Nous appelons Bases de Données à Base Ontologique (BDBO), les bases de données qui contiennent à la fois des données et des ontologies qui en décrivent la sémantique. Dans le contexte du Web Sémantique, de nombreuses BDBO associées à des langages qui permettent d'interroger les données et les ontologies qu'elles contiennent sont apparues. Conçus pour permettre la persistance et l'interrogation des données Web, ces BDBO et ces langages sont spécifiques aux modèles d'ontologies Web, ils se focalisent sur les ontologies conceptuelles et ils ne prennent pas en compte la structure relationnelle inhérente à des données contenues dans une base de données. C'est ce triple problème que vise à résoudre le langage OntoQL proposé dans cette thèse. Ce langage répond au triple problème évoqué précédemment en présentant trois caractéristiques essentielles qui le distinguent des autres langages proposés : (1) le langage OntoQL est indépendant d'un modèle d'ontologies particulier. En effet, ce langage est basé sur un noyau commun aux différents modèles d'ontologies et des instructions de ce langage permettent de l'étendre, (2) le langage OntoQL exploite la couche linguistique qui peut être associée à une ontologie conceptuelle pour permettre d'exprimer des instructions dans différentes langues naturelles et (3) le langage OntoQL est compatible avec le langage SQL, permettant ainsi d'exploiter les données au niveau logique d'une BDBO, et il étend ce langage pour permettre d'accéder aux données au niveau ontologique indépendamment de la représentation logique des données tout en permettant d'en manipuler la structure.

Dans cette thèse, nous étudions les problèmes de l'hétérogénéité et du consensus dans un Web sémantique d'entreprise. Dans le Web sémantique, une extension du Web actuel, la sémantique des ressources est rendue explicite pour que les machines et les agents puissent les « comprendre » et les traiter automatiquement, afin de faciliter les tâches des utilisateurs finaux. Un Web sémantique d'entreprise est un tel web sémantique dédié à une entreprise, une organisation. L'objectif de cette thèse est de permettre la construction et l'exploitation d'un tel Web sémantique, dans une organisation hétérogène comportant différentes sources de connaissances et différentes catégories d'utilisateurs, sans éliminer l'hétérogénéité mais en faisant cohabiter entre l'hétérogénéité et le consensus dans l'organisation tout entière. Dans la première partie, nous approfondissons le problème de l'hétérogénéité des ontologies. L'ontologie est un des éléments fondamentaux dans le Web sémantique. Plusieurs ontologies différentes peuvent co-exister dans une organisation hétérogène. Pour faciliter l'échange des informations et des connaissances encodées dans différentes ontologies, nous étudions des algorithmes permettant d'aligner des ontologies déjà existantes. Les algorithmes proposés permettent de mettre en correspondance les ontologies représentées dans les langages RDF(S) et OWL recommandés par le W3C pour le Web sémantique. Ces algorithmes sont évalués grâce à des campagnes d'évaluation des outils d'alignement d'ontologies. Dans la deuxième partie, nous nous intéressons au problème de la construction de nouvelles ontologies dans une organisation hétérogène mais en prenant en compte différents points de vue, différentes terminologies des personnes, des groupes voire des communautés diverses au sein de cette organisation. Une telle ontologie, appelée ontologie multi-points de vue, permet de faire cohabiter à la fois l'hétérogénéité et le consensus dans une organisation hétérogène. Nous proposons un modèle de représentation des connaissances multi-points de vue, appelé MVP, et un langage d'ontologie multi-points de vue, qui est une extension du langage d'ontologie OWL, appelé MVP-OWL, pour permettre de construire et d'exploiter des ontologies multi-points de vue dans un Web sémantique d'entreprise.

The current work has arisen with respect to the growing importance of ontology modelling in Information Systems development. Due to emerging technologies of Semantic Web, it is desirable to use for this purpose the Web Ontology Language OWL. From the other side, the relational database technology has ensured the best facilities for storing, updating and manipulating the information of problem domain. This work covers analysis of the process how ontology of a particular domain described in OWL may be transformed and stored in a relational database. The algorithms for transformation of domain ontology, described in OWL, to relational database are proposed. According this algorithm, ontology classes are mapped to relational tables, properties to relations and attributes, and constraints – to metadata. The proposed algorithm is capable to transform all OWL Lite and part of OWL DL syntax. The further expansion of the algorithm to cover more capabilities of OWL should be based on the same principles. The prototypical tool, performing transformations, has been implemented as add-in for the ontology development tool “Protégé����. The methodology of transformation is illustrated with an example.

