Protégé术语解释

Protégé术语解释
3种OWL语⾔
OWL可以分为三种⼦语⾔：OWL-Lite，OWL-DL，OWL-Full。

⼦语⾔的特征是由它的描述能⼒来分类的。

其中，OWL-Lite描述能⼒最弱，OWL-Full描述能⼒最强，OWL-DL的能⼒属于中间，同时，OWL-Full可以视为是OWL-DL的⼀个扩展。

OWL-Lite:在语法上，OWL-Lite是最简单的语⾔。

⼀般⽤于只有⼀个简单的类层次和定义的约束⽐较简单的情况。

⽐如，根据⼀个现有的百科全书建⽴的本体。

OWL-DL:OWL-DL是建⽴在描述逻辑基础上的的，描述能⼒⽐OWL-Lite强得多。

描述逻辑是第⼀顺序逻辑的决定性部分，可以进⾏⾃动推理。

因此，可以⾃动的计算分类层次，并且检查本体的⼀致性。

OWL-Full:OWL-Full的表达能⼒是最强的。

OWL-Full可以适⽤于需要很强的表达能⼒的情况。

OWL本体的组成
OWL本体由个体、关联和类组成，三者分别和实例（Instances）、扩展连接点（Slot）、类（Classes）相通信。

个体（Individuals）:个体就是在领域中，我们所感兴趣的物体。

Protégé和OWL之间有⼀个显著的区别，就是OWL没有独⽴名字假定（Unique Name Assumption, UNA）。

这意味着两个不同的名字可以指向同⼀个个体。

个体就是我们常说的实例，个体可以被理解为“类的实例”。

关联（Properties）:关联指的是两个个体之间的⼆元关系，⽐如，⼀个关联可以把两个个体连接在⼀起。

例：关联hasSibling，因为Matthew和Gemma是两兄弟，就可以通过hasSibling这个关系把Matthew和Gemma连在了⼀起,关联也可以只有⼀个参数，如使某种功能化的关联，如transitive（传递）或symmetric（对称）。

在Protégé中，关联基本和扩展连接点（Slot）的意思是⼀致的。

在描述逻辑中，扩展连接点是⼀个⾓⾊，在UML中是关系，也可以是指向其他物体的概念。

在GRAIL（另⼀种本体语⾔）和其他的形式化语⾔中，也被称作属性。

类（Classes）:OWL类是⼀组包含了个体的集合。

它是通过使⽤形式化的数学语⾔，精确描述类成员的特性。

⽐如，类Cat包括了特定领域中所有包括“猫”的类。

类由超类（superclass）和⼦类（subclass）的层次结构分类构成，也被称作taxonomy。

⼦类是超类的细化，⼦类可以继承超类的性质，也就是说，超类的条件是形成⼦类的必要条件。

同时超类-⼦类关系式OWL-DL的关键特性之⼀，这可以为推理机⾃动调⽤。

同时，概念（concept）⼀词也类中也时有出现，类是表述概念的基础。

建⽴⼀个OWL类，就是建⽴⼀个说明类的环境的描述，这个环境⾸先必须满⾜描述此类的⼀个个体成员的要求。

OWL本体的构建
建⽴类
⼀个类层次（class hierarchy）也被称之为⼀个分类法（taxonomy）。

不相交类（disjoint class）:不相交类的定义是，⼀个个体（或事物）不可能成为多个（>1）类的实例。

⼦类（subclass）
建⽴关联（properties）
关联的作⽤是表⽰两个个体之间的关系。

关联主要分为两种：事物关联（object properties）和数据类型关联（datatype properties）。

事物关联连接两个个体。

数据类型关联连接⼀个个体和⼀个XML Schema 数据类型值（XML Schema Datatype value）或RDF描述（RDF literal）。

OWL也有第三种关联，称为注释关联（Annotation properties），注释关联可以向类、个体或者事物/数据类型关联⾥添加信息（元数据）
逆关联（Inverse Properties）:每个事物关联都可能有⼀个逆关联。

