Raisonnement automatique

Raisonnement en monde ouvert

La fonction sync_reasoner() permet d’exécuter le raisonneur et d’appliquer automatiquement les faits déduits dans le quadstore. Par défaut, le raisonneur HermiT est utilisé. Les fonctions sync_reasoner_pellet() et sync_reasoner_hermit() permettent de spécifier le raisonneur sachant que Pellet et Hermit fonctionnent de la même manière dans Owlready.

Par exemple, dans l’ontologie des bactéries commençons par vérifier la classe à laquelle appartient l’individu bactérie_inconnue :

>>> onto.bactérie_inconnue.__class__  
bacterie.Bactérie 

Nous exécutons ensuite le raisonneur :

>>> sync_reasoner()  
* Owlready2 * Running HermiT...  
   java [...]  
* Owlready2 * HermiT took 0.5354642868041992 seconds  
* Owlready * Reparenting bacterie.bactérie_inconnue [...] 

Par défaut, Owlready affiche la ligne de commande du raisonneur et les reclassements effectués (le paramètre debug = 0 permet d’éviter cet affichage).

Nous constatons que l’individu bactérie_inconnue a bien été reclassé dans la classe Staphylocoque, comme il l’avait été dans Protégé :

>>> onto.bactérie_inconnue.__class__  
bacterie.Staphylocoque 

Les faits déduits par le raisonneur...

Raisonnement en monde fermé ou en monde fermé local

Les raisonneurs OWL fonctionnent selon l’hypothèse du monde ouvert : tout ce qui n’est pas interdit est considéré comme possible (voir chapitre Les ontologies OWL, section Raisonnement automatique). Cependant, il est souvent souhaitable de limiter le raisonnement aux seuls faits connus, pour l’ensemble de l’ontologie ou pour certaines entités. Il s’agit alors d’un raisonnement en monde fermé, parfois aussi appelé négation par défaut (negation as failure), c’est-à-dire que tout ce qui n’est pas explicitement connu est considéré comme faux.

La fonction close_world() permet de « fermer le monde » et de limiter le raisonnement aux faits présents dans l’ontologie, pour l’individu, la classe ou l’ontologie passé en argument. Cette fonction ajoute automatiquement les contraintes nécessaires, sous forme de constructeurs. On parle de raisonnement en monde fermé lorsque toute l’ontologie est fermée, et de raisonnement en monde fermé local lorsque seules certaines entités le sont.

Nous avions déjà rencontré un problème de monde ouvert ou fermé avec la classe Streptocoque au chapitre Les ontologies OWL (voir le point 2 à la fin de la section Raisonnement automatique) :...

Classes et ontologies inconsistantes

Lors du raisonnement, il se peut que le raisonneur détecte des classes inconsistantes. Ces classes sont illogiques et, par conséquent, il ne doit pas y avoir d’individu appartenant à celles-ci. Par exemple dans notre ontologie des bactéries, la classe suivante, héritant de la classe Streptocoque et associé à une forme Allongée (via une restriction), serait inconsistante :

>>> with onto:  
...     class StreptocoqueAllongé(onto.Streptocoque):  
...         is_a = [onto.a_pour_forme.some(onto.Allongée)] 

Tant qu’il n’y a pas d’individu appartenant à cette classe, cela ne pose pas de problème. Les classes inconsistantes sont reclassées comme équivalente à Nothing par le raisonneur. Il est donc possible de les détecter en Python en cherchant Nothing dans les classes équivalentes, par exemple pour vérifier si la classe StreptocoqueAllongé est consistante :

>>> sync_reasoner()  
>>> if Nothing in StreptocoqueAllongé.equivalent_to:  
...         print("La classe est inconsistante !")  
... else:  
...         print("La classe est consistante.")  
La classe est inconsistante ! 

De plus, la méthode default_world.inconsistent_classes()...

Restriction et raisonnement sur les nombres et les chaînes de caractères

La classe ConstrainedDatatype permet de créer un type de données contraint selon une ou plusieurs facettes, par exemple un entier positif ou une chaîne de caractères d’au moins 3 caractères. La syntaxe est la suivante :

ConstrainedDatatype(type_de_donnée_de_base, facette1 = valeur1, 
                                           facette2 = valeur2,...) 

type_de_donnée_de_base est le type de donnée initial, par exemple int, float, bool, str, norm_str,... (voir tableau du chapitre Accéder aux ontologies en Python - section Relations).

Les facettes suivantes sont proposées par XMLSchema :

Règles SWRL

SWRL (Semantic Web Rule Language) est un langage qui permet d’intégrer des règles d’inférences dans les ontologies. Les règles peuvent être écrites dans l’éditeur Protégé ou bien en Python, à l’aide d’Owlready, et ensuite exécutées via les raisonneurs HermiT ou Pellet intégrés.

Dans l’ontologie des bactéries, l’exemple de règle suivant permet de classer comme étant des Staphylocoques toutes les bactéries Gram positives de forme ronde et regroupées en amas :

Bactérie(?b),  
gram_positif(?b, true),  
a_pour_forme(?b,?f), Ronde(?f)  
a_pour_regroupement(?b,?r), EnAmas(?r)  
-> Staphylocoque(?b) 

Exemple : système d’aide à la décision à base d’ontologie

Un système d’aide à la décision permet d’aider un expert à prendre une décision, par exemple en lui faisant des propositions. Ici, nous nous intéressons à l’identification des bactéries. À partir des caractéristiques observées sur la bactérie (coloration Gram, forme, regroupement...) et des connaissances contenues dans l’ontologie des bactéries, le système essaie d’en déterminer le type. Le système peut également s’abstenir : lorsque les données sont insuffisantes, aucune détermination n’est effectuée.

Ce système d’aide à la décision est réalisé sous la forme d’un site web dynamique avec Flask (que nous avons déjà utilisé au chapitre Accéder aux ontologies en Python, section Exemple : créer un site web dynamique à partir d’une ontologie). Il comprend deux pages : une page de saisie qui contient un formulaire pour décrire la bactérie observée, et une page résultat qui effectue le raisonnement et affiche le résultat.

Le programme suivant crée le site web d’aide à la décision :

# Fichier aide_decision.py  
from owlready2 import *  
onto = get_ontology("bacterie.owl").load()  
 
from flask import Flask, request 
app = Flask(__name__)  
 
@app.route('/')  
def page_saisie():  
   html = """<html><body>  
<h3>Entrez les caractéristiques de la bactérie :</h3>  
<form action="/resultat">  
   Gram :<br/>  
   <input type="radio" name="gram" value="True"/> Positif<br/>  
   <input type="radio" name="gram" value="False"/> Négatif<br/>  
   <br/>  
   Forme :<br/>  ...