Modelagem conceitual
O resultado do estudo do domínio e da aplicação das técnicas de aquisição de
conhecimento é um conjunto de conceitos, relacionamentos, regras, procedimentos e
métodos, além de requisitos de sistemas. Essas informações geram relatórios não
estruturados que irão compor a documentação total do projeto. Os conceitos,
relacionamentos, regras e métodos, por sua vez darão origem ao modelo conceitual,
no nível do conhecimento, que será posteriormente formalizado através de uma ou
mais abordagens de representação, no nível simbólico. A modelagem conceitual se
refere, portanto, a captura semântica do domínio, ou a construção da
conceitualização ontológica.
A construção do modelo conceitual é a etapa-chave da construção de um
modelo de conhecimento ou de uma ontologia de domínio. O engenheiro de
conhecimento irá definir quais porções do domínio devem ser modeladas e quais
permanecem para etapas futuras ou apenas como documentação. Os conhecimentos
selecionados serão então aproximados às primitivas (ou construtos) de representação
que mais expressam seu significado.
As primitivas de representação são construtos semânticos universais ou semi-
universais a todas as linguagens de representação e devem possuir uma relação única
com os elementos da sintaxe das linguagens. Os principais construtos utilizados para
modelagem conceitual (Gruber, 1995; Guarino, 1995) podem ser resumidos por:
〈
onde
〉
descreve o conjunto de classes ou conceitos que representam elementos de
um domínio e que preservam uma relação 1:1 com objetos a serem modelados. Seja
um conjunto de atributos e
um conjunto de codomínios de valores que um
atributo pode assumir em um dado modelo, é possível definir que para cada
tem-se que
{(
) |
} .
,
é um conjunto de relações que
representam tipos de associações entre elementos do domínio. é um conjunto de
relações especiais que mapeiam um ou mais elementos do domínio para um único
elemento e para as quais podemos atribuir semântica específica. Funções podem
modelar regras para dar suporte a inferência. O conjunto
agrupa axiomas que
permitem definir declarações sobre os demais elementos do modelo que restringem o
domínio. Por fim,
é um conjunto de instâncias que representam os indivíduos do
domínio a ser modelado, normalmente mantendo uma relação 1:1 com os objetos
existentes no mundo real, sejam eles concretos ou não.
Os relacionamentos podem ser estruturais (que auxiliam na organização do
próprio domínio) ou eventuais, que descrevem relacionamentos entre algumas
classes apenas. Os relacionamentos estruturais mais importantes são os taxonômicos
(classe-subclasse) e os mereológicos ou partonômicos (classe-componente)
(Fernández-Breis e Martínez-Béjar, 2002). Associações são relacionamentos que
podem ter semântica definida pelo modelador.
Além dessas primitivas, diferentes autores estudam novas primitivas de
modelagem de conhecimento. Mastella em (Mastella, Abel et al., 2005) estendeu o
conjunto de primitivas para modelar características espaço temporais do domínio,
definindo, incluindo primitivas tais como eventos, para identificar acontecimentos
que alteram o domínio; relações temporais, que descrevem as relações de ordem
entre os eventos (antes, depois, durante, etc); e relações espaciais, que descrevem as
relações de posição espacial entre as classes do modelo.
A construção de um modelo capaz de capturar conhecimento baseia-se
fortemente na escolha correta dos construtos de modelagem capazes de expressar o
conhecimento do domínio e perfeita compreensão do seu significado. A intensa
pesquisa de novas primitivas de modelagem e sua tradução para linguagens de
representação demonstram as dificuldades em expressar objetos cognitivos de
maneira formal. Os maiores avanços têm acontecido no estudo e proposição de
Ontologias de Fundamentação que tem inovado em duas frentes:
(1) através
da
especialização
das
primitivas
de
modelagem
que
tradicionalmente tem definido as linguagens de representação;
(2) pela restrição das possibilidades de ancoramento simbólico dessas
primitivas aos objetos do mundo, ao definir as propriedades essenciais
que esses objetos devem possuir para serem por ela representados.
