Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ"

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

МУ ПЗ

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

09.02.2015

Размер:

1.02 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 64 5 6 > Следующая >>>

6. Запись онтологии в форматах RDF и OWL

Цель работы: Получение практических навыков записи онтологии на одном из вебориентированных языков представления онтологии.

Исходные положения

...

Модель онтологии RDF

RDF (Resource Description Framework) - среда описания ресурсов. Задаѐт модель для формального описания различных ресурсов Интернет с помощью метаданных, а также для представления самих этих данных. Является ядром концепции семантического Веб.

Ключевым понятием, описываемым в RDF, является ресурс. «Ресурсом» в RDF может быть любая сущность - как информационная (например, веб-сайт, веб-страница, изображение, аудиофайл, видеофайл и т.п.), так и неинформационная (например, человек, город, или некое абстрактное понятие).

Для различения (именования) ресурсов в документах RDF, каждому из них присваивается свой уникальный URI (Uniform Resource Identifier). В качестве URI может выступать как реальный URL-адрес ресурса (если он есть), так и виртуальный (несуществующий адрес, но не имеющий аналогов в Сети). Бывают случаи, когда описываемые ресурсы располагаются по одному и тому же адресу (например, на одном сайте, на одной и той же веб-странице сайта и т.п.) - в этом случае в конце общей части URI этих ресурсов записывается один и тот же адрес, затем ставится символ «#» (выступает в качестве разделителя), после которого для каждого ресурса записывается свой уникальный идентификатор (ID), не повторяемый среди «соседей» по общему адресу. Таким образом, полный URI ресурса, как правило, состоит из трѐх компонент: базовой части адреса (подругому, она ещѐ называется пространством имѐн), разделителя (#) и идентификатора ресурса. Такая структура URI напоминает ссылки на веб-ресурсы в стиле XPointer. Одним словом, ресурсом в RDF считается любая сущность, имеющая свой уникальный URI

(XPointer-ссылку).

Важно понимать, что URI ресурса в модели RDF играет роль не больше чем просто уникального и неповторимого имени ресурса, отличающего его от остальных описываемых ресурсов в RDF-документе и позволяющего ссылаться на сам ресурс как из того же самого документа, так и из любого другого.

Документ RDF представляет собой, по сути, набор утверждений о ресурсах в виде, пригодном для машинной обработки. Такие утверждения называются «триплетами».

Триплет представляет собой утвердительное предложение, состоящее из 3-х слов:

Субъект Предикат Объект (Subject Predicate Object - SPO).

Триплет можно сравнить с обычным повествовательным предложением на естественном языке:

-в качестве «субъекта» в таком предложении обычно выступает подлежащее;

-в качестве «предиката» - сказуемое;

-в качестве «объекта» - дополнение.

Например, предложение «Петя дружит с Сашей» может быть преобразовано в триплет:

Петя дружит_с Саша.

Это означает, что субъект «Петя» связан с объектом «Саша» отношением «дружит_с». С точки зрения объектно-ориентированного программирования (ООП), этот же триплет означает, что у нас есть объект с именем «Петя», в котором содержится поле «дружит_с» со значением (ссылкой на другой объект) «Саша».

Таким образом, с точки зрения ООП, триплет RDF иначе называется:

Объект Атрибут Значение (Object Attribute Value - OAV).

Преставление в виде тройки OAV является удобным способом оформления списка имеющихся знаний в форме таблиц (основной структуры базы данных), а также позволяет легко преобразовать полученную таблицу в компьютерный код по методу индукции правил.

Применительно к онтологии, в качестве «субъекта» могут выступать следующие компоненты:

имена классов; имена экземпляров классов;

имена свойств и отношений классов.

В качестве «предиката», как правило, выступают: имена свойств классов; имена отношений классов;

специальные предикаты, не заданные пользователем явно в онтологии, но использующиеся в ней повсеместно (например, отношение «принадлежность к конкретному типу данных» - rdf:type, и др.).

