Язык веб-онтологии

Язык веб-онтологии OWL

Аббревиатура	СОВА
Статус	Опубликовано
Год начался	2004
Редакторы	Майк Дин ( BBN Technologies ), Гус Шрайбер
Базовые стандарты	Структура описания ресурсов , RDFS
Сопутствующие стандарты	ШАКЛ
Домен	Семантическая сеть
Веб-сайт	Справочник по СОВЕ

Язык веб-онтологии OWL 2

Аббревиатура	СОВА 2
Статус	Опубликовано
Год начался	2009
Редакторы	Рабочая группа W3C OWL
Базовые стандарты	Структура описания ресурсов, RDFS
Домен	Семантическая сеть
Веб-сайт	Обзор СОВА 2

Язык веб-онтологий ( OWL ) — это семейство языков представления знаний для создания онтологий . Онтологии — это формальный способ описания таксономий и классификационных сетей, по существу определяющий структуру знаний для различных областей: существительные, представляющие классы объектов, и глаголы, представляющие отношения между объектами.

Онтологии напоминают иерархии классов в объектно-ориентированном программировании, но есть несколько важных отличий. Иерархии классов предназначены для представления структур, используемых в исходном коде, которые развиваются довольно медленно (возможно, с ежемесячными изменениями), тогда как онтологии предназначены для представления информации в Интернете и, как ожидается, будут развиваться почти постоянно. Точно так же онтологии обычно гораздо более гибки, поскольку они предназначены для представления информации в Интернете, поступающей из самых разных источников разнородных данных. С другой стороны, иерархии классов, как правило, довольно статичны и полагаются на гораздо менее разнообразные и более структурированные источники данных, такие как корпоративные базы данных.

Языки OWL характеризуются формальной семантикой . Они построены на основе стандарта Консорциума Всемирной паутины (W3C) для объектов, называемого структурой описания ресурсов (RDF). OWL и RDF вызвали значительный академический, медицинский и коммерческий интерес.

В октябре 2007 года новая рабочая группа W3C было начато расширение OWL несколькими новыми функциями, как было предложено в сообщении участника OWL 1.1. W3C анонсировал новую версию OWL 27 октября 2009 года. Эта новая версия, названная OWL 2, вскоре нашла применение в семантических редакторах, таких как Protégé , и в программах семантического рассуждения, таких как Pellet. ГонщикПро, ФаКТ++ и ЭрмиТ.

Семейство OWL содержит множество разновидностей, сериализаций, синтаксисов и спецификаций со схожими названиями. OWL и OWL2 используются для обозначения спецификаций 2004 и 2009 годов соответственно. Будут использоваться полные названия видов, включая версию спецификации (например, OWL2 EL). В более общем смысле семейство OWL . будет использоваться

История

Ранние языки онтологий

Дополнительная информация: Представление знаний и рассуждения § История.

имеют долгую историю онтологического Философия и информатика развития. Начиная с 1990-х годов, ряд исследовательских усилий изучали, как идея представления знаний (КР) от искусственного интеллекта (ИИ) может быть полезна во Всемирной паутине. К ним относятся языки, основанные на HTML (называемые SHOE ), основанные на XML (называемые XOL, позже OIL ), а также различные языки KR на основе фреймов и подходы к получению знаний.

Языки онтологий для Интернета

В 2000 году в США DARPA начало разработку DAML под руководством Джеймса Хендлера . В марте 2001 года Объединенный комитет ЕС и США по языкам агентной разметки решил, что DAML следует объединить с OIL. была Специальная совместная рабочая группа ЕС и США по языкам разметки агентов создана для разработки DAML+OIL в качестве языка веб-онтологий. Европейского Союза Эта группа финансировалась совместно DARPA (в рамках программы DAML) и проектом финансирования технологий информационного общества (IST) . DAML+OIL должен был стать тонким слоем над RDFS . с формальной семантикой, основанной на логике описания (DL).

DAML+OIL оказывает особенно большое влияние на OWL; Дизайн OWL был специально основан на DAML+OIL.

Стандарты семантической сети

Дополнительная информация: Семантическая сеть.

Семантическая сеть предоставляет общую структуру, которая позволяет совместно использовать и повторно использовать данные в пределах приложений, предприятий и сообществ.

- Консорциум Всемирной паутины, деятельность W3C по семантической сети.

RDF-схема

Дополнительная информация: РДФС.

