Tecnologías Emergentes en TI

Web Semantica:Ontologías, Agentes de Software y Servicios Web Semánticos

Néstor Adolfo Mamani Macedonmamani@usmp.edu.pe

Doctorado en Ingeniería de Sistemas de InformaciónSección de Posgrado

Facultad de Ingeniería y ArquitecturaUniversidad de San Martín de Porres

Índice

• Introducción• Objetivos del curso• Principios filosóficos• Web Semántica • Tecnologías habilitantes: Agentes de Software,

Ontologías y Servicios Web Semánticos• Estudio de Caso: Historia Clínica Automatizada

con Aplicaciones a la Ictericia Obstructiva Extrahepática

Socrates

• Búsqueda de la definición universal

solución del problema moral y la superación del relativismo.

• ¿Cómo proceder a esa búsqueda? • Sócrates desarrolla un método práctico basado en

el diálogo, en la conversación, la "dialéctica", en el que a través del razonamiento inductivo se podría esperar alcanzar la definición universal de los términos objeto de investigación.

Método dialectico

Dicho método constaba de dos fases:

•Ironía: El objetivo fundamental es, a través del análisis práctico de definiciones concretas, reconocer nuestra ignorancia, nuestro desconocimiento de la definición que estamos buscando. Sólo reconocida nuestra ignorancia estamos en condiciones de buscar la verdad. •Mayéutica: Consistiría propiamente en la búsqueda de esa verdad, de esa definición universal, ese modelo de referencia para todos nuestros juicios morales.

Platón• Alumno de Sócrates• Fundador de la Academia (Atenas)• Maestro de Aristóteles • Núcleo de su filosofía: «Teoría de las Ideas» • Modos de realidad: Inteligible y Sensible• Inteligible: «Idea»: Inmaterial, eterna, ajena al cambio,

constituye el modelo o arquetipo de la realidad sensible (susceptible de un verdadero conocimiento: "episteme") Esencias del objeto del conocimiento, cognoscibles

por la razón• Sensible: «Cosas»: Material, corruptible, sometida al

cambio: generación y destrucción, copia de la inteligible (susceptible de opinión: "doxa"

DIALÉCTICA DE PLATÓN PARA ACCEDER AL MUNDO DE LAS IDEAS

Dialéctica como método racional: Se identifica con la filosofía y la ciencia. Características:•actividad cognoscitiva, trata del ejercicio de la razón;•su objeto es el conocimiento del Mundo Inteligible, de las relaciones existentes entre las Ideas;•Su aspiración última es el conocimiento de la Idea de Bien y del modo en que ésta es el fundamento último de toda la realidad; •por ser una actividad estrictamente racional no se apoya en la percepción; por utilizarse la pura razón el conocimiento al que da lugar es conocimiento estricto, conocimiento universal y necesario;•no acepta hipótesis: no acepta como verdadera ninguna premisa que no haya sido cuestionada, busca el sentido último, la razón más profunda de cada tema que trata.

PLATÓN Y EL CONOCIMIENTO

Niega:

1)que el conocimiento se pueda identificar con la percepción sensible, la verdad se expresa en el juicio y no en la sensación

2)que no se puede identificar el conocimiento con el "juicio verdadero", podría formularse un juicio que resultara verdadero y estuviera basado en datos falsos

3)que no se puede identificar el conocimiento con el "juicio verdadero" más una razón, ¿qué podría añadirse, mediante el análisis, a un "juicio verdadero" que no contuviera ya, y que le convirtiera en verdadero conocimiento?

• Admite, que el conocimiento sensible es relativo; pero no admite que sea la única forma de conocimiento.

• Cree, que hay otra forma de conocimiento propia de la razón, y que se dirige a un objeto distinto del objeto que nos presenta la sensibilidad: las Ideas.

• El verdadero conocimiento ha de versar sobre el ser, no sobre el devenir, y no puede estar sometido a error, ha de ser infalible.

• El conocimiento sensible, pues, no puede ser el verdadero conocimiento ya que no cumple ninguna de esas características.

PLATÓN Y EL CONOCIMIENTO

Antecedentes de la Web

• Vannevar Bush, doctorado en Ingeniería Electrica, MIT y Harvard University.

