Construção de ontologia na prática: um estudo de caso aplicado ao domínio obstétrico

O volume de informação e a variedade de fontes de informação gera desafios para a integração informacional. A necessidade de integração de informação entre sistemas de informação distintos alavancou pesquisas para identificar alternativas capazes de proporcionar interoperabilidade semântica entre sistemas, ou seja, a especificação da informação sem gerar ambiguidades. Como contribuição da Ciência da Informação, as ontologias servem como alternativa de padronização semântica das informações. Entretanto, o processo de construção de ontologias ainda gera muita dúvida entre pesquisadores. Muitos autores descrevem metodologias para a construção de ontologias, mas observa-se uma lacuna entre os métodos descritos e a sua aplicação na prática. Busca-se demonstrar na prática a construção de uma ontologia que adotou duas consolidadas metodologias: o realismo ontológico e a metodologia NeOn. Em relação aos métodos e procedimentos técnicos realizados, esta pesquisa é um estudo de caso que investiga a prática da construção de uma ontologia biomédica no domínio obstétrico, com o objetivo de descrever e explicar o processo de construção da ontologia praticado. Espera-se contribuir com o avanço da pesquisa em construção de ontologias no campo da Ciência da Informação, dada sua aplicação na solução problemas de organização e recuperação de informações em ambientes informacionais de diversos campos científicos

Viiteraamistik turvariskide haldamiseks plokiahela abil

Turvalise tarkvara loomiseks on olemas erinevad programmid (nt OWASP), ohumudelid (nt STRIDE), turvariskide juhtimise mudelid (nt ISSRM) ja eeskirjad (nt GDPR). Turvaohud aga arenevad pidevalt, sest traditsiooniline tehnoloogiline infrastruktuur ei rakenda turvameetmeid kavandatult. Blockchain näib leevendavat traditsiooniliste rakenduste turvaohte. Kuigi plokiahelapõhiseid rakendusi peetakse vähem haavatavateks, ei saanud need erinevate turvaohtude eest kaitsmise hõbekuuliks. Lisaks areneb plokiahela domeen pidevalt, pakkudes uusi tehnikaid ja sageli vahetatavaid disainikontseptsioone, mille tulemuseks on kontseptuaalne ebaselgus ja segadus turvaohtude tõhusal käsitlemisel. Üldiselt käsitleme traditsiooniliste rakenduste TJ-e probleemi, kasutades vastumeetmena plokiahelat ja plokiahelapõhiste rakenduste TJ-t. Alustuseks uurime, kuidas plokiahel leevendab traditsiooniliste rakenduste turvaohte, ja tulemuseks on plokiahelapõhine võrdlusmudel (PV), mis järgib TJ-e domeenimudelit. Järgmisena esitleme PV-it kontseptualiseerimisega alusontoloogiana kõrgema taseme võrdlusontoloogiat (ULRO). Pakume ULRO kahte eksemplari. Esimene eksemplar sisaldab Cordat, kui lubatud plokiahelat ja finantsjuhtumit. Teine eksemplar sisaldab lubadeta plokiahelate komponente ja tervishoiu juhtumit. Mõlemad ontoloogiaesitlused aitavad traditsiooniliste ja plokiahelapõhiste rakenduste TJ-es. Lisaks koostasime veebipõhise ontoloogia parsimise tööriista OwlParser. Kaastööde tulemusel loodi ontoloogiapõhine turberaamistik turvariskide haldamiseks plokiahela abil. Raamistik on dünaamiline, toetab TJ-e iteratiivset protsessi ja potentsiaalselt vähendab traditsiooniliste ja plokiahelapõhiste rakenduste turbeohte.Various programs (e.g., OWASP), threat models (e.g., STRIDE), security risk management models (e.g., ISSRM), and regulations (e.g., GDPR) exist to communicate and reduce the security threats to build secure software. However, security threats continuously evolve because the traditional technology infrastructure does not implement security measures by design. Blockchain is appearing to mitigate traditional applications’ security threats. Although blockchain-based applications are considered less vulnerable, they did not become the silver bullet for securing against different security threats. Moreover, the blockchain domain is constantly evolving, providing new techniques and often interchangeable design concepts, resulting in conceptual ambiguity and confusion in treating security threats effectively. Overall, we address the problem of traditional applications’ SRM using blockchain as a countermeasure and the SRM of blockchain-based applications. We start by surveying how blockchain mitigates the security threats of traditional applications, and the outcome is a blockchain-based reference model (BbRM) that adheres to the SRM domain model. Next, we present an upper-level reference ontology (ULRO) as a foundation ontology and provide two instantiations of the ULRO. The first instantiation includes Corda as a permissioned blockchain and the financial case. The second instantiation includes the permissionless blockchain components and the healthcare case. Both ontology representations help in the SRM of traditional and blockchain-based applications. Furthermore, we built a web-based ontology parsing tool, OwlParser. Contributions resulted in an ontology-based security reference framework for managing security risks using blockchain. The framework is dynamic, supports the iterative process of SRM, and potentially lessens the security threats of traditional and blockchain-based applications.https://www.ester.ee/record=b551352

