédicas —  Algumas contribuições examinas pelos autores: 1.  Classificação Internacional de Doenças – CID 2.  Medical Subject Headings – MeSH 3.  Gene Ontology – GO 4.  Systematized Nomenclature of Medicine - Clinical Terms - SNOMED CT 5.  Generalized Architecture for Languages, Encyclopaedias and Nomenclatures - openGALEN, 6.  Foundational Model of Anatomy – FMA 7.  Unified Medical Language System – UMLS 8.  Open Biomedical Ontologies (OBO) Foundry 9.  Blood Ontology – Ontologia do sangue – UFMG 10. NCI- Thesaurus - terminologias sobre câncer
27. Ontologia e Mineração de Dados
28. Ontologia e Mineração de Dados • KDD (Descoberta de conhecimento em banco de dados) o  Pré-processamento, Mineração de Dados e Pós-processamento. • Mineração de dados o  Análise de dados o  Técnicas/Algoritmos para revelar padrões ocultos
29. Ontologia e Mineração de Dados • Ontologias para a Mineração de Dados incorporar conhecimento ao processo com a adição de Ontologias. • Mineração de Dados para as Ontologias adicionar conhecimento de domínio a informação de entrada ou até mesmo usar essas Ontologias para representar os resultados.
30. Ontologia e Mineração de Dados
31. Ontologia e Mineração de Dados
32. Ontologias e Sistemas de Informação
33. Sistemas de Informação • Laudon e Laudon (2007) explicam que sistemas de informação contribuem para a solução de vários problemas empresariais, independentemente do seu tipo ou do seu uso. o  Operacional, Conhecimento, Gerencial, Estratégico
34. Sistemas de Informação •  Segundo Sommerville (2007), a dinâmica recente do desenvolvimento de software, fez com que paradigmas fossem quebrados e que surgissem novas abordagens: o  Desenvolvimento rápido de software: Métodos ágeis, Extreme Programming, o  Desenvolvimento rápido de aplicações; o  Reuso: Utilização de design patterns, Framework de aplicações; o  Engenharia de software baseada em componentes; o  Desenvolvimento de sistemas críticos; o  Evolução de software.
35. Sistemas de Informação Figura: Etapas de Desenvolvimento de Software - Fonte: www.macoratti.net Etapas de Desenvolvimento de Software
36. Ontologias e SI • Em Ciência da Computação e Ciência da Informação, ontologias são artefatos tecnológicos usados em sistemas de informação. • Elas consistem de um vocabulário especifico para descrever uma parte da realidade. • Ontologias são usadas para validar modelos e esquemas conceituais.
37. Ontologias e SI
38. Ontologias e Grafos
39. Triplas •  Representações de relações •  Linguagem natural •  Composta por 3 elementos SUJEITO PREDICADO OBJETO
40. Exemplo de Triplas • "Homem bebe champagne" • "Champagne é um tipo de bebida" • "Champagne agrega valor” (status)
41. Grafos • Estrutura de dados • Representação gráfica de triplas • Relação entre objetos • Vértices (objetos) e arestas (predicado) SUJEITO OBJETO PREDICADO
42. Exemplo de Grafo amigo_de Sim, esta é a Lídia! #Casal #Lídia #Mônica
43. Ontologia •  RDFs / OWL (XML+) •  Relações entre classes/objetos (triplas) •  Reuso de conceitos (namespaces) o  Disciplina (Objeto) §  ufmg:disciplina §  ufrj:disciplina §  #disciplina <owl:Class rdf:about="#Matematica"> <rdfs:label xml:lang=”br">Matemática</rdfs:label> <rdfs:subClassOf> <owl:Class rdf:about="#Disciplina"/> </rdfs:subClassOf> </owl:Class>
44. Ontologias e RI
45. Recuperação da Informação •  RI: aplicação de tecnologia computacional à aquisição, organização, armazenamento, recuperação e distribuição de informação. •  SARACEVIC(1999): “a RI pode ser considerada a vertente tecnológica da CI, e é resultado da relação desta com a Ciência da Computação”. •  Recuperar informação consiste em identificar, em um acervo documental, quais os documentos que satisfazem total ou parcialmente a uma determinada necessidade de informação do usuário.
46. Recuperação da Informação •  Dificuldade: o  Saber quando um documento é relevante ou não para a necessidade do usuário •  Esse conceito é essencial em RI pois o seu objetivo primordial consiste em: o  Recuperar todos os documentos relevantes (revocação) o  Recuperar a menor quantidade possível de documentos não relevantes (precisão)
47. Recuperação da Informação •  Expressão de busca: usuário expressa sua necessidade de informação. o  Função de busca: compara as representações dos documentos com a representação da expressão de busca. o  Centro do processo de recuperação §  Ranking dos documentos relevantes
48. Recuperação da Informação •  Ontologias na recuperação da informação: o  Melhorar a precisão e a revocação em sistemas de RI textual. o  Incorporar conceitos do domínio no processo de busca. o  Duas direções principais: §  Expansão de consultas através de termos relacionados §  Uso de medidas de distância conceitual
49. Recuperação da Informação •  Grande volumes de dados (especialmente na Web) • Busca/recuperação baseada em texto (full- text-search) - limitações: o  Vagueza/indeterminação da linguagem natural o  Conceitos de alto nível (não podem ser recuperados) o  Relações semânticas (não podem ser exploradas) o  Dimensão temporal (não pode ser tratada)
50. Documentos Necessidade do Usuário PROCESSO DE INDEXAÇÃO PROCESSO DE ESPECIFICAÇÂO DE CONSULTA Índices Uma representação dos documentos Consultas PROCESSO DE RECUPERAÇÃO Lista de documentos recuperados PERDA DE INFORMAÇÃO Fonte: Cardoso(2007)
51. Recuperação da Informação • Uso de ontologias em RI: (Ferneda, 2013) o  Indexação automática baseada em ontologias (índice acrescido de termos) o  Expansão de consulta baseada em ontologias (modificação da consulta) o  SRI semânticos (documentos previamente anotados) o  Interfaces de busca (definir termos de busca)
52. Considerações Finais —  Falta de consenso sobre a definição do que é ontologia. —  Dificuldade de consenso sobre os conceitos, entidades e relações que as ontologias se propõe a representar de um domínio. —  Falta de consenso sobre a metodologia ideal de desenvolvimento de ontologias. —  A escolha da ontologia de referência apropriada. —  Dificuldade de reuso de ontologias. —  Trabalho interdisciplinar que exige diferentes tipos de profissionais.
53. Obrigado! Perguntas?