• Construyó el Analizador Diferencial en MIT, primera computadora analógica (1925-1931)

• Concibió el Memex (1945), en el artículo As We May Think, dispositivo mecánico, que nunca se desarrolló, de almacenamiento de libros, grabaciones y comunicaciones, de búsqueda muy sencilla, rápida y no lineal, mediante la asociación y no el uso de índices

• Memex inspiró el trabajo de sus sucesores Douglas Engelbart (interfaz gráfica, mouse, hipermedia), Ted Nelson y, más adelante, Tim Berners-Lee (hipertexto)

ANTECEDENTES DE LA WEB: VANNERVAR BUSH Y LA IDEA MEMEX

• Douglas Engelbart, Ingeniero Electrico, Oregon State University, Phd en University of California, Berkeley

• Trabajo en Arpanet, versión previa de Internet• Co-inventor del Mouse• Descubrió la interfaz entre los computadores y los seres

humanos (1962) – Human Intellect: A Human Framework• Su equipo desarrolló una demostración (1968) de un

sistema de Ambiente de Conocimiento HiperColaborativo llamado NLS (oNline System), pionero en la hipermedia (texto, diagramas, email, código fuente hiperlinkeado)

ANTECEDENTES DE LA WEB: DOUGLAS ENGELBART Y LA INTERFAZ

GRÁFICA

• Ted Nelson, filósofo, sociólogo y pionero de las TI • Acuño los términos hipertexto e hipermedia• Fundador del Proyecto XANADU (1960): Biblioteca

en línea con todo el conocimiento existente en la humanidad en forma de hipertexto accesible a traves de una gran cantidad de computadores interconectados

• Incluía un sistema de gestión y cobro de derechos de autor, si alguien utilizaba una obra ajena; la citaba o la incorporaba a una suya, el sistema se encargaría de rastrear la reutilización, cobrar por ella y hacer llegar al propietario la cantidad devengada (aún no se aplica a la Web). Fuente Wikipedia

ANTECEDENTES DE LA WEB: THEODOR «TED» NELSON Y EL PROYECTO

XANADU

Theodor H. Nelson, "A File Structure for the Complex, the Changing and the Indeterminate" Proceedings of the ACM 20th National Conference (1965), pp. 84-100

• Ingeniero Físico, Queens’s College, Oxford University• Considerado «padre» de la Web• Su grupo de investigación creó:- Lenguaje HTML (HiperText Markup Language)- Protocolo HTTP (HiperText Transfer Protocol)- Sistema URL (Uniform Resource Locator)

• En 1989 en CERN (Conseil Européenne pour la Recherche Nucléaire) propuso unir Internet e Hipertexto WWW

• Desde 1994 está en MIT (Massachusetts Institute of Technology) – CSIL (Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory)

TIMOTHY "TIM" BERNERS-LEE

Introducción• A finales de los 90s surge la visión de lo que

se ha dado en llamar la Web Semántica por Berners-Lee1, inventor de la Web y Presidente del Consorcio W3C.

• Finalidad: Lograr que las máquinas puedan entender, y por tanto utilizar, lo que la Web contiene.

1Berners-Lee, Tim. The Semantic Web. Scientific American. May, 2001.

Introducción

• Objetivo de Siempre- Interconectar varios sistemas de software

para ofrecer servicios• WWW (1989)- Origen: Medio de compartir información- Hoy: Repositorio de InformaciónFuente de Servicios

Introducción

• Web Semántica- Origen: exponencial de la cantidad de datos de la complejidad y el tiempo necesario para

encontrar la información requerida• Servicios Web Semánticos- Origen: cantidad de servicios disponibles Difícil determinar (tiempo y eficiencia) el servicio(s)

necesario(s) para satisfacer una necesidad concreta

Introducción• Problema (ambos casos) Inexistencia de información procesable automáticamente

por máquinas

• Solución: Incluir información adicional expresada formalmente y

que permita a los sistemas informáticos “entender”, en cierto modo, el contenido de los documentos

• Como: Ingeniería OntológicaOntología: Especificación explícita y formal de una

conceptualización compartida. (Gruber, 1993; Borst, 1997; Studer et al, 1998).

