Презентация на тему: Языки представления онтологий RDFS, OWL. Язык запросов SPARQL

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

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

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

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

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).

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.

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.

Перечень классов RDFS

Перечень свойств RDFS

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

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.

Пример (продолжение) Товар Т 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 + Человек Иванов Иван Иванович + Важный момент: Косвенные утверждения.

Пример (окончание)

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

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.

Способы представления RDF-описаний (1) XML синтаксис <?xml version="1.0"?> <rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/" xmlns:exterms="http://www.example.org/terms/"> <rdf:Description rdf:about="http://www.example.org/index.html"> <exterms:creation-date>August 16, 1999</exterms:creation-date> </rdf:Description> <rdf:Description rdf:about="http://www.example.org/index.html"> <dc:language>en</dc:language> </rdf:Description> </rdf:RDF>

Способы представления RDF-описаний (2) N3 (N-Triples) синтаксис (удобный для чтения человеком, но еще и расширяющий исходную модель RDF) <ex:index.html> <dc:creator> exstaff:85740 . <ex:index.html> <exterms:creation-date> "August 16, 1999" . <ex:index.html> <dc:language> "en" .

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.

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.

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

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.

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

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

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

OWL. Базовые элементы. Классы (3) Простейшая аксиома, определяющая именованный класс: <owl:Class rdf:ID="Human"/> 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.

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: <owl:ObjectProperty rdf:ID="hasParent"/> Всё что постулирует эта аксиома – существование некоторого свойства "hasParent" связывающего экземпляры owl:Thing друг с другом.

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)

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)

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

OWL. Базовые элементы. Индивиды (2) Пример аксиомы первого вида: <Балет rdf:ID="ЛебединоеОзеро"> <имеетКомпозитора rdf:resource="#Чайковский"/> </Балет> 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.

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.

OWL. Базовые элементы. Пример.

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).

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).

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.

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]]

Заключение. Основные вехи на пути к Semantic Web

Заключение. Semantic Web «прилив»

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