1、OWL、RDF基础简介2022-5-20计算机科学与工程学院2目录2022-5-20计算机科学与工程学院3RDF简介-总览用于信息交换的语言主要需要包含三个部分：数据模型，语义，语法在目前的框架中，这些部分分别由这些标准构成：数据模型：RDFRDF（Resource Description Framework）语义：RDFSRDFS（RDFSchema）,OWL（Web Ontology Language）语法：TurtleTurtle / TriGTriG / RDF-XML另：RDF有时会作为上述全部的统称2022-5-20计算机科学与工程学院4RDF简介-基本元素RDF以图为中心，元素少
2、，使用简单，主要使用下列元素来表示知识：资源、属性、图（三元组）资源：是用以描述需要特定标识的一个实体或者概念的方式，主要通过URI(Uniform Resource Identifier)的形式表现。例：421的冰箱可以标识为：属性：一种特殊的资源，用以描述资源之间的关系，或者一个资源具有的用数据表示的特征。例：成员关系在SKOS中可以描述为：（SKOS是一个词汇表) http:/2022-5-20计算机科学与工程学院5RDF简介-基本元素图：使用RDF建模知识的结构，这里的图是指有向图，资源类比于图中的结点，属性类比于图中的边。三元组：使用文本表示RDF图的方式，三元组的三元分别为主体（o
3、bject），谓词（predicate），客体（subject）主体客体对应图中的结点，谓词对应边。:东南大学:东南大学计算机学院: KSE实验室成员成员 . .2022-5-20计算机科学与工程学院6RDFS简介-概述RDFS用以给RDF添加语义，而添加语义的方式主要是通过词汇，所以RDFS中的主要内容是词汇表。RDFS词汇表主要可以分成两大类：类、属性类可以理解为元素的集合，集合中的元素称为类的instance（实例、个体、实体）。属性与RDF中的属性一致。2022-5-20计算机科学与工程学院7RDFS简介-类RDFS中的类：在RDFS中，使用谓词来表示类与实例之间的关系，比如：:东南大
4、学 :学校.：所有资源的类，所有RDF定义的事物都属于此:学校 .：所有类的类:学校 .：所有文字（数字、字符串、IRI等）的类略：所有数据类型的类xsd:integer .：所有属性的类 .注：这里加是为了更清楚的标识，并不在语言规范之内。2022-5-20计算机科学与工程学院8RDFS简介-属性RDFS中的属性：属性是一种特殊的资源，可以用于对属性进行描述：描述属性与其定义域的关系 .：描述属性与其值域的关系 .：描述类与实例的关系(instance of)略：描述父子类的关系 .：描述父子属性之间的关系 .2022-5-20计算机科学与工程学院9RDFS简介-属性RDFS中的描述属性：描
5、述资源的名称，用以给人阅读 Bayesen.：描述资源的信息，用以给人阅读 “这里可以随便写点描述什么的.2022-5-20计算机科学与工程学院10RDFS简介-其他内容RDFS中的一些工具：容器：Class : Instance : (rdf:_1, rdf:_2, rdf:_3 .)集合：具体化词汇：功能性词汇：2022-5-20计算机科学与工程学院11OWL简介一个领域中概念的显式的形式化规约称之为本体(ontology)，用以表示本体的语言称为本体语言。之前介绍的RDF和RDFS使用灵活但是表达能力不足，因此，一种具有更强表达能力的语言来表示本体。OWL就是这样的一种语言。对于本体语言
6、而言，主要需求有：良定语法：清晰无二义形式化语义：语言含义能够被精确描述表达能力：提供精确的定义方式，并能够在其上进行推理2022-5-20计算机科学与工程学院12OWL简介OWL 2建立在RDF(S)的基础之上。语法上，可以使所有的RDF语法来表达，比如可以使用Turtle和TriG来表示。另外也有特别用于表达OWL 2的函数式语法和曼彻斯特语法。注：下面的示例使用Turtle语法。OWL 2可以分为：OWL 2 Full，OWL 2 DL，OWL 2 LiteOWL 2 EL，OWL 2 QL，OWL 2 RL元素上OWL 2在RDF(S)的基础上丰富了对于类、属性的描述，下面将从对于类、
7、属性、个体三方面对于扩展的内容进行说明。2022-5-20计算机科学与工程学院13OWL简介-类OWL 2中类通过owl:Class来定义。owl:Class与rdfs:Class：owl:Class是rdfs:Class的子集，在OWL FULL中，owl:Class与rdfs:Class 完全等价，在OWL DL及OWL Lite中，owl:Class是rdfs:Class的真子集。其区别在于，OWL DL中owl:Class无法不包括文字资源的类，即rdfs:Literalowl:Thing与owl:Nothingowl:Thing代表全集，即任何类的超类，其与owl:Class的关系类
8、似于rdfs:Resource与rdfs:Class的关系。而owl:Nothing代表的则是空集。类的表示：在owl中，类通常通过URI、枚举、属性限制、集合描述来表示2022-5-20计算机科学与工程学院14OWL简介-类-类的表示注：一个类在三元组中可以出现在主体和客体上。URI：略枚举：（:东南大学 :南京大学 :南京理工大学 :南京工业大学 :河海大学 :南京航空航天大学 :南京农业大学）集合描述： owl:complementOf :不在南京的大学;rdf:type owl:Class属性限制： rdf:type owl:Restriction;owl:onProperty :位于
