Ontologia De Domínio Fractal
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MÉTODOS COMPUTACIONAIS PARA A CONSTRUÇÃO DA ONTOLOGIA DE DOMÍNIO FRACTAL Ivo Wolff Gersberg Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, COPPE, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil. Orientadores: Nelson Francisco Favilla Ebecken Luiz Bevilacqua Rio de Janeiro Agosto de 2011 MÉTODOS COMPUTACIONAIS PARA CONSTRUÇÃO DA ONTOLOGIA DE DOMÍNIO FRACTAL Ivo Wolff Gersberg DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO CORPO DOCENTE DO INSTITUTO ALBERTO LUIZ COIMBRA DE PÓS-GRADUAÇÃO E PESQUISA DE ENGENHARIA (COPPE) DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE MESTRE EM CIÊNCIAS EM ENGENHARIA CIVIL. Examinada por: ________________________________________________ Prof. Nelson Francisco Favilla Ebecken, D.Sc. ________________________________________________ Prof. Luiz Bevilacqua, Ph.D. ________________________________________________ Prof. Marta Lima de Queirós Mattoso, D.Sc. ________________________________________________ Prof. Fernanda Araújo Baião, D.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL AGOSTO DE 2011 Gersberg, Ivo Wolff Métodos computacionais para a construção da Ontologia de Domínio Fractal/ Ivo Wolff Gersberg. – Rio de Janeiro: UFRJ/COPPE, 2011. XIII, 144 p.: il.; 29,7 cm. Orientador: Nelson Francisco Favilla Ebecken Luiz Bevilacqua Dissertação (mestrado) – UFRJ/ COPPE/ Programa de Engenharia Civil, 2011. Referências Bibliográficas: p. 130-133. 1. Ontologias. 2. Mineração de Textos. 3. Fractal. 4. Metodologia para Construção de Ontologias de Domínio. I. Ebecken, Nelson Francisco Favilla et al . II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, COPPE, Programa de Engenharia Civil. III. Titulo. iii À minha mãe e meu pai, Basia e Jayme Gersberg. iv AGRADECIMENTOS Agradeço aos meus orientadores, professores Nelson Ebecken e Luiz Bevilacqua, pelo incentivo e paciência. Ao professor Luiz Bevilacqua por ter me ensinado ser possível retirar um colete de uma pessoa sem retirar o paletó. Aos professores Luiz Landau e Fernando Pellon pelo livre pensar em minhas atividades. Ao professor Jorge de Albuquerque Vieira por semear as primeiras noções sobre a Complexidade, germinantes desta dissertação. Aos companheiros de laboratório, LABSAR-COPPE/UFRJ. Ao Orlando e Célio, do laboratório de informática do Programa de Engenharia Civil, por disponibilizar espaço, equipamento e café. v Resumo da Dissertação apresentada à COPPE/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Ciências (M.Sc.) MÉTODOS COMPUTACIONAIS PARA A CONSTRUÇÃO DA ONTOLOGIA DE DOMÍNIO FRACTAL Ivo Wolff Gersberg Agosto/2011 Orientadores: Nelson Francisco Favilla Ebecken Luiz Bevilacqua Programa: Engenharia Civil Este trabalho propõe uma metodologia para construção de uma ontologia de domínio baseada em Mineração de Textos, tendo o saber matemático fractal como domínio específico. A metodologia proposta leva em consideração uma base textual composta de livros essenciais do saber fractal, comparando os resultados obtidos oriundos dos conteúdos dos livros com os resultados identificados por um especialista e também apenas considerando os índices remissivos dos livros em questão (especialista virtual). Um protótipo de uma aplicação Web foi implantado, permitindo buscas contextuais por aproximação ontológica na Ontologia de Domínio Fractal criada. vi Abstract of Dissertation presented to COPPE/UFRJ as a partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science (M.Sc.) COMPUTATIONAL METHODS TO BUILD THE FRACTAL DOMAIN ONTOLOGY Ivo Wolff Gersberg August/2011 Advisors: Nelson Francisco Favilla Ebecken Luiz Bevilacqua Department: Civil Engineering This work proposes a methodology for building a domain ontology based on Text Mining and the fractal mathematical knowledge as domain specific. The proposed methodology takes into account a textual knowledge base composed of fractal essential books, comparing the results obtained from the contents of books with the results identified by an expert and, also, just considering the indexes of the books in question (virtual expert). A prototype of a web application was deployed, allowing contextual search by ontological approach in the Fractal Domain Ontology created. vii Sumário CAPÍTULO 1. DA INTRODUÇÃO .............................................................................. 1 1.1 dos Objetivos ..................................................................................................................... 4 1.2 do Recorte do Domínio Matemático, Fractal ..................................................................... 6 1.3 da Organização da Dissertação ........................................................................................ 