Дослідження логічної моделі мови OWL – Ontology Web Language

 

Web-порталы, обладающие  богатым информационным содержимым, могут использовать онтологии  OWL и SKOS для улучшения качества  поиска и просмотра информации, а также упрощения сопровождения. Яркими примерами подобных порталов могут служить ebay.com, amazon.com, craigslist.org, gumtree.com и т. д., на которых продаются практически любые виды товаров. Описание модели информации (категорий товаров и связей между ними) имеет следующие преимущества:

1. Позволяет выполнять поиск с учетом семантики терминов.
2. Позволяет просматривать связанные товары с переходами по семантическим связям (которые могут быть между товарами как одной, так и разных категорий).
3. Позволяет динамически менять представление информации без повторного развертывания Web-приложения (например, можно осуществлять реорганизацию каталога путем изменения онтологий).
4. Открывает дополнительные возможности персонализации и анализа активности клиентов.
5. Упрощает добавление семантических аннотаций на страницы, тем самым поддерживая использование портала приложениями-агентами

 

2.4 Описание целостности данных

 

С некоторыми оговорками OWL может использоваться в качестве выразительного языка для ограничений  целостности и валидации данных. Выше уже упоминалось, что OWL можно применять для описания и интеграции схем данных, но проверка ограничений целостности представляет собой отдельную задачу. Главным моментом здесь является то, что OWL изначально ориентирован на логический вывод новых знаний, а не на проверку целостности существующих данных. То же самое, кстати, относится и к RDFS. Разницу можно пояснить на следующем примере:

Person SubClassOf hasMother exactly 1 Woman

hasMother(John, Maria)

hasMother(John, Jessica)

Первая аксиома означает, что у любого человека есть одна и только одна мать, являющаяся женщиной. Следующие две аксиомы означают, что Мария и Джессика являются матерями Джона. Казалось бы, налицо нарушение ограничения целостности. Однако, с точки зрения семантики OWL здесь нет противоречия, но делается логический вывод, что Мария и Джессика являются одним и тем же человеком (другим логическим выводом является то, что обе они — женщины). Разумеется, если явно указать, что они — разные объекты (для этого в OWL есть специальная конструкция — owl:differentFrom), то противоречие будет выведено.

Тем не менее, поскольку  ограничения целостности идут рука об руку с описанием схем (метаданных), то были созданы специальные решения, позволяющие использовать OWL для  их описания. В частности, Pellet предоставляет специальное расширение для проверки данных на соответствие ограничениям целостности, описанным в виде аксиом OWL (оно было представлено на конференциях "Semantic Technologies 2009" и "OWL: Experience and Directions 2009"). Причем существует возможность использовать одни и те же онтологии, как для представления знаний, так и для валидации данных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 ДИАЛЕКТИКИ OWL

 

OWL обеспечивает три  различных по выразительности  диалекта, спроектированных для  использования отдельными сообществами разработчиков и пользователей.

OWL Lite поддерживает тех пользователей,  которые нуждаются, прежде всего,  в классификационной иерархии  и простых ограничениях. Например, притом, что он поддерживает ограничения  кардинальности (количества элементов), допускаются значения кардинальности только 0 или 1. Для разработчиков должно быть проще в своих продуктах обеспечить поддержку OWL Lite, чем его более выразительных собратьев, в частности, OWL Lite позволяет быструю миграцию тезаурусов и других таксономий.

OWL DL поддерживает тех пользователей,  которые хотят максимальной выразительности  без потери полноты вычислений (все заключения гарантировано  будут вычисляемыми), и разрешаемости  рассудочных систем (все вычисления  завершатся в определенное время). OWL DL включает все языковые конструкции OWL с ограничениями вроде разделения типа (класс не может быть частным свойством, а свойство не может быть индивидом или классом). OWL DL так назван из-за его соответствия дескриптивной логике, дисциплине, в которой изучен именно разрешаемый фрагмент логики первого порядка. OWL DL была спроектирована, чтобы поддержать существующий сегмент бизнеса, занимающийся дескриптивной логикой, и иметь желательные вычислительные свойства для систем рассуждения.

OWL Full предназначается для пользователей, которые хотят максимальную выразительность и синтаксическую свободу RDF без вычислительных гарантий. Например, в OWL Full класс может одновременно рассматриваться и как совокупность индивидов, и с равным правом как индивид. Другое существенное отличие от OWL DL в том, что owl:DatatypeProperty может быть помечено как owl:InverseFunctionalProperty. OWL Full позволяет такие онтологии, которые расширяют состав предопределенного (RDF или OWL) словаря. Маловероятно, что какое-либо рассудочное программное обеспечение будет в состоянии поддержать полную поддержку каждой особенности OWL Full.

