本体论与OWL语言概要.ppt

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1、OWL语言概要,语义表达三角形： 概念（Concept）、符号（Symbol）和实体（Thing/Instance）,0.1背景一：Ontology 本体论（1）,0.1背景一：Ontology 本体论（2）,概念是抽象层面的泛指，通常是对一类事物共性的总结；它代表的总是这一类事物的总体，而非特指其中的一个具体事物。 符号，亦即概念的名称，是用以表征概念的标记（可以是文字或图形）。在交流中，人们通常都是通过符号来传达概念及其含义；在此意义上，符号是概念的载体。 实体是概念的具体化、实例化表现，亦即个别化的概念。概念所对应的所有实体构成概念的外延。,建立在文字而非语意的层面上的交流往往带来很多问

2、题。 Ontology的提出在根本上是由于交流的需要而产生的。,Ontology本是哲学领域的概念，用以研究现实存在的组织和本质；后被计算机界的研究者借用到信息领域，以描述用于交流和共享的语义空间。 信息领域：Ontology 是一种用以描述语义的、概念化的显式说明（an explicit specification of a conceptualization. Gruber, 93）。它是对某一个领域内事物的共同理解（a shared understanding）。 Ontolgoy 在本质上是对客观世界的一种分类描述，因此，Ontology 模型实际上就是一种知识表示模型。,0.1背景一

3、：Ontology 本体论（3）,Ontology就建立在这样一种基于分类的概念层次。其通常由如下部分构成： 1) 概念：抽象层次的Class; 2) 名义：概念的名字，是用以传达概念的标识和媒介； 3) 属性：概念之间通过属性相互区别并相互联系；同一类的实例也通过属性值的不同而相互区别。 4) 取值：通常需要对属性的类型、值域等加以限制，以保证属性的有效性； 5) 公理：人们默认已经达成共识且正确的逻辑，是逻辑推理的起点和判断逻辑正确性的依据。,本体 概念 名义 属性 取值 公理,0.1背景一：Ontology 本体论（4）,当前网络的缺点： 超级链接错综复杂，容易迷失在网状链接中 几乎不能

4、自动处理信息（机器理解、推理能力） 以文字匹配为基础的搜索引擎往往找到大量无关信息 HTML不包含机器能阅读的语义信息 语义互联网并非独立的另一个Web，而是今天Web的一个延伸。在语义互联网中，信息被赋予明确而完整的含义（即语义）；机器可以识别并理解这种语义，从而对Web 中的信息实现自动化采集、分割、组合乃至逻辑推理等等。,0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（1）,今天的Web与语义互联网,0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（2）,Web links和Topic Map,0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（3）,创建Semantic W

5、eb的过程：,对问题领域进行分析，确定语义互联网能够解决问题； 选择或创建Ontology。如果问题领域已经有了领域内的标准化Ontology，则应尽可能选择使用标准化的Ontology；否则，需要根据具体的领域知识创建新的Ontology。 创建新的Ontology 包括以下过程： 定义Ontology中的classes（这些classes是对领域知识的抽象描述）； 使用子类-父类（subclass-superclass）继承关系组织这些classes 的层次结构（taxonomy）； 为class定义属性（slots），并描述属性的约束（包括值的类型、取值范围、可出现次数等）。 依据选择或

6、建立的Ontology，创建对象实例（instances）。 依据需求建立应用程序和服务。,0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（4）,1 OWL Abstract 概要(1),OWL （the Web Ontology Language，网络本体语言）是W3C在2002年7月29日公布的本体建模语言，并以此作为语义互联网（Semantic Web）的标准建模语言。 2003年2月21日，W3C公布了OWL1.0语言参考手册的最新草案。,1 OWL Abstract 概要(1),Use Cases 使用案例 Web portals 网络入口 例如OntoWeb Multimed

7、ia collections 多媒体收集 媒体的语义注解；media-specific和content-specific Corporate web site management 团体网站管理 销售人员；技术人员；管理人员 Design documentation 设计文档管理 维护工程师、设计工程师；可视化编辑 Agents and services 代理和服务 例如Agenticityes Ubiquitous computing 普遍计算 小型的、手持的、无线的电脑设备,1 OWL Abstract 概要(2),OWL是一种在互联网上公布和共享实体的语义语言（semantic mark

