Языки представления онтологий: RDFS, OWL. Язык запросов SPARQL RDFS OWL Запросы к RDF/OWL: SPARQL. - презентация

1 Языки представления онтологий: RDFS, OWL. Язык запросов SPARQL RDFS OWL Запросы к RDF/OWL: SPARQL.

2 RDFS RDFS – язык описания словарей для RDF. RDF Schema определяет классы, свойства и другие ресурсы. RDFS является семантическим расширением RDF.

3 Система классов и свойств языка RDFS класс свойство -домен -диапазон сравнение с системой классов ООП.

4 Определим свойство «автор» с доменом «Документ» и диапазоном «Человек». Пример (начало) Автор ДокументЧеловек

5 a-la RDF (дескриптивная логика): Класс («Документ»); Класс («Человек»); Свойство («автор», «Документ», «Человек»). В случае появления дополнительной информации о свойствах «Документа», нет необходимости изменять описание класса «Документ». Достаточно добавить новое свойство с соответствующим доменом. Пример (окончание) a-la Java: Класс «Документ» { «Человек» «автор» }

6 Классы (1) Ресурсы могут объединяться в группы называемые классами. Члены класса называются экземплярами класса. Экземпляры и классы являются ресурсами RDF. Свойство rdf:type используется для того, чтобы указать, что ресурс является экземпляром класса

7 Классы (2) RDF отделяет класс от множества его экземпляров (т.н. экстенсионала). Два класса с одинаковыми экстенсионалами считаются различными, если они имеют разные наборы свойств (интенсионалы).

8 Пример (интенсионал и экстенсионал) Рассмотрим множества A = {0, 2, 4, 6, 8}, B = {x, | x = 2k, k = 0..4, k - целое}, C – множество неотрицательных четных чисел меньших 10. В этом примере множество А описывается своим экстенсионалом, множества В и С описываются интенсионалами, т.е. используя характеристические свойства данного множества. Парадокс Рассела. Примечательно, что RDF нарушает одну из основных аксиом теории множеств: классу RDF не запрещено быть экземпляром самого себя.

9 Классы (3) Группа ресурсов, являющихся классами в RDFS описывается термином rdfs:Class Отношение «подкласс-надкласс», описывается RDFS свойством rdfs:subClassOf. Любой класс по определению является подклассом самого себя. В спецификации по RDFS определены также списки, коллекции и контейнеры ресурсов, текстовые пометки и комментарии для создания удобных для чтения примечаний к ресурсам.

10 Перечень классов RDFS

11 Перечень свойств RDFS

12 Реификация или материализация утверждений К реификации прибегают, когда необходимо сделать утверждение об утверждении RDF Для этого используется специальный класс rdf:Statement и его свойства rdf:subject, rdf:predicate, rdf:object. Каждое RDF утверждение является экземпляром класса rdf:Statement

13 Пример (начало) Утверждение об авторстве исходного утверждения: Утверждение 1: «товар Т имеет цену х». Допустим, что оно сделано Ивановым Иваном Ивановичем на языке RDF. Требуется высказать утверждение 2 о том, что именно Иванов И.И. сделал утверждение 1.

14 Пример (продолжение) ТоварТ rdf:Property имеет цену Цена х rdf:Statement Утверждение 1* rdf:subject Т* rdf:predicate имеет цену* rdf:object х* rdf:Statement Утверждение 1+ rdf:Property сделано автором+ ЧеловекИванов Иван Иванович+ Важный момент: Косвенные утверждения.

15 Пример (окончание) имеет цену Т Х Утверждение 1 Иванов Иван Иванович сделано автором rdf:subjectrdf:predicaterdf:object rdf:Statement Цена Товар rdf:type Человек rdf:type

16 Возможности RDF, RDF Schema обобщенный способ работы с метаданными ориентирован на программное обеспечение в качестве конечного потребителя информации позволяет осуществлять автоматическую обработку Web-ресурсов - поиск - каталогизацию - генерацию иерархических карт сайтов

17 Ограничения языка RDF, RDF Schema Открытость и расширяемость RDF ведет к тому, что «кто угодно (т.е. любой пользователь RDF) может сказать что угодно (т.е. фиксировать произвольное утверждение) о чем угодно (т.е. о любом ресурсе Сети)» используя RDF. RDF не запрещает делать бессмысленных утверждений или утверждений не согласующихся с другими. Следовательно, нет никакой гарантии целостности и непротиворечивости RDF-описаний. Вся ответственность за проверку целостности ложится на получателей (конечных пользователей) метаданных, т.е. на разработчиков приложений обрабатывающих RDF.