Situación: “Pete” y “Lucy”• Pete está en su sala escuchando la canción “We

can work it out” de los Beatles• Suena el teléfono, llama su hermana Lucy del

consultorio del Doctor de su mamá• Pete atiende la llamada y el teléfono baja el

volumen del equipo y de cualquier otro dispositivo que tenga un control de volumen

• Lucy dice “Mamá necesita ver un especialista para hacer una serie de sesiones de terapia fisica, quincenalmente, y tengo que agendar las citas”.

• Lucy no tiene auto• Pete inmediatamente está de acuerdo para

compartir el auto y llevarlas

Situación: “Pete” y “Lucy”• En el consultorio del doctor, Lucy acude a su

Lucy_AgentSW a través del Web Browser, Blackberry• Lucy_AgentSW recupera información de su mamá: tratamiento prescrito desde Doctor_AgentSW

busca proveedores del servicio de terapia física chequea por uno que esté en el plan de seguro de salud

de su mamá dentro de un radio de 20 millas de su casa y con una evaluación de excelente o muy bueno en servicios previos.

Busca la hora de cita entre los horarios disponibles de tiempo, provistos por Terapista_AgentSW de cada proveedor y los horarios de Pete y Lucy (Pete_AgentSW y Lucy_AgentSW)

Palabras en negrita: términos cuya semántica o significado fueron definidos para el agente a través de la Ingeniería Ontológica

Situación: “Pete” y “Lucy”• En segundos Lucy_AgentSW presenta un plan, éste

no le gusta a Pete: Hospital Universitario está al otro lado de la ciudad de la

casa de su mamá tendría que volver en la hora punta Pete_AgentSW rehace la búsqueda con preferencias

especificas acerca: ubicación y hora de cita

• Lucy_AgentSW teniendo completa confianza en Pete_AgentSW, en el contexto de ésta tarea (certificados de acceso), hace la nueva búsqueda

• En segundos, un nuevo plan es presentado, una clínica más cercana y un horario más temprano, pero con dos notas de advertencia:

Pete tiene que reprogramar dos reuniones menos importantes, esto no es problema

El proveedor no está en la lista de la compañía de seguros en el rubro de terapia física

• Pete y Lucy podrían usar sus AgentSW’s para hacer todas esas tareas no gracias a la WWW, sino a la Web Semántica

Situación: “Pete” y “Lucy”

<html><head>

<title>Yahoo! Weather - Harare (Zimbabwe) Forecast</title>

</head><body>

<table width=100%><tr bgcolor=CCCCFF>

<td><b>Harare Today</b></td>

</tr> <tr><td>at 1:00 pm CAT</td></tr><tr>

<td><table width=100%><tr align=center>

<td rowspan=2 bgcolor=FFCC66> Currently:<br><b><font size=+2>21&ordm;C</font></b></td><td rowspan=2 bgcolor=EEEEEE>

<img src=thunderstorm.gif><br>Thunderstorms</td>

<td bgcolor=FF9966>Hi: <b>27</b> </td></tr><tr align=center>

<td bgcolor=FFFF99>Lo: <b>18</b></td></tr></table><p><center><img src=cscale.gif></center><p>

<table width=100%><tr>

<td><b>Appar Temp:</b></td><td>21&deg;</td><td><b>Dewpoint:</b></td><td>16&deg;</td></tr>

<tr><td><b>Barometer:</b></td><td>1017 mb; falling</td><td><b>Wind:</b></td><td>SE/10 mph</td></tr>

<tr><td><b>Humidity:</b></td><td>73%</td><td><b>Visibility:</b></td><td>6 mi</td></tr>

</table></td>

</tr></table>

</body></html>

Figura N° 1. La Web actual está orientada al consumo humano.

a) La web vista por una persona

b) La Web vista por el computador

Web Semántica

• Busca una Web poblada por agentes de software capaces de navegar y realizar operaciones por nosotros para ahorrarnos trabajo y optimizar los resultados.