8、up language）。 OWL起源于DAML+OIL网络实体语言，是作为RDF(the Resource Description Framework)的扩展词典进行开发。 其开发目的是提供一种“机器可读”的规范语言。 OWL通过对XML, RDF以及RDF Schema 提供额外的词汇以及一套完整的语义而大大增加语言的“机器可读性”。,1 OWL Abstract 概要(3),OWL,各本体建模语言与XML关系示意,1 OWL Abstract 概要(4),XML、XML Schema 足以满足拥有一致定义（一个词典）的两者之间进行数据交换 RDF、RDF Schema 简单的本体语言：概

9、念、子概念、属性、子属性、继承、domain、range等等。但是不够强大，例如缺少cardinality、disjoint等等,1 OWL Abstract 概要(5),OWL语言的设计目标 Ontology evolution 本体进化 Ontology interoperability 本体协作 Inconsistency detection 矛盾检测 Balance of expressivity and scalability 表达性和可量测性的权衡 Ease of use 使用方便 Compatibility with other standards 与其他标准的兼容 Intern

10、ationalization 国际化,1 OWL Abstract 概要(5),Three Sublanguages：三种子语言 OWL Lite用以支持首先需要分类以及分层，并且需要简单约束的用户。例如在集的势方面，它只支持0和1。 OWL DL用以支持需要最大化的表现力并且其推理系统保持完全的可计算（所有的结论都由计算得出）和可判定（所有的结论都可在有限时间内完成）。OWL DL包含了所有的OWL语言结构，但是他们只有在特定的约束条件下才能实现。OWL DL 命名来源于它通信过程的描述逻辑（description logics）。 OWL Full用以支持需要最大化的表现力以及符合语法结构

11、的RDF自由性，但是并不苛求可计算性的保证。,1 OWL Abstract 概要(6),OWL Full可以看作为一种扩展RDF，而OWL Lite和OWL能则可看作受限制的扩展RDF。 所有的OWL ( Lite，DL，Full)文件是一个RDF文件，而所有的RDF文件是一只OWL Full文件，但是仅仅一部分RDF文件是一个合法的OWL Lite或者OWL DL文件。,2 Language structure 语言结构,OWL文件组成： Ontology header 本体头（可选） Class axioms 类公理 Property axioms 属性公理 Individual axio

12、ms 个体公理 OWL代码需由在开头和结尾标识（同RDF文档） 支持XML标准实体和名字空间生命,3 Ontology header 本体头,owl:Ontology 头文件标记 owl:imports 引入其他本体文件 owl:versionInfo owl:priorVersion owl:backwardCompatibleWith 向后兼容 owl:incompatibleWith 不向后兼容,4 Classes 类,类（class）和概念； 又： 属性（property）和关系； 个体（individual）和实例（instances）； 此公理和彼公理 本体 概念 名义 属性 取值

13、 公理,4.1 Class descriptions 类的描述,A class identifier 类的标示符 An exhaustive enumeration of individuals that together from the instances of a class 实体的列举 A property restriction 属性约束 The intersection of two or more class descriptions 两个或者更多类描述的交 The union of two or more class description 两个或者更多类描述的并 The co

14、mplement of a class description 类描述的补充,4.1.1 Enumeration 枚举,owl:oneOf ,4.1.2 Property restrictions 关系约束(1),1 Value restrictions 值约束 owl:allValuesFrom 所有的值来自 owl:someValuesFrom 必有值来自 owl:hasValue 有某值,4.1.2 Property restrictions 关系约束(2),2 Cardinality restrictions 势约束 Cardinality: 类的一个个体能够和其他某类的个体建立关系的

