Introduction au Web smantique

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Introduction au Web sémantique

• N. Aussenac-Gilles (IRIT) aussenac_at_irit.fr
• Le site dun groupe de chercheur qui a fait le
  point en 2003
• http//www.lalic.paris4.sorbonne.fr/stic/ -gt des
  tutoriels, un excellent rapport final
• http//www.w3.org/2001/sw/Activity
• Cours de Fabio Civaregna  Intelligent Web 
  http//www.dcs.shef.ac.uk/7Efabio/COM4280/
• http//websemantique.org/

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Le Web Sémantique profession de foi

• The Semantic Web is an extension of the current
  web in which information is given well-defined
  meaning, better enabling computers and people to
  work in cooperation. The mix of content on the
  web has been shifting from exclusively
  human-oriented content to more and more data
  content.
• The Semantic Web brings to the web the idea of
  having data defined and linked in a way that it
  can be used for more effective discovery,
  automation, integration, and reuse across various
  applications. For the web to reach its full
  potential, it must evolve into a Semantic Web,
  providing a universally accessible platform that
  allows data to be shared and processed by
  automated tools as well as by people.
• W3C Semantic Web Activity Statement

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Plan du cours

• Introduction au web sémantique
• Motivations, Définitions
• Scenarios envisagés
• Les défis technologiques
• Solutions techniques prévues
• Le modèle en couches
• Ontologies, méta-données, services web
• Les ontologies représentation du sens
• Les ontologies définition
• OWL
• Intérêt de la formalisation
• Difficulté de la construction
• TAL et apprentissage

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Plan du cours (suite)

• Donner du sens aux documents du web
• Des textes aux ontologies
• Des ontologies et des méta-données aux pages web
  
• Annotation
• indexation,
• Recherche dinformation et ontologies
• Regard critique
• Le web sémantique une utopie ou une réalité
  dans 5 ans ?
• Les technologies du web sémantique que retenir ?

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Cours 1 Introduction au web sémantique

• Motivations, Définitions
• Scenarios envisagés
• Les défis technologiques
• Solutions techniques prévues
• Le modèle en couches
• Ontologies
• Méta-données
• Services web

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1 - Motivations

• Le web a un énorme potentiel mal exploité
• Aller vers un  web intelligent 
• Utiliser des connaissances dans les applications
  
• Rechercher des informations précises, mal
  formulées (au delà des mots clés)
• Mieux exploiter des informations brutes
  (annotation, indexation)
• Aider à la résolution de problème
• Gestion des connaissances
• Commerce ciblé
• anticiper des besoins, combiner plusieurs
  ressources et applications, utiliser des
  heuristiques commerciales, des profils
  utilisateurs (Business rules
• Offrir des services nouveaux, élaborés

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1 Motivations le web aujourdhui

• Données de formats hétérogènes
• Applications incapables daccéder à ces données
• Données brutes, et non connaissances
• Organisation et utilisation
• guidée par loffre, par celui qui met des
  informations à disposition,
• et non par la demande, par les besoins des
  utilisateurs

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1 Motivations Le Web aujourd'hui

• Beaucoup d'informations mais la description de
  l'information (méta-données) est limitée
• HTML ne donne que des liens sans sémantique (non
  utilisables par les machines)
• Les moteurs de recherche par mots clés laissent
  beaucoup de travail à l'utilisateur
• Et plus généralement, trouver les bonnes
  ressources, analyser le contenu des pages,
  dégager les bonnes informations, combiner les
  différents résultats est coûteux en temps et
  parfois fastidieux !
• L'information et les services sur le Web sont
  aujourd'hui peu exploitables par des machines
  Et de moins en moins exploitables sans l'aide des
  machines

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1 - Motivations Le Web de demain vu par le W3C