9、;owl:hasValue :南京注： 表示空节点2022-5-20计算机科学与工程学院15OWL简介-类-类公理-类关系 ：子类关系略：类等价 .：不相交关系 .2022-5-20计算机科学与工程学院16OWL简介-类-类公理-集合描述 ：补集关系， 注：本体中的类或个体必须属于两者之一。：并集关系， （:在南京的大学 :不在南京的大学）：交集关系， （:大学:在南京的机构）注：其中交并补可以用于表示类形式如 页14中内容所示。2022-5-20计算机科学与工程学院17OWL简介-类-类公理-属性限制-量词限制：全称限制， rdf:type owl:Restriction;owl:onPro
10、perty :科目情况;owl:allValuesFrom :通过：存在限制， rdf:type owl:Restriction;owl:onProperty :科目情况;owl:someValuesFrom :未通过 ：值限制 rdf:type owl:Restriction;owl:onProperty :选课; owl:hasValue :人工智能2022-5-20计算机科学与工程学院18OWL简介-类-类公理-属性限制-基数限制 ：基数限制（等值关系）， rdf:type owl:Restriction;owl:onProperty :选课;owl:cardinality : ”10”
11、xsd:integer：基数类型+类型限制(等值关系)， rdf:type owl:Restriction;owl:onProperty :选课;owl:qualifiedCardinality : ”2”xsd:integer;owl:onClass owl:unionOf (:人工智能 :模式识别 :机器学习 :数据挖掘) owl:onDatatype xsd:integerowl:withRestrictions (xsd:minInclusive “18”xsd:integer)owl:hasSelf “true”xsd:Booleanowl:hasKey (:name :passwo
12、rd) 联合主键对应的有2022-5-20计算机科学与工程学院19OWL简介-属性-属性类型注:属性只存在于个体上，不存在于类上。本部分内容是对于属性类别的描述，即都可以出现在属性描述的rdf:type的后面，形如： .对象属性(owl:ObjectProperty)：表示属性用以描述个体之间的关系，如 :friendOf， :parentOf数据类型属性(owl:DatatypeProperty)：表示属性用以描述个体与一种数据类型的文字值之间的关系，如 :name， :birthday标注属性(owl:AnnotationProperty)：表示属性用以描述可读的标签、注释等信息，如 la
13、bel2022-5-20计算机科学与工程学院20OWL简介-属性-属性类型顶层和底层属性：对象属性的顶层和底层属性分别为owl:topObjectProperty和owl:bottomObjectProperty数据类型属性的顶层和底层属性分别为owl:topDatatypeProperty和owl:bottomDatatypeProperty顶层属性关联所有个体(文字值)，底层属性不关联任何个体(文字值)传递属性(owl:TranstitiveProperty)：表示具有传递关系的属性，A B.B C.= A C. 成立对称属性和非对称属性(owl:SymmetricProperty & o
14、wl:AsymmetricProperty)：表示关系的反向成立(不成立)，对称：A B.= B A. 成立非对称：A B.= B A. 不成立2022-5-20计算机科学与工程学院21OWL简介-属性-属性类型函数型和反函数型属性(owl:FunctionalProperty & owl:InverseFunctionalProperty)：函数型表示某个个体只能有一个这个属性，反函数性只指个个体只能被一个个体通过这个属性关联到，函数型：A 25xsd:integer.反函数型： .自反属性和反自反属性(owl:ReflexiveProperty & owl:IrreflexivePrope
15、rty)：表示个体(不)能通过这个属性关联到其自身，自反：isPartOf反自反：parentOf2022-5-20计算机科学与工程学院22OWL简介-属性-属性公理注:本部分介绍的属性公理本身作为属性来描述，即其形式为“属性-属性公理-描述”比如 rdfs:range和rdfs:domain定义域与值域：rdfs:range和rdfs:domain，与RDFS中含义一致。另外，多个定义实际含义是取交集。而且值得注意的是这个不应该作为约束而应该作为对于类型的描述，比如,P .P .A P B.则经过推理可知B是男学生逆属性(owl:inverseOf)：用以表示一个属性的反向描述方式， ; .
