Topic maps : da sintaxe à semântica

Dissertação de doutoramento em Informática.Segundo a definição proposta em Topic Maps Data Model (Garshol and Moore, 2005), Topic Maps são estruturas abstractas que podem codificar o conhecimento, conectando-o com recursos de informação relevantes. Os Topic Maps permitem a estruturação da informação através de uma rede semântica composta por tópicos associados. Actualmente, a maior parte dos Topic Maps são construídos manualmente. Este tipo de edição acarreta custos de ordem temporal e financeira, pois apesar de haver ferramentas propícias para a sua edição, as mesmas perdem eficiência quando o topic map atinge um número considerável de tópicos e associações. Acresce ainda o facto de que o utilizador tem dificuldade em verificar se a semântica do topic map condiz com o seu interesse. Os Topic Maps possuem uma característica muito importante: a liberdade de representação de um universo de discurso, pois a definição de um tópico é muito ampla. Porém, esta liberdade pode representar um potencial perigo para a consistência do topic map. Para garantir essa consistência, um conjunto de condições contextuais (restrições semânticas) deve ser imposto ao topic map. A norma Topic Maps não fornece nenhum tipo de mecanismo para validar a semântica de documentos topic maps de acordo com regras especificadas por utilizadores. Por isso, urge completar a norma com um suporte à definição de restrições contextuais e criar um mecanismo de validação automática. O principal contributo deste doutoramento é uma linguagem de restrições para topic maps, denominada XTche, e o respectivo processador. A linguagem XTche – baseada nos requisitos propostos recentemente em TMCL (Topic Map Constraint Language) (Nishikawa, Moore, and Bogachev, 2004) – permite a descrição da estrutura da rede semântica formada pelos tópicos e associações e a definição de restrições semânticas através de regras de esquema, regras contextuais e regras de existência. Baseado nisto, decidiu-se pelo projecto e desenvolvimento de um ambiente que fosse capaz de extrair dados de recursos de informação e construir um topic map de acordo com uma especificação, validá-lo e permitir uma navegação conceptual sobre o conhecimento representado no topic map. Resultou desta decisão o outro contributo deste doutoramento: o Metamorphosis, que é formado por um conjunto de linguagens de especificação e ferramentas que permitem criar uma interface para integração de informação oriunda de diversas fontes, através do uso de uma ontologia representada em Topic Maps. A partir da descrição das fontes heterogéneas de informação e da especificação da ontologia, o Oveia (um dos componentes do Metamorphosis) extraí automaticamente o respectivo topic map. Depois de guardado – num documento XTM (XML Topic Maps), ou numa base de dados – este topic map será validado sintáctica e semanticamente (face a um conjunto de restrições especificadas numa linguagem apropriada) pelo Processador de XTche (outro dos componentes). Por fim, a componente Ulisses gera uma interface Web para manipular o topic map extraído, a partir da descrição XTM válida. Estas componentes, algumas das quais com implementações alternativas ou mais que uma versão funcional, têm a particularidade de poderem ser usadas separadamente, tal foi comprovado nos casos de estudos realizados.According to Topic Map Data Model (Garshol and Moore, 2005), Topic Maps are abstract structures that can encode knowledge and connect this encoded knowledge to relevant information resources. Topic Maps allow a domain knowledge representation in semantic networks, composed of topics and associations. Nowadays, almost all topic maps are built by hand. This kind of edition is time consuming and has important financial costs. There are several tools for topic map edition but they have some limitations like the lack of a topic map semantic validator. In order to cope with a broad range of scenarios, a topic is a very wide concept. On one hand, this makes Topic Maps a convenient model for knowledge representation; but on the other hand, this can also put in risk the topic map consistency. A set of semantic constraints must be imposed to the topic map in order to grant its consistency. The Topic Maps standard does not provide language constructors to specify the semantics. So it is not possible to derive from the standard mechanisms to validate a topic maps against the contextual rules. Therefore it is necessary to improve the ISO 13250 standard adding a support for constraints definition enabling the creation of a processor for topic map automatic validation. The main contribute of this thesis is a constraint language for topic maps called XTche and its processor. XTche language is TMCL-based (Topic Map Constraint Language) (Nishikawa, Moore, and Bogachev, 2004). This language allows to complement the description of the semantic network structure (composed of topic and associations) with schema, contextual, and existence constraints, thus defining the semantics of topic maps that should be preserved. Metamorphosis – an environment that can extract data from information resources and build a topic map according to a specification, validate it, and generate a conceptual navigation over the topic map knowledge – is another contribution of this thesis. Metamorphosis – a Topic Maps oriented environment – generates conceptual navigators for heterogenous information resources providing the desired interoperability. Metamorphosis’ architecture is composed of: (1) Oveia, a processor that builds topic maps. Its core is a processor that extracts the topics instances from the information resources and builds a topic map. It reads and processes the XSDS and XS4TM specifications. The topic map generated by Oveia is stored as an XTM file or alternatively as a relational database following the OntologyDB approach; (2) XTche processor, that consumes the previous XTM file and validates the topic map according to a set of constraints defined in XTche language; (3) Ulisses processor, that produces a whole semantic website based on a valid topic map; this website is a set of pages that displays all the information concerned with topics and associations and provides a conceptual navigation over the semantic network (the topic map)