• Propone describir los recursos de la Web con representaciones procesables (entendibles) no sólo por personas, sino por programas

• Pretende que los agentes pueden asistir, representar, o reemplazar a las personas en tareas rutinarias o dificultosas para un humano.

Web Semántica

• Hoy en día es poco viable automatizar tareas mediante software en substitución del ser humano.

• La noción de semántica que manejan los buscadores Web se limita fundamentalmente a palabras clave con pesos, lo que no permite reconocer ni solicitar significados más elaborados.

• La Web Semántica aboga por clasificar, dotar de estructura y anotar los recursos con semántica explícita procesable por máquinas.

Figura N° 2 La Web actual versus la Web Semántica

Web Semántica

• En la Web Semántica: cada nodo o recurso (sujeto) tiene un tipo (objeto) que

puede ser un recurso, una literal o un nodo en blanco, ejemplo:

profesor, “Juan Perez”, tienda, “VEA”, pintor, “Van Gogh”, libro, “La Biblia”, “”,etc.,

donde los arcos representan relaciones (propiedades o predicados) explícitamente diferenciadas (pintor–obra, profesor–departamento, libro–editorial).

Web Semántica

• Las tecnologías de la Web Semántica buscan desarrollar una Web más cohesionada, donde sea aún más fácil localizar, compartir e integrar información y servicios, para sacar mayor provecho de los recursos disponibles en la Web.

Tecnologías Habilitantes de la Web Semántica

• Ontologías: - Lenguajes: OWL (Ontology Web Language), RDF (Resource

Description Framework)

- Herramientas: Protégé, PELLET (inferencia ontológica)• Agentes de Software:

- Lenguaje de Programación: Java con IDE NetBeans,

- Plataforma: JADE (Java Agent DEevelopment Framework)• Servicios Web Semánticos:

- WSASW (Web Services Architecture) semánticos

- WSDL (Web Service Description Language) para la descripción de

servicios de red (Elementos: Tipo, Message, PortType, Binding, Port, Service)

Ej. DAML-S y OWL-S lenguaje para la descripción de la semántica de servicios (Profile – Que hace el servicio, Process Model – Como el servicio trabaja, Grounding – Como accesar al servicio)

- SOAP (Simple Object Access Protocol) para el intercambio de mensajes entre

servicios, y

- UDDI (Universal Description, Discovery and Integration) para localizar servicios

dinámicamente

Figura N° 3 La ontología del Servicio en alto nivel de abstracción

a) Objetivo General• Crear una Historia Clínica Automatizada utilizando tecnologías de la

Web Semántica la que permitirá que un registro de paciente sea utilizado por diferentes centros hospitalarios.

• Crear una aplicación a la Ictericia Obstructiva Extrahepática para mostrar los mecanismos de extracción de informaciones y de inferencia

b) Objetivos Específicos• Crear una ontología de la Historia Clínica General• Crear una ontología de la Ictericia Obstructiva Extrahepática.• Definir mecanismos de extracción de informaciones e inferencia basada

en una máquina inferencial.• Desarrollar un prototipo en un ambiente distribuido de Sistemas Multi

Agentes de Software

Estudio de Caso: Historia Clínica Automatizada con Aplicaciones a la IOE

Relevancia: Patología Ictericia Obstructiva

• Alta incidencia • Graves complicaciones• Múltiples Causas: Litiasis Biliar, Neoplasias Biliares,

Inflamatorias, Traumáticas, Parasitarias, Congénitas, Inmunológicas, etc.

• Compleja sistematización• Importante un diagnostico precoz• Oportunidad en el Tratamiento es la clave

Figura N° 4 Usos de la Historia Clínica Electrónica

Resultados

1. Dominio de Historia Clínica. Desarrollo del modelo ontológico de la Historia Clínica General.

2. SubDominio del conocimiento Específico. Desarrollo del modelo ontológico del Síndrome de la Ictericia Obstructiva Extrahepática (IOE)

3. Base de datos clínicos. Estructura de base de datos que apoye a la Web Semántica. ???

4. Máquina Inferencial: Definición de mecanismos de extracción de informaciones e inferencia. PELLET !!!

5. Web Semántica. Desarrollo de un prototipo basado en Sistemas Multiagentes de Software, ontologías en RDF / OWL y Servicios Web Semánticos

6. Infraestructura tecnológica. Adaptación e instalación de la plataforma de infraestructura tecnológica JADE para el desarrollo de agentes de software del prototipo

7. Procesos administrativos: Redefinición de procesos en los centros piloto para la explotación del prototipo de historia clínica automatizada.