16、2022-5-20计算机科学与工程学院23OWL简介-属性-属性公理等价属性(owl:equivalentProperty)：用以表示其与另一个属性等价， ; .不相交属性(owl:disjointProperty)：用以表示其不可能与另一个属性共存在同样的两个个体之间且， ; .属性链(owl:propertyChainAxiom)：用以表示可以通过一个链状结构推导得到， ; .A . . .= A .2022-5-20计算机科学与工程学院24OWL简介-个体断言类由个体组成，对于个体或者个体可以添加一定断言，这些断言可以看作事实。事实。而之前的类公理和属性公理则可以看作规则规则，从而进行推
17、理。：类和属性断言，类和属性断言以rdf:type的形式声明。另外，在OWL 2 DL中，类和实例不能同时作为一个主体的属性。 . .：同一性断言，表明个体相同 .2022-5-20计算机科学与工程学院25OWL简介-个体断言：不同性断言， .如果不同的比较多的话可以使用,_:x ; (:东南大学 :南京大学 :南京理工大学 :南京工业大学 :河海大学 :南京航空航天大学 :南京农业大学).：负断言，表示某个事实不成立，_:x 2022-5-20计算机科学与工程学院26OWL简介-分类OWL 2 FULL：完整的OWL语言，兼容RDF，不可判定故无法完备或高效推理。OWL 2 DL：在OWL
18、2 Full的基础上作出一些限制，是描述逻辑(DL)上的一个映射，可以进行高效推理。OWL 2 Lite：在OWL 2 DL的基础上作出一些限制，仅提供分类等次、简单约束等功能。OWL 2 FULLOWL 2 DLOWL 2 Lite表达能力强弱2022-5-20计算机科学与工程学院27OWL简介-分类OWL 2 EL：基于EL+，是EL描述逻辑的扩展，优势在于可以使用多项式时间推理有大量类公理的本体，很多生物医学本体使用此语言创建。OWL 2 QL：基于DL-Lite，优势在于处理大量个体断言的本体，主要用于查询应答。OWL 2 RL：基于描述逻辑编程(DLP)，优势在于可以使描述逻辑和规则
19、交互，从而进行高效推理。提供了OWL 2 DL和OWL 2 Full的桥梁，因为规则推理不受OWL 2 DL的限制。2022-5-20计算机科学与工程学院28附：Turtle简介Turtle是RDF的一种语法，可以用于以文档形式来表示RDF图。主要以三元组的形式组成，关键点如下：1、三元组以 . 结尾，复杂三元组中以 ; 连接2、第一元相同的可以直接省略，如：:A :P1 :B;:p2:C.3、第一第二元相同可以将第三元以逗号连接，如：:A:P:B,:C,:D.4、prefix标识前缀简写，base简写在三元组中可省略prefix owl: .base .2022-5-20计算机科学与工程学院29附： Turtle简介5、en 标识语言，xsd:integer标识数据类型，数值和布尔值的数据类型可省略6、空节点通过_:或者 标识，如：_:A:P:B._:A:P:C.:P:B:B:C.7、集合枚举通过( )标识，如：:A:P(:C :D :E :F).2022-5-20计算机科学与工程学院30附：参考内容l/l/l/lhttps:/lGrigorisAntoniou. 语义网基础教程M. 机械工业出版社, 2014.