7 CAPÍTULO 2. DAS MOTIVAÇÕES ............................................................................ 8 CAPÍTULO 3. DA CONCEPÇÃO DE ONTOLOGIAS E AFINS ............................... 14 3.1 de Ontologias e suas Definições ..................................................................................... 14 3.1.1 da pergunta, O que é Ontologia ? ................................................................................ 14 3.1.2 dos Tipos de Ontologias .............................................................................................. 18 3.1.3 das Linguagens Formais de Ontologias ...................................................................... 23 3.2 das Considerações sobre Mineração de Textos ( Text Mining ) ....................................... 24 3.3 de Técnicas de Mineração de Textos Úteis à Construção de Ontologias ...................... 26 3.3.1 da Importância de Substantivos e a Extração de Termos .......................................... 26 3.3.2 da Distribuição de Termos .......................................................................................... 30 3.4 das Metodologias para Construção de Ontologias Relatadas na Literatura................... 31 3.4.1 de uma Ontologia Aplicada à Química, Methontology ................................................ 37 3.4.2 de uma Abordagem Colaborativa para e-commerce e Ensino à Distância ................ 40 3.4.3 de uma Ontologia Aplicada à Engenharia ................................................................... 41 CAPÍTULO 4. DA CONSTRUÇÃO DA ONTOLOGIA .............................................. 52 4.1 da Metodologia Empregada nesta Dissertação .............................................................. 54 4.1.1 da Metodologia Proposta: Fase 1, Especificação ....................................................... 55 4.1.2 da Metodologia Proposta: Fase 2, Pré-Processamento ............................................. 57 4.1.3 da Metodologia Proposta: Fase 3, Aquisição .............................................................. 59 4.1.4 da Metodologia Proposta: Fase 4, Escolha de Termos e Relações ........................... 60 4.1.5 da Metodologia Proposta: Fase 5, Formalização ........................................................ 61 4.1.6 da Metodologia Proposta: Fase 6, Validação ............................................................. 61 4.2 dos Resultados do Processamento................................................................................. 61 4.2.1 da Extração e Escolha de Termos .............................................................................. 61 viii 4.2.2 da Extração de Possíveis Relações ............................................................................ 77 4.3 da Construção da Ontologia de Domínio Fractal ............................................................ 81 4.3.1 da Escolha do Primeiro Nível da Ontologia ................................................................ 82 4.3.2 da Construção Manual no Protégé-OWL .................................................................... 87 4.4 da Auto-Similaridade do Corpus ..................................................................................... 91 CAPÍTULO 5. DA VALIDAÇÃO ............................................................................... 95 5.1 da Validação pelo Corpus Fractal ................................................................................... 96 5.2 da Validação pelo Corpus ScienceDirect ...................................................................... 104 CAPÍTULO 6. DA VISUALIZAÇÃO ....................................................................... 115 CAPÍTULO 7. DAS CONCLUSÕES ...................................................................... 121 CAPÍTULO 8. DOS TRABALHOS FUTUROS ....................................................... 126 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ......................................................................... 130 APÊNDICE I ............................................................................................................. 134 APÊNDICE II ............................................................................................................ 138 APÊNDICE III ........................................................................................................... 144 ix Lista de Figuras Figura 1 – Ontologia e sua Diversidade de Aplicações ................................................. 3 Figura 2 – Livros Adotados para Extração do Paradigma Fractal ................................. 6 Figura 3 - Visão de Polanyi acerca do Conhecimento adaptado de (Grant, 2007) ...... 13 Figura 4 – Primeira Ontologia da História: Porfírio sobre as Categorias de Aristóteles (séc.III) extraído