SZEMANTIKUS WEB, ONTOLÓGIÁK 4. Előadás. Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Átírás

1 SZEMANTIKUS WEB, ONTOLÓGIÁK 4. Előadás Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék 1

2 Szintakitikus web [Hendler & Miller 02] 2

3 Szemantikus web 3

4 Szemantikus web új felhasználók SZW építése Szerzők Szemantikus web Felhasználók alkalmazások ágensek Szemanti kus web Szemantikus annotációk Ontológiák Logikai támogatás Nyelvek Eszközök Alkalmazások szolgáltatások WWW Szerzők Felhasználók Web tartalom 4

5 A szemantikus web koncepció "The Semantic Web is an extension of the current web in which information is given well-defined meaning, better enabling computers and people to work in cooperation." -- Tim Berners-Lee 5

6

7 DBPedia: Wikipedia dbpedia dbterm < dbpedia:amsterdam dbterm:officialname Amsterdam ; dbterm:longd 4 ; dbterm:longm 53 ; dbterm:longs 32 ;... dbterm:leadertitle Mayor ; dbterm:leadername dbpedia:job_cohen ;... dbterm:areatotalkm 219 ;... dbpedia:abn_amro dbterm:location dbpedia:amsterdam ;...

8 Automatikus, felderíthető kapcsolatok < owl:sameas < ; owl:sameas < ;... < owl:sameas < wgs84_pos:lat ; wgs84_pos:long ; geo:incountry < ;... Szolgáltatások maguk döntik el honnan gyűjtenek információt

9 SKOS Core és az OWL OWL egy W3C ajánlás Logika orientát Erős következteés pontos szemantika SKOS Nyelv orientált Egyszerűbb következtetés Rugalmas szemantika

10 SKOS alapvető elemei Fogalom sémák Preferált címkék, leírások (labels) Fogalom Alternatív címkék Szemantikus kapcsolat Fogalom Leírás (Note) Pl. definíció, szkóp, háttér információk

11 Ontológiák, az OWL nyelv

12 OWL logika igény példa Állatok két csoportja: Male (hím) és Female (nőstény). <rdfs:class rdf:id="male"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#animal"/> </rdfs:class> A subclassof kifejezés felhasználásával definiálhatjuk, hogy a #Male osztály alosztálya az #Animal osztálynak <rdfs:class rdf:id="female"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#animal"/> <owl:disjointwith rdf:resource="#male"/> </rdfs:class> Nőstény állatok és alosztályát alkotják az állatok osztálynak, de tudjuk hogy nincs közös elem a hím osztállyal (disjointwith elem használata). 12

13 OWL elemek, példák Osztályok Person superclass Man, Woman subclasses Tulajdonságok (egyedi) iswifeof, ishusbandof Tulajdonság jellemzők, korlátok inverseof domain range Cardinality Osztályok közti relációk disjointwith 13

14 OWL Example in Protégé (2) 14

15 OWL Example in Protégé (3) 15

16 Ontológiák RDFS hasznos, de nem ad megoldást az elvárásokra, a szemantika pontos leírására. Összetett alkalmazások további igényei: Tulajdonságok leírása, jellemzése Különböző URI val rendelkező objektumok azonosságának leírása (ekvivalencia) Osztályok diszjunkt vagy éppen ekvivalens jellege Osztályok konstruálása (nemcsak megnevezése) Következtetési igények támogatása: Pl.: Ha két «Person» erőforrás «A» és «B» azonos «foaf: » tulajdonsággal rendelkeznek, akkor «A» és «B» identikus.

