Introdução ao RDF: Resource Description FrameworkPublicação e Recuperação de Projetos de Pesquisas

Universidade Federal do Rio Grande do Sul

Por

Nelson Henrique Zanete – [email protected]

Mestrando em Ciência da Computação

Prof.: José Valdeni de Lima

Resumo

O Resource Description Framework (RDF) é uma infra-estrutura, que possibilita a codificação, troca e reuso de estruturas de meta-dados. [5] RDF permite uma visão complementar dos dados, através do uso de mecanismos que suportam convenções comuns de semântica, sintaxe e estrutura.

Muitas instituições de pesquisas deixam de oferecer de forma eficiente a principal matéria-prima para o desenvolvimento sócioeconômico na era da globalização: a informação. Pelo menos três aspectos importantes, contribuem para o propósito de informar: A integração institucional, a multidisciplinaridade e a aprendizagem a partir do enfrentamento de problemas do cotidiano com informações rápidas e precisas. Nesse artigo, abordamos alguns problemas de semântica para descrever recursos da as instituições de pesquisa, que retardam o acesso e a difusão das informações científicas necessárias a este propósito Web e sugerimos soluções tecnológicas viáveis para minimizá-los. A idéia básica, consiste na utilização marcações apropriadas para cada elemento de um projeto de pesquisa e utilizar recursos e tecnologias apropriadas para processamento, difusão e recuperação das informações.

A idéia básica, consiste na adição de Meta-dados, (dados sobre os dados) afim de descrever conteúdos, direitos autorais ou até mesmo representar conhecimento, com algum mecanismo de argumentação (reasoning) dos recursos da Web. -

1. Introdução

Hoje em dia as informações científicas mais recentes, se encontram distribuídas no ambiente World Wide Web. A descoberta e a troca de informações entre comunidades é um processo difícil, devido a falta de padrões entre os termos e vocabulários diferenciados de cada comunidade

Hoje em dia as informações científicas mais recentes, se encontram no ambiente World Wide Web. O acesso aos recursos se tornaram tão comuns que já são realidade nas diversas instituições de pesquisa. O correio eletrônico, os sistemas de procura de informações, os grupos de discussões e as interfaces amigáveis dos navegadores, constituem poderosas ferramentas para busca do conhecimento. Em todo o mundo, uma grande quantidade de informações de pesquisas, tem sido publicada na World Wide Web num formato conhecido como HTML (Hypertext Markup Language). Este formato descreve como os navegadores devem apresentar o texto referente a este documento. A abordagem do HTML inibe um aspecto importante da publicação de informações, que é torná-las acessíveis. Enquanto ele se preocupa com a forma de apresentação dos dados, deixa de lado o aspecto mais importante, que é o significado dos dados. Nossa principal motivação é apresentar um estudo de caso real, da complexidade das informações contidas nos projetos de pesquisas e propor uma solução viável para publicação e acesso a estas informações. O Artigo está organizado como segue: Seção 2 apresenta a instituição que foi realizado o estudo de caso e qual o objetivo do projeto. A seção 3 apresenta a estrutura das informações contidas nos projetos de pesquisa. A seção 4 comenta os problemas com a abordagem HTML, normalmente utilizada para publicação destas informações e apresenta uma nova proposta. A seção 5 apresenta as considerações finais com algumas sugestões adicionais.

PALAVRAS CHAVES: Projetos de Pesquisa, Publicação, Documentos Estruturados, Competitividade, Difusão de tecnologia.

A Instituição

O presente estudo de caso foi realizado no Instituto Agronômico do Paraná - IAPAR que é uma instituição de pesquisa agropecuária cuja missão é gerar e difundir conhecimentos científicos e tecnológicos para o desenvolvimento sustentado da agropecuária paranaense. As pesquisas do IAPAR resultaram em variedades melhoradas, definição de tecnologias adequadas e a atuação em programas voltados para desenvolvimento sustentado da agropecuária paranaense. Desde sua fundação o IAPAR produziu uma grande quantidade de informações que foram se acumulando com o passar do tempo, em caixas de papéis cheias de documentos, relatórios técnicos e resultados de pesquisas. O objetivo deste projeto é tratar o grande volume de informações geradas por mais de vinte anos de pesquisas, a fim de que possa, eficientemente, ser disponibilizadas para comunidade científica.