Nessa linha, são notáveis os trabalhos de Guarino e Welty (Guarino e Welty,
2002; Guarino e Welty, 2004) ao definirem a metodologia http://www.ontoclean.org/ . A
metodologia oferece um guia para a escolha das primitivas de modelagem com base
em noções filosóficas de análise metafísica e que, por sua vez, definem
metapropriedades que impõem restrições para a construção dos modelos. Os autores
definem as metapropriedades de essência, rigidez, identidade e unidade para a análise
dos conceitos e de suas representações, desta forma, auxiliando na separação da
noção de objetos concretos (estátua) e de sua substância (cerâmica), de objetos com
identidade própria (pessoa) de outros que tem sua identidade criada por outros
objetos (um estudante é um conceito que depende da existência de uma escola e de
uma pessoa para existir).
As metapropriedades definidas por Guarino e Welty propiciaram o
aperfeiçoamento das linguagens de ontologias, ao permitir a especialização das
primitivas de representação em construtos mais precisos e de significado mais
restritos. A Unified Foundational Ontology (UFO) definida por Giancarlo Guizzardi
(Guizzardi, 2005) cria uma hierarquia de metaconstrutos de representação de objetos,
relações e propriedades especializando esses construtos a partir de noções filosóficas
de propriedades ontológicas. A UFO(A) define os construtos para a representação de
objetos que persistem no mundo (continuantes), enquanto a UFO(B) permite a
representação de objetos temporais (ocorrentes), tais como eventos, participantes e
relações temporais, e a UFO(C) representa os objetos sociais e suas relações (por
exemplo, organizações e contratos).
Mesmo não dotada de linguagem de
representação passível de compilação, a UFO tem influenciado um grande numero de
trabalhos de pesquisa em ontologias no Brasil.
A Figura 3 apresenta uma representação diagramática de um modelo
conceitual parcial de uma loja de ferragen baseado na UFO(A). Os retângulos
rotulados com kind representam objetos com identidade ontológica enquanto aqueles
com role indicam conceitos cujas instâncias são instâncias de algum kind. Enquanto
os arcos representam relações, os retângulos rotulados com relator materializam os
conceitos que dão significado e aridade a essas relações. Um modelo conceitual
presume a especificação completa do conjunto dos atributos e domínios dos
conceitos, portanto o conjunto de duplas atributo/domínio para cada um dos
conceitos, não representado no diagrama, deve ser descrito como parte do modelo.
Um modelo conceitual, por outro lado, não é dependente da escolha de sua
apresentação. Utilizar representações diagramáticas ou textuais, ou mesmo ambas,
depende da conveniência do modelador.
Figura 3 – Representação diagramática de uma parte de modelo conceitual para uma ferragem baseada
na UFO(A).
Modelos conceituais não têm por objetivo apenas a descrição abstrata do
conhecimento declarativo. Novas abordagens buscam a representação do
conhecimento inferencial com modelos conceituais no nível do conhecimento. Entre
as mais promissoras estão as estruturas de inferência de Common KADS (Schreiber,
Akkermans et al. 2000), os padrões cognitivos de Gardner (Gardner, 1998) e os
Métodos de Solução de Problemas (Gómez-Pérez e Benjamins 1999; (Fensel e
Motta, 2001)}. As três abordagens têm em comum a proposição de uma
representação diagramática de uma sequência abstrata de passos de inferência sobre
conceitos do domínio. Métodos de Solução de Problemas atingiram uma maior
especificação nos modelos ao incluir na definição dos métodos a competência (o quê
o método pode realizar); a descrição operacional do método em termos dos papéis do
conhecimento associados aos conceitos, as ações de inferência e a especificação de
controle; e os requisitos e suposições de aplicação do método. Cada uma das
abordagens busca definir um padrão de raciocínio específico a uma classe de
problemas, porem genérico em relação a reusabilidade em diferentes domínios. Silva
em (Silva, 2001) detalha a definição e aplicação de um método de solução de
problemas para interpretação de ambientes diagenéticos de rochas siliciclásticas.