18 Способы представления RDF- описаний (1) XML синтаксис August 16, 1999 en

19 Способы представления RDF- описаний (2) N3 (N-Triples) синтаксис (удобный для чтения человеком, но еще и расширяющий исходную модель RDF) exstaff: "August 16, 1999". "en".

20 Краткие итоги (RDF) RDF – язык описания метаданных в Сети Модель данных RDF – ориентированный граф RDF граф строится на основе элементарных высказываний (триплетов) Форма высказываний – бинарное отношение (S,P,O) RDF чрезвычайно выразителен (кто угодно может сказать что угодно о чем угодно) RDFS служит для определения словарей RDF.

21 OWL OWL (Web Ontology Language) – язык представления онтологий в Web. Фактически это словарь расширяющий набор терминов определенных RDFS. OWL-онтологии могут содержать описания классов, свойств и их экземпляров.

22 Исторические предшественники OWL DAML, OIL, SHOE, XOL OWL является рекомендацией W3C и объединяет лучшие черты своих предшественников

23 Три диалекта OWL OWL Lite (простота) OWL DL (полнота и разрешимость) OWL Full (выразительная мощь) Каждый из этих диалектов (кроме Lite) является расширением предыдущего. Как следствие: Любая OWL Lite онтология является OWL DL онтологией, а любая OWL DL онтология является OWL Full онтологией.

24 Структура OWL онтологии Заголовок версия примечания импортируемые онтологии Тело описания классов, свойств и индивидов в форме аксиом

25 OWL. Базовые элементы. Классы (1) Различия в смысле owl:Class для диалекта Full и DL Специальные классы Thing Nothing

26 OWL. Базовые элементы. Классы (2) 6 способов определения класса 1. идентификатором класса ( URI) 2. перечислением всех экземпляров класса 3. ограничением свойства 4. пересечением 2 и более определений классов 5. объединением 2 и более определений классов 6. дополнением определения класса

27 OWL. Базовые элементы. Классы (3) Простейшая аксиома, определяющая именованный класс: Все что постулирует эта аксиома – существование класса с именем Human. Конструкции OWL для определения сложных аксиом классов: rdfs:subClassOf - говорит о том, что экстенсионал одного класса (подкласс) полностью входит в экстенсионал другого (надкласс). owl:equivalentClass - говорит о том, что экстенсионалы двух классов совпадают. owl:disjointWith - говорит о том, что экстенсионалы двух классов не пересекаются.

28 OWL. Базовые элементы. Свойства (1) Две основные категории OWL свойств: объектные свойства (owl:ObjectProperty) связывают между собой индивиды свойства-значения (owl:DatatypeProperty) связывают индивиды со значениями данных Оба класса свойств являются подклассами класса rdf:Property Простейший пример аксиомы свойства: Всё что постулирует эта аксиома – существование некоторого свойства "hasParent" связывающего экземпляры owl:Thing друг с другом.

29 OWL. Базовые элементы. Свойства (2) Конструкции для построения аксиом свойств (начало): Конструкции RDF Schema : rdfs:subPropertyOf (определяет подсвойство данного свойства), rdfs:domain (определяет домен) и rdfs:range (определяет диапазон) Отношения между свойствами : owl:equivalentProperty (определяет эквивалентное свойство) и owl:inverseOf (определяет обратное свойство)

30 OWL. Базовые элементы. Свойства (3) Конструкции для построения аксиом свойств (окончание) Ограничения глобальной кардинальности: owl:FunctionalProperty (определяет однозначное свойство – однозначное отображение домена свойства на диапазон) и owl:InverseFunctionalProperty (взаимоднозначное отображение домена свойства на его диапазон, т.е. определяет существование однозначного свойства обратного данному свойству) Логические характеристики свойства: owl:SymmetricProperty (определяет свойство как симметричное данному) и owl:TransitiveProperty (определяет транзитивное свойство)

