RRL：对语义Web上Ontology表示语言OWL的一种扩展方案

ＲＲＬ：对语义Ｗｅｂ上Ｏｎｔｏｌｏｇｙ表示语言ＯＷＬ的一种扩展方案作者：叶琳莉黄日茂来源：《电脑知识与技术》2008年第35期摘要：针对OWL在表示约束和规则方面的缺陷，提出了对OWL的一种扩充方案：在OWL上面再建立一层RRL，并在RRL中定义属性值的区间约束表示本体，使得OWL在用RRL层扩充以后可以方便地表示属性值的区间约束。

关键词：语义Web；本体；OWL；约束；规则中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)35-2196-03RRL:an Extension to OWL——Ontology Language for Semantic WebYE Lin-li,HUANG Ri-mao(Computer and Information College of Fujian Agriculture and Forest University,Fuzhou 350002,China)Abstract: OWL isn't working well when decibing value restriction and rules. This thesis proposes a solution to extend it: Build RRL above the OWL,and then defines the decription ontology of value restriction.So the OWL could be used to decribe the properties’ value restriction easily.Key words: semantic web; ontology;OWL;restriction;rule1 引言互联网是一个具有虚拟的无限潜力的信息资源。

然而，这种潜力只是相对地得到充分应用，因为对于机器（计算机）来说，智能地处理和整合万维网上的这类信息是困难的。

近年来，研究者们提出了语义Web的概念，以期解决上述问题。

与传统的依赖于自然语言处理来获得现有文档意思的方法相比，这种方法需要网页作者使用一种知识表示语言来描述他的网页。

因而，目前来说，对语义Web的研究集中在本体层及其以下各层，主要就是解决知识表示与推理的问题。

在知识表示方面，传统的本体表示语言有多种，如基于框架和一阶逻辑的Ontolingua, IKBC,OCML, Flogic, CycL和基于描述逻辑的Loom。

XML己被认为是Web上数据交换的标准语言，一些研究人员开发了多种基于XML语法的本体描述语言，如SHOE, OML, XOL, Riboweb, OIL, DAML和OWL等[1]。

2 OWL的属性值约束OWL是被W3C推荐为标准的，专门为描述语义Web上的本体（ontology)而设计的描述逻辑语言，它具有清晰的语义，具备很强的知识表示能力。

但也还存在局限性，如属性约束表示能力不足、不能表示任何规则等，但无论约束表示还是规则表示对本体都是非常重要的[2]。

OWL的属性值约束有这三个owl:allValuesFrom, owll:someValuesFrom和owl:hasValue。

其中owl:allValuesFrom, owl:someValuesFrom把属性值限定在某一个类或一个枚举类型的DataRange, owl:hasValue则把属性值限定为某一个具体的类的实例或具体的数值。

OWL能直接表示属性的基数约束（用owl:minCardinality， owl:maxCardinality和owl:Cardinality表示基数约束）其语法定义如下[2]：restriction ::= 'restriction(' datavaluedPropertyID dataRestrictionComponent ')'| 'restriction(' individualvaluedPropertyID individualRestrictionComponent ')'dataRestrictionComponent ::= 'allValuesFrom(' dataRange ')'| 'someValuesFrom(' dataRange ')'| cardinalityindividualRestrictionComponent ::= 'allValuesFrom(' classID ')'| 'someValuesFrom(' classID ')'| cardinalitycardinality ::= 'minCardinality(0)' | 'minCardinality(1)'| 'maxCardinality(0)' | 'maxCardinality(1)'| 'cardinality(0)'| 'cardinality(1)'由于基数约束只能表示值域限制在0和1的基数表达式(Cardinality expressions)，这使得用户只能够表示“至少一个”，“不超过一个”，和“恰好一个”这几种意思，而OWL属性约束只能限定为具体的类或实例，或者具体的枚举值，因此，OWL中表示属性值的区间约束却不方便易行[3-4]。

