Conceptual modelling and ontology: Possibilities and pitfalls

Conceptual modelling is an activity undertaken during information systems development work to build a representation of selected semantics about some real-world domain. Ontological theories have been developed to account for the structure and behavior of the real world in general. In this paper, I discuss why ontological theories can be used to inform conceptual modelling research, practice, and pedagogy. I provide examples from my research to illustrate how a particular ontological theory has enabled me to improve my understanding of certain conceptual modelling practices and grammars. I describe, also, how some colleagues and I have used this theory to generate several counter-intuitive, sometimes surprising predictions about widely advocated conceptual modelling practices - predictions that subsequently were supported in empirical research we undertook. Finally, I discuss several possibilities and pitfalls I perceived to be associated with our using ontological theories to underpin research on conceptual modelling.

Foreign languages in the primary school

Of vital importance to the successful implementation of the teaching of FLs in the 1st Cycle...

Ontology mapping evolution

Introdução Hoje em dia, o conceito de ontologia (Especificação explícita de uma conceptualização [Gruber, 1993]) é um conceito chave em sistemas baseados em conhecimento em geral e na Web Semântica em particular. Entretanto, os agentes de software nem sempre concordam com a mesma conceptualização, justificando assim a existência de diversas ontologias, mesmo que tratando o mesmo domínio de discurso. Para resolver/minimizar o problema de interoperabilidade entre estes agentes, o mapeamento de ontologias provou ser uma boa solução. O mapeamento de ontologias é o processo onde são especificadas relações semânticas entre entidades da ontologia origem e destino ao nível conceptual, e que por sua vez podem ser utilizados para transformar instâncias baseadas na ontologia origem em instâncias baseadas na ontologia destino. Motivação Num ambiente dinâmico como a Web Semântica, os agentes alteram não só os seus dados mas também a sua estrutura e semântica (ontologias). Este processo, denominado evolução de ontologias, pode ser definido como uma adaptação temporal da ontologia através de alterações que surgem no domínio ou nos objectivos da própria ontologia, e da gestão consistente dessas alterações [Stojanovic, 2004], podendo por vezes deixar o documento de mapeamento inconsistente. Em ambientes heterogéneos onde a interoperabilidade entre sistemas depende do documento de mapeamento, este deve reflectir as alterações efectuadas nas ontologias, existindo neste caso duas soluções: (i) gerar um novo documento de mapeamento (processo exigente em termos de tempo e recursos computacionais) ou (ii) adaptar o documento de mapeamento, corrigindo relações semânticas inválidas e criar novas relações se forem necessárias (processo menos existente em termos de tempo e recursos computacionais, mas muito dependente da informação sobre as alterações efectuadas). O principal objectivo deste trabalho é a análise, especificação e desenvolvimento do processo de evolução do documento de mapeamento de forma a reflectir as alterações efectuadas durante o processo de evolução de ontologias. Contexto Este trabalho foi desenvolvido no contexto do MAFRA Toolkit1. O MAFRA (MApping FRAmework) Toolkit é uma aplicação desenvolvida no GECAD2 que permite a especificação declarativa de relações semânticas entre entidades de uma ontologia origem e outra de destino, utilizando os seguintes componentes principais: Concept Bridge – Representa uma relação semântica entre um conceito de origem e um de destino; Property Bridge – Representa uma relação semântica entre uma ou mais propriedades de origem e uma ou mais propriedades de destino; Service – São aplicados às Semantic Bridges (Property e Concept Bridges) definindo como as instâncias origem devem ser transformadas em instâncias de destino. Estes conceitos estão especificados na ontologia SBO (Semantic Bridge Ontology) [Silva, 2004]. No contexto deste trabalho, um documento de mapeamento é uma instanciação do SBO, contendo relações semânticas entre entidades da ontologia de origem e da ontologia de destino. Processo de evolução do mapeamento O processo de evolução de mapeamento é o processo onde as entidades do documento de mapeamento são adaptadas, reflectindo eventuais alterações nas ontologias mapeadas, tentando o quanto possível preservar a semântica das relações semântica especificadas. Se as ontologias origem e/ou destino sofrerem alterações, algumas relações semânticas podem tornar-se inválidas, ou novas relações serão necessárias, sendo por isso este processo composto por dois sub-processos: (i) correcção de relações semânticas e (ii) processamento de novas entidades das ontologias. O processamento de novas entidades das ontologias requer a descoberta e cálculo de semelhanças entre entidades e a especificação de relações de acordo com a ontologia/linguagem SBO. Estas fases (“similarity measure” e “semantic bridging”) são implementadas no MAFRA Toolkit, sendo o processo (semi-) automático de mapeamento de ontologias descrito em [Silva, 2004].O processo de correcção de entidades SBO inválidas requer um bom conhecimento da ontologia/linguagem SBO, das suas entidades e relações, e de todas as suas restrições, i.e. da sua estrutura e semântica. Este procedimento consiste em (i) identificar as entidades SBO inválidas, (ii) a causa da sua invalidez e (iii) corrigi-las da melhor forma possível. Nesta fase foi utilizada informação vinda do processo de evolução das ontologias com o objectivo de melhorar a qualidade de todo o processo. Conclusões Para além do processo de evolução do mapeamento desenvolvido, um dos pontos mais importantes deste trabalho foi a aquisição de um conhecimento mais profundo sobre ontologias, processo de evolução de ontologias, mapeamento etc., expansão dos horizontes de conhecimento, adquirindo ainda mais a consciência da complexidade do problema em questão, o que permite antever e perspectivar novos desafios para o futuro.