Diagnostico de la Ictericia ?

Máquina inferencial !!!!

Figura N° 5 Descripción parcial del concepto «corazón», en una ontología compartida por un sistema de información.

Figura N° 6 Diagrama de Ontología de la Historia Clínica General en alto nivel de abstracción

Figura N° 7 Ontología del concepto Identificación del Paciente (nivel medio de abstracción)

Figura N° 8 Ontología del concepto Registro de Atención de Salud (nivel medio de abstracción)

Figura N° 9 Ontología del concepto Información Complementaria (nivel medio de abstracción)

Figura N° 10 Ontología de la Historia Clínica General en la herramienta Protégé

Figura N° 11 Documento de la Ontología de la Historia Clínica en OWL (Ontology Web Language)

Resumen: Servicios Web Semánticos (SWS) • Aproximación e integración de la Web Semántica y los Servicios

Web como tecnologías complementarias• Servicios Web (Web de aplicaciones) +

Web Semántica (Web de datos) = Servicios Web Semánticos (Web de datos y

aplicaciones)• Nueva infraestructura para los Servicios Web • Buscadores basados en Web Semántica para Servicios Web

– búsqueda basada en restricciones complejas: p.ej. encontrar el hotel más bonito cercano a la playa

• Servicios de Ontologías – proporcionar un Servicio Web que haga deducciones lógicas

por mí: p. ej. en metadatos complejos con una ontología • realizar deducción lógica de términos (inferencia)• buscar y manejar equivalencias• comprobar la validez de la descripción del Servicio Web, etc.

Semantic Web - XML2000by Tim Berners-Lee

Semantic Web - Hoy

XML y XML Schema

RDF (Resouce Description Framework)

Gartner Group 2006

Tendencias pronosticadas - 2009Top 10 Trends in IT for

2009Samuel Geengard

12 Hot IT Management Trends for 2009CIO Update Staff

The Top 10 Strategic Technologies for 2009

Gartner Group

ICT Trends in 2009SUN Microsystems

 1. SW como Servicio2. Virtualización3. Movilidad

empresarial4. Computación “verde”5. Seguridad, riesgo,

conformidad6. Redes sociales7. Web 2.08. Gestión de

documentos y e-Descubrimiento

9. Gestión de Proyectos y de Portafolio de Proyectos

10. Colaboración de Web y Vídeo

1. CMDB2. Virtualización3. Gestión de TI como 

negocio4. Servicio personalizado5. Problemas de 

Computación en nube6. TI “verde”7. Gobierno de TI8. Gestión de TI9. Discos de estado sólido10. Automatización11. Crecimiento del vídeo y 

gestión de comunicación unificada

12. Cambios de roles en la organización

1. Virtualización2. Computación en nube3. Servidores blade4. TI “verde”5. WOA – Arq. Orientada a 

Web6. Mushups empresarial7. Sistemas especializados8. SW social y Redes sociales9. Comunicaciones 

unificadas10. Inteligencia de negocios 

1. SW como Servicio2. Virtualización3. Computación “verde”4. Seguridad y privacidad5. Redes sociales 

Gartner Group 2011

Bibliografía• http://arantxa.ii.uam.es/~castells/publications/castells-

uclm03.pdf

• http://www.w3.org/2000/Talks/1206-xml2k-tbl/Overview.html

• http://www.w3.org/Submission/OWL-S/

• The Semantic Web: A new form of Web content that is meaningful to computers will unleash a revolution of new possibilities. By Tim Berners-Lee, James Hendler and Ora Lassila. May 2001 Scientific American Magazine.

• From the Semantic Web to social machines: A research challenge for AI on the World Wide Web. Artificial Intelligence, 174 (2010), 156-161.

Gracias