网络本体语言

网络本体语言(OWL)的标准体系解析

计算机网络论文

万维网之父蒂姆·伯纳斯·李(Tim Berners-Lee)将万维网的演变分为两个阶段[1]。第一个阶段，万维网应该是一个有利于人们合作的强大工具；第二个阶段，则是蒂姆·伯纳斯·李所定义的语义网阶段。通俗地说，语义网就是一种能够理解人类语言的智能网络，它能够使人与计算机的交流变得像人与人交流一样轻松。我们目前正处于新一代万维网发展的边缘，即致力于第二代网络——语义网的研究、开发阶段。在语义网的开发进程中，网络本体语言(Web Ontology Language,OWL)作为实现其功能的核心语言工具，其开发意义重大。为了给OWL 系统的开发奠定基础，万维网联盟(W3C)于2003年12月15日发布了由其下属的网络本体工作组开发的OWL系列标准规范文件，紧接着又对各标准文档进行了改进，于2004年2月10日公布了该系列体系的最新版本。本文将对最新版本的OWL系列标准规范体系进行探讨和解析，并对中文网络本体语言开发中的标准建设提出一些建议，以期为国内OWL系统的研究开发提供借鉴。

1OWL系列标准规范体系的构成

为了更好地描述语义化本体模型和进行知识表述，W3C首先提出用来描述资源及其之间关系的语言规范：资源描述框架(Resources Description Frame,RDF)，在此基础上，欧洲开发了语义交互语言(Ontology Interchange Language,OIL)，美国开发了DAML(DARPA Agent Markup Language)。这两种网络本体语言都是对RDF类似的扩展，因此后来合并为DAML+OIL，随后W3C将其规范为理解力更强的网络本体语言(Web Ontology Language,OWL)。

OWL系列标准规范体系由6个推荐性标准文档组成，分别从理论、实例及规范性定义的角度对OWL进行了全面、简洁及规范化的阐述，它们是：

●《网络本体语言概述》(OWL Web Ontology Language:Overview)：通过列出OWL的语言特征并给出其简要的描述，对OWL进行简单介绍。它通过对OWL各子语言特征的非形式化描述，提供了OWL的入门知识[2]。

●《网络本体语言指南》(OWL Web Ontology Language:Guide)：通过一个扩展的例子说明如何使用OWL语言，同时也给出了这些文档中用到的术语的解释[2]。具体内容包括如何使用OWL本体语言定义类和类的属性，以形成一个形式化的域；定义个体并确定它们的属性，并且对这些类和个体进行推断，以达到网络本体语言的形式化语义的许可程度[3]。

●《网络本体语言参考》(OWL Web Ontology Language:Reference)：该文档对OWL语言的整体构造进行了结构化的非形式化描述[2]，使用RDF/XML语法对OWL的所有建模原语进行子系统及详尽的描述，试图为构建OWL的用户提供参考[4]。

●《网络本体语言语义与抽象语法》(OWL Web Ontology Language:Semantics and Abstract Syntax)：对OWL进行了最终的、形式化的规范性定义[2]。

●《网络本体语言测试用例》(OWL Web Ontology Language:Test Cases)：该文档包含了OWL的大量测试用例集合[2]。其中，许多测试用例说明了OWL语言的形式语义和正确使用方法，其它测试用例则说明了工作组所面临的亟需解决的问题[5]。

●《网络本体语言应用案例和需求》(OWL Web Ontology Language:Use Cases and Requirements)：该文档包含了一个Web本体语言的应用案例集合和关于OWL的需求集合[2]，详细阐述了本体语言的使用方式、目的和要求。其目的之一是确定网络本体语言需要什么。网络本体语言的要求将被潜在的使用案例和普通设计目标所激发，而这些潜在的使用案例和普通设计目标同时考虑到了将本体标准运用于网络这一独特环境时的困难[6]。

