本体论与OWL语言概要
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2 Cardinality restrictions 势约束 Cardinality: 类的一个个体能够和其他 某类的个体建立关系的个数 • owl:cardinality • owl:minCardinality • owl:maxCardinality 势个数 势下限 势上限
4.1.3 Intersection, union & complement 交、并、补
1 OWL Abstract
概要(2)
• OWL是一种在互联网上公布和共享实体的语义 语言（semantic markup language）。 • OWL起源于DAML+OIL网络实体语言，是作为 RDF(the Resource Description Framework)的扩展词 典进行开发。 • 其开发目的是提供一种“机器可读”的规范语 言。 • OWL通过对XML, RDF以及RDF Schema 提供额外 的词汇以及一套完整的语义而大大增加语言的 “机器可读性”。
3 Ontology header 本体头
• • • • • • owl:Ontology 头文件标记 owl:imports 引入其他本体文件 owl:versionInfo owl:priorVersion owl:backwardCompatibleWith 向后兼容 owl:incompatibleWith 不向后兼容
1 OWL Abstract
概要(6)
• OWL Full可以看作为一种扩展RDF，而 OWL Lite和OWL能则可看作受限制的扩展 RDF。 • 所有的OWL ( Lite，DL，Full)文件是一个 RDF文件，而所有的RDF文件是一只OWL Full文件，但是仅仅一部分RDF文件是一 个合法的OWL Lite或者OWL DL文件。
1. 定义Ontology中的classes（这些classes是对领域知识的抽象描述）； 2. 使用子类-父类（subclass-superclass）继承关系组织这些classes 的 层次结构（taxonomy）； 3. 为class定义属性（slots），并描述属性的约束（包括值的类型、 取值范围、可出现次数等）。
• owl:intersectionOf • owl:unionOf • owl:complementOf
4.2 Class axioms
• rdfs:subClassOf • owl:equivalentClass 子类 等个体类
1 OWL Abstract
Use Cases 使用案例
概要(1)
•Web portals 网络入口 •例如OntoWeb •Multimedia collections 多媒体收集 •媒体的语义注解；media-specific和content-specific •Corporate web site management 团体网站管理 •销售人员；技术人员；管理人员 •Design documentation 设计文档管理 •维护工程师、设计工程师；可视化编辑 •Agents and services 代理和服务 •例如Agenticityes •Ubiquitous computing 普遍计算 •小型的、手持的、无线的电脑设备
4.1.2 Property restrictions 关系约束(1)
1 Value restrictions 值约束 • owl:allValuesFrom 所有的值来自 • owl:someValuesFrom 必有值来自 • owl:hasValue 有某值
4.1.2 Property restrictions 关系约束(2)
OIL XOL SHOE OML XML DAML+OIL RDF(S) OWL
1 OWL Abstract
OWL语言的设计目标
• • • •
概要(5)
Ontology evolution 本体进化 Ontology interoperability 本体协作 Inconsistency detection 矛盾检测 Balance of expressivity and scalability 表达性和可量测性的权衡 • Ease of use 使用方便 • Compatibility with other standards 与其他标准的兼容 • Internationalization 国际化
今天的Web与语义互联网
0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（3）
Web links和Topic Map
Βιβλιοθήκη Baidu
0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（4）
创建Semantic Web的过程：
1. 对问题领域进行分析，确定语义互联网能够解决问题； 2. 选择或创建Ontology。如果问题领域已经有了领域内的标 准化Ontology，则应尽可能选择使用标准化的Ontology；否 则，需要根据具体的领域知识创建新的Ontology。 3. 创建新的Ontology 包括以下过程：
•
•建立在文字而非语意的层 面上的交流往往带来很多 问题。 Ontology的提出在 根本上是由于交流的需要 而产生的。
0.1背景一：Ontology 本体论（3）
• Ontology本是哲学领域的概念，用以研究现实存在的组 织和本质；后被计算机界的研究者借用到信息领域， 以描述用于交流和共享的语义空间。 • 信息领域：Ontology 是一种用以描述语义的、概念化的 显式说明（an explicit specification of a conceptualization. Gruber, 93）。它是对某一个领域内事物的共同理解（a shared understanding）。 • Ontolgoy 在本质上是对客观世界的一种分类描述，因此， Ontology 模型实际上就是一种知识表示模型。