A methodology for designing layered ontology structures

Semantic ontologies represent the knowledge from different domains, which is used as a knowledge base by intelligent agents. The creation of ontologies by different developers leads to heterogeneous ontologies, which hampers the interoperability between knowledge-based applications. This interoperability is achieved through global ontologies, which provide a common domain representation. Global ontologies must provide a balance of reusability-usability to minimise the ontology effort in different applications. To achieve this balance, ontology design methodologies focus on designing layered ontologies that classify into abstraction layers the domain knowledge relevant to many applications and the knowledge relevant to specific applications. During the design of the layered ontology structure, the domain knowledge classification is performed from scratch by domain experts and ontology engineers in collaboration with application stakeholders. Hence, the design of reusable and usable ontologies in complex domains takes a significant effort. Software Product Line (SPL) design techniques can be applied to facilitate the domain knowledge classification by analysing the knowledge similarities/differences of existing ontologies. In this context, this thesis aims to define new methodological guidelines to design layered ontology structures that enable to classify the domain knowledge taking as reference existing ontologies, and to apply these guidelines to enable the development of reusable and usable ontologies in complex domains. The MODDALS methodology guides the design of layered ontology structures for reusable and usable ontologies. It brings together SPL engineering techniques and ontology design techniques to enable the classification of the domain knowledge by exploiting the knowledge similarities/differences of existing ontologies. MODDALS eases the design of the layered ontology structure. The MODDALS methodology was evaluated by applying it to design the layered structure of a reusable and usable global ontology for the energy domain. The designed layered structure was taken as reference to develop the ontology. The resulting ontology simplifies the ontology reuse process in different applications. In particular, it reduced the average ontology reuse time by 0.5 and 1.2 person-hours in in two different applications in comparison with a global energy ontology which does not follow a layered structure.Ontologia semantikoak datu domeinu ezberdinen ezagutza irudikatzen dute, agente adimendunek jakintza oinarri bezala erabiltzen dutena. Ontologiak ingeniari desberdinek garatzen dituzte eta heterogeneoak dira, aplikazioen arteko komunikazioa oztopatuz. Komunikazio hau ontologia globalen bidez lortzen da, domeinuaren errepresentazio komun bat ematen baitute. Ontologia globalek berrerabilgarritasunerabilgarritasun oreka eman behar dute aplikazio desberdinetan berrerabiltzeko ahalegina murrizteko. Horretarako, ontologia diseinu metodologiek aplikazio askok erabiltzen duten eta aplikazio zehatzetarako garrantzitsua den ezagutza abstrakzio geruzetan sailkatzea proposatzen dute. Geruza egituraren diseinuan zehar, domeinuko adituek eta ontologiako ingeniariek hutsetik sailkatzen dute jakintza, domeinu konplexuetan ontologia berrerabilgarriak eta erabilgarrien diseinu ahalegina areagotuz. Software produktu lerroak diseinatzeko erabiltzen diren teknikak jakintza sailkatzea erraztu ahal dute, ontologien ezagutza antzekotasunak edo desberdintasunak