Fonte: Int. J. Knowl. Eng. Manage., ISSN 2316-6517, Florianópolis, v. 2, n. 2, p. 1-35, mar./maio, 2013. 2
O resultado do estudo do domínio e da aplicação das técnicas de aquisição de
conhecimento é um conjunto de conceitos, relacionamentos, regras, procedimentos e
métodos, além de requisitos de sistemas. Essas informações geram relatórios não
estruturados que irão compor a documentação total do projeto. Os conceitos,
relacionamentos, regras e métodos, por sua vez darão origem ao modelo conceitual,
no nível do conhecimento, que será posteriormente formalizado através de uma ou
mais abordagens de representação, no nível simbólico. A modelagem conceitual se
refere, portanto, a captura semântica do domínio, ou a construção da
conceitualização ontológica.
A construção do modelo conceitual é a etapa-chave da construção de um
modelo de conhecimento ou de uma ontologia de domínio. O engenheiro de
conhecimento irá definir quais porções do domínio devem ser modeladas e quais
permanecem para etapas futuras ou apenas como documentação. Os conhecimentos
selecionados serão então aproximados às primitivas (ou construtos) de representação
que mais expressam seu significado.
As primitivas de representação são construtos semânticos universais ou semi-
universais a todas as linguagens de representação e devem possuir uma relação única
com os elementos da sintaxe das linguagens. Os principais construtos utilizados para
modelagem conceitual (Gruber, 1995; Guarino, 1995) podem ser resumidos por:
〈
onde
〉
descreve o conjunto de classes ou conceitos que representam elementos de
um domínio e que preservam uma relação 1:1 com objetos a serem modelados. Seja
um conjunto de atributos e
um conjunto de codomínios de valores que um
atributo pode assumir em um dado modelo, é possível definir que para cada
tem-se que
{(
) |
} .
,
é um conjunto de relações que
representam tipos de associações entre elementos do domínio. é um conjunto de
relações especiais que mapeiam um ou mais elementos do domínio para um único
elemento e para as quais podemos atribuir semântica específica. Funções podem
modelar regras para dar suporte a inferência. O conjunto
agrupa axiomas que
permitem definir declarações sobre os demais elementos do modelo que restringem o
domínio. Por fim,
é um conjunto de instâncias que representam os indivíduos do
domínio a ser modelado, normalmente mantendo uma relação 1:1 com os objetos
existentes no mundo real, sejam eles concretos ou não.
Os relacionamentos podem ser estruturais (que auxiliam na organização do
próprio domínio) ou eventuais, que descrevem relacionamentos entre algumas
classes apenas. Os relacionamentos estruturais mais importantes são os taxonômicos
(classe-subclasse) e os mereológicos ou partonômicos (classe-componente)
(Fernández-Breis e Martínez-Béjar, 2002). Associações são relacionamentos que
podem ter semântica definida pelo modelador.
Além dessas primitivas, diferentes autores estudam novas primitivas de
modelagem de conhecimento. Mastella em (Mastella, Abel et al., 2005) estendeu o
conjunto de primitivas para modelar características espaço temporais do domínio,
definindo, incluindo primitivas tais como eventos, para identificar acontecimentos
que alteram o domínio; relações temporais, que descrevem as relações de ordem
entre os eventos (antes, depois, durante, etc); e relações espaciais, que descrevem as
relações de posição espacial entre as classes do modelo.
A construção de um modelo capaz de capturar conhecimento baseia-se
fortemente na escolha correta dos construtos de modelagem capazes de expressar o
conhecimento do domínio e perfeita compreensão do seu significado. A intensa
pesquisa de novas primitivas de modelagem e sua tradução para linguagens de
representação demonstram as dificuldades em expressar objetos cognitivos de
maneira formal. Os maiores avanços têm acontecido no estudo e proposição de
Ontologias de Fundamentação que tem inovado em duas frentes:
(1) através
da
especialização
das
primitivas
de
modelagem
que
tradicionalmente tem definido as linguagens de representação;
(2) pela restrição das possibilidades de ancoramento simbólico dessas
primitivas aos objetos do mundo, ao definir as propriedades essenciais
que esses objetos devem possuir para serem por ela representados.