OWL语言概要
0.1背景一：Ontology 本体论（1）
语义表达三角形： 概念（Concept）、符号（Symbol）和实体（Thing/Instance）
0.1背景一：Ontology 本体论（2）
• • 概念是抽象层面的泛指，通常是对一类事物共性的总结； 概念 它代表的总是这一类事物的总体，而非特指其中的一个具 体事物。 符号，亦即概念的名称，是用以表征概念的标记（可以是 符号 文字或图形）。在交流中，人们通常都是通过符号来传达 概念及其含义；在此意义上，符号是概念的载体。 实体是概念的具体化、实例化表现，亦即个别化的概念。 实体 概念所对应的所有实体构成概念的外延。
4 Classes 类
– 类（class）和概念； 又： – 属性（property）和关系； – 个体（individual）和实例（instances）； – 此公理和彼公理 本体 ＝ 概念 ＋ 名义 ＋ 属性 ＋ 取值 ＋ 公理
4.1 Class descriptions 类的描述
1. 2. 3. 4. 5. 6. A class identifier 类的标示符 An exhaustive enumeration of individuals that together from the instances of a class 实体的列举 A property restriction 属性约束 The intersection of two or more class descriptions 两 个或者更多类描述的交 The union of two or more class description 两个或者 更多类描述的并 The complement of a class description 类描述的补 充
1 OWL Abstract
Three Sublanguages：三种子语言 ：
概要(5)
• OWL Lite用以支持首先需要分类以及分层，并且需要简 单约束的用户。例如在集的势方面，它只支持0和1。 • OWL DL用以支持需要最大化的表现力并且其推理系统 保持完全的可计算 可计算（所有的结论都由计算得出）和可 可计算 可 判定（所有的结论都可在有限时间内完成）。OWL DL 判定 包含了所有的OWL语言结构，但是他们只有在特定的 约束条件下才能实现。OWL DL 命名来源于它通信过程 的描述逻辑（description logics）。 • OWL Full用以支持需要最大化的表现力以及符合语法结 构的RDF自由性，但是并不苛求可计算性的保证。
• 4) 取值：通常需要对属性的类型、值域等加以限制，以保证属性
的有效性；
• 5) 公理：人们默认已经达成共识且正确的逻辑，是逻辑推理的起
点和判断逻辑正确性的依据。
本体 ＝ 概念 ＋ 名义 ＋ 属性 ＋ 取值 ＋ 公理
0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（1）
• 当前网络的缺点：
– – – – 超级链接错综复杂，容易迷失在网状链接中 几乎不能自动处理信息（机器理解、推理能力） 以文字匹配为基础的搜索引擎往往找到大量无关信息 HTML不包含机器能阅读的语义信息
4. 依据选择或建立的Ontology，创建对象实例（instances）。 5. 依据需求建立应用程序和服务。
1 OWL Abstract
概要(1)
• OWL （the Web Ontology Language，网络 本体语言）是W3C在2002年7月29日公布 的本体建模语言，并以此作为语义互联 网（Semantic Web）的标准建模语言。 • 2003年2月21日，W3C公布了OWL1.0语言 参考手册的最新草案。
1 OWL Abstract
概要(3)
OIL
DAML+OIL
OWL
XOL
SHOE
OML
RDF(S)
XML
各本体建模语言与XML关系示意
1 OWL Abstract
概要(4)
• XML、XML Schema 足以满足拥有一致定 义（一个词典）的两者之间进行数据交 换 • RDF、RDF Schema 简单的本体语言：概 念、子概念、属性、子属性、继承、 domain、range等等。但是不够强大，例 如缺少cardinality、disjoint等等
2 Language structure 语言结构
• OWL文件组成：
– – – – Ontology header 本体头（可选） Class axioms 类公理 Property axioms 属性公理 Individual axioms 个体公理
• OWL代码需由< rdf:RDF>在开头和结尾标 识（同RDF文档） • 支持XML标准实体和名字空间生命
4.1.1 Enumeration 枚举
• owl:oneOf
<owl:Class> <owl:oneOf rdf:parseType="Collection"> <owl:Thing rdf:about="#Eurasia"/> <owl:Thing rdf:about="#Africa"/> <owl:Thing rdf:about="#NorthAmerica"/> <owl:Thing rdf:about="#SouthAmerica"/> <owl:Thing rdf:about="#Australia"/> <owl:Thing rdf:about="#Antarctica"/> </owl:oneOf> </owl:Class>
0.1背景一：Ontology 本体论（4）
Ontology就建立在这样一种基于分类的概念层次。其通常由如下部 分构成：
• 1) 概念：抽象层次的Class; • 2) 名义：概念的名字，是用以传达概念的标识和媒介； • 3) 属性：概念之间通过属性相互区别并相互联系；同一类的实例
也通过属性值的不同而相互区别。
• 语义互联网并非独立的另一个Web，而是今天Web 的一个延伸。在语义互联网中，信息被赋予明确 信息被赋予明确 而完整的含义（即语义）；机器可以识别并理解 而完整的含义 这种语义，从而对Web 中的信息实现自动化采集、 分割、组合乃至逻辑推理等等。
