АНАЛИЗ ЯЗЫКА ВЕБ ОНТОЛОГИИ (OWL) И СЕМАНТИЧЕСКАЯ ВЕБ-ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 004.9

АНАЛИЗ ЯЗЫКА ВЕБ ОНТОЛОГИИ (OWL) И СЕМАНТИЧЕСКАЯ ВЕБ-ТЕХНОЛОГИЯ

© 2017 Каунг Мьят Хту

аспирант кафедры программного обеспечения и администрирования информационных систем

e-mail: kaungmhtoo16267@gmail.com

Курский государственный университет

В этой статье рассмотрен и проанализирован ряд категорий OWL: OWL-Lite, OWLDL и OWL-Full. Отмечается, что язык онтологии OWL отличается от XML-схемы, так как предназначен для представления знаний. XML и RDF-форматы являются частью стандарта OWL. OWL полезен для различных приложений, таких как поиск информации, фотографий и т.д.

Ключевые слова: онтология, семантическая сеть, OWL, информационные технологии, XML, RDF.

Онтология – это подполе философии. Это изучение природы существования и ветвей метафизики, связанных с определением видов вещей, которые на самом деле существуют, и описание их. Она формально описывает область дискурса. Онтология используется для сбора знаний о какой-либо области, представляющей интерес, и для описания концепций в области, а также для выражения отношений между этими понятиями. Онтология состоит из конечного списка терминов (или важных понятий) и отношений между терминами (или классами объектов). Отношения обычно включают иерархии классов. Это явная формальная спецификация концептуализации и наука о описании типов сущностей в мире и о том, как они связаны (W3C).

Язык веб-онтологии (OWL) – это язык для определения и создания веб-онтологий (Рекомендаций W3C). Онтология OWL включает описание классов, свойств и их экземпляров. OWL используется для явного представления смысла терминов в словарях и отношений между этими терминами. Семантическая сеть (революционное видение Тима Бернерса-Ли) – это не что иное, как веб-сайт второго поколения. Он объединяет сеть информации, которая позволяет повысить эффективность, расширить обмен знаниями и простоту ее использования. Онтологии являются ключом к этой функциональной совместимости, поскольку они определяют язык, с которым программные агенты должны общаться друг с другом, и людям нужно общаться с агентами. Семантическая сеть позволит автоматически собирать и сопоставлять различные части информации об объекте, доступные в различных веб-ресурсах. Семантическая сеть сохранит наше ценное время, которое мы тратим на навигацию с одного веб-ресурса на другой, чтобы получить значимую информацию о конкретном объекте.

Подязыки OWL

OWL предоставляет три более выразительных подязыка, предназначеных для использования конкретными сообществами исполнителей и пользователей:

1. OWL-Lite(наименее выразительный, подходит для простой иерархии классов и простых ограничений и полезен для быстрого пути миграции для тезаурусов и других таксономий);
2. OWL-DL(более выразительный, сохраняет вычислительную полноту; все выводы гарантированно вычислимы и имеют разрешимость, то есть все вычисления завершатся за конечное время и основаны на логичном описании);
3. OWL-Full (является наиболее выразительным и имеет синтаксическую свободу RDF и не имеет вычислительных гарантий, но позволяет онтологии увеличивать смысл заранее определенного (RDF или OWL) словаря и не подходит для авто-рассуждений).

Компоненты онтологии OWL

OWL-онтология состоит из следующих компонентов:

1. Физические лица или экземпляры или объекты (без уникального имени)
2. Свойства или отношения (например, двоичные отношения – “hasChild”)
3. Классы или концепции (подклассы подразделяются на их суперклассы. Классы описываются с использованием формальных или математических описаний с указанием требований к членству в классе).

Рис. 1. Представление свойств

В приведенном выше рисунке показано, что как Davies, так и Thomas являются индивидуумами класса «личность». USA и NewYork были указаны как одни и те же экземпляры класса страны. Davies имеет ребенка по имени Thomas, а Thomas имеет родителя по имени Davies. Отношения «hasChild» и «hasParent» обращены друг к другу.

RDF, или структура описания ресурсов

RDF представляет собой структуру для описания веб-ресурсов (идентифицированных UniformResourceIdentifier, или URI), таких как начальная страница, заголовок, автор, контент и информация об авторских правах на веб-странице и т. д. RDF – это модель данных для объектов («ресурсы») и отношения между ними. RDF обеспечивает простую семантику для этой модели данных, и эта модель данных может быть представлена в синтаксисе XML. RDF предназначен для чтения и понимания компьютерами, но он не предназначен для отображения людям. RDF описывает ресурсы со свойствами и значениями свойств. Ресурс – это все, что может иметь URI, например http://www.kolkataabcd.in/NLE.