A estrutura das Informações

. Devido aos variados tipos de informações como textos, tabelas, imagens, fórmulas matemáticas, fórmulas químicas e outras, o meio para descrever cada recurso deste tipo, deve variar de acordo com cada comunidade científica. Suponhamos a criação de um meta-dado para descrever a seguinte frase:

a) “The author of Document 1 is John Smith”

b) “John Smith is the autor of Document 1”

Para interpretação humana, as duas declarações possuem o mesmo significado, mas para a máquina as duas declarações são “strings” completamente diferentes. Então, quando desejamos criar um meta-dados para expressar os autores de um documento, como devemos proceder para evitar este problema ? Suponhamos o caso da descrição de uma imagem: como podemos criar meta-dados para descrevê-la ? O ideal seria utilizar um vocabulário comum à comunidade científica especializada em processamento de imagem, para facilitar inclusive, a recuperação das informações desse tipo. E quanto as fórmulas matemáticas e químicas ? Existem outras comunidades preocupadas em criar um vocabulário próprio para a criação de meta-dados. A Chemical Markup Language, [6] (Linguagem de Marcação Química) é um exemplo de linguagem padronizada pela “Chemical Community” que entre outras, oferece suporte para representação de meta-dados. Como existem diversas maneiras de descrever meta-dados, consequentemente a procura ou a troca de informações sobre determinado assunto, se torna prejudicada. A idéia da criação de um padrão, definido mundialmente para descreve-los seria complexo de gerenciar devido às diversas áreas do conhecimento humano e do grande volume de informação que a Web contém. Pensando nesse problema, o artigo propõe uma solução resultante de consensos e experiências de várias comunidades sobre como prover uma arquitetura robusta e flexível para descrever meta-dados na Web. O Artigo está organizado como segue: Seção 2 apresenta o RDF (Resource Description Framework) e a solução para o problema de semântica, a seção 3 apresenta o modelo formal do RDF e uma ferramenta de interpretação como exemplo e a seção 4 apresenta as considerações finais com algumas sugestões adicionais.

PALAVRAS CHAVES: Meta-dados, RDF, Resource Description Framework.

Os projetos de pesquisas contém informações complexas dos mais variados tipos como: textos, tabelas, imagens, fórmulas matemáticas, fórmulas químicas, referências a programas, referências às atividades e outras. Além disso eles fazem parte de uma estrutura hierárquica, em forma de árvore, que compreendem respectivamente Programas, Projetos e Atividades. As informações, da forma que eram armazenadas a mais de dez ou vinte anos atrás, dificultavam a sua recuperação. Observe o documento da figura 1, mesmo utilizando técnicas avançadas de processamento de imagem, como limiarizações, no intuito de tratar e recuperar o texto, ainda assim, a informação de que este documento é uma “ficha de avaliação de uma atividade do projeto de Uso Potencial do Solo” contendo nome da atividade, métodos e resultados alcançados, satisfatórios ou não, deveriam ser evidenciados, para permitir uma recuperação mais precisa.

Figura 1. Ficha de avaliação de resultados do projeto “Uso Potencial do Solo”

O HTML é uma tecnologia de ponta e tem mudado o mundo em que vivemos. O problema em publicar os projetos de pesquisa, gerando documento no formato HTML, é que informações importantes são perdidas, no momento em que os dados são convertidos para este formato. A utilização de marcações “META” para evidenciar o título do projeto, autor, resumo, palavras-chaves e depois indexa-los em um servidor Web, facilitam e melhoram a recuperação das informações, mas no entanto, os dados referentes as informações úteis de uso potencial, dos mais diversos elementos que compõe o projeto não são preservados.