XTche : a language for topic maps schema and constraints

This paper describes the design of a new language to formally specify constraints over Topic Maps. This language allows to express contextual conditions on classes of Topic Maps and the corresponding processing syntem. With XTche, a topic map designer defines a set of restrictions that enables to verify if a particular topic map is semantically valid. As the manual checking of large topic maps (frequent in real cases) is impossible, it is mandatory to provide an automatic validator. The constraining process presented in this paper is composed of a language and a processor. The language is based on XML Schema syntax. The processor is developed in XSLT language. The XTche processor takes a XTche specification and it generates a particular XSLT stylesheet. This stylesheet can validate a specific topic map (or a set of them) according to the constraints in the XTche specification. In this paper we will show, in abstract terms and with concrete examples, how to specify Topic Maps schemas and constraints with XTche

Ulisses: um navegador conceptual para topic maps

A norma ISO-IEC 13250 – Topic Maps – faz a ponte entre os domínios de representação de conhecimento e gestão de informação. Tópicos e associações formam uma rede semântica estruturada sobre os recursos de informação. Este artigo tem por objectivo a visualização eficiente desta camada semântica, a qual é um assunto crítico porque topic maps podem conter milhões de tópicos e associações. Este artigo é dividido em 3 partes. Primeiro, apresenta-se brevemente os conceitos de Topic Maps. Então, são revistas algumas técnicas de visualização de Topic Maps. Finalmente, é descrita a ferramenta de visualização ao desenvolvida e descrita a forma de ser utilizada – e aprimorada – para a visualização de Topic Maps.The ISO standard ISO-IEC 13250 – Topic Maps – provide a bridge between the domains of knowledge representation and information management. Topics and topic associations build a structured semantic link network above information resources. This research aims at visualizing this semantic layer efficiently, which is a critical issue as topic maps may contain millions of topics and associations. This paper has 3 parts. First, we depict briefly basic Topic Maps concepts. Then, we review a few topic map visualization techniques. Finally, we describe the visualization tool we developed and study how this tool may be used – and enhanced – for Topic Maps visualization