aztertuz. Testuinguru honetan, honakoa da tesiaren helburua: ezagutza garatutako ontologien arabera sailkatzen duen ontologia berrerabilgarri eta erabilgarrien geruza egitura diseinatzeko metodologia bat garatzea; baita metodologia aplikatu ere, ontologia berrerabilgarri eta erabilgarriak domeinu konplexuetan garatu ahal izateko. MODDALS metodologiak ontologia berrerabilgarri eta erabilgarrien abstrakzio geruzak nola diseinatu azaltzen du. MODDALS-ek software produktu lerro eta ontologia diseinu teknikak aplikatzen ditu ezagutza garatuta dauden ontologien antzekotasunen/desberdintasunen arabera sailkatzeko. Planteamendu honek geruza egitura diseinua errazten du. MODDALS ebaluatu da energia domeinurako ontologia berrerabilgarri eta erabilgarri baten egitura diseinatzeko aplikatuz. Diseinatutako geruza egitura erreferentzia gisa hartu da ontologia gartzeko. Egitura onekin, garatutako ontologia berrerabiltzea errazten du aplikazio desberdinetan. Konkretuki, garatutako ontologiak berrerabilpen denbora 0.5 eta 1.2 pertsona-orduetan murriztu du bi aplikazioetan; geruza egitura jarraitzen ez duen ontologia batekin alderatuz.Las ontologías semánticas representan el conocimiento de diferentes dominios, utilizado como base de conocimiento por agentes inteligentes. Las ontologías son desarrolladas por diferentes ingenieros y son heterogéneas, afectando a la interoperabilidad entre aplicaciones. Esta interoperabilidad se logra mediante ontologías globales que proporcionan una representación común del dominio, las cuales deben proporcionar un balance de reusabilidad-usabilidad para minimizar el esfuerzo de reutilización en diferentes aplicaciones. Para lograr este balance, las metodologías de diseño de ontologías proponen clasificar en capas de abstracción el conocimiento del dominio común a muchas aplicaciones y el que es relevante para aplicaciones específicas. Durante el diseño de la estructura de capas, el conocimiento se clasifica partiendo de cero por expertos del dominio e ingenieros de ontologías. Por lo tanto, el diseño de ontologías reusables y usables en dominios complejos requiere un gran esfuerzo. Las técnicas de diseño de líneas de producto de software pueden facilitar la clasificación del conocimiento analizando las similitudes/diferencias de conocimiento de ontologías existentes. En este contexto, el objetivo de la tesis es crear una metodología de diseño de la estructura de capas para ontologías que permita clasificar el conocimiento tomando como referencia ontologías existentes, y aplicar esta metodología para poder desarrollar ontologías reusables y usables en dominios complejos. La metodología MODDALS explica cómo diseñar estructuras de capas para ontologías reusables y usables. MODDALS adopta técnicas de diseño de líneas de producto en combinación con técnicas de diseño de ontologías para clasificar el conocimiento basándose en las similitudes/diferencias de ontologías existentes. Este enfoque facilita el diseño de la estructura de capas de la ontología. La metodología MODDALS se ha evaluado aplicándola para diseñar la estructura de capas de una ontología global reusable y usable para el dominio de la energía. La estructura de capas diseñada se ha tomado como referencia para desarrollar la ontología. Con esta estructura, la ontología resultante simplifica la reutilización de ontologías en diferentes aplicaciones. En concreto, la ontología redujo el tiempo de reutilización en 0.5 y 1.2 personas-hora en dos aplicaciones respecto a una ontología global que no sigue una estructura por capas