15、个数 owl:cardinality 势个数 owl:minCardinality 势下限 owl:maxCardinality 势上限,4.1.3 Intersection, union & complement 交、并、补,owl:intersectionOf owl:unionOf owl:complementOf,4.2 Class axioms 类公理,rdfs:subClassOf 子类 owl:equivalentClass 等个体类 A equivalentClass B不代表A = B。只能说明A和B有相同的class extension（个体集）. 允许子类环：A subC

16、lassOf B, A equivalentClass B, 则B subClassOf A. owl:disjointWith 无关类 A disjointWith B 导致A和B的class extension没有任何共同个体 例如：若水果是由甜的水果和不甜的水果的并类，而甜的水果和不甜的水果是无关类。这样就是说水果类恰好是由两个彼此分开的类甜的水果和不甜的水果组成的。,5 Properties 关系（1）,Object properties 对象关系：实体与实体之间的关系 Datatype properties 数据关系：实体与数据（各种预定义的数据类型，主要是RDF数据类型）之间的关系

17、,RDF Schema property constructs 关系构建 rdfs:subPropertyOf 子属性 例如：hasMother是hasParent的子属性 rdfs:domain 原像集 rdfs:range 像集,5 Properties 关系（2）,individual X,individual Y,property P,Class A,Class B,rdfs:domain 原像集,rdfs:range 像集,5 Properties 关系（3）,1 Relations to other properties owl:equivalentProperty 等结果关系 和

18、equivalentClass一样，不代表两个关系就是等关系。只能说明它们有相同的属性扩展property extension（和这个属性相关的个体集）。完全相同应使用owl:sameAs。（此处还有疑问） owl:inverseOf 反关系 P1(x, y) iff P2(y, x) 例如：hasChild和hasParent,5 Properties 关系（4）,2 Global cardinality restrictions on properties owl:FunctionalProperty 函数关系 P(x, y)and P(x, y ) implies y = z. 例如：出

19、生日期是=日期 owl:InverseFunctionalProperty 反函数关系 P(y, x) and P(z ,x ) implies y = z. 例如：制造酒=制造者是,5 Properties 关系（5）,3 Logical characteristics of properties owl:TransitiveProperty 可传递关系 P(x, y) and P(y ,z) implies P(x, z). owl:SymmetricProperty 对称关系 P(x, y) iff P(y, x).,6 Individuals 个体,Individual identit

20、y owl:sameAs and owl:sameIndividualAs 相同个体 两个个体完全一样（就是一个） owl:differentFrom 与不同 owl:AllDifferent 均不同 这两者的区别在于： A differentFrom (B, C, )只保证A和B、C不同 A AllDifferent (B, C, )保证A、B、C互不相同,7 Datatypes 数据类型,RDF Datatypes RDF数据类型 指向XML Schema Datatypes xsd:boolean xsd:int xsd:time xsd:andURI 数据值就是RDFS类rdfs:Li

21、teral的实体 Enumerated datatypes 枚举数据类型 owl:oneOf,8 Three sublanguages 三种子语言 (1),8 Three sublanguages 三种子语言 (2),Every legal OWL Lite ontology is a legal OWL DL ontology. （所有合法的OWL Lite实体肯定是合法的OWL DL实体） Every legal OWL DL ontology is a legal OWL Full ontology. （所有合法的OWL DL实体肯定是合法的OWL Full实体。） Every vali

22、d OWL Lite conclusion is a valid OWL DL conclusion. （所有合理的OWL Lite结论肯定是合理的OWL DL结论。） Every valid OWL DL conclusion is a valid OWL Full conclusion. （所有合理的OWL DL结论肯定是合理的OWL Full结论。）,8.1 OWL Full,包含所有的OWL语言结构，允许完全不受约束的OWL和RDF的混合 ( owl:Class和rdfs:Class等同,OWL DL和OWL Lite中，owl:Class是rdfs:Class的子类） 允许class

23、被当作individual等等 数据属性值也被看成个体。即：Object properties和datatype properties不是脱节的 结合OWL的表达能力和RDF的灵活性 丧失了OWL DL和OWL Lite提供的在推理系统系统中提供的保证,8.2 OWL DL (1),classes, datatypes, datatype properties, object properties, individuals, data values and built-in vocabulary：彼此区分开，不能兼有 object properties和datatype properties是