• un vaste espace d'échanges de ressources entre
  machines permettant l'exploitation de grands
  volumes d'informations et de services variés,
  aidant les utilisateurs en les libérant d'une
  (bonne) partie de leur travail de recherche, et
  de combinaison de ces ressources
• " Le Web sémantique n'est pas un Web séparé,
  mais une extension du Web actuel dans lequel
  l'information est munie d'une signification bien
  définie permettant aux ordinateurs et aux
  personnes de mieux travailler en coopération "
• traduit de T. Berners-Lee , J. Hendler et
  O.Lassila, Scientific American 2001

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1 Motivations  Sémantiser  le Web

• Ajouter des connaissances
• Associées aux pages du web  sur-couche 
  sémantique
• Associées aux applications agents logiciels
  intelligents, capables de raisonner sur les
  descriptions
• Définir autrement les applications
• En terme de services web services
• Mieux communiquer, échanger, sécuriser, accéder à
  des sources hétérogènes définir des standards
• Infrastructures standards protocoles, langages,
  mécanismes, ...
• Rôle d'une  couche sémantique 
• Décrire les contenus (métadonnées)
• Structurer les ressources (liens hypertextes
  étiquetés)
• Anticiper les raisonnements formalisation

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1 Motivations Sémantiser le Web

• Les connaissances ajoutées
• Ressources, données -gt documents, ontologies,
  données
• Règles, heuristiques -gt axiomes, règles
• Algorithmes, modèles de tâches et dinteraction
  -gt contrôle, modules de résolution de problème
• Proposer des "vocabulaires" partagés pour
  différentes communautés
• ontologies comme conceptualisations partagées,
  au cur du WS
• Permettent dexprimer différents types de
  métadonnées

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1 Motivations Méta-données, annotations et
ontologies
Le Web aujourd'hui
Le Web Sémantique
Software ontology
Person ontology
Les ontologies
W3C Semantic Web Activity, Koivunen and Miller,
2001
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2 - Scénario (1) le moteur de recherche
sémantique

• Trouver des informations sur des monuments à
  Paris restaurés par un architecte élève de
  Viollet le Duc
• http//web.mit.edu/museum/ware/viollet_le_duc.html
  
• Le site concerne Viollet le Duc
• Viollet le Duc est un architecte
• Viollet le Duc a comme élève Paul Boeswillwald
• http//www.mediatheque-patrimoine.culture.gouv.fr/
  fr/biographies/boeswillwald_paul.html
• Le site concerne Paul Boeswillwald
• Paul Boeswillwald est un architecte
• http//www.musee-moyenage.fr/pages/page_id18390_u1
  l2.htm
• A comme nom Hotel de Cluny
• Restauré par Paul Boeswillwald
• A comme lieu Paris

Méta-données associées aux sites
Liens étiquetés entre sites
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2 - Scénario (2) objets pédagogiques

• Trouver des cours sur le Web sémantique, de
  niveau avancé, avec des exercices associés dans
  une université parisienne.
• Chaque document ( cours, exercices, ), associé à
  une URL (cas particulier des URI), a ses
  méta-données et est relié aux autres ressources
  par certaines relations
• Peut utiliser certains standards comme LOM
  (Learning object metadata)

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2 - Scénario (3) lorganisation de la visite
dune ville

• Un outil dédié exploite et combine les
  ressources pour une tâche donnée
• Descriptions de ressources touristiques précises
  méta-données
• Les différents musées, monuments,
• Réutilisation dune ontologie des objets
  culturels et historiques
• Connaissances générales sur le tourisme
  ontologie
• Les différents moyens de transport sont
• Connaissances sur les préférences de
  lutilisateur profil attaché à sa page Web
  personnelle comme un ensemble de méta-données
• Art Baroque, Art nouveau, Le Gréco,
• Connaissances sur les itinéraires

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2 - Scénario Implications du scénario (3)

• Loutil dédié
• peut utiliser les mêmes langages de
  représentation des ontologies et de méta-données
  RDF, OWL
• nécessite en plus lintégration de sources de
  données hétérogènes et la médiation de requêtes
  globales vers des structures locales
• musées ayant chacun leur format de métadonnées
  ..
• nécessite des capacités de raisonnement
  formalisation