17 Ontológiák Az SZW világban az ontológiákat a következő értelemben használjuk: Fogalmak és ezek relációnak definiálása egy adott tudásterület leírása céljából. Az RDFS is tekinthető egy egyszerű ontológia nyelvnek Nyelvek definiálása mindig egyfajta kompromisszum - gazdag szemantika tudás gazdag alkalmazásokhoz - ésszerűség (fizibilitás, megvalósíthatóság (fordító, következtető)

18 Web Ontology Language = OWL OWL az SZW struktúrába egy újabb réteg, az RDFS bővítése Saját névterek, saját elemek, kifejezések RDFS re épül (tartalmazza) Önálló SZW ajánlás OWL óta gyakorlatilag csak ezt használjuk Akit a részletek érdekelnek: overview/

19 Ekvivalencia relációk Osztályokra: owl:equivalentclass: két osztálynak azonosak az elemei owl:disjointwith: nincs közös elemük Tulajdonságokra: owl:equivalentproperty Példa: a:author vs. f:auteur owl:propertydisjointwith Egyedekre: owl:sameas: két URI ugyanazt a fogalmat vagy egyedet reprezentálja owl:differentfrom: negált kifejezése az owl:sameas kifejezésnek

20

21 Használat: owl:sameas Utazási példából, Amsterdam leírása két forrásban:(dbpedia és Geonames): < owl:sameas <

22 Példa logikai kapcsolatra Ha egy tulajdonság inverse-functional nak lett definiálva, akkor, akkor a tulajdonság tárgya egyértelműen meghatározza a tulajdonság alanyát. Ha a következő igaz két állításra: : rdf:type owl:inversefunctionalproperty. <A> : "mailto:a@b.c". <B> : "mailto:a@b.c". Akkor ebből levezethető: <A> owl:sameas <B>. Így új relációkhoz jutunk (RDFS-ben erre nem volt lehetőség)

23 Osztályok az OWL ben RDFS: létező osztályokat alosztály struktúrába rendezhettük osztályhierarchia építése, semmi több OWL osztályok konstruálhatók más osztályok vagy példányok alapjám, : Elemek felsorolásával Osztályok relációinak alkalmazásával: intersection, union, complement, stb.

24 Osztályok OWL Osztályok, egyedek (classes, individuals) Önálló owl:class osztály van definiálva (az rdfs:class specializációjaként) Egyedek (individuals) definiálása külön osztályban történik: owl:thing Pl. egy pontos definicióra: ex:person rdf:type owl:class. <uri-for-amitav-ghosh> rdf:type owl:thing; rdf:type owl:person. : rdf:type owl:thing. : rdf:type owl:thing. :$ rdf:type owl:thing. :Currency rdf:type owl:class; owl:oneof (: : :$).

25 Unió :Novel rdf:type owl:class. :Short_Story rdf:type owl:class. :Poetry rdf:type owl:class. :Literature rdf:type owl:class; owl:unionof (:Novel :Short_Story :Poetry). További lehetőségek: complementof, intersectionof,

26 Példa Ha: :Novel rdf:type owl:class. :Short_Story rdf:type owl:class. :Poetry rdf:type owl:class. :Literature rdf:type owl:class; owl:unionof (:Novel :Short_Story :Poetry). <mywork> rdf:type :Novel. akkor <mywork> rdf:type :Literature.

27 Eddig OWL: erős leíró elemeket definiáltunk pl., adatbázisok összeköthetőek owl:sameas, vagy inverse functional tulajdonságokkal. Számos kapcsolatot felderíthetünk hagyományos következtetési eljárásokkal

28 Korltázások formálisan is Létezik owl:restriction osztály Hivatkozva a korlátozandó tulajdonságokat Megadva a korlátozás tartalmát Példa: subclass :Listed_Price rdfs:subclassof [ rdf:type owl:restriction; owl:onproperty p:currency; owl:allvaluesfrom :Currency. ].

29 Lehetséges felhasználás Ha: :Listed_Price rdfs:subclassof [ rdf:type owl:restriction; owl:onproperty p:currency; owl:allvaluesfrom :Currency. ]. :price rdf:type :Listed_Price. :price p:currency <something>. Akkor a következő állítás igaz: <something> rdf:type :Currency.

30 További korlátozások allvaluesfrom helyettesíthető: somevaluesfrom Példa: valamelyik devizában fejezzük ki az árfolyamto (legalább egyben) hasvalue, legalább egy értéke kell, hogy létezzen Számosság korlátozások (értékvizsgálat helyett) Pl. legalább egyszer elő kell, hogy forduljon egy elem egy kategóriában

31 OWL 2 Korlátozások definiáltak classes, individuals, object, datatype properties megkötésekkel object properties csak individuals re datatype property nincs tovább specifikálva Hatékony következtető algoritmus létezik!