0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（2）
4.1.3 Intersection, union & complement 交、并、补
1 OWL Abstract
概要(2)
• OWL是一种在互联网上公布和共享实体的语义 语言（semantic markup language）。 • OWL起源于DAML+OIL网络实体语言，是作为 RDF(the Resource Description Framework)的扩展词 典进行开发。 • 其开发目的是提供一种“机器可读”的规范语 言。 • OWL通过对XML, RDF以及RDF Schema 提供额外 的词汇以及一套完整的语义而大大增加语言的 “机器可读性”。
3 Ontology header 本体头
• • • • • • owl:Ontology 头文件标记 owl:imports 引入其他本体文件 owl:versionInfo owl:priorVersion owl:backwardCompatibleWith 向后兼容 owl:incompatibleWith 不向后兼容
1 OWL Abstract
概要(6)
• OWL Full可以看作为一种扩展RDF，而 OWL Lite和OWL能则可看作受限制的扩展 RDF。 • 所有的OWL ( Lite，DL，Full)文件是一个 RDF文件，而所有的RDF文件是一只OWL Full文件，但是仅仅一部分RDF文件是一 个合法的OWL Lite或者OWL DL文件。
1. 定义Ontology中的classes（这些classes是对领域知识的抽象描述）； 2. 使用子类-父类（subclass-superclass）继承关系组织这些classes 的 层次结构（taxonomy）； 3. 为class定义属性（slots），并描述属性的约束（包括值的类型、 取值范围、可出现次数等）。
• owl:intersectionOf • owl:unionOf • owl:complementOf
4.2 Class axioms
• rdfs:subClassOf • owl:equivalentClass 子类 等个体类
1 OWL Abstract
Use Cases 使用案例
概要(1)
•Web portals 网络入口 •例如OntoWeb •Multimedia collections 多媒体收集 •媒体的语义注解；media-specific和content-specific •Corporate web site management 团体网站管理 •销售人员；技术人员；管理人员 •Design documentation 设计文档管理 •维护工程师、设计工程师；可视化编辑 •Agents and services 代理和服务 •例如Agenticityes •Ubiquitous computing 普遍计算 •小型的、手持的、无线的电脑设备
4.1.2 Property restrictions 关系约束(1)
1 Value restrictions 值约束 • owl:allValuesFrom 所有的值来自 • owl:someValuesFrom 必有值来自 • owl:hasValue 有某值
4.1.2 Property restrictions 关系约束(2)
OIL XOL SHOE OML XML DAML+OIL RDF(S) OWL
1 OWL Abstract
OWL语言的设计目标
• • • •
概要(5)
Ontology evolution 本体进化 Ontology interoperability 本体协作 Inconsistency detection 矛盾检测 Balance of expressivity and scalability 表达性和可量测性的权衡 • Ease of use 使用方便 • Compatibility with other standards 与其他标准的兼容 • Internationalization 国际化
今天的Web与语义互联网
0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（3）
Web links和Topic Map
Βιβλιοθήκη Baidu
0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（4）
创建Semantic Web的过程：
1. 对问题领域进行分析，确定语义互联网能够解决问题； 2. 选择或创建Ontology。如果问题领域已经有了领域内的标 准化Ontology，则应尽可能选择使用标准化的Ontology；否 则，需要根据具体的领域知识创建新的Ontology。 3. 创建新的Ontology 包括以下过程：
•
•建立在文字而非语意的层 面上的交流往往带来很多 问题。 Ontology的提出在 根本上是由于交流的需要 而产生的。
0.1背景一：Ontology 本体论（3）
• Ontology本是哲学领域的概念，用以研究现实存在的组 织和本质；后被计算机界的研究者借用到信息领域， 以描述用于交流和共享的语义空间。 • 信息领域：Ontology 是一种用以描述语义的、概念化的 显式说明（an explicit specification of a conceptualization. Gruber, 93）。它是对某一个领域内事物的共同理解（a shared understanding）。 • Ontolgoy 在本质上是对客观世界的一种分类描述，因此， Ontology 模型实际上就是一种知识表示模型。
OWL语言概要
0.1背景一：Ontology 本体论（1）
语义表达三角形： 概念（Concept）、符号（Symbol）和实体（Thing/Instance）