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2 - Scénario (4) les services Web ..
sémantiques

• Un outil qui fait appel, exploite et combine des
  services
• Réservation dun musée, dun guide, dun bateau
• Commande de brochures
• Accès aux services Web proposés par le portail du
  musée, de la compagnie de bateau
• Accès aux services Web de réservation des guides
  de la ville

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2 - Scénario (5) Aide à la navigation
sémantique

• Voir le Web comme un vaste réseau interconnecté
  par des liens sémantiques
• Utilisation dun portail de formation à distance
• Navigation dans des ressources touristiques
• Des liens étiquetés
• utilisables par les êtres humains
• utilisables par les machines
• Nécessité de méthodes (et d'outils) pour
  présenter ou visualiser
• localement
• des parties du Web

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3 Défis technologiques

• Les langages pour le WS
• Méta-données
• Ontologies pour le WS
• Logiciels dannotations associer ontologies et
  ressources (pages, BD, etc.)
• Intégration de sources d'information hétérogènes
• Services Web sémantiques
• Sécurisation
• Personnalisation et adaptation
• http//rtp-doc.enssib.fr/
• http//rtp-doc.enssib.fr/archiveas.html
• http//www.lalic.paris4.sorbonne.fr/stic/

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3 Défis  humains 

• Les langages pour le WS utilisabilité
• Méta-données consensus au sein de communautés
• Ontologies pour le WS comment les construire ?
  Les utiliser ?
• Logiciels dannotations associer ontologies et
  ressources (pages, BD, etc.) Qui va annoter ?
• Intégration de sources d'information hétérogènes
  logique dusage
• Services Web sémantiques logique dusage
• Personnalisation et adaptation
• http//rtp-doc.enssib.fr/
• http//rtp-doc.enssib.fr/archiveas.html
• http//www.lalic.paris4.sorbonne.fr/stic/

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3 Défis  humains 

• Le web sémantique a un coût
• Développer des ontologies
• Annoter des pages, des ressources
• Modéliser des besoins dutilisateurs
• Qui va le prendre en charge ?
• Auteurs des pages
• Utilisateurs
• Gestionnaires du web
• Développeurs dapplications innovantes (et
  rémunératrices)
• http//rtp-doc.enssib.fr/
• http//rtp-doc.enssib.fr/archiveas.html
• http//www.lalic.paris4.sorbonne.fr/stic/

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4 - Les solutions techniques

• Un modèle en couches
• Des langages standards
• Des ontologies
• Des méta-données

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4 - Les solutions techniques le modèle en
couches du W3C
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4 - Les solutions techniques Niveau 1 les URI

• Uniform Resource Identifiers
• Plusieurs sortes dURL, comme
• URN Universal Resource Names noms uniques
• URL Universal Resource Locators accès à des
  ressources
• Unicode à la place de ASCII pour gérer le
  multi-linguisme

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4 - Les solutions techniques Niveau 2 XML

• Pourquoi XML ?
• format standard pour sérialiser des données à
  laide de tags
• Profiter du succès de HTML, dont il est proche
• Ajouter de la rigueur
• Profiter des nombreux outils
• XSLT pour la transformation
• Parsers
• Langages de schémas pour la validation (comme XML
  schéma)
• Interrogation grâce à Xquery
• Les espaces de noms XML
• Xmlns http//www.wireless-village.org/CSP1.0 
• Qualifieur (vocabulaire) fragment (élément)
• Ontologies concepts

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4 - Les solutions techniques Niveau 2 XML