язык декларативного представления, на который влияют идеи представления знаний

- Консорциум Всемирной паутины, деятельность по метаданным

В конце 1990-х годов Консорциум Всемирной паутины (W3C) по метаданным начал работу над схемой RDF (RDFS), языком для обмена словарным запасом RDF . RDF стал рекомендацией W3C в феврале 1999 года, а RDFS — кандидатом в рекомендации в марте 2000 года. В феврале 2001 года действие семантической сети заменило действие метаданных. В 2004 году (в рамках более широкой редакции RDF) RDFS стал Рекомендацией W3C. Хотя RDFS обеспечивает некоторую поддержку спецификации онтологий, необходимость в более выразительном языке онтологий стала очевидной.

Рабочая группа по веб-онтологии

В понедельник, 31 мая, работа нашей рабочей группы официально завершится. Мы достигли всего того, что нам было поручено сделать, и я считаю, что наша работа оценивается весьма высоко.

— Джеймс Хендлер и Гус Шрайбер, Рабочая группа по веб-онтологии: выводы и будущая работа

Консорциум Всемирной паутины (W3C) создал рабочую группу по веб-онтологии в рамках своей деятельности в области семантической сети. Он начал работу 1 ноября 2001 года под руководством сопредседателей Джеймса Хендлера и Гуса Шрайбера. Первые рабочие проекты абстрактного синтаксиса , ссылки и синопсиса были опубликованы в июле 2002 года. OWL стал официальной рекомендацией W3C 10 февраля 2004 г., а рабочая группа была расформирована 31 мая 2004 г.

Рабочая группа СОВА

В 2005 году на семинаре OWL Experiences And Directions Workshop был достигнут консенсус в отношении того, что недавние достижения в логике описания позволят сделать более выразительный пересмотр, чтобы более полно удовлетворять требования пользователей, сохраняя при этом хорошие вычислительные свойства. В декабре 2006 года подача заявок участниками OWL1.1 был внесен в W3C. W3C учредил рабочую группу OWL в рамках Semantic Web Activity в сентябре 2007 года. В апреле 2008 года эта группа решила назвать этот новый язык OWL2, что указывает на существенную доработку.

OWL 2 стал рекомендацией W3C в октябре 2009 года. В OWL 2 представлены профили для улучшения масштабируемости типичных приложений.

Акроним

Почему бы не быть непоследовательным хотя бы в одном аспекте языка, который целиком ориентирован на последовательность?

— Гус Шрайбер, Почему OWL, а не WOL?

OWL был выбран как легко произносимая аббревиатура, которая дает хорошие логотипы, предполагает мудрость и отдает дань уважения проекту представления знаний Уильяма А. Мартина « Один мировой язык» 1970-х годов.

Принятие

Обзор онтологий, доступных в сети в 2006 году, собрал 688 онтологий OWL. Из них 199 были OWL Lite, 149 — OWL DL и 337 OWL Full (по синтаксису). Они обнаружили, что 19 онтологий имели более 2000 классов, а 6 — более 10 000. В том же опросе было собрано 587 словарей RDFS.

Онтологии

Основная статья: Онтология (информатика)

Онтология — это явная спецификация концептуализации.

- Том Грубер , Подход к переводу спецификаций переносимых онтологий

Данные, описываемые онтологией семейства OWL, интерпретируются как набор «индивидуумов» и набор «утверждений о свойствах», которые связывают этих индивидуумов друг с другом. Онтология состоит из набора аксиом , которые накладывают ограничения на множества индивидов (называемых «классами») и типы разрешенных между ними отношений. Эти аксиомы обеспечивают семантику, позволяя системам выводить дополнительную информацию на основе явно предоставленных данных. Полное введение в выразительные возможности OWL представлено в Руководстве W3C по OWL .

Онтологии OWL могут импортировать другие онтологии, добавляя информацию из импортированной онтологии в текущую онтологию.

Пример

Онтология, описывающая семьи, может включать аксиомы, утверждающие, что свойство «hasMother» присутствует между двумя людьми только тогда, когда также присутствует «hasParent», и что люди класса «HasTypeOBlood» никогда не связаны через «hasParent» с членами «HasTypeABBlood». сорт. Если указано, что отдельная Харриет связана через «hasMother» с отдельной Сью и что Харриет является членом класса «HasTypeOBlood», то можно сделать вывод, что Сью не является членом «HasTypeABBlood». Однако это верно только в том случае, если понятия «Родитель» и «Мать» означают только биологического родителя или мать, а не социального родителя или мать.