Каждый из этих диалектов - расширение его более простого предшественника, и в том, что касается выразительных  возможностей, и в том, что касается возможностей производимых заключений. Поддерживаются следующие отношения, но не наоборот.

Каждая допустимая OWL Lite онтология - допустимая OWL DL онтология.

Каждая допустимая OWL DL онтология - допустимая OWL Full онтология.

Каждое правильное OWL Lite заключение - правильное OWL DL заключение.

Каждое правильное OWL DL заключение - правильное OWL Full заключение.

Разработчики онтологий, использующие OWL, должны решить, какой из диалектов  лучше подходит к их задачам. Выбор  между OWL Lite и OWL DL зависит от степени того, насколько пользователям требуются более выразительные конструкции, обеспечиваемые OWL DL. Приложения для OWL Lite будут иметь желаемые вычислительные характеристики. Приложения для OWL DL, при том, что имеют дело с разрешаемым диалектом, в самых тяжелых случаях будут связаны с более высокой сложностью. Выбор между OWL DL и OWL Full, главным образом, зависит от степени того, насколько пользователям требуются средства мета-моделирования RDF Схем (например, определяющие классы классов). При использовании OWL Full, по сравнению с OWL DL, рассудочная поддержка менее предсказуема.

Пользователи, мигрирующие  из RDF в OWL DL или OWL Lite должны позаботиться о том, чтобы оригинальный RDF-документ выполнял ограничения, наложенные OWL DL и OWL Lite.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 СТРУКТУРА ОНТОЛОГИЙ

 

OWL - это компонент инициативы Semantic Web. Это попытка сделать веб-ресурсы  более доступными для автоматизированных  процессов путем добавления информации  о ресурсах, которая описывают  или обеспечивает веб-контент. Поскольку Семантическая Сеть по определению распределена, OWL должен позволять собирать информацию из распределенных источников. Это частично обеспечивается возможностью онтологий быть связанными, включая прямой импорт информации из других онтологий.

В дополнение, OWL предполагает открытость. То есть, описания ресурсов не ограничены единственным файлом или  темой. В то время как класс C1 первоначально  может быть определен в онтологии O1, он может быть расширен в других онтологиях. Следствия из этих дополнительных суждений о C1 являются монотонными. Новая информация не может опровергать предыдущую информацию. Новая информация может быть противоречащей, но факты и следствия могут только добавляться, и не могут удаляться.

Возможность таких противоречий - это то, что разработчик онтологии должен учитывать. Ожидается, что инструменты, поддерживающие OWL, помогут обнаруживать такие случаи.

Чтобы написать онтологию, которая может однозначно интерпретироваться и использоваться программными агентами, нужно додерживаться синтаксиса и семантики OWL.

 

4.1 Пространства имён

 

Прежде, чем мы можем  использовать набор конструкций, нам  надо точно указать, какие словари  используются. Стандартный начальный  компонент онтологии включает набор  объявлений XML namespace, заключенных в открывающий тэг rdf:RDF. Это обеспечивает возможность однозначно интерпретировать идентификаторы и делает остальную часть представления онтологии более читабельной. Типичная OWL онтология начинается с объявления пространства имен (namespace), подобного следующему. Конечно, URI конкретных онтологий обычно есть ссылками на w3.org.

<rdf:RDF

    xmlns     ="http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/ napitok #"

    xmlns:nap ="http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/napitok#"

    xmlns:food="http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/food#"

    xmlns:owl ="http://www.w3.org/2002/07/owl#"

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

    xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#"

    xmlns:xsd ="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#">

Первые две идентифицируют декларацию namespace, связанную с этой онтологией. Первая делает этот namespace значением по умолчанию, заявляя, что имена тэгов без префиксов относятся к текущей онтологии. Вторая идентифицирует namespace текущей онтологии с приставкой Nap:. Четвёртая namespace декларация говорит, что элементы в этом документе, предваряющиеся owl:, должны пониматься как обращение к понятиям, взятым из namespace, называемого http://www.w3.org/2002/07/owl#. Это - обычная декларация OWL, использованная для ссылки на OWL.