2. O RDF – Resource Description FrameworkNossa proposta

Uma tecnologia emergente, capaz de lidar com essa complexidade da descrição de meta-dados,os projetos d está no uso de um Framework de Infra-estrutura, o RDF.s A infra-estrutura do RDF, possibilita a interoperabilidade de meta-dados, através do uso de mecanismos que suportam convenções comuns de semântica, sintaxe e estrutura. O RDF não estipula a semântica para cada comunidade descrever seus recursos, mas provê habilidades para estas comunidades descrever os recursos de acordo com suas necessidades. Recursos temRecursos têm propriedades (atributos ou características). RDF define recursos como qualquer objeto que está unicamente identificado por um Uniform Resource Identifier (URI), que poderá ser um documento uma imagem, uma tabela etc... As propriedades associadas com recursos são identificadaos por tipos de propriedades e tipos de propriedades tem correspondentes valores. Tipos de propriedades expressam a relação de valores associados com recursos. No RDF valores podem ser atômicos (strings, números, etc.) ou podem conter outros recursos com suas propriedades particulares. A coleção das propriedades que se refere ao mesmo recurso são chamadas de “description”. Voltando ao “Documento 1” do problema exemplificado acima, podemos considerar a representação do “Documento 1” como recurso, pois ele pode ser identificado com o URI. A, assim o modelo de dados correspondente a declaração “the author of Document 1 is JJohn Smith” tem: um simples recurso chamado Document 1, um tipo de propriedade author e o correspondente valor John Smith. Para distinguir características de um modelo de dados a especificação do modelo do RDF representa as relações entre recursos, propriedades e valores através de um grafos onde os nós (desenho oval) representam os recursos, os arcos (setas) representam as propriedades e as palavras entre aspas ou citadas representam os valores das propriedades.

Figura 1

Se for desejado adicionar mais alguma informação relativo a “John Smith” como emaile-mail e afiliação, estaremos descrevendo propriedades referente ao “author”, que nesse caso passa a ser tratado como recurso Figura 2.

Figura 2

Neste caso o valor “John Smith” é trocado por um único identificador de recurso denotado por “Author_001” com as propriedades associadas: nome, e-mail e afiliação.

O modelo de RDF permite a criação de recursos em múltiplos níveis. Adicionalmente à representação de nomes de pessoas, “John Smith”, poderia ter sido descrito, usando as propriedades “nome” e “sobrenome”. Neste caso o detalhamento no processo de descrição pode se estender por vários níveis, dependendo do domínio da aplicação. A solução proposta pelo modelo de dados RDF, naturalmente soluciona o problema da semântica entre as duas frases, restando como desafio dar, significado, para os diferentes vocabulários das comunidades. Suponhamos a propriedade “author”, dependendo da necessidade de diferentes comunidades, ela pode ter um significado mais amplo ou mais restrito. Como tal,, alguns problemas podem esse problema pode se agravaraparecer se múltiplas comunidades usarem as mesmas propriedades para dar significado a coisas diferentes. Para prevenir isso, o RDF usa o mecanismo de “namespaces”[1], para evitar que determinada propriedade tenha um sentido ambigüo. (mais de uma interpretação). O mecanismo de namespaces pode ser criado por qualquer comunidade que será a responsável pelo vocabulário (Schema) do seu domínio. Por exemplo, a propriedade “author” definida por Dublin Core [2] definiu o significado para a propriedade ““hautor como “An entity primarily responsible for making the content of the resource.” e especificou um elemento chamado CREATOR para identificar essa propriedade. Então utilizando o “Schema” do Dublin Core abreviado como a sigla “DC”, o exemplo da Figura 1 ficaria como segue:

Figura 3

Um caminho para representar o meta-dado, utilizando o vocabulário do Dublin Core, seria usar a sintaxe XML namespaces [1] como segue:

<?xml:namespace ns = "http://www.w3.org/RDF/RDF/" prefix ="RDF" ?> <?xml:namespace ns = "http://purl.oclc.org/DC/" prefix = "DC" ?>

<RDF:RDF>

<RDF:Description RDF:HREF = "http://uri-of-Document-1">

<DC:Creator>John Smith</DC:Creator>

</RDF:Description>

</RDF:RDF>

No RDF o significado é expressado por um “schema”. Podemos pensar num eschema como um tipo de dicionário. Um esquema define os termos que serão usados nas declarações de RDF e dá significado específico a eles. [8] Um esquema é um lugar onde as definições e restrições do uso de propriedades são documentadas no sentido de evitar confusões e conflitos de definições do mesmo termo. No RDF cada predicado usado na declaração deve ser identificado com exatamente um namespace. Entretanto, uma descrição pode conter declarações com propriedades de muitos namespaces. Mecanismos para decrever valores complexos também estão disponíveis. A sintaxe do RDF, permite que outras propriedades possam ser valores de propriedades. O exemplo abaixo mostra uma parte da sintaxe do qual a propriedade <DC:CREATOR> mostrada nos exemplos acima, foi expressa com outras propriedades de um namespace diferente. Neste caso o “vCard metadata schema” [3], que foi usado para dar mais informação sobre o criador “CREATOR” do recurso.

...

<DC:Creator parseType="Resource">

<vCard:FN> Dr Jacky J Crystal </vCard:FN>

<vCard:TITLE> Director </vCard:TITLE>

<vCard:EMAIL> [email protected]</vCard:EMAIL>

<vCard:ROLE> Researcher </vCard:ROLE>

</DC:Creator>

...

Figura 4 – Valores Complexos

RDF pode expressar coleções das mesmas propriedades com Bags (Bag), Sequences (Seq) e Alternatives (Alt). [4] Um RDF Bag é simplesmente uma coleção de múltiplos valores para uma mesma propriedade. O exemplo abaixo mostra três criadores de um recurso utilizando o container (Bag). (Bag é usado quando a ordem da lista não é importante).

...

<DC:Creator>

<Bag>

<li> Maddie Azzurii </li>

<li> Corky Brown </li>

<li> Jacky Crystal </li>

</Bag>

</DC:Creator>

...

Figura 5 – RDF Bag

Um RDF Sequence (Seq) é uma coleção de múltiplos valores para uma propriedade onde a ordem dos valores é importante. O exemplo abaixo mostra uma lista de três criadores para um recurso, ordenados alfabeticamente por sobrenome.

...

<DC:Creator>

<Seq>

<li> Maddie Azzurii </li>

<li> Corky Brown </li>

<li> Jacky Crystal </li>

</Seq>

</DC:Creator>

...

Figura 6 – RDF - Sequence

Um RDF Alternative (Alt) é usado quando existe uma escolha de valores disponíveis para uma propriedade, com cada valor válido, mas dependente de algum outro fator. O primeiro valor é considerado o “default”. O exemplo abaixo apresenta uma lista com três possíveis locais para FTP de um mesmo arquivo:

...

<SOFT:Location>

<Alt>

<li> ftp://soft-sales.com.us/abc.exe </li>

<li> ftp://soft-sales.com.au/abc.exe </li>

<li> ftp://soft-sales.com.de/abc.exe </li>

<li> ftp://soft-sales.com.uk/abc.exe </li>

</Alt>

</SOFT:Location>

...