Логика

Чтобы выбрать подмножество разрешимой логики первого порядка, логика высказываний использовалась , увеличивая ее мощность за счет добавления логики, представленной соглашением с аббревиатурами:

Буква или символ логики	Описание
${\mathcal {AL}}$	Включение и эквивалентность между классами, определение атомарных классов, класс юниверса, пересечение между классами, определения классов, образованных элементами, которые принимают участие в отношениях или имеют отношения определенного типа только с элементами определенного класса, оператор сравнения между индивидами и членство человека в классе
${\mathcal {ALC}}$	добавляет в AL пустой класс, дополняющие классы, объединение классов и классы элементов, находящихся в определенных отношениях с элементами определенного класса
${\mathcal {S}}$	Добавляет определение транзитивности отношения к ALC.
${\mathcal {H}}$	Включение и эквивалентность между отношениями
${\mathcal {R}}$	дизъюнкция свойств, рефлексивность, асимметрия, иррефлексивность, отношения, состоящие из других отношений, определение неотношения между двумя индивидами
${\mathcal {O}}$ (Один из)	создание классов через список всех и только содержащихся индивидуумов
${\mathcal {I}}$ (Обеспечить регресс)	определение обратного свойства
${\mathcal {F}}$ (Особенность)	определение функциональных свойств
${\mathcal {N}}$ (Число)	ограничение мощности: количество элементов, участвующих в определенном отношении, меньше, больше или равно значению n.
${\mathcal {Q}}$ (Квалифицированный)	как N, но связь может быть уточнена
${\mathcal {D}}_{n}$ (Счетный домен)	определение доменов ( типов данных ), к которым может привести связь (например, «Марио n лет»)

Разновидность

СОВ-диалекты

Спецификация OWL, одобренная W3C, включает определение трех вариантов OWL с разными уровнями выразительности. Это OWL Lite, OWL DL и OWL Full (упорядочены по возрастанию выразительности). Каждый из этих подъязыков является синтаксическим расширением своего более простого предшественника. Имеет место следующий набор соотношений. Их инверсии этого не делают.

• Каждая легальная онтология OWL Lite является легальной онтологией OWL DL.
• Каждая легальная онтология OWL DL является легальной онтологией OWL Full.
• Каждое допустимое заключение OWL Lite является действительным заключением OWL DL.
• Каждое допустимое заключение OWL DL является действительным заключением OWL Full.

СОВА Лайт

OWL Lite изначально предназначался для поддержки тех пользователей, которым в первую очередь нужна иерархия классификации и простые ограничения. Например, хотя он и поддерживает ограничения мощности , он допускает только значения мощности 0 или 1. Была надежда, что обеспечить инструментальную поддержку для OWL Lite будет проще, чем для его более выразительных родственников, что позволит ускорить переход для систем, использующих тезаурусы и другие таксономии . Однако на практике большинство ограничений выразительности, налагаемых на OWL Lite, сводятся к не более чем синтаксическим неудобствам: большинство конструкций, доступных в OWL DL, могут быть построены с использованием сложных комбинаций функций OWL Lite и столь же выразительны, как и логика описания. ${\mathcal {SHIF}}(\mathbf {D} )$. Таким образом, разработка инструментов OWL Lite оказалась почти такой же сложной, как разработка инструментов для OWL DL, а OWL Lite не получил широкого распространения.

СОВА ДЛ

OWL DL спроектирован так, чтобы обеспечить максимально возможную выразительность при сохранении полноты вычислений (сохраняется либо φ, либо ¬φ), разрешимости (существует эффективная процедура для определения того, является ли φ выводимой или нет) и доступности практических алгоритмов рассуждения. OWL DL включает в себя все конструкции языка OWL, но их можно использовать только при определенных ограничениях (например, ограничения на количество не могут быть наложены на свойства, которые объявлены транзитивными; и хотя класс может быть подклассом многих классов, класс не может быть экземпляром другого класса). OWL DL назван так из-за его соответствия с логикой описания — областью исследований, изучающей логику, формирующую формальную основу OWL.

Это можно выразить как ${\mathcal {SHOIN}}(\mathbf {D} )$, используя приведенную выше логику букв.

Сова Полная

OWL Full основан на семантике, отличной от OWL Lite или OWL DL, и был разработан для сохранения некоторой совместимости со схемой RDF. Например, в OWL Full класс можно рассматривать одновременно как совокупность индивидуумов и как отдельный индивидуум; это не разрешено в OWL DL. OWL Full позволяет онтологии дополнять значение заранее определенного словаря (RDF или OWL). OWL Full неразрешим, поэтому ни одно программное обеспечение для рассуждений не может выполнить для него полное рассуждение.