OWL зависит от конструкций, определенных RDF, RDFS, и XML Schema datatypes. В этом документе  приставка rdf: обращается к понятиям, взятым из namespace http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#. Следующие две декларации namespace делают похожие объявления RDF Schema (rdfs:) и XML Schema datatype (xsd:) namespaces.

Как помощь в написании длинных URL часто может быть полезным обеспечить ряд определений ENTITY в декларации типа документа (DOCTYPE), которая предшествует определениям онтологии. Названия, определенные в соответствии с namespace декларациями имеют значение только как части тэгов XML. Значения атрибутов - нечувствительны к namespace. Но в OWL мы часто ссылаемся на идентификаторы онтологии, используя значения атрибутов. Они могут быть записаны в полной форме, например "http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-0040210/nap#Живчик". Как альтернатива, сокращения могут быть определены, используя определение ENTITY, например:

<!DOCTYPE rdf:RDF [

    <!ENTITY nap  "http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/napitok#" >

    <!ENTITY food "http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/food#" > ]>

После этой пары ENTITY деклараций, мы могли бы писать значение "&nap; Живчик " и это расшифровывалось бы в "http://www.w3.org/TR/2004/ REC-owl-guide-20040210/wine# Живчик ".

Возможно, более важно  то, что декларации rdf:RDF namespace могли бы тогда упроститься, так что изменения в ENTITY декларациях распространились бы на всю онтологию.

<rdf:RDF

    xmlns     ="&nap;"

    xmlns:vin ="&nap;"

    xml:base  ="&food;"

    xmlns:owl ="http://www.w3.org/2002/07/owl#"

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

    xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#"

    xmlns:xsd ="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#">

 

4.2 Заголовки онтологии

 

После того, как установлены namespaces, мы обычно включаем коллекцию  утверждений о нашей онтологии, сгруппированных под тэгом owl:Ontology. Эти тэги поддерживают такие критические  вспомогательные задачи как комментарии, управление версиями и включение других онтологий.

<owl:Ontology rdf:about="">

  <rdfs:comment>An example OWL ontology</rdfs:comment>

  <owl:priorVersion rdf:resource="http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-20031215/wine"/>

  <owl:imports rdf:resource="http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/food"/>

  <rdfs:label>Wine Ontology</rdfs:label>

  ...

Элемент owl:Ontology - это место, где собрана большая часть метаданных OWL-документа. Это не гарантирует, что документ описывает онтологию в традиционном смысле. В некоторых сообществах создаются онтологии не об индивидах, а только о классах и свойствах, которые определяют предметную область. Используя OWL, чтобы описать коллекцию частных данных тэг owl:Ontology может быть необходим, чтобы записать информацию о версии и импортировать определения, от которых зависит данный документ. Таким образом, в OWL термин онтология был расширен, чтобы включить частные данные

Атрибут rdf:about обеспечивает название или ссылку на онтологию. Если значение атрибута "", то названием  онтологии служит базовый URI элемента owl:Ontology. Как правило, это URI документа, содержащего онтологию. Исключение из этого - тот случай, если используется xml:base, который может установить базовый URI элемента на что-нибудь другое, чем URI текущего документа.

rdfs:comment обеспечивает  очевидно необходимую возможность  аннотировать онтологию. 

owl:priorVersion - является стандартным  тэгом, предназначенным для поддержки  систем управления версиями, работающих  с онтологиями.

owl:imports обеспечивает механизм  включения. owl:imports принимает единственный аргумент, обозначенный атрибутом rdf:resource.

Импорт другой онтологии  переносит весь набор утверждений, обеспеченных в той онтологии, в  текущую онтологию. Чтобы наилучшим  образом использовать импортированную  онтологию, принято координировать ее с декларацией namespace. Заметьте различие между этими двумя механизмами. namespace декларации обеспечивают удобное средство, чтобы ссылаться на имена, определенные в других OWL онтологиях. Концептуально, owl:imports предназначен для того, чтобы показать Ваше намерение включить все утверждения другой онтологии. Импорт другой онтологии, O2, также импортирует все онтологии, что импортированы в O2.

Заметьте, что owl:imports не всегда может сработать. Как можно бы ожидать, имея дело с Семантической Сетью, доступ к ресурсам, распределенным по Сети, не всегда может быть возможен. Инструментальные средства должны отвечать на эту ситуацию в соответствии с их манерой исполнения.

Один общий набор  дополнительных тэгов, которые могли  бы быть разумно включены здесь - это некоторые из стандартных тэгов метаданных Dublin Core. Их значениями служат простые типы или строки. Примеры включают Title, Creator, Description, Publisher и Date.