An Ontology-Based Process for Domain-Specific Visual Language Design

Em Modelagem Conceitual, tem ocorrido um interesse crescente em Linguagens de Modelagem Visuais Específicas de Domínio ( Domain-Specific Visual Modeling Languages (DSVMLs)) e no suporte que elas provêem para compr eensão do domínio de um problema e comunicação entre modelado res e interessados. Assim, é importante providenciar diretrizes para o design de DSVMLs. Por muitos anos, o foco de pesquisa tem sido na sintaxe abstrata, enqu anto a sintaxe concreta tem recebido menor atenção. Isso é um infortúnio, pois a sintaxe visual impacta significativamente a capacidade de comunicação e de resolução de problemas de modelos conceituais Um dos trabalhos mais disseminados para análise e d esign de aspectos visuais de linguagens de modelagem é a Física das Notações (Po N). PoN define um conjunto de princípios usado para analisar e projetar notaçõ es visuais cognitivamente eficientes. Contudo, PoN tem lacunas, tais como: (i ) Falta um método para aplicar seus princípios; (ii) O design de símbolos não cria sistematicamente símbolos que refletem entidades do mundo real. Nesta pesquisa, nós apresentamos a Física das Notações Sistematizada (PoN-S) para resolver a lacuna (i). PoN-S estabelece um con junto ordenado de atividades de design e sugere quando aplicar os princípios de PoN . Ela também propõe grupos de princípios de PoN. Outra maneira de melhorar a qualidade de DSVMLs é a aplicação de teorias ontológicas, mas ontologias podem ser aplicadas com sucesso no design de sintaxes concretas como tem sido aplicadas para a s intaxe abstrata? Guizzardi (2013) propoem diretrizes ontológicas baseadas na O ntologia de Fundamentação Unificada (UFO) para auxiliar no design de notações visuais. Contudo, tais diretrizes também tem lacunas: (iii) São diretrizes isoladas e não parte de um processo de design; (iv) O conjunto de distinções ontológicas, é restrito; (v) As diretrizes ontológicas são restritas a serem aplicadas no esta belecimento dos símbolos de uma DSVMLs. Para resolver as lacunas (ii) até (v) nós combinamo s as diretrizes ontológicas baseadas em UFO com PoN-S, originando a Física das Notações Ontologizada e Sistematizada (PoNTO-S) . PoNTO-S é um processo de design sistematizado par a sintaxes concretas de DSVMLs que conecta a sintaxe concreta com o significado do mundo-real (isto é, o significado ontológico). Este projeto é um processo de Design Science com di ferentes iterações, cada uma produzindo artefatos próprios. O problema de design é o design de sintaxes concretas de DSVMLs. Os artefatos são melhorias de duas soluções existentes: PoN e diretrizes ontológicas baseadas em UFO. PoN-S e PoNTO-S são classificados como teorias de design, visto serem p rocesso de design. Nós também investimos em estudos empíricos. Foram executados e studos exploratórios para dar suporte as indicações coletadas durante a revisão d e literatura e guiar algumas decisões. Após desenvolver versões de PoN-S e PoNTO -S nós aplicamos novos estudos empíricos que geraram evidências para concl uirmos que PoN-S e PoNTO-S são utéis, e que tais abordagens podem evoluir, dan do origem a abordagens ainda mais úteis

An ontology-based analysis method for assessing and improving the quality of hazard analysis results

Safety-critical systems such as medical devices and avionics systems are developed using systematic processes and rigorous analysis methods. This is necessary to gain strong confidence that the system is not affected by latent design problems that may lead to system failures or unintended behaviours that, ultimately, could result in damage or harm to people or the environment. Whilst different guidelines and recommended best development practices are provided in different regulatory frameworks and standards, all processes share a common initial stage, known as hazard analysis. The aim of the hazard analysis is to identify all known and foreseeable scenarios and problematic situations. It is important that the hazard analysis is as accurate and as comprehensive as possible since the entire development process builds on the hazard analysis results. Any missed scenario or overlooked problematic situation could breach the mitigation strategies designed to guarantee the safety of the system. Several hazard analysis techniques have been introduced over the last 50 years to improve the quality of the analysis. However, a known weakness of the current generation of techniques is that they often rely on manual analysis of information recorded in textual format. For realistic,complex systems, the amount of information is usually abundant and overwhelming. Because ofthis, even the most expert analyst can accidentally overlook important aspects of the system that should have been considered to ensure the safety of the system. The research work presented in this thesis aims to provide a systematic and comprehensive way to help the expert analyst with his task. This thesis explores the development of a novel method and supporting analysis tool for the refinement of the hazard analysis results. The method is structured into a series of stages, each of which provides feedback to the analysts to help them gain confidence in the quality of the analysis. The method also helps to identify and resolve weaknesses in the analysis, if they are present. The research builds an ontology to represent knowledge collected during the hazard analysis. Inference rules are used to reason about possible scenarios, hazards, hazard causes and their relations. Formal (i.e., mathematically-based) tools are used to mechanise the exploration of scenarios, discover relations between hazards and causes that may have been overlooked during the analysis. The effectiveness of the proposed method is evaluated using various realistic case studies from different application domai

