Modelos de Conocimiento Basados en Ontologías para la ...
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Capítulo 3. Representación del conocimiento y ontologías Lo más destacable de esta aproximación es que las redes semánticas se usan para representar un conocimiento muy específico y acotado: la relación estructural entre conceptos. El éxito de los sistemas de este tipo radica en que no trata de proporcionar una solución a cada problema de representación, sino que sólo se encarga de estudiar la forma de cómo definir conceptos, dejando de lado cualquier tipo de conocimiento que no esté relacionado con la definición. Por esta razón a este tipo de formalismos se les llama también representación terminológica de conocimiento (“terminological knowledge representation (or language)”), representación definicional de conocimiento (“definitional knowledge representation (or language)”) o lenguaje conceptual (“concept language”). Hoy en día este tipo de formalismo se expresa mediante una base lógica formal que se conoce como “lógicas descriptivas” (DL – Description Logics) (Baader et. al. eds., 2007). Este tipo de lógicas tienen como punto fuerte la capacidad de expresar condiciones necesarias y/o suficientes para definir unos conceptos a partir de otros en base a restricciones en sus propiedades (roles). Las lógicas descriptivas son subconjuntos de la lógica de primer orden con expresividad reducida (con la excepción de algunos operadores extra en algunas variedades). Aparte de la red estructural de conceptos, que parte de la idea de las redes semánticas, esta aproximación tiene también relación con los marcos, ya que los roles tienen relación con el concepto de slots surgido de aquellos. Las lógicas descriptivas son, pues, la evolución de las redes de herencia estructural que, a su vez, son el resultado de la combinación de ideas de los tres ámbitos mencionados (marcos, redes semánticas y lógica). La primera implementación relevante de las redes de herencia estructural basadas en lógicas descriptivas fue el sistema KLONE 24 (posteriormente denominado KL- ONE) (Brachman, 1978), (Brachman y Schmolze, 1985). Este sistema dio paso a otros que han evolucionado a lo largo de los años hasta la actualidad. Entre ellos se pueden citar KRIPTON (sobre el año 1983), KANDOR (sobre el año 1984) (Patel-Schneider, 1984), NIKL (sobre el año 1983), BACK (sobre el año 1985) (von Luck et. al., 1987), LOOM (sobre el año 1987) (McGregor, 1988) o CLASSIC (sobre el año 1989) (Borgida et. al., 1989). Cada uno de estos sistemas tiene sus propias características respecto a corrección, completitud, decidibilidad y tratabilidad 25 , aunque en un principio los estudios respecto a estas características no se realizaban o se hacían respecto a alguna de ellas solamente (Baader y Sattler, 2001). En general, mientras mayor expresividad tiene un sistema lógico 24 Inicialmente estaba basado en representaciones gráficas no formalizadas con lógica. 25 Corrección hace referencia a la capacidad de los mecanismos de inferencia que pueden implementarse sobre ese esquema de representación para hacer que todos y cada uno de las conclusiones obtenidas sea correcta. El mecanismo de inferencia se dice que es completo si todas las conclusiones correctas que puedan obtenerse de la representación del conocimiento pueden ser obtenidas con ese mecanismo. 38
Capítulo 3. Representación del conocimiento y ontologías más difícil será lograr que sea correcto y completo, pudiendo llegar a afectar a la tratabilidad y la decidibilidad (Tobies, 2001), (Donini et. al., 1996). Con la mejor comprensión de las técnicas para estudiar las características de computabilidad y complejidad computacional de estos sistemas, algunas aproximaciones más modernas como FACT (Horrocks, 1998) intentan conservar la expresividad en algún aspecto importante como la definición de conceptos y también implementar razonadores completos con una eficiencia computacional asumible. Dentro de esta categoría se encuentra también OWL-DL (Ontology Web Language - Description Logic), de cuya aparición y evolución se hablará en el siguiente apartado, ya que se ha convertido en el lenguaje más utilizado para la formalización de ontologías mediante un formalismo lógico. Todos estos sistemas cuentan con lenguajes capaces de expresar la estructura terminológica construida con descripciones, especificando los roles de cada concepto, así como las características de los mismos, como la cardinalidad, el tipo de datos o conceptos que pueden "rellenar" estos roles, el número de datos que puede aparecer en cada rol, etc. El mecanismo básico de razonamiento automatizado que los sistemas basados en lógicas descriptivas pueden realizar es la clasificación automática de conceptos, es decir, dado un concepto el sistema es capaz de clasificarlo debajo de los súper-conceptos padre adecuados. La principal relación que se establece entre los conceptos en la red terminológica, y sobre la que actúa el mecanismo de inferencia, es la de subsunción o especialización. Este tipo de relación va más allá de la jerarquía de herencia (también denominada relación IS-A) que se encuentra en la orientación a objetos, ya que no se limita a especificar las propiedades que se heredan sino que los conceptos se definen según estas propiedades. Dicho de otro modo, se ofrece una definición del concepto en vez de una descripción del mismo. Otra particularidad propia de este tipo de lenguajes es la clara separación entre la red estructural de definición de conceptos, llamada "Terminological Box" o T- Box, y la de instancias particulares y sus relaciones, denominada "Assertional Box" o A-Box, aunque no todos los sistemas citados implementan estas dos construcciones. En el caso del A-Box, el mecanismo de inferencia automatizable más habitual es la comprobación de instancias (instance checking), es decir, determinar si un determinado individuo en el A-Box es una instancia de un determinado concepto en la T-Box 26 . 26 Para ver una lista completa y detallada de razonamientos automatizados posibles sobre un sistema de representación del concocimiento basado en lógicas descriptivas ver (Donini et. al., 1996). 39