Data mining languages for business intelligence

Doctoral Thesis in Information Systems and Technologies Area of Engineering and Manag ement Information Systems

Enhancing information retrieval in folksonomies using ontology of place constructed from Gazetteer information

Dissertation submitted in partial fulfilment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies

Development of an interface for ontology‐based transformation between features of different types

Dissertation submitted in partial fulfilment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies

Evaluating the combination of relaxation and argumentation in ontology matching negotiation

No decorrer dos últimos anos, os agentes (inteligentes) de software foram empregues como um método para colmatar as dificuldades associadas com a gestão, partilha e reutilização de um crescente volume de informação, enquanto as ontologias foram utilizadas para modelar essa mesma informação num formato semanticamente explícito e rico. À medida que a popularidade da Web Semântica aumenta e cada vez informação é partilhada sob a forma de ontologias, o problema de integração desta informação amplifica-se. Em semelhante contexto, não é expectável que dois agentes que pretendam cooperar utilizem a mesma ontologia para descrever a sua conceptualização do mundo. Inclusive pode revelar-se necessário que agentes interajam sem terem conhecimento prévio das ontologias utilizadas pelos restantes, sendo necessário que as conciliem em tempo de execução num processo comummente designado por Mapeamento de Ontologias [1]. O processo de mapeamento de ontologias é normalmente oferecido como um serviço aos agentes de negócio, podendo ser requisitado sempre que seja necessário produzir um alinhamento. No entanto, tendo em conta que cada agente tem as suas próprias necessidades e objetivos, assim como a própria natureza subjetiva das ontologias que utilizam, é possível que tenham diferentes interesses relativamente ao processo de alinhamento e que, inclusive, recorram aos serviços de mapeamento que considerem mais convenientes [1]. Diferentes matchers podem produzir resultados distintos e até mesmo contraditórios, criando-se assim conflitos entre os agentes. É necessário que se proceda então a uma tentativa de resolução dos conflitos existentes através de um processo de negociação, de tal forma que os agentes possam chegar a um consenso relativamente às correspondências que devem ser utilizadas na tradução de mensagens a trocar. A resolução de conflitos é considerada uma métrica de grande importância no que diz respeito ao processo de negociação [2]: considera-se que existe uma maior confiança associada a um alinhamento quanto menor o número de conflitos por resolver no processo de negociação que o gerou. Desta forma, um alinhamento com um número elevado de conflitos por resolver apresenta uma confiança menor que o mesmo alinhamento associado a um número elevado de conflitos resolvidos. O processo de negociação para que dois ou mais agentes gerem e concordem com um alinhamento é denominado de Negociação de Mapeamentos de Ontologias. À data existem duas abordagens propostas na literatura: (i) baseadas em Argumentação (e.g. [3] [4]) e (ii) baseadas em Relaxamento [5] [6]. Cada uma das propostas expostas apresenta um número de vantagens e limitações. Foram propostas várias formas de combinação das duas técnicas [2], com o objetivo de beneficiar das vantagens oferecidas e colmatar as suas limitações. No entanto, à data, não são conhecidas experiências documentadas que possam provar tal afirmação e, como tal, não é possível atestar que tais combinações tragam, de facto, o benefício que pretendem. O trabalho aqui apresentado pretende providenciar tais experiências e verificar se a afirmação de melhorias em relação aos resultados das técnicas individuais se mantém. Com o objetivo de permitir a combinação e de colmatar as falhas identificadas, foi proposta uma nova abordagem baseada em Relaxamento, que é posteriormente combinada com as abordagens baseadas em Argumentação. Os seus resultados, juntamente com os da combinação, são aqui apresentados e discutidos, sendo possível identificar diferenças nos resultados gerados por combinações diferentes e possíveis contextos de utilização.