• Exemple
• ltWV-CSP-Message xmlns"http//www.wireless-village
  .org/CSP1.0"gt
• ltTransactionContent xmlns"http//www.wireless-vi
  llage.org/TRC1.0"gt
• ltCapabilityListgt
• ltClientTypegtMOBILE_PHONElt/ClientTypegt
• ltInitialDeliveryMethodgtPlt/InitialDeliveryMetho
  dgt
• ltAcceptedContentLengthgt32767lt/AcceptedContentL
  engthgt
• lt/CapabilityListgt
• lt/TransactionContentgt
• lt/WV-CSP-Messagegt

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4 - Les solutions techniques Niveau 3 RDF

• Resource Description Framework
• Au départ standard de description de méta-données
  (97-99)
• Utilisation de graphes étiquetés orientés
• triplets sujet propriété (prédicat) - objet
• ou ressource - propriété - valeur (ressource ou
  chaîne)
• Utilise les URIs
• utilisables pour les pages (et parties de pages)
• mais aussi pour tout objet qui dispose d un
  schéma URI (documents, )
• Dispose d'une syntaxe XML
• et des espaces de nom XML
• RDF Schema (98-2000)
• modèle de classes . sur RDF

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4 - Les solutions techniques Niveau 3 Le
modèle de base de RDF

• Les triplets ( statements )
• une propriété dune certaine ressource a telle
  valeur ou correspond à telle ressource

http//www.lalic.paris4.sorbonne.fr/laublet/coursR
epConnaissances
createur
illustréPar
http//www.lalic.paris4.sorbonne.fr/annuaire/laubl
et.html
http//.....// exercices
nom
e-mail
Philippe.Laublet_at_paris4.sorbonne.fr
Philippe Laublet
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4 - Les solutions techniques Niveau 3 La
syntaxe XML de RDF

• lt?xml version"1.0"?gt
• ltrdfRDF
• xmlnsrdf"http//www.w3.org/1999/02/22-rdf-synt
  ax-ns"
• xmlnss"http// www.lalic.paris4.sorbonne.fr/sc
  hema"gt
• ltrdfDescription about"http//www.lalic.paris4.so
  rbonne.fr/laublet/tutorielWS2002" gt
• ltsrefAuteur resource"http//www.lalic.paris4
  .sorbonne.fr/annuaire/p.laublet" /gt
• lt/rdfDescriptiongt
• ltrdfDescription about "http//www.lalic.paris4.s
  orbonne.fr/annuaire/p.laublet" gt
• ltsnomgtPhilippe Laubletgt lt/snomgt
• ltse-mailgtPhilippe.Laublet_at_paris4.sorbonne.frgt
  lt/se-mailgt
• lt/rdfDescriptiongt
• lt/rdfRDFgt
• Des syntaxes abrégées existent dans certains cas

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4 - Les solutions techniques Niveau 3 Les
énoncés sur les énoncés
filiale
Société123-45
Société48
référence
http//www.catalogueSociétés.org

• ltrdfDescription gt
• ltrdfsubject resource "Société123-45" /gt
• ltrdfpredicate resource "ecofiliale" /gt
• ltrdfobject resource "Société48" /gt
• ltrdftype resource "rdfProperty" /gt
• ltecoréférence resource"http//www.catalogueSoc
  iétés.org" /gt
• lt/rdfDescriptiongt

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4 - Les solutions techniques Niveau 3
Avantages - limites de RDF

• Par rapport aux BD
• Représentation de données semi-structurées
• Très coûteux en mémoire (graphe dont tous les
  nuds et les arcs sont indexés)
• Format homogène
• Mais fusion pas si simple risque de conflits, à
  automatiser si gros volume de données
• Il existe une théorie des modèles de RDF
• Définit linterprétation logique dun modèle
• Les sérialisations sont multiples
• Les parseurs XML standards ne fonctionnent pas
• Les parseurs RDF sont lents passer de XML à RDF
• RDF / XML est difficile à comprendre
• À cause des espaces de noms utiliser des
  préfixes
• myvocabsomeProperty rdfresourcehttp//example.
  com/someURIblah/gt