Figura 7 – RDF Alternative

3. O modelo formal do RDF

Formalmente o modelo de dados do RDF é representado com uma 3-tuples (triples) {pred, sub, obj} onde predicado (pred) é uma propriedade, assunto (subject) é um recurso e objeto (obj) ou é um recurso ou um literal. Utilizando a sintaxe formal do modelo RDF para descrever meta-dados, as possibilidades de descrever conteúdos “compreensíveis por máquina” e a representação de conhecimento se tornam enormes. Uma série de ferramentas estão sendo desenvolvidas para validação e interpretação de meta-dados que utilizam o modelo do RDF. O SiRPAC é um conjunto de classes de Java que pode analisar documentos RDF/XML em 3-tuples de um correspondente modelo de dados RDF. [7] O analisador também pode ser configurado para buscar automaticamente o correspondente “schema” RDF do “namespace” declarado. Para oferecer uma visão mais detalhada da análise do modelo de RDF pela ferramenta, suponhamos o exemplo abaixo:

Figura 8 – Documento RDF original

O modelo original, figura 8, descreve em formato RDF dois criadores para a página “cool.html”. Segundo o modelo formal do RDF {pred, sub, obj} a ferramenta retorna um conjunto de “triples” (recurso, propriedades e valores) permitindo mais facilmente a recuperação de propriedades e o correspondente significado.

Figura 9 – 3-tuples

Analisando-se cada “3-tuples” verificamos que o recurso “cool.html” foi descrito com outro recurso do tipo “Seq”. (segundo a sintaxe do RDF). O recurso “Seq” por sua vez, descreve dois valores em sequência. Finalmente para visualizar as “triples” na forma de gráfico, basta desenhar cada uma delas utilizando-se do modelo gráfico formal do RDF onde:

Figura 10 – Modelo gráfico para declarações

S – descreve o recurso;

P – descreve as propriedades

O – descreve o objeto.

Olhando para a figura 11, gerada pela ferramenta SiRPAC podemos entender claramente que o recurso “cool.html” possui dois criadores, estando eles, dispostos em sequência alfabetica por sobrenome, onde o primeiro (_1) é “Mary Andrew” e o segundo (_2) é “Jacky Crystal”.

Figura 11 – Gráfico Rotulado gerado pela ferramenta SiRPAC

4. Conclusão

Nesse sentido o modelo RDF, soluciona o problema de semântica entre as comunidades, permitindo a criação de propriedades e seus respectivos significados. Além disso, um modelo pode ser criado para leitura humana e também para processos de computador, possibilitando às aplicações “aprenderem” com o esquema e validarem seus conteúdos. e pesquisa está no uso de linguagens de marcação livre, como a XML (eXtensible Markup Language). Diferentemente da HTML, na XML uma quantidade arbitraria de marcações podem ser criadas, de forma que estas marcações evidenciem cada elemento que compõe o projeto de pesquisa, inclusive a nível de tipos de elementos como, fórmulas, variáveis, constantes, números, textos, e outras. Outra vantagem do uso de XML está na flexibilidade de sua estrutura lógica. Um elemento de um projeto, como uma tabela, pode ser criado fisicamente como uma entidade separada, e então, fazer parte da estrutura lógica de vários projetos. Note que estamos falando de conteúdo e não de aparência de projetos de pesquisa, pois na XML podemos exibir um mesmo conteúdo de diversas maneiras. Mas a grande vantagem e a idéia principal desta proposta está na reutilização e processamento dos elementos que compõe um projeto. O ideal seria que, ao visualizar uma fórmula matemática no texto de um projeto, pudéssemos interagir com essa fórmula, executando, visualizando seus resultados ou até mesmo fazendo simulações com a troca de valores das variáveis. Linguagens de marcações padronizadas para esta finalidade estão sendo projetadas e já são realidade. A Chemical Markup Language, (Linguagem de Marcação Química) e a Mathematical Markup Language, Linguagem de Marcação Matemática, são exemplos de linguagens padronizadas. Ferramentas e applets de navegadores estão surgindo com a finalidade de dar vida aos elementos que compõe qualquer documento. Quando uma fórmula matemática é escrita em Mathematical Markup Language ao invés de texto tradicional (com caracteres especiais), elas podem ser submetidas às ferramentas especialmente feitas para interpretar e executar esta linguagem, possibilitando simulações e validações de duas maneiras: primeiro como uma caixa preta, apenas utilizando a fórmula, e depois se necessário ou conveniente, visualizando os detalhes de como ela foi construída. Para finalizar o conceito, nossa proposta consiste em escrever num primeiro momento, cada elemento do conteúdo de um projeto de pesquisa com marcações apropriadas àquele elemento, e então, adicionar cada um deles (ou referências a eles), em uma estrutura lógica maior, de marcação livre, formando o projeto de pesquisa como um todo. Um dos detalhes importantes para esta implementação está na elaboração de uma hierarquia de marcações. Essa hierarquia é importante para que árvore Programa, Projeto e Atividade de pesquisa seja mantida. Isso pode ser conseguido através da análise de um programa de pesquisa, com vários projetos com várias atividades. Com estas marcações definidas, recursos adicionais da tecnologia XML, como as DTD’s – Document Type Definitions podem ser aplicados. Uma DTD vai garantir que os documentos XML dos projetos de pesquisa, sejam elaborados com a hierarquia correta. O documento XML abaixo, foi elaborado com base no documento da Figura 1. Note que as marcações são livres, mas aninhadas, formando o chamando, “Documento XML de boa formação”.

