Descrição de gráficos de conhecimento

Objective

After completing this lesson, you will be able to descreva os conceitos do gráfico de conhecimento.

Gráficos de conhecimento

Quando perguntamos a um assistente virtual sobre a previsão do tempo de amanhã ou usamos o Google para procurar as últimas notícias sobre mudanças climáticas, os gráficos de conhecimento servem como base para os sistemas de informação de ponta de hoje. Além disso, os gráficos de conhecimento têm o potencial de elucidar, avaliar e substanciar informações produzidas por modelos de aprendizagem profunda, como o ChatGPT e outros grandes modelos de linguagem. Os gráficos de conhecimento têm uma ampla gama de aplicações, incluindo melhorar os resultados da pesquisa, responder a perguntas, fornecer recomendações e desenvolver sistemas de IA explicáveis.

Um grafo de conhecimento é uma representação estruturada de fatos sobre o mundo, descrevendo entidades e suas inter-relações, organizadas em formato de grafo. Estes são alguns dos principais aspectos de um gráfico de conhecimento:

AspectoDefinição
EntitiesEm um grafo de conhecimento, nós representam entidades (como pessoas, lugares, coisas, conceitos) e arestas representam relações ou conexões entre essas entidades.
RelaçõesDefina as conexões entre entidades. Por exemplo, em um gráfico de conhecimento sobre filmes, uma relação pode ser "acted_in" entre um ator e um filme.
AtributosDescrever as características de entidades e relações. Por exemplo, uma entidade "filme" pode ter atributos como "diretor", "release_date" e "gênero".
RDF

O Resource Description Framework (RDF) é um modelo padrão para intercâmbio de dados na web. Ele estende a estrutura de ligação da web para usar URIs para nomear a relação entre as coisas, bem como as duas extremidades do link (isso é geralmente referido como um "triplo").

Esta estrutura de ligação forma um grafo direcionado, rotulado, onde as arestas representam a ligação nomeada entre dois recursos, representada pelos nós do grafo

.
TriplasA unidade básica de dados em um grafo de conhecimento é um triplo, que consiste em um sujeito, um predicado e um objeto. Por exemplo, "Paris (assunto) - é a capital de (predicado) - França (objeto)".
  • Estrutura Baseada em Triplo: RDF representa os dados como triplos, cada um consistindo em:
  • Assunto: A entidade que está sendo descrita (por exemplo, a Paris)
  • Predicado: A relação ou o atributo (por exemplo, "é o capital de ").
  • Objeto: o valor ou entidade relacionada (por exemplo, França).hipótese:
  • Um diagrama que mostra o conceito de triplo (sujeito, predicado, objeto) juntamente com o exemplo de Paris, a capital da França)
Significado semânticoGráficos de conhecimento frequentemente usam vocabulários padronizados ou ontologias para definir os tipos de entidades e relações, dando-lhes significado semântico. Isso torna os gráficos de conhecimento altamente adequados para aplicações de IA, como respostas a perguntas e sistemas de recomendação.
Fontes de dadosOs dados em um grafo de conhecimento podem vir de várias fontes, incluindo dados estruturados (como bancos de dados), dados semiestruturados (como XML ou JSON) e até mesmo dados não estruturados (como texto, usando técnicas como reconhecimento de entidades nomeadas e extração de relações).
ExemplosAlguns exemplos proeminentes de gráficos de conhecimento incluem DBpedia, Wikidata, Freebase (agora parte do Google Knowledge Graph) e gráficos proprietários desenvolvidos por empresas como SAP, Amazon, Facebook e Microsoft.
AplicaçõesGráficos de conhecimento são usados em vários aplicativos, como mecanismos de busca, chatbots, assistentes digitais, sistemas de recomendação e tarefas de integração de dados.
Ontologias

Forneça uma estrutura formal para o gráfico de conhecimento, definindo os tipos de entidades, relações e atributos. Ontologias são necessárias para garantir a consistência e a interoperabilidade do seu modelo.

Um diagrama que mostra uma ilustração de uma ontologia, incluindo cidade, país, população do país e continente.

Em essência, um grafo de conhecimento fornece uma forma de representar, armazenar e consultar conhecimento estruturado, permitindo que as máquinas entendam e processem informações legíveis de forma mais eficaz.

Ontologias

Ontologias são representações formais do conhecimento, proporcionando uma forma estruturada de descrever domínios de interesse. Eles definem os tipos, propriedades e relações de entidades dentro de um domínio específico, criando um vocabulário comum e compreensão que pode ser compartilhado entre usuários e aplicativos. As ontologias desempenham um papel crucial no campo da representação do conhecimento, da web semântica e da inteligência artificial.

Principais componentes de ontologias

Componentes-chaveDescrição
Classes (ou conceitos)

Representa categorias ou tipos de entidades dentro do domínio. Por exemplo, em uma ontologia médica, as classes podem incluir "Paciente", "Médico" e "Doença".

Propriedades (ou atributos)

Descreva as características ou atributos das classes. Por exemplo, uma classe "Paciente" pode ter propriedades como "nome", "idade" e "histórico médico".