0.1背景一：Ontology 本体论（2）
• • 概念是抽象层面的泛指，通常是对一类事物共性的总结； 概念 它代表的总是这一类事物的总体，而非特指其中的一个具 体事物。 符号，亦即概念的名称，是用以表征概念的标记（可以是 符号 文字或图形）。在交流中，人们通常都是通过符号来传达 概念及其含义；在此意义上，符号是概念的载体。 实体是概念的具体化、实例化表现，亦即个别化的概念。 实体 概念所对应的所有实体构成概念的外延。
4 Classes 类
– 类（class）和概念； 又： – 属性（property）和关系； – 个体（individual）和实例（instances）； – 此公理和彼公理 本体 ＝ 概念 ＋ 名义 ＋ 属性 ＋ 取值 ＋ 公理
4.1 Class descriptions 类的描述
1. 2. 3. 4. 5. 6. A class identifier 类的标示符 An exhaustive enumeration of individuals that together from the instances of a class 实体的列举 A property restriction 属性约束 The intersection of two or more class descriptions 两 个或者更多类描述的交 The union of two or more class description 两个或者 更多类描述的并 The complement of a class description 类描述的补 充
1 OWL Abstract
Three Sublanguages：三种子语言 ：
概要(5)
• OWL Lite用以支持首先需要分类以及分层，并且需要简 单约束的用户。例如在集的势方面，它只支持0和1。 • OWL DL用以支持需要最大化的表现力并且其推理系统 保持完全的可计算 可计算（所有的结论都由计算得出）和可 可计算 可 判定（所有的结论都可在有限时间内完成）。OWL DL 判定 包含了所有的OWL语言结构，但是他们只有在特定的 约束条件下才能实现。OWL DL 命名来源于它通信过程 的描述逻辑（description logics）。 • OWL Full用以支持需要最大化的表现力以及符合语法结 构的RDF自由性，但是并不苛求可计算性的保证。
• 4) 取值：通常需要对属性的类型、值域等加以限制，以保证属性
的有效性；
• 5) 公理：人们默认已经达成共识且正确的逻辑，是逻辑推理的起
点和判断逻辑正确性的依据。
本体 ＝ 概念 ＋ 名义 ＋ 属性 ＋ 取值 ＋ 公理
0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（1）
• 当前网络的缺点：
– – – – 超级链接错综复杂，容易迷失在网状链接中 几乎不能自动处理信息（机器理解、推理能力） 以文字匹配为基础的搜索引擎往往找到大量无关信息 HTML不包含机器能阅读的语义信息
4. 依据选择或建立的Ontology，创建对象实例（instances）。 5. 依据需求建立应用程序和服务。
1 OWL Abstract
概要(1)
• OWL （the Web Ontology Language，网络 本体语言）是W3C在2002年7月29日公布 的本体建模语言，并以此作为语义互联 网（Semantic Web）的标准建模语言。 • 2003年2月21日，W3C公布了OWL1.0语言 参考手册的最新草案。
1 OWL Abstract
概要(3)
OIL
DAML+OIL
OWL
XOL
SHOE
OML
RDF(S)
XML
各本体建模语言与XML关系示意
1 OWL Abstract
概要(4)
• XML、XML Schema 足以满足拥有一致定 义（一个词典）的两者之间进行数据交 换 • RDF、RDF Schema 简单的本体语言：概 念、子概念、属性、子属性、继承、 domain、range等等。但是不够强大，例 如缺少cardinality、disjoint等等
2 Language structure 语言结构
• OWL文件组成：
– – – – Ontology header 本体头（可选） Class axioms 类公理 Property axioms 属性公理 Individual axioms 个体公理
• OWL代码需由< rdf:RDF>在开头和结尾标 识（同RDF文档） • 支持XML标准实体和名字空间生命
4.1.1 Enumeration 枚举
• owl:oneOf
<owl:Class> <owl:oneOf rdf:parseType="Collection"> <owl:Thing rdf:about="#Eurasia"/> <owl:Thing rdf:about="#Africa"/> <owl:Thing rdf:about="#NorthAmerica"/> <owl:Thing rdf:about="#SouthAmerica"/> <owl:Thing rdf:about="#Australia"/> <owl:Thing rdf:about="#Antarctica"/> </owl:oneOf> </owl:Class>
0.1背景一：Ontology 本体论（4）
Ontology就建立在这样一种基于分类的概念层次。其通常由如下部 分构成：
• 1) 概念：抽象层次的Class; • 2) 名义：概念的名字，是用以传达概念的标识和媒介； • 3) 属性：概念之间通过属性相互区别并相互联系；同一类的实例
也通过属性值的不同而相互区别。
• 语义互联网并非独立的另一个Web，而是今天Web 的一个延伸。在语义互联网中，信息被赋予明确 信息被赋予明确 而完整的含义（即语义）；机器可以识别并理解 而完整的含义 这种语义，从而对Web 中的信息实现自动化采集、 分割、组合乃至逻辑推理等等。
0.2背景二： Semantic Web 语义互联网（2）