Профили OWL2

В OWL 2 есть три подъязыка языка. OWL 2 EL — это фрагмент, имеющий полиномиальную сложность рассуждений по времени; OWL 2 QL разработан для облегчения доступа и запроса данных, хранящихся в базах данных; OWL 2 RL — это подмножество правил OWL 2.

Синтаксис

Семейство языков OWL поддерживает множество синтаксисов. Полезно отличать синтаксисы высокого уровня, предназначенные для спецификации, от синтаксисов обмена , более подходящих для общего использования.

Высокий уровень

Они близки к структуре онтологий языков семейства OWL.

Абстрактный синтаксис OWL

Синтаксис высокого уровня используется для определения структуры и семантики онтологии OWL.

Абстрактный синтаксис OWL представляет онтологию как последовательность аннотаций , аксиом и фактов . Аннотации содержат метаданные, ориентированные на машину и человека. Информация о классах, свойствах и индивидах, составляющих онтологию, содержится только в аксиомах и фактах. Каждый класс, свойство и индивидуум либо анонимны , либо идентифицируются ссылкой URI . Факты содержат данные либо об отдельном человеке, либо о паре индивидуальных идентификаторов (о том, что идентифицированные объекты различны или одинаковы). Аксиомы определяют характеристики классов и свойств. Этот стиль похож на языки фреймов и совершенно не похож на хорошо известные синтаксисы для DL и структуры описания ресурсов (RDF).

Шон Беххофер и др. утверждают, что, хотя этот синтаксис и сложно разобрать, он вполне конкретен. имен Они приходят к выводу, что абстрактный синтаксис может вводить в заблуждение.

Функциональный синтаксис OWL2

Этот синтаксис точно соответствует структуре онтологии OWL2. Он используется OWL2 для определения семантики, сопоставлений для обмена синтаксисами и профилями.

Синтаксисы обмена

Сериализация OWL RDF/XML

Расширение имени файла	.owx, .owl, .rdf
Тип интернет-СМИ	приложение/сова+xml, приложение/rdf+xml
Разработано	Консорциум Всемирной паутины
Стандартный	XML-сериализация OWL 2 , 27 октября 2009 г ( 27.10.2009 ) , Справочник OWL , 10 февраля 2004 г ( 10 февраля 2004 г. )
Открытый формат ?	Да

Синтаксис RDF

синтаксические отображения в RDF. Указаны для языков семейства OWL. несколько форматов сериализации Было разработано RDF. Каждый из них посредством этого сопоставления ведет к синтаксису языков семейства OWL. RDF/XML является нормативным.

XML-синтаксис OWL2

OWL2 определяет сериализацию XML , которая точно моделирует структуру онтологии OWL2.

Манчестерский синтаксис

Манчестерский синтаксис — это компактный, удобочитаемый синтаксис, стиль которого близок к фреймовым языкам. Доступны варианты для OWL и OWL2. Не все онтологии OWL и OWL2 могут быть выражены в этом синтаксисе.

Примеры

• Язык веб-онтологии W3C OWL 2 предоставляет примеры синтаксиса.

Онтология чая

Рассмотрим онтологию чая на основе класса Tea. Во-первых, необходим идентификатор онтологии. Каждая онтология OWL должна быть идентифицирована URI ( скажем, http://www.example.org/tea.owl). Этот пример дает представление о синтаксисе. В целях экономии места ниже преамбулы и определения префиксов опущены.

Функциональный синтаксис OWL2

Ontology(<http://example.org/tea.owl>
  Declaration( Class( :Tea ) )
)

XML-синтаксис OWL2

 <Ontology ontologyIRI="http://example.org/tea.owl" ...>
   <Prefix name="owl" IRI="http://www.w3.org/2002/07/owl#"/>
   <Declaration>
     <Class IRI="Tea"/>
   </Declaration>
 </Ontology>

Манчестерский синтаксис

Ontology: <http://example.org/tea.owl>
Class: Tea

Синтаксис RDF/XML

<rdf:RDF ...>
    <owl:Ontology rdf:about=""/>
    <owl:Class rdf:about="#Tea"/>
</rdf:RDF>

РДФ/ Черепаха

 <http://example.org/tea.owl> rdf:type owl:Ontology .
 :Tea  rdf:type            owl:Class .

Семантика

Основная статья: Семантика языков программирования

Связь с логикой описания

Классы OWL соответствуют логики описания (DL) концепциям , свойства OWL — ролям DL , а отдельные лица называются одинаково как в терминологии OWL, так и в DL.