Relações (ou relações)

Defina como as classes são inter-relacionadas. Por exemplo, uma classe "Médico" pode estar relacionada a uma classe "Paciente" por meio de uma relação como "tratamentos" ou "diagnósticos".

Indivíduos (ou instâncias)

Representar objetos ou entidades específicos que pertencem a uma classe. Por exemplo, "João Silva" pode ser um indivíduo da classe "Paciente".

Axiomas

Instruções lógicas que restringem a interpretação das classes, propriedades e relações. Os axiomas definem regras e restrições que devem ser cumpridas dentro da ontologia.

Finalidade e benefícios de ontologias

Finalidade e benefíciosDescrição
Compreensão compartilhada

Fornecer um vocabulário e estrutura comuns que podem ser compreendidos e usados por humanos e computadores.

Integração de dados

Facilite a integração de dados de diferentes fontes mapeando-os para uma ontologia comum.

Motivo

Ativar raciocínio e inferência automatizados sobre as entidades e relações dentro do domínio. Por exemplo, se um médico trata um paciente e o paciente tem uma doença particular, a ontologia pode inferir que o médico está envolvido no tratamento dessa doença.

Reutilização de conhecimento

Permita a reutilização do conhecimento em diferentes aplicativos e domínios.

Interoperabilidade semântica

Promova a interoperabilidade entre diferentes sistemas e aplicações, garantindo que os dados sejam interpretados e compreendidos de forma consistente.

Exemplos de ontologias

ExemplosDescrição
Ontologia genética (GO)

Uma coleção de termos que descrevem atributos do produto gênico em todas as espécies. É amplamente utilizado em bioinformática para anotar genes e produtos gênicos.

FOAF (Amigo de um Amigo)

Uma ontologia utilizada para descrever as pessoas e suas relações, comumente utilizadas nas redes sociais.

SNOMED CT (Nomenclatura Sistematizada de Termos Médico-Clínicos)

Uma terminologia clínica abrangente usada na área da saúde para codificar dados clínicos.

Schema.org

Uma iniciativa colaborativa que fornece um vocabulário comum para marcar páginas da Web para melhorar os resultados do mecanismo de pesquisa.

Idiomas de ontologia

IdiomasDescrição
RDF (framework de descrição de recursos)

Um padrão usado para representar informações sobre recursos na web.

RDFS (esquema RDF)

Uma extensão de RDF que fornece um vocabulário para descrever classes e propriedades.

OWL (linguagem de ontologia da Web)

Uma linguagem mais rica e expressiva que se baseia em RDF e RDFS, fornecendo uma estrutura para definição e raciocínio sobre ontologias.

SKOS (Simple Knowledge Organization System)

SKOS é uma recomendação W3C projetada para representar sistemas de organização do conhecimento, como tesauros, esquemas de classificação, taxonomias e sistemas de cabeçalho de assunto. É menos formal do que a OWL e está focada em aplicações onde relações informais e definições soltas são suficientes.

Exemplo: skos:Conceito, skos:mais amplo, skos:estreito, skos:relacionado.

DAML+OIL

Um antecessor da OWL, DAML+OIL é uma combinação de DAML, desenvolvido pela DARPA, e OIL, desenvolvido por projetos de pesquisa da UE. Ele fornece construções para descrições de classes complexas e axiomas. Após o desenvolvimento da OWL, DAML+OIL foi largamente substituído, mas desempenhou um papel crucial na evolução das linguagens ontológicas.

SHACL (forma a linguagem de restrição)

SHACL é uma linguagem para validar gráficos RDF em relação a um conjunto de condições. Ele permite a definição de restrições em dados RDF e fornece mecanismos para identificar e notificar violações.

Exemplo: sh:NodeShape, sh:PropertyShape, sh:minCount, sh:maxCount.

Lógica do quadro

Frame Logic é uma linguagem de ontologia mais antiga, baseada no conceito de frames, que são estruturas de dados para representar situações estereotipadas. Os quadros incluem slots e enchimentos, onde slots são as propriedades ou atributos do quadro e enchimentos são os valores dessas propriedades.

Criação e gerenciamento de ontologias

Criando e gerenciandoDescrição
Editores de ontologia

Ferramentas como o Protégé que fornecem uma interface gráfica para criar, editar e visualizar ontologias.

Motores de raciocínio

Software que pode realizar raciocínio automatizado e inferência com base na ontologia. Exemplos incluem HermiT e Pellet.

Conclusão

Gráficos de conhecimento são ferramentas poderosas para organizar, integrar e aproveitar o conhecimento. Eles fornecem uma representação estruturada e semanticamente rica de informações, permitindo consultas sofisticadas, raciocínio e compreensão contextual. Usando gráficos de conhecimento, as organizações podem aprimorar o gerenciamento de dados, melhorar a tomada de decisões e desenvolver sistemas mais inteligentes.

Ontologias são essenciais para estruturar o conhecimento de forma compreensível e utilizável tanto por humanos quanto por máquinas. Eles fornecem uma base para interoperabilidade semântica, integração de dados e sistemas inteligentes. Com o uso de ontologias, as organizações podem melhorar a qualidade e eficiência de seus processos de gestão do conhecimento, levando a uma melhor tomada de decisão e inovação.