As marcações de início e final de cada elemento, permitem que o seu conteúdo seja recuperado de forma segura, pois já é conhecido qual o tipo de informação que ele contém. O aninhamento dos elementos do documento XML faz com que a informação “ficha de avaliação de uma atividade do projeto de Uso Potencial do Solo” seja naturalmente mantida, o que não é evidente em um documento no formato de imagem, texto simples ou HTML. Se o mesmo documento fosse publicado em HTML a hierarquia de elementos estaria perdida porque o conjunto de marcações HTML é predefinido e apenas exibe o conteúdo de suas marcações no browser. Em HTML não se poderia criar uma marcação <PROJETO> ou <AVALIACAO> para evidenciar um conteúdo específico. Num segundo momento, podemos utilizar ferramentas de indexação e recuperação para documentos de marcações livres. Suponhamos o documento acima indexado com o Xdex [8], note que o elemento “nome” aparece dentro do elemento “projeto” e dentro do elemento “atividade”. Nesta ferramenta, usando suas capacidades de índices, o usuário poderia procurar por todos os documentos NOME = ”Uso Potencial do Solo” ou realizar uma pesquisa mais específica, adicionando detalhes no argumento de busca como: AVALIACAO\PROJETO\NOME = ”Uso Potencial do Solo” ou ainda ATIVIDADE = ”Levantamento detalhado de Solos de Cambara”. Neste último, o conteúdo procurado não é referente a marcação “atividade”, mas a procura será realizada entre as marcações “filho” de atividade.

Conclusão

Um propósito simplesmente além do publicarinformar, seria descrever conteúdos pensando que eles poderão ser utilizados a nível mundial, e que muitas áreas do conhecimento humano farão uso dele. Além disso, representar conhecimento, com algum mecanismo de argumentação, permitem às pessoas tirarem conclusões com maior segurança e naturalmente colabora para a construção da “Web de Confiança”.

não somente publicar as informações referentes aos projetos de pesquisa, mas torná-las vivas, oferecendo um mecanismo de interação com elas. Com essa interação, os pesquisadores podem validar elementos, reutilizar, abstrair novas idéias e tirar conclusões com mais segurança. Além disso, utilizar uma linguagem independente de plataforma, garante o intercâmbio de informações de forma padronizada e ágil. Para uma instituição, que tem como propósito informar, gerar tecnologias e produtos, a velocidade em adquirir informações e conhecimento é um fator determinante. Para esta instituição, publicar o grande volume de resultados de pesquisas com uma tecnologia emergente a nível mundial, valoriza seu patrimônio, divulga a instituição, traz divisas e aumenta potencialmente sua competitividade.

Bibliografia

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