Dans le travail coopératif les experts sont amenés à utiliser des ressources sémantiques. Ces ressources sont en général représentées à l'aide de concepts et de relations et peuvent être modélisées sous forme d'ontologies. Chaque expert dans un domaine d'application utilise fréquemment une ou plusieurs ressources sémantiques et peut également avoir accès à d'autres ressources sémantiques mises à disposition par ses partenaires. Ces ressources sont hétérogènes entre elles à différents niveaux ce qui rend difficile l'interopérabilité syntaxique, structurelle et sémantique. Ce travail de thèse met l'accent sur l'interopérabilité sémantique des ressources sémantiques. Nous proposons une méthodologie semi-automatique pour aider à la découverte de correspondances sémantiques entre concepts de ressources sémantiques différentes. Pour réaliser ce travail, nous transformons ces ressources sémantiques en OWL-DL, afin d'utiliser les services de moteurs d'inférences fondés sur les logiques de description. Nous proposons aussi un procédé pour créer des équivalences entre relations de ressources sémantiques différentes, appelé unification de relations, et qui vise à découvrir d'autres correspondances sémantiques. Les résultats de ce travail ont été testés à l'aide d'un prototype. L'application a été réalisée avec des ressources sémantiques issues du secteur européen de la construction. Pour aider à l'évaluation des correspondances sémantiques, nous proposons aussi une modélisation des connaissances du domaine à l'aide de la logique floue.

Chemnitz, Techn. Univ., Diplomarb., [2008]. / Nebent.: Semantic Web - basiertes System zur Unterstützung von Workflow- und Projektmanagement.