В качестве «объекта» могут выступать:

значения свойств классов (так называемые «литералы»); значения отношений классов (ссылки на другие классы или экземпляры классов);

специальные имена компонентов онтологии, не заданные пользователем явно, но также повсеместно в ней использующиеся (например, ссылка на понятие «класс» - owl:class, ссылка на понятие «свойство класса» - owl:DatatypeProperty, ссылка на понятие «отношение класса»

- owl:ObjectProperty и т.п.).

Замечание: как видно, в качестве «субъекта» и «предиката» выступают «RDFресурсы» (т.е. компоненты онтологии, имеющее свой уникальный URI), а в качестве «объекта» могут выступать как «RDF-ресурсы», так и «RDF-литералы».

«Литералом» в RDF считается запись любого простого типа данных (строкового, целочисленного, вещественного, булевого, даты и т.п.), не связанная напрямую с каким-либо ресурсом Сети (т.е. не имеющая свой уникальный URI), но являющаяся значением какихнибудь его свойств (характеристик).

Примеры литералов:

Ф.И.О. людей, названия улиц, адреса, URL-ссылки, марки автомобилей и т.п.; какие-либо числа (целые или вещественные); любой текст (строковое значение);

значения «true» или «false»; даты, время и т.п.

С точки зрения онтологии, литералами являются значения простых свойств классов

(datatype properties).

Пример полной записи триплета RDF:

1) По аналогии с вводимым ранее примером, можно установить, что в качестве «субъекта» у нас выступает экземпляр класса «Человек» по имени «Петя». Базовый адрес его

онтологии - «http://www.owl-ontologies.com/friends.owl». Таким образом, полный URI

этого ресурса будет такой: http://www.owl-ontologies.com/friends.owl#Петя.

2) В качестве «предиката» у нас выступает отношение «дружит_с», проводящееся от класса «Человек» к классу «Человек». Базовый адрес онтологии этого ресурса -

«http://www.owl-ontologies.com/friends.owl». А полный URI ресурса будет такой:

http://www.owl-ontologies.com/friends.owl#дружит_с.

3) В качестве «объекта» у нас выступает экземпляр класса «Человек» по имени

«Саша». Базовый адрес его онтологии - «http://www.owl-ontologies.com/friends.owl». А

полный URI ресурса такой: http://www.owl-ontologies.com/friends.owl#Саша.

Таким образом, запись полного триплета будет выглядеть так:

http://www.owl-ontologies.com/friends.owl#Петя http://www.owlontologies.com/friends.owl#дружит_с http://www.owlontologies.com/friends.owl#Саша

Связь RDF с логикой предикатов первого порядка

Как известно, логика предикатов первого порядка позволяет записывать N-местные предикаты в следующем формате:

predicate(term1, term2, ..., termN),

при этом, в качестве предиката записывается слово, связывающее термы между собой.

В триплете в качестве «связующего слова» используется предикат, а в качестве термов - субъект и объект. Тогда триплет «Subject Predicate Object» может быть представлен с помощью 2х-местного предиката следующим образом:

Predicate(Subject, Object).

Пример:

Введѐнный выше пример триплета «Петя дружит_с Саша» на языке логики предикатов первого порядка может быть записан так:

дружит_с(Петя, Саша).

Нотации RDF

В RDF существует множество нотаций - конкретных форматов записи триплетов. Каждый из них имеет свой синтаксис. Наиболее известными являются:

RDF/XML;

RDF/JSON;

RDFa (RDF in attributes); N3 (Notation 3);

N-Triples (один из наиболее распространѐнных форматов; в частности именно в этом формате записываются поисковые триплеты языка запросов SPARQL);

Turtle.

Особенность записи триплетов в нотации N-Triples заключается в том, что все используемые в нѐм ресурсы записываются с полным URI и с заключением его в угловые скобки (<...>) по примеру тега. При этом, каждый триплет записывается в отдельной строчке и без внутренних сокращений (т.е. нельзя пропустить в записи ни одного из 3-х компонент триплета, как это сделано, например, в нотации N3 для оптимизации объѐма всех записей). В конце записи каждого триплета ставится точка (.).