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4 - Les solutions techniques Niveau 4 RDFS

• À chaque domaine applicatif peut être associé un
  schéma identifié par un préfixe particulier et
  correspondant à une URI
• Un schéma définit les termes qui seront utilisés
  par les descriptions RDF
• RDF(S) propose des constructeurs très généraux
  permettant de construire ces schémas spécialisés
• Ensemble de déclarations de classes et de
  propriétés contraintes par les classes
• Peut être défini par raffinement du schéma du
  noyau RDFS
• Les données instances sont ensuite décrites en
  utilisant ce nouveau vocabulaire
• Représentation d'ontologies simples
• Pas de capacités de raisonnement intégrées dans
  le modèle

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4 - Les solutions techniques Niveau 4 Le
schéma de base de RDF(S)

• cf. http//www.w3.org/TR/2000/CR-rdf-schema-2000
  0327

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4 - Les solutions techniques Niveau 4
Contraintes de RDF(S)
cf. http//www.w3.org/TR/2000/CR-rdf-schema-2000
0327
35
4 - Les solutions techniques Niveau 4 RDF
Schema, exemple

• Les classes spécifiques à un domaine sont
  déclarées comme instances de la ressource Class
• Les propriétés spécifiques à un domaine comme des
  instances de la ressource Property
• Les éléments reliés sont contraints
• Ontologie  exemple 
• ExemplehasEmailAddress (property)
• Domain ExempleHuman , range
  exempleEmailAddress
• RDF schéma a été défini pour produire des
  inférences

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4 - Les solutions techniques Niveau 4 RDF
Schema, exemple
37
4 - Les solutions techniques Niveau 4
Utilisation de RDFS

• Métadonnées aide à la recherche de documents,
  aide à la personnalisation
• RDFPic pour la recherche d'images numériques
• Collaboration
• systèmes d'annotation - Annotea
• bookmarks partagés
• Cartes de sites, cartes de sujets aide à la
  navigation
• Thesaurus Limber ( ELSST), ...
• Catalogue de produits UNSPSC, commerce
  électronique
• Grid computing

38
4 - Les solutions techniques Niveau 5
langages de définition dontologies

• DAML standard DARPA
• OIL proposition dun projet européen
• OWL Ontology Web language
• standard du W3C
• Cf suite du cours
• Langages de représentation des connaissances
  inspirés de lIA
• Production dinférences
• Validation formelle de propriétés (cardinalité,
  transitivité des relations, etc.)

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4 - Les solutions techniques Niveau 5
Ontology Web Language (OWL)

• Hiérarchies de Classes
• Hiérarchies de Propriétés
• Types de données simples
• Propriétés objets (relations entre classes)
• Descriptions de classes
• Peuvent être utilisées au lieu de classes nommées
• Énumérations
• EstimationDeCrise oneOf (normal,
  dommagesMatériels, grave, trèsGrave
• Restrictions
• LieuGéo and atleast (3000, aCommeHabitants)
• Enoncés logiques
• RouteSecours and not RouteTerrestre

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4 - Les solutions techniques Niveau 6 règles

• Complément à OWL
• Capacités dinférence sur les vocabulaires, les
  données structurées
• Même objectif que celui poursuivi avec les BD
  déductives

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4 - Les solutions techniques Niveau 7, 8, 9
logique, preuves et confiance

• Encore non développés
• FACT et dautres logiques de description
  permettent de formaliser les parties les plus
  simple de OWL (OWL lite)
• Recherches en cours sur la confiance à accorder à
  des connaissances trouvées sur le web
• comment lattester ?