Η έρευνα αναφορικά με την εξέλιξη του Παγκόσμιου Ιστού (WWW) κινείται τα τελευταία χρόνια προς πιο ευφυείς και αυτοματοποιημένους τρόπους ανακάλυψης και εξαγωγής της πληροφορίας. Ο Σημαντικός Ιστός (Semantic Web) είναι μία επέκταση του σημερινού Ιστού, όπου στην πληροφορία δίνεται σαφώς προσδιορισμένη σημασία, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα στις μηχανές να μπορούν πλέον να επεξεργάζονται καλύτερα και να «κατανοούν» τα δεδομένα, τα οποία μέχρι σήμερα απλώς παρουσιάζουν. Για να λειτουργήσει ο Σημαντικός Ιστός, οι υπολογιστές θα πρέπει να έχουν πρόσβαση σε οργανωμένες συλλογές πληροφοριών, που καλούνται οντολογίες (ontologies). Οι οντολογίες παρέχουν μια μέθοδο αναπαράστασης της γνώσης στο Σημαντικό Ιστό και μπορούν επομένως να αξιοποιηθούν από τα υπολογιστικά συστήματα για τη διεξαγωγή αυτοματοποιημένου συλλογισμού (automated reasoning). Για την περιγραφή και την αναπαράσταση των οντολογιών του Σημαντικού Ιστού σε γλώσσες αναγνώσιμες από τη μηχανή, έχουν προταθεί και βρίσκονται υπό εξέλιξη διάφορες πρωτοβουλίες, με πιο σημαντική τη Γλώσσα Οντολογίας Ιστού (Web Ontology Language – OWL). H γλώσσα αυτή αποτελεί πλέον τη βάση για την αναπαράσταση γνώσης στο Σημαντικό Ιστό, λόγω της προώθησής της από το W3C, και του αυξανόμενου βαθμού υιοθέτησής της στις σχετικές εφαρμογές. Το βασικότερο εργαλείο για την υλοποίηση εφαρμογών που διαχειρίζονται OWL οντολογίες, είναι το OWL API. Το OWL API αποτελείται από προγραμματιστικές βιβλιοθήκες και μεθόδους, οι οποίες παρέχουν μια υψηλού επιπέδου διεπαφή για την πρόσβαση και τον χειρισμό OWL οντολογιών. Το θεωρητικό υπόβαθρο που εγγυάται την εκφραστική και συλλογιστική ισχύ των οντολογιών, παρέχεται από τις Λογικές Περιγραφής (Description Logics). Οι Λογικές Περιγραφής αποτελούν ένα καλώς ορισμένο αποφασίσιμο υποσύνολο της Λογικής Πρώτης Τάξης και καθιστούν δυνατή την αναπαράσταση και ανακάλυψη γνώσης στο Σημαντικό Ιστό. Για την ανακάλυψη άρρητης πληροφορίας ενδείκνυται, επομένως, να αξιοποιηθούν συστήματα βασισμένα σε Λογικές Περιγραφής. Τα συστήματα αυτά ονομάζονται και εργαλεία Συλλογισμού (Reasoners). Χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων εργαλείων αποτελούν τα FaCT++ και Pellet. Από τα παραπάνω γίνεται προφανής ο λόγος για τον οποίο, τόσο το OWL API, όσο και τα εργαλεία Συλλογισμού, χρησιμοποιούνται από προτεινόμενα μοντέλα υλοποίησης εφαρμογών του Σημαντικού Ιστού επόμενης γενιάς (WEB 3.0), για την επικοινωνία και την υποβολή «έξυπνων» ερωτημάτων σε βάσεις γνώσης (knowledge bases). Στα μοντέλα αυτά προτείνεται, επίσης, η χρήση κατανεμημένης αρχιτεκτονικής 3-επιπέδων (3-tier distributed architecture), για την υλοποίηση εφαρμογών του Σημαντικού Ιστού. Σκοπός της διπλωματικής αυτής είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη μιας διεπαφής Πελάτη – Εξυπηρετητή (Client – Server interface) για την υποστήριξη υπηρεσιών Συλλογισμού (reasoning) σε κατανεμημένες εφαρμογές του Σημαντικού Ιστού. Πιο συγκεκριμένα, η διεπαφή που θα υλοποιήσουμε αποτελείται από δύο μέρη. Το πρώτο παρέχει τα απαραίτητα αρχεία για την εκτέλεση ενός εργαλείου Συλλογισμού σε κάποιο απομακρυσμένο μηχάνημα (Server). Με τον τρόπο αυτό, το συγκεκριμένο μηχάνημα θα παρέχει απομακρυσμένες (remote) υπηρεσίες Συλλογισμού. Το δεύτερο μέρος (Client) περιέχει αρχεία, που δρουν συμπληρωματικά στις βιβλιοθήκες του OWL API, και του δίνουν νέες δυνατότητες. Συγκεκριμένα, δίνουν την δυνατότητα σε μια εφαρμογή, που είναι υλοποιημένη με το OWL API, να χρησιμοποιήσει τις υπηρεσίες που προσφέρονται από κάποιο απομακρυσμένο εργαλείο Συλλογισμού. Συνεπώς, η διεπαφή μας θα δώσει την δυνατότητα υιοθέτησης της χρήσης του OWL API και των εργαλείων Συλλογισμού από κατανεμημένες αρχιτεκτονικές για την υλοποίηση εφαρμογών του Σημαντικού Ιστού. / In the past few years, the research that focus on the development of the World Wide Web (WWW) has moved towards more brilliant and automated ways of discovering and exporting the information. The Semantic Web is an extension of the current Web, that explicitly defines the information, thus providing the machines with the possibility to better process and “comprehend” the data, which until now they simply present. For the Semantic Web to function properly, computers must have access to organized collections of information, that are called ontologies. Ontologies provide a method of representing knowledge in the Semantic Web and, consequently, they can be used by computing systems in order to conduct automated reasoning. In order to describe and represent the ontologies of the Semantic Web in machine-readable language, various initiatives have been proposed and are under development, most important of which is the Web Ontology Language - OWL. This language constitutes the base for representing knowledge in the Semantic Web, due to its promotion from the W3C, and its increasing degree of adoption from relative applications. The main tool for the development of applications that manages OWL ontologies, is the OWL API. The OWL API consists of programming libraries and methods, that provide a higher-level interface for accessing and handling OWL ontologies. The theoretical background that guarantees the expressivity and the reasoning of ontologies, is provided from Description Logics. Description Logics constitute a well defined and decidable subset of First Order Logic and make possible the representation and discovery of knowledge in the Semantic Web. As a consequence, in order to discover “clever” information, we have to develop and use systems that are based in Description Logics. These systems are also called Reasoners. Characteristic examples of such tools are FaCT++ and Pellet. From above, it must be obvious why both the OWL API and the Reasoners are used by proposed models of developing next generation (WEB 3.0) Semantic Web applications, for the communication and the submission of “intelligent” questions in knowledge bases. These models also propose the use of a 3-level distributed architecture (3-tier distributed architecture), for the development of Semantic Web applications. Aim of this diploma thesis is to design and implement a Client-Server interface to support Reasoning in distributed applications of the Semantic Web. Specifically, the interface that we will implement consists of two parts. First part provides the essential files for a Reasoner to run in a remote machine (Server). As a result, this machine will provide remote Reasoning services. Second part (Client) contains files, that act additionally to (enhance) the libraries of the OWL API, and give them new features. More precisely, they provide an application, that is implemented with OWL API, with the possibility of using the services that are offered by a remote Reasoner. Consequently, our interface will make possible the use of the OWL API and the Reasoners from proposed distributed architectures for the development of Semantic Web applications.