如果⼀个关联连接个体a和b，那么它的逆关联就将连接b和a。

⽐如关联hasChild就是关联hasParent的逆关联
OWL关联的特征（OWL Property Characteristics）
功能性关联（Functional Properties）:具有某种特定功能的关联。

最常见的是，通过⼀个关联，将两个个体连接在⼀起。

反向功能关联（Inverse Functional Properties）
传递关联（Transitive Properties）:若⼀个关联是传递的，那么如果关联P关联了a和b，且P也关联了b和c，那么，可以推知，P也可以关联a和c。

对称关联（Symmetric Properties）:若关联P是对称的，P关联了个体a和b，那么P同样可以关联a和b。

关联的定义域和值域:关联把个体从定义域连接到值域。

例⼦……在关联P中，把个体从定义域a连接到值域b。

那么在它的反向关联P’中，定义域就是b，值域是a，就是把个体从定义域b连接到值域a。

描述和定义类
关联约束:OWL关联的作⽤是定义约束，约束的作⽤是限制归属类的个体，OWL中的约束主要有三种：
计量约束（Quantifier Restrictions）
基数约束（Cardinality Restrictions）
赋值约束（hasVaule Restrictions）
⾸先我们来看计量约束：
存在约束（existential restrictions ]）
任意约束（universal restrictions ∨）
例如，约束 hasTopping MozzarellaTopping表⽰存在⼀个个体中类或者集合，其中⾄少有⼀个个体含有MozzarellaTopping。

事实上，约束所描述的是⼀个佚名的类，这个类包含的个体满⾜这个约束。

当约束描述⼀个类的时候，它事实上也描述了（限定）这个类的超类，⽐
如，MargheritaPizza是⼀个事物的⼦类，那么Pizza也⾄少含有⼀个满⾜MozzarellaTopping的⼦类。

存在约束.在OWL本体中，存在约束是最常⽤的约束。

存在约束定义了，存在⼀个特定类的个体，满⾜⼀个给定的关联关系。

例如，]hasBase PizzaBase描述了在所有的个体中，⾄少有⼀个个体，满⾜在hasBase关联中，与类PizzaBase的⼀个个体相连接。

使⽤推理机
前⾯谈到OWL有3种⼦语⾔：OWL-Lite，OWL-DL（Description Logics）和OWL-Full。

本体的⼀个主要特征就是可以被OWL-DL语⾔所描述，并被推理机所运⾏。

推理机的⼀个主要服务就是测试⼀个类是否是其他类的⼀个⼦类，测试的结果被放在Protégé的inferred ontology class hierarchy中。

推理机提供的另⼀个标准服务是⼀致性检查，推理机给予类的描述可以确定，类是否可能拥有实例，当类被认为是不可能实例化的，类就是不⼀致的，⽐如与其他的类（如⽗类）的定义相冲突。

调⽤RACER。

完成了RACER或者其他的推理机的设置以后，本体会“⾃动的”发送到推理机，⾃动计算分类层次，并且检查本体的逻辑完整性。

Protégé中，⼿动建⽴的类层次叫做“asserted hierarchy”，通过推理过后⽣成的类层次叫做“inferred hierarchy”。

必要和充分条件（Necessary And Sufficient Conditions）
⽬前，我们创建的所有类，都只⽤了必要条件来描述。

必要条件就是，如果某个个体是⼀个类的成员，那么它必须满⾜的条件。

换句话说，就是如果某个个体满⾜这些条件，那么它⼀定是这个类的成员。

如果⼀个类只有必要条件，我们称之为简单类（Primitive Class）。

如果⼀个类⾄少含有⼀组充分必要条件，我们称之为规范类（Defined Class）。

如果⼀个类只有必要条件，也可称之为部分类（Partial Class），如果⼀个类⾄少含有⼀组充分必要条件，就可以成为完整类（Complete Class）。

如果类A有⼀个必要条件，我们就可以说如果⼀个个体是类A的成员，它⼀定满⾜该条件。

但是我们不能说任意满⾜这个条件的个体⼀定是类A的成员。

如果类A是规范的，有⼀个充分必要条件，我们可以说，如果某个个体满⾜这个条件，这个个体就是A的成员；且任意⼀个满⾜这个条件的个体，都⼀定是类A的成员，这个条件不仅对A的成员是必要的，也是充分的，因此，满⾜此条件的个体，⼀定是A的成员。