根据前面的研究，既然OWL中表示属性值的区间约束不方便易行，那现有的OWL是如何表示区间约束的方式呢？下面将来进行说明。

在OWL中为了表示≥或≤这样的属性值的区间约束，通过用户自定义的数据类型来实现。

其做法是在OWL的可扩充数据类型本体中有用户子定义其所要表示的属性值的区间约束。

例如，用户要表示≤12，则用户在OWL的扩充本体中首先将≤12定义为一种用户所需要的数据类型，然后再使用其实例。

显然，这种做法有两个缺点：第一，由于约束的不可预测性，这种用户自定义的数据类型不能实现枚举用户可能用到的所有数据类型。

第二，每个用户都可以按需定义自己的数据类型，势必会使得本体的规模庞大以及管理上的混乱。

一般来说，这种缺点并不是很致命的，但是对于未来的本体构建而言，这却是至关重要的。

因为，语义Web的一个主要目的，就是达到概念的共享，那如果存在过多的用户自定义数据类型，必然带来概念共享的程度下降。

3 对OWL的扩展为了解决上述问题，拟在OWL上层建立一个约束表示层：Restriction Represent Layer－RRL，RRL使用OWL和RDF语法。

该RRL层是对OWL的扩充，使得OWL能够表示简单的约束和规则[5]。

设计RRL的指导思想为：1） RRL基于OWL，是对OWL的扩展，但它位于OWL的上层；2）约束或规则表示为OWL中的一个类；3）RRL主要用来表示简单的IF－THEN规则以及属性值的区间约束，如>，≥，等。

RRL中的约束或规则表示可以引用OWL以前各层中定义的词汇。

3.1 定义RRL层RRL层头信息的定义如下：rrl ::= 'rrl(' [ rrlID ] { directive } ')'directive ::= 'Annotation(' rrlPropertyID rrlID ')'| 'Annotation(' annotationPropertyID URIreference ')'| 'Annotation(' annotationPropertyID dataLiteral ')'| 'Annotation(' annotationPropertyID individual ')'| axiom| factdatatypeID ::= URIreferenceclassID ::= URIreferenceindividualID ::= URIreferencerrlID ::= URIreferencedatavaluedPropertyID ::= URIreferenceindividualvaluedPropertyID ::= URIreferenceannotationPropertyID ::= URIreferencerrlPropertyID ::= URIreference作几点说明：同一个 URI reference在一个RRL层表示的约束中，不能同时是一个datatypeID 和classID ；同样的，同一个 URI reference在一个RRL层表示的约束中，不能同时是一个 datavaluedPropertyID、 individualvaluedPropertyID、一个 annotationPropertyID、或者一个ontologyPropertyID 。

3.2RRL层中表示属性值的区间约束根据属性定义的方式，我们在RRL层中定义一个约束类”UserDefinedNumberRestriction”（用户定义的区间约束类），这个类的作用是实现值的区间约束，该类具有四个属性，分别为：a）约束关系”restrictionRelation”, 定义了约束关系的类型集合，其值域为一个枚举类型集合{>,≥,}。

b）约束值”restrictionValue”，定义约束值的范围，其值域为xml：schema上定义的数值型数据类型值。

c）约束值的数据类型”retrictionValueDatatye”，定义约束值的数值类型，其值域为xml：schema上定义的数值型数据类型。

d）约束值的单位”restrictionValueUnit”，定义了约束值的单位，比如：公斤，吨，等等，其值域为rdfs：literal。

属性的定义如表1。

表1 类UserDefinedNumberRestriction 包含的属性定义用OWL描述如下(注意：采用”……”表明中间省略了一些内容)：在RRL层中对”UserDefinedNumberRestriction”类进行如下定义：//类定义UserDefinedNumberRestrictionUserDefinedNumberRestriction is parctically number restriction of property value.//约束关系的枚举值定义“/> // >// >=//“/> //……//被约束的值单位定义restrictionValueUnit被约束的值单位定义，例如可能是吨、公斤等1在RRL层中定义的类”UserDefinedNumberRestritcion”可以看作是一个属性值区间约束的模板，也可以说是一个本体，用户可以使用这个本体来定义用户所需要的属性值的区间约束，例如上例中要定义类”Adult”（年龄>=18的人），则在引入了RRL层以后，描述同样的约束表达式，则其描述得到了很大程度的简化，且本体的规模保持不变。