Estruturando o conhecimento com a norma ISO 13250 Topic Maps

A norma ISO/IEC 13250 Topic Maps [Biezunsky et al., 1999] é uma norma para organização e representação de conhecimento sobre um domínio específico, que permite a descrição de temas e de seus relacionamentos. Steve Pepper [Pepper, 2000] define tema como um termo usado para designar alguma coisa, independentemente de ser algo concreto (por exemplo, um automóvel ou uma pessoa) ou apenas uma abstração mental (por exemplo, um sentimento). Um topic map pode ser visto como um conjunto organizado de tópicos (representação formal de temas de um universo de discurso), contendo: (1) uma estrutura hierárquica de tópicos (definido pelas relações é-um ou contém); (2) vários nomes para cada tópico (ou tema de um índice); (3) ponteiros (ocorrências) entre tópicos e documentos externos (conectando os temas aos recursos de informação); e (4) relacionamentos semânticos (associações) entre tópicos. No âmbito de representação de conhecimento (Knowledge Representation), os Topic Maps possuem as seguintes características principais: (1) permitem estabelecer uma rede associativa estruturada entre os tópicos; (2) organizam hierarquicamente os recursos num novo domínio de informação/conhecimento, relacionando-os com os tópicos; e (3) propiciam a interoperabilidade entre recursos de informação distintos, através de uma visão conceptual integrada da ontologia sobre o domínio. Este mini-curso descreve, portanto, a norma ISO 13250 Topic Maps. Como será visto ao longo do texto, um topic map é, basicamente, composto por tópicos e associações que dão origem a uma rede semântica estruturada que agrupa informações relacionadas sobre um certo domínio. Essa rede é vista como um grafo: as associações são os arcos, enquanto que os tópicos são os nodos

Metamorphosis: an environment to achieve semantic interoperability with topic maps

Nowadays, data handled by an institution or company is spread out by more than one database and lots of documents of different types. To extract the information implicit in that data, it is necessary to pick parts from those various archives. To obtain a general overview, those information slices should be gather. Different approaches can be followed to achieve that integration, ranging from the merge of resources till the fusion of the extracted parts. In this paper, we introduce Metamorphosis – a Topic Maps oriented environment to generate conceptual navigators for heterogenous information systems – and we argue that Metamorphosis can be used to achieve the referred interoperability

Adrian: a platform for E-Learning Content Prodution

Universities and other institutions related to education are investing time and resources in E-learning initiatives. This leads to an increasing number of course offers in E-learning format. There are environments, called Learning Management Systems (LMS), designed to help teachers in the management of their courses. These systems support the management of administrative information, student evaluation and all the interactivity between teacher and students and among students. However they do not provide tools to help teachers to prepare and to produce content: lessons, tests, guided lab sessions, ... Here is where ADRIAN comes into the scene providing support for content production. ADRIAN is composed by several components: one component to help producing lessons and lab guided sessions; one component for the production of tests and exams; one component to support the production of multimedia presentations; and one component to generate interfaces that integrate all the material produced (content parts) by the other components or developed elsewhere by the teacher. The whole system is being developed with XML (eXtended Markup Language) using descriptive markup for content, and related technologies like XSL (eXtended Stylesheet Language) for content transformations. This way we ensure the portability and platform independence of the system. The last mentioned component, the integration component, is based on ontologies; the user is asked to define an ontology for his course. After that the system generates automatically the web interface that integrates all the courseware components. In this paper we describe the ADRIAN architecture and the components developed so far. This description is illustrated with a real case study

Topic maps aplicados ao sistema de informação do Museu da Emigração

O presente artigo apresenta uma aplicação do Metamorphosis ao caso do Museu Virtual da Emigração. O Museu da Emigração contém no seu espólio fontes de informação compostas por documentos XML e por uma base de dados relacional. A função do Metamorphosis é propiciar uma visão homogénea destes recursos através da criação de um topic map que represente este universo de discurso. Para isso, usa-se o Oveia para a extracção do topic map e o Ulisses para a navegação sobre o conhecimento do domínio. O resultado é uma visão integrada do Museu da Emigração, de acordo com a ontologia especificada pelo projectista

