语义网与本体技术

7 April 2009
提要
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为什么要使用语义网 什么是语义网 怎么样使用语义网 应用于制造业信息化中的思考
7 April 2009
语义网的架构
机器和软件代理可以用它来 唯一的验证某个信息是否由 特定的可信任的来源提供。 规则 信任 除了本体层定义的术语关系 和推理规则外，还需要有一 数据 证明 个功能强大的逻辑语言来实 RDF数据模型提供简单的语义， 数 数据 现推理。 RDF属性可以看作是资源的属性， 逻辑 提供一个明确形式化语言，以准确 字 同时又表达了资源之间的关系； 定义术语语义及术语间的关系。 自描述 签 RDF Schema定义被描述资源的类 XML提供文档结构化的语法，实现了文档结构与 本体 文档 ，并提供约束违例的检测机制。 文档表现形式的分离，根据不同的目的同一个文 名 档可以有不同的表现形式。XML名称空间是名称 一种新的+字符编码标准，它支持 RDF+RDF Schema 的一个集合，用于文档元素和属性名有效性的验 世界上所有的语言。无论在什么 唯一标识Web上的任一资源，其思 证。XML Schema是约束XML文档结构的语言。 平台上，无论在什么程序中，无 想是在需要的时候通过链接引用 XML+NS+XML Schema 名称空间 论使用什么语言，每个字符都对 资源，因此不需要对资源进行拷 应于一个唯一的Unicode编码值。 贝或集中管理。
7 April 2009
形式化描述——谓词
size(x,y) bedrooms(x,y) price(x,y) floor(x,y) garden(x,y) lift(x) pets(x) central(x) y是公寓x的大小（平方米） x有y个卧室 y是x的价格 x是在第y层楼 x有大小为y的花园 在x所在的大楼里有电梯 在x里允许养宠物 x位于市中心 公寓x满足卡洛斯的要求 卡洛斯愿意为x付y美元

实现了文档结构和文档表现形式的分离； 以Java script、VB script和XML等技术为标志； 数字图书馆、网上购物、网上办公自动化等等。
7 April 2009
Web的发展历史——第三代Web
Web的高速发展使得它很快成为一个庞大的知识 库，但同时带来很多问题：

忽略了计算机的处理作用； 大部分有用信息无法得到有效利用。
citizenOf
implicatedIn
date location
Afghanistan
World Trade Center
2001-09-11
Washington, DC
Saudi Arabia
date 2001-09-11 location New York, NY
7 April 2009
本体谱


通过互联网浏览文档成为可能，实现了文档表现形式与文档存储格式 的分离； 以HTML语言、URL和HTTP等技术为标志，以静态页面的形式来展 现信息； 简单易用，但信息单调，维护困难。
7 April 2009
Web的发展历史——第二代Web
允许用户通过交互查询数据库来构建Web应用， 并将数据库中符合要求的结果动态的生成页面， 并展示给用户。 特征：

语义网表示语言


语义网查询技术


语义网安全

7 April 2009
提要
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为什么要使用语义网 什么是语义网 问题描述 怎么样使用语义网 应用于制造业信息化中的思考
7 April 2009
本体概念
共享概念模型的明确的形式化规范说明

概念模型

通过抽象出客观世界中一些现象的相关概念而得到的模型，概念模型 表现的含义独立于具体的环境状态 概念和概念的约束都有明确的和无歧义的定义 本体能通过本体语言编码，使得计算机可读，并可以被计算机处理 本体体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域内公认的概念集
r2,r3,r4,r5,r6>r1 r7: size(X,Y),Y>=45,garden(X,Z),central(X) => offer(X,300+2Z+5(Y-45)) r8: size(X,Y),Y>=45,garden(X,Z), ﹁ central(X) => offer(X,250+2Z+5(Y-45)) r9: offer(X,Y),price(X,Z),Y<Z => ﹁acceptable(X) r9>r1
本体是……
目录 （catalog）
术语表 （glossary）
分类的集合 （collection of taxonomies ） 辞典 （thesaurus）
通用逻辑约束的集合 （set of general logical constraints）
文本文件的集合 （set of text files）
7 April 2009
逻辑与推理——单调规则
A1，A2，……，An —> B 解释：

演绎规则(deductive rules)：如果A1，A2，……，An已知为真，那么B也为真。 反应式规则(reactive rules)：如果条件A1，A2，……，An为真，那么执行行动 B。
father(X,Y),mother(X,Y),male(X),female(X) father(X,Y) —> parent(X,Y), mother(X,Y) —> parent(X,Y) male(X),parent(P,X),parent(P,Y),notSame(X,Y) —> brother(X,Y) female(X),parent(P,X),parent(P,Y),notSame(X,Y) —> sister(X,Y) brother(X,P),parent(P,Y) —> uncle(X,Y) mother(X,P),parent(P,Y) —> grandmother(X,Y) parent(X,Y) —> ancestor(X,Y), ancestor(X,P),parent(P,Y) —> ancestor(X,Y)
语义网理论与技术探讨
提要
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为什么要使用语义网 什么是语义网 怎么样使用语义网 应用于制造业信息化中的思考
7 April 2009
提要
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为什么要使用语义网 什么是语义网 怎么样使用语义网 应用于制造业信息化中的思考
7 April 2009
Web的发展历史——第一代Web
1989 日内瓦欧洲粒子物理实验室 Berners-Lee 特征：
框架的集合 （collection of frames）
复杂度 无自动推理 带有自动推理
7 April 2009
逻辑与推理
为什么使用逻辑来进行本体推理：