24、完全脱节的。也就是说：inverse of（相反）, inverse functional（反函数）, symmetric（对称）和transitive（传递）不可用于datatype properties Transitive properties（传递关系）不能被限制cardinality 匿名类只允许在特定的情况下出现 所有的描述必须是很完整的，不能有冗余或者遗漏部分，必须是树状结构,8.2 OWL DL (2),OWL DL类如果引入OWL Full类则变成OWL Full类 OWL DL的是在保证完全的可推理的前提下的OWL Full的最大子集。,8.3 OWL Lite (1),遵

25、守所有OWL DL的限制。除此之外： 允许三种形式的类公理 rdfs:subClassOf（domain和range都要是类） owl:equivalentClass（domain和range可以是类或关系限制） owl:intersectionOf（range可以是类或关系限制） 值限制中owl:allValuesFrom和owl:SomeValuesFrom可以使用，但owl:hasValue不可用 Cardinality只可是0或1 没有Nothing类，只有Thing类 只允许类标识和属性限制使用object properties的domain和range 数据类型属性只允许RDF 数

26、据类型，不允许枚举类型,8.3 OWL Lite (2),提供了最小的可用的语言子集 子类层次构造：subclasses, Value and cardinality restrictions 允许属性可选/必须（通过cardinality限制） 保持了OWL DL提供的必要的推理特征 但是，丧失了计算要求的连续性和复杂性（实际上，OWL DL的要求也过于苛刻而不能保证这一点）,9 Class and property deprecation 类和属性的反对,owl:DeprecatedClass owl:DeprecatedProperty 主要用于继承过程中。提供了向后兼容的功能。,10

27、Usage Example 例子 (1),10 Usage Example 例子 (2),一个解释用的例子。可以根据宴会菜肴提供饮用酒的建议以及相关信息。例如：现在网上购物中哪里买这种酒最便宜；这种相关的文化书籍；这种酒最合适用什么杯子饮用；这种杯子在哪里买最合适；用这种酒适合用什么甜点等等。,10 Usage Example 例子 (2),Knowledge Systems Laboratory，Stanford University 开发 JTP: An Object-Oriented Modular Reasoning System 一个面向对象的模的推理系统,11 知识库工具 Prot

28、g-2000(1),11 知识库工具 Protg-2000(2),Protg-2000 是一个供系统开发者和领域专家使用的集成化软件工具，用于开发知识系统(knowledge-based systems)。使用Protg-2000开发的应用程序(applications)可以用于特定领域的问题求解(problem-solving)和决策制定(decision-making)。 利用Protge-2000，用户可以创建特定领域的ontology。一个ontology是对某一领域中概念( classes/concepts )的形式化显式表示。每个概念使用属性（slots/properties）来描

29、述其不同特征以及概念之间的关系，每个属性可以定义属性约束（facets/role restrictions）来限定属性的取值。ontology和实例（instance）的集合就构成知识库。,11 知识库工具 Protg-2000(3),Protg-2000提供三种方式存储建立的知识库，即：Standard Text Files、JDBC Database和RDF/RDFS。 详细信息：http:/protege.stanford.edu,11 知识库工具 Protg-2000(4),一个例子： 学生和寝室,12 参考文献,Web Ontology Language (OWL) Guide Ve

30、rsion 1.0；W3C Working Draft 10 February 2003 Web Ontology Language (OWL) Test Cases；W3C Working Draft 17 February 2003 Web Ontology Language (OWL): Overview；W3C Working Draft 10 February 2003 Web Ontology Language (OWL) Use Cases and Requirements；W3C Working Draft 3 February 2003 Web Ontology Language (OWL) Reference Version 1.0；W3C Working Draft 21 February 2003 Protg-2000 User Guide http:/www.ksl.stanford.edu/software/JTP/ （斯坦福大学知识推理实验室） http:/ （北大语义互联网课程站点） http:/ontoweb.aifb.uni-karlsruhe.de/ （ontoweb potal）,