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4 - Les solutions techniques Résumé

• OWL langage de représentation d'ontologies
  plus complexes
• RDFS langage de classes, simple
• représentation de structures et d'ontologies
  simples avec description hiérarchique des
  concepts et des propriétés
• RDF réseau sémantique de base
• métadonnées, ...
• XML couche de transport syntaxique

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4 - Les solutions techniques Méta-données et
annotations

• Grande diversité
• annotations documentaires
• annotations structurelles
• annotations sur les contenus
• ...
• Variété de leur rôles
• catalogage
• recherche d'information
• aide à la navigation
• construction dynamique de ressources adaptation
  et personnalisation
• ...
• De leurs conditions de productions
• quels acteurs professionnels / usagers de
  "base"
• statique / dynamique
• ...

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4 - Les solutions techniques Diversité des
méta-données exemple - CanCore

• Générales attributs de lobjet pédagogique
• titre, langue, sujet, description
• Cycle de vie circonstances du développement de
  lobjet
• nom, date de publication, information de
  publication et de version
• Méta-métadonnées sur le dossier des
  métadonnées
• contributeurs, langue, date, validation
• Techniques et éducationnelles
• format technique, taille, emplacement
• Pédagogiques
• type de ressources, contexte, niveau dage,
• Droits
• Relations avec dautres ressources
• Classification place dans une classification
• Canadian Core Learning Resource Metadata
  Application Profile

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4 - Les solutions techniques Ontologies

• Spécifications déclaratives des concepts et des
  rôles dans un domaine de discours
• Fournissent des vues structurées et partageables
  des ressources
• Donnent, entre autres, un vocabulaire pour les
  méta-données
• Par leur formalisation, permettent
  l'automatisation de certains raisonnements
• http//www.daml.org/ontologies/

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4 - Les solutions techniques Les deux rôles
des ontologies

• Définir / fournir une sémantique formelle pour
  linformation permettant son exploitation par un
  ordinateur
• Définir / fournir une sémantique d'un domaine du
  monde réel fondée sur un consensus et permettant
  de lier le contenu exploitable par la machine
  avec sa signification pour les humains

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4 - Les solutions techniques ex lontologie
CRM (CIDOC ICOM)

• De très nombreux jeux de méta-données et même
  beaucoup de standards dans les institutions
  culturelles et historiques
• Une solution lontologie du CRM
• 80 classes et 130 propriétés
• Deux hiérarchies par spécialisation
• Standard ISO en 2004 ?

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4 - Les solutions techniques Objectifs du CRM

• La médiation de requêtes globales à des
  structures locales intégration de sources de
  données hétérogènes
• Lextraction de faits précis à partir dunités
  documentaires plus importantes
• La transformation de données pour migrer vers
  dautres systèmes
• La fusion de données dans des entrepôts de
  données plus importants
• Un point de départ pour de nouvelles
  modélisations conceptuelles

49
Types
The ICOM/CIDOC Conceptual Reference Model
refine
Making Sense of Cultural Infodiversity Tony Gill
Actors
Conceptual Objects
Physical Entities
participate in
affect
Temporal Entities
location
within
occur at
Places
50
(No Transcript)
51
4 - Les solutions techniques Laspect temporel
Extrait de la définition du Modèle Conceptuel de
Référence du CIDOC (CRM 3.4)
52
4 - Les solutions techniques Ontologies,
métadonnées, agents logiciels et utilisateurs
www.semanticweb.org
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4 - Les solutions techniques Les services Web
1. Requête UDDI
2. Métadonnées pour des services
Client de Service wEB
Serveur UDDI
2. Requête initiale XML-SOAP
4.5..N Echanges XML-SOAP
Fournisseur de Service Web
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4 - Les solutions techniques Sémantiser les
services Web

• Applications accessibles en utilisant les
  protocoles Internet standard
• effectuent certaines actions ou modifications sur
  l'état du monde
• Les applications peuvent automatiquement
  découvrir et invoquer les e-services qui
  satisfont le mieux leur besoin
• L'enchaînement (composition et interopérabilité)
  des services peut être géré par des outils
• Les services Web auront besoin dune couche
  sémantique
• vers une ontologie des services DAML-S
• Web Services for Digital Libraries Thomas
  Hickey / ELAG 2003