An ontology to support evolvable production systems

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Design of an extensible metadata editor based on RDF

The content of a Learning Object is frequently characterized by metadata from several standards, such as LOM, SCORM and QTI. Specialized domains require new application profiles that further complicate the task of editing the metadata of learning object since their data models are not supported by existing authoring tools. To cope with this problem we designed a metadata editor supporting multiple metadata languages, each with its own data model. It is assumed that the supported languages have an XML binding and we use RDF to create a common metadata representation, independent from the syntax of each metadata languages. The combined data model supported by the editor is defined as an ontology. Thus, the process of extending the editor to support a new metadata language is twofold: firstly, the conversion from the XML binding of the metadata language to RDF and vice-versa; secondly, the extension of the ontology to cover the new metadata model. In this paper we describe the general architecture of the editor, we explain how a typical metadata language for learning objects is represented as an ontology, and how this formalization captures all the data required to generate the graphical user interface of the editor.

Modelling an e-learning environment for learning programming languages

It is widely accepted that solving programming exercises is fundamental to learn how to program. Nevertheless, solving exercises is only effective if students receive an assessment on their work. An exercise solved wrong will consolidate a false belief, and without feedback many students will not be able to overcome their difficulties. However, creating, managing and accessing a large number of exercises, covering all the points in the curricula of a programming course, in classes with large number of students, can be a daunting task without the appropriated tools working in unison. This involves a diversity of tools, from the environments where programs are coded, to automatic program evaluators providing feedback on the attempts of students, passing through the authoring, management and sequencing of programming exercises as learning objects. We believe that the integration of these tools will have a great impact in acquiring programming skills. Our research objective is to manage and coordinate a network of eLearning systems where students can solve computer programming exercises. Networks of this kind include systems such as learning management systems (LMS), evaluation engines (EE), learning objects repositories (LOR) and exercise resolution environments (ERE). Our strategy to achieve the interoperability among these tools is based on a shared definition of programming exercise as a Learning Object (LO).

Multilingual ontology specification: a collaborative approach

19-22 June 2012 Madrid, Spain

Terminology and knowledge engineering conference. New frontiers in the constructive symbiosis of terminology and knowledge engineering