Свойство также является ресурсом, который имеет имя, например автор или домашняя страница. Значение свойства также может быть другим ресурсом. RDF – это базовый язык онтологии и графический язык, используемый для представления информации о ресурсах в Интернете. Ресурсы описываются в терминах свойств и значений свойств с использованием операторов RDF. Выражения представлены тремя свойствами, состоящими из субъекта, предиката и объекта [С, П, O]. Предметом одного утверждения может быть объект другого заявления, и именно так можно объединить ресурсы. Набор связанных операторов (тройки) формирует график RDF.

Код RDF

<rdf:RDF
xmlns:rdf= “ http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#”
xmlns:ex= “ http://example.com/schema# ”>
<rdf:Descriptionrdf:about= “ http:// example.com/ScienceJournal ”>
<ex:title> a review of OWL</ex:title>
<ex:author>
<ex:person>
<ex:name>Mike Dean</ex:name>
</ex:person>
</ex:author>
</rdf:Description>
</rdf:RDF>

Рис. 2. RDF Заявление троек

RDFS (схема RDF)

RDFS – это расширение для RDF, которое обеспечивает структуру для описания классов и свойств приложений и, таким образом, позволяет определять ресурсы как экземпляры классов и подклассы классов. RDFS позволяет определять свойства как вспомогательные свойства других свойств и обогащает описания того, что у нас уже есть.

RDFS Example

<?xml version="1.0"?>
<rdf:RDF
xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns:rdfs=http://www.w3.org/2000/01/rdf -schema#
xml:base= "http://www.cameras.com/cameras#">
<rdfs:Classrdf:ID="camera" />
<rdfs:Classrdf:ID="canon">
<rdfs:subClassOfrdf:resource="#camera"/>
</rdfs:Class>
</rdf:RDF>

RDFS – описание классов

Для описания классов мы можем использовать встроенные ресурсы RDFSchema, такие как,

• rdfs: Class
• rdfs: subClassOf

Они используются вместе с свойством rdf: type.

RDFS – описание свойств

Схема RDF позволяет нам описывать свойства. Свойства – это экземпляры класса rdf:Property. Мы указываем домен, используя rdfs:domain и range, используя rdfs:range. Схема RDF семантически расширяет RDF, предоставляя средства для описания словарей RDF.

Рис. 3. Примеры RDF-графов

Рис. 4. Примеры RDF-графов (2)

Рис. 5. Онтология - многослойная технология

Рис. 6. RDFS - описание свойств

OWL: OWL Рассуждение

Для онтологий в OWL-DL мы можем использовать автоматический аргумент для вывода информации, которая явно не представлена в онтологии.

Стандартные сервисы рассуждений – это тестирование на освобождение, тестирование эквивалентности и тестирование согласованности.

OWL классы

Рис. 7. Именованные классы

Экзистенциальное ограничение (∃atleastone)

∃RC интерпретируется как совокупность всех индивидуумов в области, которая имеет минимум один R-преемник (R-successor).

Рис. 8. Экзистенциальное ограничение (Existential Restrictions)

Универсальные ограничения ∀RC

Ограничение значимости ∀RC интерпретируется как совокупность всех лиц в домене, чьи все R-successor (если они есть) принадлежат интерпретации понятия или класса C.

Дополнения Классы: Профессиональный ∩ ¬ Врач

Рис. 9. Универсальные ограничения (Universal Restrictions)

Классы перечислений

Класс перечисления определяется явным и исчерпывающим перечислением лиц, которые являются членами класса перечисления. Чтобы указать перечислимый класс, индивидуумы, которые являются членами класса, перечислены внутри фигурных скобок {... ...}

Рис. 10. Классы перечислений

Примеры кодирования OWL

OWL – Named Classes

<owl:Classrdf:ID=“Doctor">
<rdfs:subClassOfrdf:resource="#Professional" /> …
</owl:Class>

OWL – Enumerated Classes

<owl:Classrdf:ID=“BrdCar">
<rdfs:subClassOfrdf:resource="#BrdDescription" />
<owl: oneOfrdf:parseType=“Collection”>
<owl:Thingrdf:about="#Toyota"/>
<owl:Thingrdf:about="#Audi"/>
<owl:Thingrdf:about="#Nissan"/>
</owl:oneOf>
</owl:Class>

OWL – Complement Classes

<owl:Classrdf:ID="ConsumableThing" />
<owl:Classrdf:ID="NonConsumableThing">
<owl:complementOfrdf:resource="#ConsumableThing" />
</owl:Class>