[pt] Este trabalho aborda problemas de projeto de ontologias tratando-as como teorias e definindo um conjunto de operações que mapeiam ontologias em ontologias, incluindo suas restrições. Inicialmente, o trabalho resume o conhecimento básico necessário para definir a classe de ontologias utilizada e propõe quatro operações para manipular ontologias. Em seguida, mostra o funcionamento destas operações e como elas podem ajudar na criação de novas ontologias. O cerne do trabalho mostra a implementação destas operações em um plug-in do Protégé, detalhando sua arquitetura e incluindo casos de uso. / [en] This work addresses ontology design problems by treating ontologies as theories and by defining a set of operations that map ontologies into ontologies, including their constraints. The work first summarizes the base knowledge needed to define the class of ontologies used and proposes four operations to manipulate them. It then shows how the operations work and how they may help design new ontologies. The core of this work is describing the implementation of the operations over a Protégé plug-in, detailing the architecture and including case-use examples.

Atualmente a popularidade da Web incentiva o desenvolvimento de sistemas hipermídia dedicados ao ensino a distância. Não obstante a maior parte destes sistemas usa os mesmos recursos do ensino tradicional, apresentado o conteúdo como páginas HTML estáticas, não fazendo uso das novas tecnologias que a Web oferece. Um desafío atual é desenvolver sistemas educativos que adaptem seu conteúdo ao estilo de aprendizagem, contexto e nível de conhecimento de cada aluno. Outro assunto de pesquisa é a capacidade de interoperar na Web reutilizando objetos de ensino. Este trabalho apresenta um enfoque que trata esses dois assuntos com as tecnologias da Web Semântica. O trabalho aqui apresentado modela o conhecimento do conteúdo educativo e do perfil do aluno pelo uso de ontologias cujo vocabulário é um refinamento de vocabulários padrões existentes na Web como pontos de referência para apoiar a interoperabilidade semântica. As ontologias permitem a representação numa linguagem formal dos metadados relativos a objetos de ensino simples e das regras que definem suas possíveis formas de agrupamento para desenvolver objetos mais complexos. Estes objetos mais complexos podem ser projetados para se adequar ao perfil de cada aluno por agentes inteligentes que usam a ontologia como origem de suas crenças. A reutilização de objetos de ensino entre diferentes aplicações é viabilizada pela construção de um perfil de aplicação do padrão IEEE LOM-Learning Object Metadata. / Nowadays, the popularity of the Web encourages the development of Hypermedia Systems dedicated to e-learning. Nevertheless, most of the available Web teaching systems apply the traditional paper-based learning resources presented as HTML pages making no use of the new capabilities provided by the Web. There is a challenge to develop educative systems that adapt the educative content to the style of learning, context and background of each student. Another research issue is the capacity to interoperate on the Web reusing learning objects. This work presents an approach to address these two issues by using the technologies of the Semantic Web. The approach presented here models the knowledge of the educative content and the learner’s profile with ontologies whose vocabularies are a refinement of those defined on standards situated on the Web as reference points to provide semantics. Ontologies enable the representation of metadata concerning simple learning objects and the rules that define the way that they can feasibly be assembled to configure more complex ones. These complex learning objects could be created dynamically according to the learners’ profile by intelligent agents that use the ontologies as the source of their beliefs. Interoperability issues were addressed by using an application profile of the IEEE LOM- Learning Object Metadata standard.