简单类和规范类（Primitive And Defined Classes）
⾄少有⼀组充分必要条件的类就是规范类，我们可以定义，任何⼀个满⾜这个定义的个体都是这个类的成员。

只有⼀个必要条件的类是简单类。

⾃动分类
使⽤OWL-DL⼦语⾔可以⾃动的对本体的类层次进⾏分类，当建⽴⼀个很⼤的本体时，我们可以通过推理机计算⼦类-超类之间的关系，从⽽提⾼⼀个⼤规模本体的可维护性，保持其处于⼀个逻辑上的正确状态。

当⼀个本体的类有很多的超类的时候，最好的办法就是把类层次关系构建成为⼀个树的结构。

因此，在asserted hierarchy中（⼈⼯构建的层次）的类不能有多个超类。

计算和维护复杂的类关系是推理机的主要功能，通过推理计算，使类之间的关系保持⼀个可维护和标准的状态。

这不仅提⾼了本体的可重⽤性，也把维护复杂层次关系时的⼈⼯错误降到了最低。

任意约束（universal restrictions）:任意约束限制了在⼀个给定的关联关系中，和某⼀个个体相连接的⼀个特定类的所有成员；该约束所包括的是符合这⼀条件的所有成员，⽽不是特定成员。

任意约束和存在约束的区别在于，在⼀个给定的关联中，任意约束不是指定⼀个关系的存在，它仅仅表⽰，如果⼀个关联关系存在，其关联的个体⼀定是特定类的所有成员。

⾃动分类和开放世界推理（Automatic Classification and Open World Reasoning）
闭合公理（Closure Axioms）：关联的闭合公理由⼀个任意约束构成，表⽰只能被特定的参数所填充的关联关系。

此约束有⼀个参数集，
该参数集是所有该关联的存在约束参数的并集。

例如，对MargheritalPizza⽽⾔，hasTopping的闭合公理是关联hasTopping的任意约束，其参数是MozzarellaTopping和TomatoTopping的并集，就是∨hasTopping (MozzarellaTopping∪TomatoTopping)。

值分割（Value Partitions）：值分割不是OWL的⼀部分，也不是其他本体语⾔的内容，⽽是⼀种设计模式（design pattern），其作⽤是⽤于改进对类的描述。

在本体设计中，设计模式的作⽤类似于在⾯向对象程序设计中——对⼀个模式化的问题可以重复使⽤的解决⽅案。

这些设计模式通常由专家设计，其正确性经过证明，可以解决⼀般的模式化问题。

⽐如，创建⼀个“SpicinessValuePartition”的值分割，⽤于描述PizzaTopping的⾹味，值分割限定了⼀个可能值范围的⼀个详细列表，其中枚举出所有可能值。

⽐如，在SpicinessValuePartition中限定范围为“Mild”，“Medium”，“Hot”。

覆盖公理（Covering Axioms）：覆盖公理包括两部分，被覆盖的类和形成覆盖的类。

例如，我们有类A、B和C，类B和C是A的⼦类。

假设A被B和C所覆盖，这意味着A的成员必须是B和/或C的成员。

如果B和C是不相交（disjoint）的，A的成员必须是B或者C的成员。

基数约束（Cardinality Restrictions）：OWL中，我们可以描述与其他个体或者数据类型有关系的类的个体的⾄少、⾄多或者准确的数⽬。

这个描述的约束就是基数约束。

对于⼀个给定的关联P，最⼩基数约束定义了可以加⼊P关系的个体的最⼩数⽬；最⼤基数约束确定了这个最⼤数⽬；也可以确定可以加⼊P关系的个体的准确个数。