OWL – Union Classes

<owl:Classrdf:ID="People">
<owl:unionOfrdf:parseType="Collection">
<owl:Classrdf:about="#Vegetarian" />
<owl:Classrdf:about="#NonVegetarian" />
</owl:unionOf>
</owl:Class>

OWL – Intersection Classes

<owl:Classrdf:ID=“LadyBoxer">
<owl:intersectionOfrdf:parseType="Collection">
<owl:Classrdf:about="#Boxer" />
<owl:Classrdf:about="#Woman" />
</owl:intersectionOf>
</owl:Class>

Ограничения

Ограничения мощности (Cardinality Restrictions): для данного свойства ограничения мощности позволяют нам говорить о количестве отношений, в которых участвует класс людей.

hasValue Restrictions: Позвольте нам указать этот класс лиц, которые участвуют в определенной связи с определенным человеком.

Рис. 11. Пример ограничения hasValue

Свойства OWL

Существуют две основные категории свойств: свойства объекта и свойства типа данных. Свойства объекта связывают индивидов с отдельными лицами. Свойства типа данных связывают индивидов со значениями типа данных (например, целые числа, поплавки, строки). Свойства могут иметь указанный домен(domain) и диапазон(range). Свойства объекта могут иметь обратное свойство, Например: инверсия (hasFriend) может быть (hasEnemy).

Свойства собственности OWL

Функциональный (Functional): для данной особенности свойственно принимать только одно значение.

Обратный функционал (Inverse functional): обратное свойство является функциональным.

Симметричный (Symmetric): если свойство связывает A с B, то можно сделать вывод, что он связывает B с A.

Переходный (Transitive): если свойство связывает A и B и B с C, то можно сделать вывод, что он связывает A и C.

OWL-Код ограничения

<owl:Classrdf:about="#Airplanes">
<rdfs:comment rdf:datatype="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string">
Jets used for transport</rdfs:comment>
<rdfs:subClassOfrdf:resource="#Jets"/>
<owl:disjointWithrdf:resource="#Helicopters"/>
<owl:disjointWithdf:resource="#Bussiness_Jets"/>
</owl:Class>

Код ограничения OWL

<owl:ObjectPropertyrdf:ID="hasMaker" />
<owl:ObjectPropertyrdf:ID="producesCar">
…
<owl:inverseOfrdf:resource="#hasMaker" />
</owl:ObjectProperty>

Заключение

OWL является последним стандартом в онтологических языках (Рекомендация OWL, февраль 2004 г.). Он накладывается поверх RDF и RDFS и имеет богатый набор конструктов. Существует три категории OWL: OWL-Lite, OWL-DL и OWL-Full. Автоматическое рассуждение возможно над онтологиями, написанными в OWL-Lite и OWL-DL. OWL связывает отношения с RDF. OWL позволяет включать отдельные экземпляры классов в онтологию. Классы OWL и отдельные лица могут храниться как тройки RDF. RDF расширяет XML-модель и синтаксис для описания ресурсов. OWL присваивает особое значение RDFTriples. OWL получен из языка веб-онтологии DAML + OIL и основывается на RDF. Язык онтологии OWL отличается от XML-схемы тем, что предназначен для представления знаний, а не для форматирования сообщений. XML и RDF-форматы являются частью стандарта OWL. OWL полезен для различных приложений, таких как представление знаний, управление знаниями, поиск фотографий, политики контроля доступа и т. д. Мы можем использовать дальнейшее расширение правил для OWL, то есть SWRL (язык семантического веб-правила).

Библиографический список

OWL 2 Web Ontology Language Structural Specification and Functional-Style Syntax (Second Edition). URL: https://www.w3.org/2012/pdf/REC-owl2-syntax-20121211.pdf

Web Ontology Language, Use Cases and Requirements.W3C Recommendation 10 February 2004. URL: https://www.w3.org/TR/webont-req/OWL

https://www.researchgate.net/publication/238344419_Web_ontology_language_OWL_an d_semantic_web

Ontologies and Sematic web Ian HorrocksInformation Management Group, School of Computer Science, University of Manchester. URL: https://www.inf.ed.ac.uk/events/lectures/horrocks.pdf

Semantic Web Ontologies, ChrisWelty, IBM Research(also W3C Semantic Web Best Practices WG. URL: http://www.daml.org/meetings/2005/04/pi/Ontologies.pdf

Web Semantic and Ontology,Elodie Marie Gontier,Professor of French and History, Paris, France. URL: https://file.scirp.org/pdf/AIT_2015062913385712.pdf