Conceptual modeling of formal and material relations applied to ontologies

Abstract

Ontologies represent a shared conceptualization of a knowledge community. They are built from the description of the meaning of concepts, expressed through their attributes and their relationships. Concepts refer to the object of conceptualization, the universe of discourse. They are characterized by their attributes and domains of possible values. Relationships are used to describe how the concepts are structured in the world. In ontologies all concepts are hierarchically defined, however there are other relationships that are definitional, giving identity to the concepts and meaning to the world. In addition to the subsumption relationships that build the taxonomies of concepts, other formal and material relations assist in structuring the domain and the conceptual definition. The modeling tools, however, are still deficient in differentiating the various types of formal and material relationships in order to assign the possibilities of automated reasoning. In particular, mereological and partonomic relationships lack of implementation options that allow extracting the semantic potential when modeling. This research project takes as a starting point the study of the literature on ontologies and relations, especially on formal and material relations, including mereological and partonomic relations, reviewing the principles found on ontologies. Furthermore, we identify the theoretical foundations of the relations and analyze the application of the relations concepts to the main foundational ontologies in use nowadays. Following, from the raised proposals, this work proposes an alternative for the conceptual modeling of these relations in a visual domain ontology. This alternative has been made available on the ontology building tool of the Obaitá Project, which is under development by the Intelligent Databases Research Group (BDI) from UFRGS.

Ontologias representam uma conceitualização compartilhada de uma comunidade de conhecimento. São construídas a partir da descrição dos significados dos conceitos, descritos através de seus atributos e dos relacionamentos entre os conceitos. Conceitos se referem ao objeto da conceitualização, o universo do discurso. São caracterizados por seus atributos e domínios de valores possíveis. Relacionamentos são utilizados para descreverem de que forma os conceitos se estruturam no mundo. Nas ontologias todos os conceitos são hierarquicamente definidos, porém existem outros relacionamentos que são definicionais, dando identidade aos conceitos e sentido ao mundo. Além dos relacionamentos de subsunção que constroem as taxonomias de conceitos, outras relações formais e materiais auxiliam na estruturação do domínio e na definição conceitual. As ferramentas de modelagem, no entanto, ainda são falhas em diferenciar os vários tipos de relacionamentos formais e materiais para atribuir as possibilidades de raciocínio automático. Em especial, relacionamentos mereológicos e partonômicos carecem de opções de implementação que permitam extrair o potencial semântico da modelagem. Este projeto de pesquisa tem como ponto de partida o estudo da literatura sobre ontologias e relações, em especial sobre relações formais e materiais, incluindo relações mereológicas e partonômicas, revisando os princípios encontrados nas ontologias. Além disso, nós identificamos os fundamentos teóricos das relações e analisamos a aplicação dos conceitos das relações sobre as principais ontologias de fundamentação em prática na atualidade. Na sequência, a partir das propostas levantadas, este trabalho propõe uma alternativa para a modelagem conceitual destas relações em uma ontologia de domínio visual. Esta alternativa foi disponibilizada na ferramenta de construção de ontologias do Projeto Obaitá, a qual está sendo desenvolvida pelo Grupo de Pesquisa de Bancos de Dados Inteligentes (BDI) da UFRGS.