31 OWL. Базовые элементы. Индивиды (1) Индивиды определяются при помощи аксиом индивидов (фактов) 2 вида фактов: (1) Факты о членстве индивидов в классах и о значении свойств индивидов. (2) Факты об идентичности индивидов

32 OWL. Базовые элементы. Индивиды (2) Пример аксиомы первого вида: Данная аксиома постулирует сразу 2 факта: (а) существует некоторый индивид класса Балет имеющий имя ЛебединоеОзеро; (б) этот индивид связан свойством имеетКомпозитора с индивидом: Чайковский (определенным где-то в другом месте). Первый факт говорит о членстве в классе, второй – о значении свойства индивида.

33 OWL. Базовые элементы. Индивиды (3) Для описания фактов об идентичности индивидов используются аксиомы идентичности Вспомогательные конструкции OWL: owl:sameAs постулирует, что две ссылки URI ссылаются на один и тот же индивид. owl:differentFrom постулирует, что две ссылки URI ссылаются на разные индивиды. owl:AllDifferent предоставляет средство для определения списка попарно различных индивидов.

34 OWL. Базовые элементы. Пример.

35 Языки запросов к RDF хранилищам. Логический вывод над RDF-графами и онтологиями Представление знаний в машинопонятном формате не имело бы никакого смысла, если бы к этим знаниям нельзя было обращаться, автоматически их обрабатывать и пополнять. Имеются две близкие задачи: Первая задача связана с извлечением имеющихся в хранилище знаний – запросами к хранилищу (asking, querying). Вторая задача связана с применением логического вывода над имеющимися знаниями (reasoning, entailment).

36 SPARQL Синтаксис запроса (упрощенный) SELECT FROM WHERE {. FILTER } v_list – список имен переменных onologyURI – ссылка на онтологию template_list – список шаблонов filter_expr – ограничения на значения переменных

37 Пример SPARQL (1) Данные RDF в виде триплетов (S, P, O): (Foo1, category, Total Members); (Foo1, rdf:value, 199); (Foo2, category, Total Members); (Foo2, rdf:value, 200); (Foo2, category, CATEGORY X); (bar, category, CATEGORY X); (bar, rdf:value, 358).

38 Пример SPARQL (2) SPARQL - Запрос: SELECT ?cat ?val WHERE {?x rdf:value ?val. ?x category ?cat. FILTER(?val>=200).} Предложение SELECT описывает переменные cat и val, значение которых необходимо вычислить. Предложение WHERE накладывает шаблоны вида (S, P, O). Внутри шаблона можно использовать связанные переменные - x Предложение FILTER накладывает ограничение на значения переменной val извлеченных значения Семантика запроса: выдайте все объекты cat предиката category, субъект которого ( x ) является также субъектом предиката rdf:value со значением val, не меньшим 200. Вместе со значениями cat выдать соответствующие значения val.

39 Пример SPARQL (3) Ход выполнения запроса: На место переменной x могут быть подставлены Foo1, Foo2 и bar, причем Foo2 может быть подставлен дважды. При подстановке Foo1 значение переменной val не удовлетворяет ограничению в предложении FILTER. Во всех других случаях все условия запроса выполнены (см. результат). Результат выполнения запроса: [["Total Members", 200], ["CATEGORY X", 200], ["CATEGORY X", 358]]

40 Заключение. Основные вехи на пути к Semantic Web Широкое распространение Web стандартов (рекомендаций W3C) XML RDF/RDFS OWL SPARQL RIF (Rule Interchange Format) Наличие свободно распространяемых каркасов для разработки Semantic Web приложений Jena Framework (Java) Drive RDF Parser (C#) Массовая разработка и использование онтологий!!!

41 Заключение. Semantic Web «прилив»

42 Вопросы к лекции Для чего нужен RDFS? Что такое реификация? Чем отличается класс RDFS от класса OWL?