它提供一种便于表达知识的高层语言，并且具有很强的表达能力； 它具有易于理解的形式化语义，将无歧义的含义赋予逻辑公式； 提供了精确的逻辑后承(logical consequence)概念，它决定一 个公式是否可由另一些公式(前提)在语义上推出。实际上，逻辑 最原始的动机正是研究逻辑后承的客观规律； 存在由前提集从语法上自动推出结论的证明系统； 存在逻辑后承与语法推导相一致的证明系统。证明系统应当是可 靠的(所有语法可推出的公式都是前提的逻辑后承)和完全的(前提 的所有逻辑后承都可由证明系统推出)； 在存在可靠且完全的证明系统的意义上，谓词逻辑是独一无二的。 表达能力更强的逻辑(高阶逻辑)没有这样的证明系统； 由于存在证明系统，可以追踪逻辑后承的推导过程。在此意义上， 逻辑能够提供其结论的理由。
“911”本体描述
Class Terrorist type hasLeader Osama bin Laden al Qaeda type
Class
Terrorist Organization type
Class
Terrorist Event
type
implicatedIn
Pentagon
residesIn
7 April 2009
逻辑与推理——非单调规则
假设一个网上卖家希望在顾客的生日当天给予特别优惠。可以用如下 的规则来简单的表达这个应用：

R1:If birthday, then special discount. R2:If not birthday, then not special discount.
这种解决方案在已经生日的情况下运转良好。但是，假设一个顾客因 为涉及隐私而拒绝提供他的生日。在这种情况下，就不能应用上面的 规则了，因为其前提是未知的。为了处理这种情况，需要写出如下的 规则：

R1:If birthday, then special discount. R2’:If birthday is not known, then not special discount.
7 April 2009
一个例子
卡洛斯正在找一个至少45平方米、至少有两个卧 室的公寓。如果是在三楼或三楼以上，大楼必须 有电梯。而且可以养宠物。 卡洛斯愿意为市中心的45平方米大小的公寓付 300美元，为在市郊的类似公寓付250美元。并 且，他愿意为公寓超出45平方米的部分每平方米 支付5美元，为花园每平方米付2美元。 他的付款总额不会超过400美元。在给定的可选 项中，他将选择最便宜的，第二优先的是有花园 的，最后才是有额外空间的。
Unicode
URI
7 April 2009
语义网研究的问题
目前语义网涉及的主要研究问题有：

语义网知识表示模型

创建和管理本体 本体的扩充、集成和演化 描述逻辑 XML、RDF(S)、OWL 针对不同的表示语言，发展了各自不同的查询语言 包括每一层次的安全以及互用性的安全

语义网逻辑基础

Web信息无法被有效利用：

Web服务存在异构问题：


7 April 2009
Leabharlann Baidu
语义网的思想
Berners-Lee：

对现有Web扩展； 语义网的目标是让Web上的信息能够被机器理解，从而实现Web 信息的自动处理，以适应Web资源的快速增长，更好的为人类服 务。


W3C：
将机器能理解的数据发布在Web上正成为很多组织最优先考虑的 工作，只有Web成为一个自动工具和人能够共享和处理数据的平 台，它的潜能才可能全部发挥； Web上的数据可以被机器自动处理、集成和重用。
但是规则R2’的前提不在谓词逻辑的表达能力之内，于是，就需要一 种新的规则系统。注意规则R1和R2适用于掌握相关情形的完全信息 的情况，而非单调规则R2’则应用于信息不完全的情况。
7 April 2009
逻辑的分类
谓词逻辑 命题逻辑 描述逻辑 Horn逻辑 模态逻辑 直觉主义逻辑 多值逻辑 ……


特征：
实现文档语义与文档结构的分离； 达到使文档具有机器可处理的语义。
7 April 2009
Web的局限性
Web信息无法被自动处理：

计算机只负责显示信息，而没有理解和处理Web信息的能力，在 Web上很难开发各种智能应用。 以最强大的搜索引擎Google来说，它目前能搜索80亿之多的Web页 面，但这仅仅占整个Web规模的25%-30%； 同时，无法精确识别Web上的内容，搜索结果的质量并不令人满意。 Web Service：UDDI、WSDL等技术标准，服务的查全率和查准率 仍然较低；服务集成需要人工干预； 跨平台互操作的中间件：CORBA、COM、EJB等应用，存在中间件 描述、检索和自动化集成等方面的问题； 描述信息的语义二义性导致机器无法自动的理解和处理它们。

明确


形式化


共享

7 April 2009
本体定义
本体可以定义为一个七元组: O=(C,Ac,R,Ar,H,I,X)

C ：概念的集合 Ac ：概念属性的集合 R：关系的集合 Ar：关系属性的集合 H ：层次的集合 I：实例的集合 X：公理的集合
7 April 2009
acceptable(x) offer(x,y)
7 April 2009
形式化描述——规则
r1: =>acceptable(X) r2: r3: r4: r5: r6: bedroom(X,Y),Y<2 => ﹁acceptable(X) size(X,Y),Y<45 => ﹁acceptable(X) ﹁pets(X) => ﹁acceptable(X) floor(X,Y),Y>2, ﹁lift(X) => ﹁acceptable(X) price(X,Y),Y>400 => ﹁acceptable(X)