Suporte automatizado para desenvolvimento de ontologias utilizando padrões ontológicos de domínio

A Engenharia de Ontologias tem evoluído bastante nas últimas décadas, com um número crescente de metodologias, ferramentas e aplicativos, que estão sendo propostos e experimentados na academia e na indústria. Por meio das ontologias, o conhecimento compartilhado de um domínio pode ser modelado para ser comunicado entre pessoas e sistemas automatizados. Com isso, a utilização de ontologias se torna uma importante ferramenta em diversas áreas do conhecimento para se estruturar, organizar e apoiar o compartilhamento dos conceitos que são inerentes a essas áreas. Além disso, com o uso de ontologias, a interoperabilidade entre sistemas se torna possível, devido à normatização e ao uso de padrões em sua construção. No entanto, o desenvolvimento de ontologias a partir do zero é uma tarefa difícil e complexa, uma vez que uma ontologia deve fornecer uma representação completa e coerente de uma parte específica do mundo. Assim, a reutilização é altamente recomendada em seu desenvolvimento, permitindo que as ontologias sejam construídas com base em modelos pré-existentes, levando a melhores resultados quanto a sua qualidade. Neste sentido, Padrões Ontológicos (OPs) são considerados como ferramentas interessantes para facilitar a reutilização. Recentemente, vários autores da comunidade de Engenharia de Ontologias já propuseram OPs e mecanismos para aplicá-los. No entanto, sistemas automatizados para apoiar a sua utilização na prática ainda são raros. Para preencher esta lacuna, esta dissertação propõe um editor para catálogos OPs, cujo objetivo é apoiar o gerenciamento e o reúso desses padrões. Assim, a abordagem de catálogo de OPs pode ser aplicada na construção de ontologias, com suporte automático. No desenvolvimento do editor proposto, optou-se por estender um editor de ontologias existente (o OLED) para aproveitar suas ferramentas de modelagem, verificação, transformação e validação. Também foram parcialmente implementados três catálogos de OPs específicos para os domínios de Serviço, de Processo de Software baseado na ISO e de Colaboração. Além disso, esta dissertação descreve três exemplos de utilização, um para cada um dos domínios citados, visando demonstrar a viabilidade da abordagem de construção de ontologias utilizando catálogos de OPs com o uso do editor desenvolvido, enfatizando também o benefício do reúso de OPs

Graphical scaffolding for the learning of data wrangling APIs

In order for students across the sciences to avail themselves of modern data streams, they must first know how to wrangle data: how to reshape ill-organised, tabular data into another format, and how to do this programmatically, in languages such as Python and R. Despite the cross-departmental demand and the ubiquity of data wrangling in analytical workflows, the research on how to optimise the instruction of it has been minimal. Although data wrangling as a programming domain presents distinctive challenges - characterised by on-the-fly syntax lookup and code example integration - it also presents opportunities. One such opportunity is how tabular data structures are easily visualised. To leverage the inherent visualisability of data wrangling, this dissertation evaluates three types of graphics that could be employed as scaffolding for novices: subgoal graphics, thumbnail graphics, and parameter graphics. Using a specially built e-learning platform, this dissertation documents a multi-institutional, randomised, and controlled experiment that investigates the pedagogical effects of these. Our results indicate that the graphics are well-received, that subgoal graphics boost the completion rate, and that thumbnail graphics improve navigability within a command menu. We also obtained several non-significant results, and indications that parameter graphics are counter-productive. We will discuss these findings in the context of general scaffolding dilemmas, and how they fit into a wider research programme on data wrangling instruction