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Capítulo 3. Repres<strong>en</strong>tación <strong>de</strong>l conocimi<strong>en</strong>to y ontologías<br />
más difícil será lograr que sea correcto y completo, pudi<strong>en</strong>do llegar a afectar a <strong>la</strong><br />
tratabilidad y <strong>la</strong> <strong>de</strong>cidibilidad (Tobies, 2001), (Donini et. al., 1996).<br />
Con <strong>la</strong> mejor compr<strong>en</strong>sión <strong>de</strong> <strong>la</strong>s técnicas <strong>para</strong> estudiar <strong>la</strong>s características <strong>de</strong><br />
computabilidad y complejidad computacional <strong>de</strong> estos sistemas, algunas<br />
aproximaciones más mo<strong>de</strong>rnas como FACT (Horrocks, 1998) int<strong>en</strong>tan conservar<br />
<strong>la</strong> expresividad <strong>en</strong> algún aspecto importante como <strong>la</strong> <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> conceptos y<br />
también implem<strong>en</strong>tar razonadores completos con una efici<strong>en</strong>cia computacional<br />
asumible. D<strong>en</strong>tro <strong>de</strong> esta categoría se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tra también OWL-DL (Ontology<br />
Web Language - Description Logic), <strong>de</strong> cuya aparición y evolución se hab<strong>la</strong>rá <strong>en</strong><br />
el sigui<strong>en</strong>te apartado, ya que se ha convertido <strong>en</strong> el l<strong>en</strong>guaje más utilizado <strong>para</strong> <strong>la</strong><br />
formalización <strong>de</strong> ontologías mediante un formalismo lógico.<br />
Todos estos sistemas cu<strong>en</strong>tan con l<strong>en</strong>guajes capaces <strong>de</strong> expresar <strong>la</strong> estructura<br />
terminológica construida con <strong>de</strong>scripciones, especificando los roles <strong>de</strong> cada<br />
concepto, así como <strong>la</strong>s características <strong>de</strong> los mismos, como <strong>la</strong> cardinalidad, el tipo<br />
<strong>de</strong> datos o conceptos que pue<strong>de</strong>n "rell<strong>en</strong>ar" estos roles, el número <strong>de</strong> datos que<br />
pue<strong>de</strong> aparecer <strong>en</strong> cada rol, etc. El mecanismo básico <strong>de</strong> razonami<strong>en</strong>to<br />
automatizado que los sistemas basados <strong>en</strong> lógicas <strong>de</strong>scriptivas pue<strong>de</strong>n realizar es<br />
<strong>la</strong> c<strong>la</strong>sificación automática <strong>de</strong> conceptos, es <strong>de</strong>cir, dado un concepto el sistema es<br />
capaz <strong>de</strong> c<strong>la</strong>sificarlo <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> los súper-conceptos padre a<strong>de</strong>cuados. La principal<br />
re<strong>la</strong>ción que se establece <strong>en</strong>tre los conceptos <strong>en</strong> <strong>la</strong> red terminológica, y sobre <strong>la</strong><br />
que actúa el mecanismo <strong>de</strong> infer<strong>en</strong>cia, es <strong>la</strong> <strong>de</strong> subsunción o especialización. Este<br />
tipo <strong>de</strong> re<strong>la</strong>ción va más allá <strong>de</strong> <strong>la</strong> jerarquía <strong>de</strong> her<strong>en</strong>cia (también <strong>de</strong>nominada<br />
re<strong>la</strong>ción IS-A) que se <strong>en</strong>cu<strong>en</strong>tra <strong>en</strong> <strong>la</strong> ori<strong>en</strong>tación a objetos, ya que no se limita a<br />
especificar <strong>la</strong>s propieda<strong>de</strong>s que se heredan sino que los conceptos se <strong>de</strong>fin<strong>en</strong><br />
según estas propieda<strong>de</strong>s. Dicho <strong>de</strong> otro modo, se ofrece una <strong>de</strong>finición <strong>de</strong>l<br />
concepto <strong>en</strong> vez <strong>de</strong> una <strong>de</strong>scripción <strong>de</strong>l mismo.<br />
Otra particu<strong>la</strong>ridad propia <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> l<strong>en</strong>guajes es <strong>la</strong> c<strong>la</strong>ra se<strong>para</strong>ción <strong>en</strong>tre <strong>la</strong><br />
red estructural <strong>de</strong> <strong>de</strong>finición <strong>de</strong> conceptos, l<strong>la</strong>mada "Terminological Box" o T-<br />
Box, y <strong>la</strong> <strong>de</strong> instancias particu<strong>la</strong>res y sus re<strong>la</strong>ciones, <strong>de</strong>nominada "Assertional<br />
Box" o A-Box, aunque no todos los sistemas citados implem<strong>en</strong>tan estas dos<br />
construcciones. En el caso <strong>de</strong>l A-Box, el mecanismo <strong>de</strong> infer<strong>en</strong>cia automatizable<br />
más habitual es <strong>la</strong> comprobación <strong>de</strong> instancias (instance checking), es <strong>de</strong>cir,<br />
<strong>de</strong>terminar si un <strong>de</strong>terminado individuo <strong>en</strong> el A-Box es una instancia <strong>de</strong> un<br />
<strong>de</strong>terminado concepto <strong>en</strong> <strong>la</strong> T-Box 26 .<br />
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Para ver una lista completa y <strong>de</strong>tal<strong>la</strong>da <strong>de</strong> razonami<strong>en</strong>tos automatizados posibles sobre un sistema <strong>de</strong> repres<strong>en</strong>tación <strong>de</strong>l<br />
concocimi<strong>en</strong>to basado <strong>en</strong> lógicas <strong>de</strong>scriptivas ver (Donini et. al., 1996).<br />
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