Вначале IS-A был довольно простым. Однако сегодня у этой наследственной связи почти столько же значений, сколько существует систем представления знаний.

- Рональд Дж. Брахман , Что есть и чем не является IS-A

Ранние попытки построить большие онтологии были затруднены отсутствием четких определений. Члены семейства OWL обладают теоретико-модельной формальной семантикой и поэтому имеют прочную логическую основу.

Логики описания — это семейство логик, которые представляют собой разрешимые фрагменты логики первого порядка с привлекательными и хорошо понятными вычислительными свойствами. Семантика OWL DL и OWL Lite основана на списках DL. Они сочетают в себе синтаксис для описания и обмена онтологиями и формальную семантику, которая придает им смысл. Например, OWL DL соответствует ${\mathcal {SHOIN}}^{\mathcal {(D)}}$ логику описания, а OWL 2 соответствует ${\mathcal {SROIQ}}^{\mathcal {(D)}}$ логика. Для этих DL существуют надежные, полные, завершающие рассуждения (т.е. системы, которые гарантированно извлекают все следствия из знаний в онтологии).

Связь с РДФС

OWL Full совместим со схемой RDF (RDFS) и может дополнять смысл существующего словаря структуры описания ресурсов (RDF). Теория моделей описывает формальную семантику РДФ. Эта интерпретация обеспечивает значение словаря RDF и RDFS. Таким образом, значение онтологий OWL Full определяется расширением значения RDFS, а OWL Full является семантическим расширением RDF.

Предположение об открытом мире

Предположение [закрытого] мира подразумевает, что все, чего мы не знаем, ложно , в то время как предположение открытого мира утверждает, что все, чего мы не знаем, неопределенно .

- Стефано Маццокки, Закрытый мир против открытого мира: первая битва семантической сети

Языки семейства OWL используют предположение об открытом мире . Согласно предположению об открытом мире, если истинность утверждения не может быть доказана с использованием текущих знаний, мы не можем сделать вывод, что это утверждение ложно.

Контраст с другими языками

состоит Реляционная база данных из наборов кортежей с одинаковыми атрибутами . SQL — это язык запросов и управления для реляционных баз данных. Пролог — логический язык программирования . Оба используют предположение о закрытом мире .

Публичные онтологии

Библиотеки

Биомедицинский

• OBO Foundry
• Биопортал NCBO
• NCI Службы корпоративного словаря

Стандарты

• Предлагаемая верхняя объединенная онтология (SUMO)
• ТДВГ
• ПРОВ-О, версия онтологии W3C PROV-DM
• Базовая формальная онтология (BFO)
• Европейская онтология моделирования материалов (EMMO)

Браузеры

Следующие инструменты включают общедоступные браузеры онтологий:

• Защищенная СОВА

Поиск

• Свугл

Ограничения

• Нет прямой языковой поддержки n-арных отношений. Например, разработчики моделей могут захотеть описать качества отношения, связать более двух человек или связать человека со списком. Это невозможно сделать в OWL. Вместо этого им, возможно, придется принять шаблон, который кодирует значение вне формальной семантики.

См. также

• РДФ
• Семантическая технология
• Агрис: Международная информационная система для сельскохозяйственных наук и технологий.
• Общая логика
• ФОАФ + ДОАК
• Язык фреймов
• Геополитическая онтология
• ИДЕАС Групп
• Meta-Object Facility (MOF) — другой стандарт унифицированного языка моделирования (UML) группы управления объектами (OMG).
• Метакласс (семантическая сеть) — функция, позволяющая OWL представлять знания.
• Язык мультимедийных веб-онтологий
• Семантическое рассуждение
• НАКЛОН
• SSWAP : простая архитектура и протокол семантической сети
• SHACL : язык форм и ограничений для RDF

Дальнейшее чтение

• Беххофер, Шон; Хоррокс, Ян; Патель-Шнайдер, Питер Ф. (2021). «Урок по СОВЕ» . Архивировано из оригинала 15 июля 2017 года.
• Франкони, Энрико (2002). «Введение в логику описания» . Свободный университет Больцано.
• Хоррокс, Ян (2010). Описание Логика: формальная основа для языков и инструментов онтологий, часть 1: Языки (PDF) . СемТех 2010.
• Хоррокс, Ян (2010). Логика описания: формальная основа для языков и инструментов онтологий, часть 2: инструменты (PDF) . СемТех 2010.