Таким образом, описанный выше пример полного триплета в нотации N-Triples записывается так:

<http://www.owl-ontologies.com/friends.owl#Петя> <http://www.owlontologies.com/friends.owl#дружит_с> <http://www.owlontologies.com/friends.owl#Саша>.

Графическое представление RDF-триплетов

Триплет «Subject Predicate Object» в семантической сети представляется в

виде:

В вершинах графа, представленных овалами, записываются имена классов и экземпляров классов онтологии (а также иногда имена специальных неявных компонентов онтологии), а над рѐбрами - имена соответствующих предикатов (свойств и отношений классов) (а также иногда имена специальных неявных предикатов онтологии).

Замечание: если в качестве объекта в триплете выступает литерал, то он записывается уже не внутри овала, а внутри прямоугольника.

Таким образом, множество RDF-триплетов, соединѐнных через общие вершины (субъекты или объекты), образуют ориентированный граф, который образует семантическую сеть онтологии.

Пример:

Триплет «Петя дружит_с Саша» в семантической сети может быть визуализирован следующим образом:

дружит_с

Петя

Саша

Представление RDF-модели онтологии в формате XML

Структура документа RDF:

Любой документ RDF является так же документом XML, поэтому начинается с объявления <?xml ?>. Такие документы должны также содержать особый корневой элемент <RDF>, в который вложена остальная часть документа. А поскольку пространство имен, используемое в документе RDF, обычно задается с помощью префикса rdf:, элемент <RDF> зачастую указывается в виде <rdf:RDF> следующим образом:

<?xml version=”1.0” ?>

<rdf:RDF ...>

...

</rdf:RDF>

Пространство имѐн RDF:

Согласно рекомендациям консорциума W3C, пространством имѐн RDF является

«http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#». Решѐтка на конце служит для создания в приложениях действительных указателей XPointer. Вместе с пространством имѐн RDF структура документа примет вид:

<?xml version=”1.0” ?> <rdf:RDF

xmlns:rdf=” http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#”>

...

</rdf:RDF>

Элемент описания RDF:

Каждый ресурс в RDF соответствует одному элементу описания <rdf:Description>. Этот элемент имеет следующие атрибуты:

about – указывает на описываемый ресурс;

aboutEach – позволяет составить предложения о каждом элементе, порожденном данным элементом;

aboutEachPrefix – позволяет выбрать с помощью префикса элементы контейнера RDF; bagID – указывает идентификатор контейнера Bag;

ID – задает идентификатор элемента; type – указывает тип описания.

<?xml version=”1.0” ?>

<rdf:RDF xmlns:rdf=”http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#”>

<rdf:Description rdf:about=”http://www.logic_gate_a1.com/index.html”>

...

</rdf:Description>

</rdf:RDF>

Для указания значений свойств ресурса используются элементы свойств. Эти элементы задаются внутри элемента <rdf:Description>. Например:

<?xml version=”1.0” ?> <rdf:RDF

xmlns:rdf=”http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#”> <rdf:Description about=”http://www.logic_gate_a1.com/index.html”>

</rdf:RDF>

Свойство <title> не является встроенным. На самом деле, в описании RDF свойства вообще отсутствуют. Поэтому именованные свойства, предназначенные для описания ресурса, приходится создавать самостоятельно или воспользоваться общепризнанными словарями. Спецификация RDF представлена в таблицах 1 и 2, которые приводятся далее.

Язык описания RDF-схемы (RDFS)

RDF описывает, как указывать информацию о ресурсе, но сама информация не имеет значения. Для определения типов элементов и их отношений – таких, как классы и подклассы – необходимо расширить словарь. Расширение словаря заключено в языке описания RDF-схемы. Язык описания RDF-схемы (иначе говоря, RDF-схема или RDFs) имеет собственную область имен, набор предопределенных элементов и атрибутов. В данном разделе узнаем, как создавать классы, объекты и их связи.