接下来将对OWL标准体系的内容框架进行介绍。

2OWL系列标准规范体系的内容框架

2.1概述

W3C制定OWL标准体系的目的是为了引起人们对规范的注意并且使其在更广范围的被采纳与使用[5]。在推荐标准文件时，W3C将主要注意力放在制定规范和改进全面部署能力方面，这无疑增强了网络的功能性和互操作性[4]。W3C网络本体工作组采用一系列文档对OWL语言进行描述，每一个文档实现一个目的，以满足不同读者的需要[2]，分别适合某些相关研究人员和技术人员使用。并且按照从易到难，由浅入深的顺序对OWL系统进行了全面、透彻的阐述。

总体来说，OWL标准体系结构严谨、语言简练、表达直观，易于为用户所接受。每个标准文件各有侧重点，从不同的角度制定了OWL的规范，看似独立，但在内容上又互相服务，理论和示例各有侧重，互为补充，这表现为在具体内容的阐述上提供了到其它标准文件的相关链接。

具体来说，OWL概述文档主要针对OWL的初步接触者，以简洁、直观的语言阐述了OWL 的基本概念、原理以及OWL三个子语言的语言特征，使用户对OWL的基础知识架构有了一个清晰的了解，解决了用户从对OWL一无所知到初步入门的问题。文档对各部分内容作了更详细的阐述，提供了到其它5个文档的链接，用户可交互参阅，达到全面学习掌握OWL 的目的。

假设用户首先阅读完OWL概述文档后，可阅读OWL指南文档获知使用该语言的理论方法和例子。用户在对纯理论描述进行阅读时，往往容易产生理解上的障碍。该文档在对OWL 构成元素进行描述时，贯穿了建立酒和食物的主体关系的例子，生动的示例对用户理解和掌握OWL起到良好的作用。文档除对OWL的构造元素做了进一步的阐述外，也对属性特征及属性限制等描述机制进行了详细说明，进一步解决了OWL本体语言对信息内容进行更好的表达的问题同时，对数据合并与本体映射等相关技术问题作了一定的讨论，为相关机构及人员日后的进一步研究提供了关注重点。

OWL参考文档类似于一本使用手册，OWL中所有建模原语的相关描述以及使用时的限制和注意事项都可在该文档中进行查阅。用户在阅读其它5个标准文件的同时，可针对某个具体构造元素在该文档中进行相关参阅。文档通篇围绕类、个体及属性对相关的建模元语进行非形式化描述，对每个元语的描述一般从理论阐述、举例说明及使用时的注意事项三个方面展开，理论与示例相结合，内容详尽、丰富。文档的参考文献提供了OWL每个语言构造元素的索引及快速参考。同时，附录记录了自DAML+OIL发展至OWL的变化，利于阅读时的承前启后。

OWL语义和抽象语法文档为用户提供了OWL语言的标准语法，此文件运用模式论式的语义学对语义进行了精确定义。一些概念如OWL的连贯性等在文件中都有所论述，该文档适用于那些对OWL技术细节感兴趣的用户；OWL解析器及其它句法工具的开发者会对第二和第四部分特别感兴趣；OWL推理器和其它语义工具的开发者会对第三和第五部分特别感兴趣，但不适用于那些首先应该阅读OWL概述文档的普通读者。

以上4个标准文件补充性两个文档OWL测试用例和OWL使用案例及要求。OWL测，试用例文档提供了OWL语言的测试用例，OWL使用案例及要求文档阐述了OWL语言的实际应用领域和OWL本体语言构建所需的必要条件。值得一提的是，OWL使用案例及要求中列举了6个网络本体的使用案例，其中一些是基于工业和学术界实际应用案例，另一些是带前瞻性应用的案例。这些案例有助于用户了解OWL应用的实际意义，便于有的放矢地开发OWL和研究语言，从而为语义网开发服务。

总的来说，W3C推荐的该标准体系综合阐述了以下主要内容，下面综合介绍这6个标准文件的内容。

2.2OWL的概念及开发的必要性