To meet the increasing demands of the complex inter-organizational processes and the demand for continuous innovation and internationalization, it is evident that new forms of organisation are being adopted, fostering more intensive collaboration processes and sharing of resources, in what can be called collaborative networks (Camarinha-Matos, 2006:03). Information and knowledge are crucial resources in collaborative networks, being their management fundamental processes to optimize. Knowledge organisation and collaboration systems are thus important instruments for the success of collaborative networks of organisations having been researched in the last decade in the areas of computer science, information science, management sciences, terminology and linguistics. Nevertheless, research in this area didn’t give much attention to multilingual contexts of collaboration, which pose specific and challenging problems. It is then clear that access to and representation of knowledge will happen more and more on a multilingual setting which implies the overcoming of difficulties inherent to the presence of multiple languages, through the use of processes like localization of ontologies. Although localization, like other processes that involve multilingualism, is a rather well-developed practice and its methodologies and tools fruitfully employed by the language industry in the development and adaptation of multilingual content, it has not yet been sufficiently explored as an element of support to the development of knowledge representations - in particular ontologies - expressed in more than one language. Multilingual knowledge representation is then an open research area calling for cross-contributions from knowledge engineering, terminology, ontology engineering, cognitive sciences, computational linguistics, natural language processing, and management sciences. This workshop joined researchers interested in multilingual knowledge representation, in a multidisciplinary environment to debate the possibilities of cross-fertilization between knowledge engineering, terminology, ontology engineering, cognitive sciences, computational linguistics, natural language processing, and management sciences applied to contexts where multilingualism continuously creates new and demanding challenges to current knowledge representation methods and techniques. In this workshop six papers dealing with different approaches to multilingual knowledge representation are presented, most of them describing tools, approaches and results obtained in the development of ongoing projects. In the first case, Andrés Domínguez Burgos, Koen Kerremansa and Rita Temmerman present a software module that is part of a workbench for terminological and ontological mining, Termontospider, a wiki crawler that aims at optimally traverse Wikipedia in search of domainspecific texts for extracting terminological and ontological information. The crawler is part of a tool suite for automatically developing multilingual termontological databases, i.e. ontologicallyunderpinned multilingual terminological databases. In this paper the authors describe the basic principles behind the crawler and summarized the research setting in which the tool is currently tested. In the second paper, Fumiko Kano presents a work comparing four feature-based similarity measures derived from cognitive sciences. The purpose of the comparative analysis presented by the author is to verify the potentially most effective model that can be applied for mapping independent ontologies in a culturally influenced domain. For that, datasets based on standardized pre-defined feature dimensions and values, which are obtainable from the UNESCO Institute for Statistics (UIS) have been used for the comparative analysis of the similarity measures. The purpose of the comparison is to verify the similarity measures based on the objectively developed datasets. According to the author the results demonstrate that the Bayesian Model of Generalization provides for the most effective cognitive model for identifying the most similar corresponding concepts existing for a targeted socio-cultural community. In another presentation, Thierry Declerck, Hans-Ulrich Krieger and Dagmar Gromann present an ongoing work and propose an approach to automatic extraction of information from multilingual financial Web resources, to provide candidate terms for building ontology elements or instances of ontology concepts. The authors present a complementary approach to the direct localization/translation of ontology labels, by acquiring terminologies through the access and harvesting of multilingual Web presences of structured information providers in the field of finance, leading to both the detection of candidate terms in various multilingual sources in the financial domain that can be used not only as labels of ontology classes and properties but also for the possible generation of (multilingual) domain ontologies themselves. In the next paper, Manuel Silva, António Lucas Soares and Rute Costa claim that despite the availability of tools, resources and techniques aimed at the construction of ontological artifacts, developing a shared conceptualization of a given reality still raises questions about the principles and methods that support the initial phases of conceptualization. These questions become, according to the authors, more complex when the conceptualization occurs in a multilingual setting. To tackle these issues the authors present a collaborative platform – conceptME - where terminological and knowledge representation processes support domain experts throughout a conceptualization framework, allowing the inclusion of multilingual data as a way to promote knowledge sharing and enhance conceptualization and support a multilingual ontology specification. In another presentation Frieda Steurs and Hendrik J. Kockaert present us TermWise, a large project dealing with legal terminology and phraseology for the Belgian public services, i.e. the translation office of the ministry of justice, a project which aims at developing an advanced tool including expert knowledge in the algorithms that extract specialized language from textual data (legal documents) and whose outcome is a knowledge database including Dutch/French equivalents for legal concepts, enriched with the phraseology related to the terms under discussion. Finally, Deborah Grbac, Luca Losito, Andrea Sada and Paolo Sirito report on the preliminary results of a pilot project currently ongoing at UCSC Central Library, where they propose to adapt to subject librarians, employed in large and multilingual Academic Institutions, the model used by translators working within European Union Institutions. The authors are using User Experience (UX) Analysis in order to provide subject librarians with a visual support, by means of “ontology tables” depicting conceptual linking and connections of words with concepts presented according to their semantic and linguistic meaning. The organizers hope that the selection of papers presented here will be of interest to a broad audience, and will be a starting point for further discussion and cooperation.

Software languages engineering: experimental evaluation

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Informática