Nessa linha, são notáveis os trabalhos de Guarino e Welty (Guarino e Welty,
2002; Guarino e Welty, 2004) ao definirem a metodologia http://www.ontoclean.org/ . A
metodologia oferece um guia para a escolha das primitivas de modelagem com base
em noções filosóficas de análise metafísica e que, por sua vez, definem
metapropriedades que impõem restrições para a construção dos modelos. Os autores
definem as metapropriedades de essência, rigidez, identidade e unidade para a análise
dos conceitos e de suas representações, desta forma, auxiliando na separação da
noção de objetos concretos (estátua) e de sua substância (cerâmica), de objetos com
identidade própria (pessoa) de outros que tem sua identidade criada por outros
objetos (um estudante é um conceito que depende da existência de uma escola e de
uma pessoa para existir).
As metapropriedades definidas por Guarino e Welty propiciaram o
aperfeiçoamento das linguagens de ontologias, ao permitir a especialização das
primitivas de representação em construtos mais precisos e de significado mais
restritos. A Unified Foundational Ontology (UFO) definida por Giancarlo Guizzardi
(Guizzardi, 2005) cria uma hierarquia de metaconstrutos de representação de objetos,
relações e propriedades especializando esses construtos a partir de noções filosóficas
de propriedades ontológicas. A UFO(A) define os construtos para a representação de
objetos que persistem no mundo (continuantes), enquanto a UFO(B) permite a
representação de objetos temporais (ocorrentes), tais como eventos, participantes e
relações temporais, e a UFO(C) representa os objetos sociais e suas relações (por
exemplo, organizações e contratos).
Mesmo não dotada de linguagem de
representação passível de compilação, a UFO tem influenciado um grande numero de
trabalhos de pesquisa em ontologias no Brasil.
A Figura 3 apresenta uma representação diagramática de um modelo
conceitual parcial de uma loja de ferragen baseado na UFO(A). Os retângulos
rotulados com kind representam objetos com identidade ontológica enquanto aqueles
com role indicam conceitos cujas instâncias são instâncias de algum kind. Enquanto
os arcos representam relações, os retângulos rotulados com relator materializam os
conceitos que dão significado e aridade a essas relações. Um modelo conceitual
presume a especificação completa do conjunto dos atributos e domínios dos
conceitos, portanto o conjunto de duplas atributo/domínio para cada um dos
conceitos, não representado no diagrama, deve ser descrito como parte do modelo.
Um modelo conceitual, por outro lado, não é dependente da escolha de sua
apresentação. Utilizar representações diagramáticas ou textuais, ou mesmo ambas,
depende da conveniência do modelador.
Figura 3 – Representação diagramática de uma parte de modelo conceitual para uma ferragem baseada
na UFO(A).
Modelos conceituais não têm por objetivo apenas a descrição abstrata do
conhecimento declarativo. Novas abordagens buscam a representação do
conhecimento inferencial com modelos conceituais no nível do conhecimento. Entre
as mais promissoras estão as estruturas de inferência de Common KADS (Schreiber,
Akkermans et al. 2000), os padrões cognitivos de Gardner (Gardner, 1998) e os
Métodos de Solução de Problemas (Gómez-Pérez e Benjamins 1999; (Fensel e
Motta, 2001)}. As três abordagens têm em comum a proposição de uma
representação diagramática de uma sequência abstrata de passos de inferência sobre
conceitos do domínio. Métodos de Solução de Problemas atingiram uma maior
especificação nos modelos ao incluir na definição dos métodos a competência (o quê
o método pode realizar); a descrição operacional do método em termos dos papéis do
conhecimento associados aos conceitos, as ações de inferência e a especificação de
controle; e os requisitos e suposições de aplicação do método. Cada uma das
abordagens busca definir um padrão de raciocínio específico a uma classe de
problemas, porem genérico em relação a reusabilidade em diferentes domínios. Silva
em (Silva, 2001) detalha a definição e aplicação de um método de solução de
problemas para interpretação de ambientes diagenéticos de rochas siliciclásticas.
Fonte: Int. J. Knowl. Eng. Manage., ISSN 2316-6517, Florianópolis, v. 2, n. 2, p. 1-35, mar./maio, 2013. 2
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