Objects can be said to be structured when their representation also contains their parts. While OWL in general can describe structured objects, description graphs are a recent, decidable extension to OWL which support the description of classes of structured objects whose parts are related in complex ways. Classes of chemical entities such as molecules, ions and groups (parts of molecules) are often characterised by the way in which the constituent atoms of their instances are connected via chemical bonds. For chemoinformatics tools and applications, this internal structure is represented using chemical graphs. We here present a chemical knowledge base based on the standard chemical graph model using description graphs, OWL and rules. We include in our ontology chemical classes, groups, and molecules, together with their structures encoded as description graphs. We show how role-safe rules can be used to determine parthood between groups and molecules based on the graph structures and to determine basic chemical properties. Finally, we investigate the scalability of the technology used through the development of an automatic utility to convert standard chemical graphs into description graphs, and converting a large number of diverse graphs obtained from a publicly available chemical database. / Computer Science (School of Computing) / M. Sc. (Computer Science)

Atualmente a popularidade da Web incentiva o desenvolvimento de sistemas hipermídia dedicados ao ensino a distância. Não obstante a maior parte destes sistemas usa os mesmos recursos do ensino tradicional, apresentado o conteúdo como páginas HTML estáticas, não fazendo uso das novas tecnologias que a Web oferece. Um desafío atual é desenvolver sistemas educativos que adaptem seu conteúdo ao estilo de aprendizagem, contexto e nível de conhecimento de cada aluno. Outro assunto de pesquisa é a capacidade de interoperar na Web reutilizando objetos de ensino. Este trabalho apresenta um enfoque que trata esses dois assuntos com as tecnologias da Web Semântica. O trabalho aqui apresentado modela o conhecimento do conteúdo educativo e do perfil do aluno pelo uso de ontologias cujo vocabulário é um refinamento de vocabulários padrões existentes na Web como pontos de referência para apoiar a interoperabilidade semântica. As ontologias permitem a representação numa linguagem formal dos metadados relativos a objetos de ensino simples e das regras que definem suas possíveis formas de agrupamento para desenvolver objetos mais complexos. Estes objetos mais complexos podem ser projetados para se adequar ao perfil de cada aluno por agentes inteligentes que usam a ontologia como origem de suas crenças. A reutilização de objetos de ensino entre diferentes aplicações é viabilizada pela construção de um perfil de aplicação do padrão IEEE LOM-Learning Object Metadata. / Nowadays, the popularity of the Web encourages the development of Hypermedia Systems dedicated to e-learning. Nevertheless, most of the available Web teaching systems apply the traditional paper-based learning resources presented as HTML pages making no use of the new capabilities provided by the Web. There is a challenge to develop educative systems that adapt the educative content to the style of learning, context and background of each student. Another research issue is the capacity to interoperate on the Web reusing learning objects. This work presents an approach to address these two issues by using the technologies of the Semantic Web. The approach presented here models the knowledge of the educative content and the learner’s profile with ontologies whose vocabularies are a refinement of those defined on standards situated on the Web as reference points to provide semantics. Ontologies enable the representation of metadata concerning simple learning objects and the rules that define the way that they can feasibly be assembled to configure more complex ones. These complex learning objects could be created dynamically according to the learners’ profile by intelligent agents that use the ontologies as the source of their beliefs. Interoperability issues were addressed by using an application profile of the IEEE LOM- Learning Object Metadata standard.