В таблице 1 представлена спецификация классов RDF/RDFS:

				Таблица 1
Имя класса		Пояснение
rdfs:Resource		Класс ресурс, включает «всѐ»

rdfs:Literal		Класс литеральных значений, текстовых строк или
		чисел

rdf:XMLLiteral		Класс XML литералов

rdfs:Class		Класс классов

rdf:Property		Класс RDF свойств

rdfs:Datatype		Класс типов данных RDF

rdf:Statement		Класс утверждений

rdf:Bag		Класс неупорядоченных контейнеров

rdf:Seq		Класс упорядоченных контейнеров

rdf:Alt		Класс контейнеров-альтернатив

rdfs:Container		Класс RDF контейнеров

rdfs:ContainerMembershipProperty		Класс свойств «членства» в контейнерах, rdf:_1,
		rdf:_2, ..., все они являются подсвойствами свойства
		member (член)
rdf:List		Класс RDF списков

В таблице 2 содержится спецификация свойств RDF/RDFS:
				Таблица 2
Имя свойства	Пояснение		Домен	Диапазон
rdf:type	Субъект является экземпляром класса		rdfs:Resource	rdfs:Class

rdfs:subClassOf	Субъект является подклассом класса		rdfs:Class	rdfs:Class

rdfs:subPropertyOf	Субъект является подсвойством		rdf:Property	rdf:Property
	свойства
rdfs:domain	Домен свойства субъекта		rdf:Property	rdfs:Class

rdfs:range	Диапазон свойства субъекта		rdf:Property	rdfs:Class

rdfs:label	Человекочитаемое название субъекта		rdfs:Resource	rdfs:Literal

rdfs:comment	Текстовое описание ресурса		rdfs:Resource	rdfs:Literal

rdfs:member	Член ресурса субъекта		rdfs:Resource	rdfs:Resource

rdf:first	Первый элемент списка		rdf:List	rdfs:Resource

rdf:rest	Оставшийся за первым элементом		rdf:List	rdf:List
	«хвост» списка
rdfs:seeAlso	Дополнительная информация о		rdfs:Resource	rdfs:Resource
	субъекте
rdfs:isDefinedBy	Определение ресурса субъекта		rdfs:Resource	rdfs:Resource

rdf:value	Свойство, используемое для		rdfs:Resource	rdfs:Resource
			Окончание	табл. 6.2
	структурированных значений
rdf:subject	Субъект RDF утверждения (см.		rdf:Statement	rdfs:Resource
	реификация)
				36

Имя свойства	Пояснение	Домен	Диапазон
rdf:predicate	Предикат утверждения (см.	rdf:Statement	rdfs:Resource
	реификация)
rdf:object	Объект RDF утверждения (см.	rdf:Statement	rdfs:Resource
	реификация)

Создание классов:

Первым шагом в определении лексикона, является создание классов. Как и классы в объектно-ориентированном языке программирования, классы RDFs предоставляют шаблон для создания объектов или, говоря языком RDF, индивидуализированных объектов

(individuals):

<rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#">

<rdf:Description rdf:ID="Gates">

<rdf:type rdfs:resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class" /> </rdf:Description>

<rdf:Description rdf:ID="TTLs">

<rdf:type rdf:resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class" /> </rdf:Description>

<rdf:Description rdf:ID="TTLCHs">

<rdf:type rdf:resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class" /> </rdf:Description>

<rdf:Description rdf:ID="MOPs">

<rdf:type rdf:resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class" /> </rdf:Description>

<rdf:Description rdf:ID="CMOPs">

<rdf:type rdf:resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class" /> </rdf:Description>

<rdf:Description rdf:ID="ELLs">

<rdf:type rdf:resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class" /> </rdf:Description>

</rdf:RDF>

В данном случае мы создали шесть классов. Это классы, поскольку они маркированы типом http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class. Фактически могли использовать <rdfs:Class>, а не <rdf:Description>.

Создание подклассов:

Определив классы, можно создать их отношения. Можно сделать это посредством свойства rdfs:subClassOf:

<rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#">

<rdf:Description rdf:ID="Gates">