Representação de conhecimento na semantic web

A Semantic Web é uma área emergente que tem como objectivo tornar a World WideWeb (Web) mais útil e fácil de usar. O presente mini-curso visa descrever o problema da anotação para a Semantic Web, um dos actuais desafios desta área. A ideia de ter na Web dados definidos e ligados para serem usados por maquinas, não apenas para apresentação a humanos, com vista à sua integração e partilha entre aplicações, ainda e um anseio. Para isto, os dados devem ser descritos de forma que o homem e a máquina entendam seu significado. Este mini-curso apresenta as linguagens, baseadas no padrão de anotação de texto XML, que se enquadram como tecnologia para promover a ideia da Semantic Web. Basicamente, os mecanismos a serem desenvolvidos para o estabelecimento da Semantic Web compreendem duas vertentes: a disponibilização de uma colecção de dados estruturados; e regras de inferência associadas a essa colecção que permitirão a criação de ferramentas capazes de percorrer a Web realizando tarefas complexas com base nessas estruturas de conhecimento. Estas duas vertentes serão aqui abordadas, sendo assumido que recorre-se a ontologias para estruturar as fontes de informação e a linguagens de anotação para as descrever. Este mini-curso consiste de uma apresentação dos formatos de representação de conhecimento (estruturas de facetas, dicionários, índices, taxonomias, thesauri, ontologias) e das linguagens para Semantic Web (RDF, RDF Schema, XOL, SHOE, OWL, Topic Maps e TMCL), assim como uma visao geral das ferramentas que suportam o desenvolvimento de aplicações e ontologias para a Semantic Web. Por fim, serão apresentados as actuais e futuras tendências para o desenvolvimento da Semantic Web

Ontology driven Websites - Metamorphosis: a framework to specify and manage ontology driven websites

Website development has always been an hard task: it consumes time and resources. What is new today is normally taken as granted tomorrow by users. This is to say that users always want more. Today they want up to date information and they want to access it according to their point of view or particular preferences.To cope with these demands, websites must be dynamic and must be able to reconfigure automatically their structure, content and appearance. This scenery has favored the creation of tools for automatic generation and management websites. In this paper we propose not a new tool of this kind but a new approach to the problem. In our approach we consider two layers. A physical layer that we call the resources layer, composed by databases, XML documents, directory subtrees, and the whole sort of files you can think of to represent your information. A metadata layer called the ontology layer, that provides a view to those resources.Our framework consists of several parts. In this paper the focus will be the navigation component.This component takes an ontology and uses it to navigate through the resources layer.We are using XML technology to implement the whole framework and this component is implemented through an XML transformation process

TM-Builder: um construtor de ontologias baseado em topic maps

Este artigo tem como objectivo introduzir uma arquitectura genérica de um extrator de ontologia (Ontology Builder) a partir de uma família de documentos XML. Este Ontology Builder é obtido através de uma especificação de ontologias. Após, é apresentada uma instancia da referida arquitetura, a qual ao processar uma família de documentos XML, gera uma especificação em XTM (XML Topic Maps). Para descrever este processo de extração do conhecimento dos documentos XML, é definida uma nova linguagem XML chamada XSTM (XML Specification for Topic Maps). A arquitetura e a linguagem propostas são ilustradas por meio de um estudo de um caso real: a especificação da ontologia ligada a autores e artigos apresentada em uma conferencia sobre XML (XATA) realizada na Universidade do Minho.This paper aims at introducing a generic architecture of a ontology extractor (Ontology Builder) from instances of a family of XML documents. This Ontology Builder comes from an ontology specification. After, it presents an instance of this architecture that process a family of XML documents, resulting, as output, a specification in XTM (XML Topic Maps). To describe the extraction of knowledge from XML documents to produce a XTM, a new XML language called XSTM (XML Specification for Topic Maps) is defined. The proposed architecture and language are illustrated by a real case study: the ontology specification connected to the authors and papers presented in a conference about XML (XATA) realized at University of Minho