32 OWL 2 Korlátozások betartásával nagy méretű ontológiák építhetők, és alkalmazhatóak pl. orvosi, robotika, biológia tárgyterületeken OWL 2 lett a formális ontológiák nyelve Nem feltétlenül a weben használjuk

33 Ontológiák építése Technológia adott, feladat ontológiák létrehozása Szükséges a tárgyterület alapos ismerete, rendszerezési képesség Vannak közösségek, ahol jelentős tapasztalatok vannak (pl. könyvtárosok, orvosi tudományok) Az OWL csak egy eszköz az ontológiák formalizálására Nagy méretű ontológiák építése gyakran történik elosztott, közösségi módszerekkel Ontológiák létrehozásának elsődleges célja a megosztás, az újrafelhasználhatóság biztosítása névtér mechanizmusok által explicit import után

34 Ontológiák alkalmazása Nem kizárólag nagy méretű ontológiák építése célszerű Számos alkalmazás RDFS t használ és néhány kiegészítést OWL ből

35 Adatbázis analógia Ontológia axiómák analóg elemek az adatbázis sémákkal Séma definiálja a struktúrát és a megkötéseket Ontológia példányok analóg elemek adatbázis tartalommal De vannak különbségek

36 Adatbázis vs Ontológia Adatbázis: Zárt világ feltételezés (CWA) Hiányzó információ hamis értéket képvisel Egyedi megnevezés (unique name assumption, UNA) Minden egyed neve különböző Séma kényszerekként értelmezhető Ontológia: Nyílt világ feltételezés(owa) Hiányzó információ nem ismertnek feltételezett Nincs UNA Ontológiai axiómák implikációkként értelmezehetőek (következtetési szabályok alkalmazhatóak) Maga után vonzás alkalmazása

37 Adatbázis vs Ontológia Ugyanaz a példa: Individual: HarryPotter Facts: hasfriend RonWeasley hasfriend HermioneGranger haspet Hedwig Individual: Draco Malfoy Lekérdezés: Draco Malfoy barátja e HarryPotternek? Adatbázis: Nem Ontológia: Nem tudjuk OWA (nem levezethető hogy nem létezik a kérdezett reláció)

38 Adatbázis vs Ontológia Például, ha adottak tények/adatok: Individual: HarryPotter Facts: hasfriend RonWeasley hasfriend HermioneGranger haspet Hedwig Individual: Draco Malfoy Lekérdezés: Hány barátja van HarryPotternek? Adatbázis: 2 Ontológia: Legalább 1 Nincs UNA: Ron és Hermione lehet akár ugyanaz a személy

39 Adatbázis vs Ontológia Például, ha adottak tények/adatok: Individual: HarryPotter Facts: hasfriend RonWeasley hasfriend HermioneGranger haspet Hedwig Individual: Draco Malfoy DifferentIndividuals: RonWeasley HermioneGranger Lekérdezés: Hány barátja van HarryPotternek? Adatbázis: 2 Ontológia: Legalább 2 OWA: Nem tudjuk, hogy van e még több itt meg nem nevezett barátja

40 Adatbázis vs Ontológia Például, ha adottak tények/adatok: Individual: HarryPotter Facts: hasfriend RonWeasley hasfriend HermioneGranger haspet Hedwig Types: hasfriend only RonWeasley or HermioneGranger Individual: Draco Malfoy DifferentIndividuals: RonWeasley HermioneGranger Lekérdezés: Hány barátja van HarryPotternek? Adatbázis: 2 Ontológia: 2!

41 Adatbázis vs Ontológia Adjunk új tényeket a modellünkhöz: Individual: Dumbledore Individual: Fawkes Types: Phoenix Facts: ispetof Dumbledore Adatbázis válasza? A beillesztést visszautasítja, a megadott kényszerek alapján: A haspet értékkészlete személy (individual); Dumbledore viszont egy varázsló (CWA) Ontológia következtetés válasza? Levezeti, hogy Dumbledore személy (értékkészlet korlátozás) Szintén levezeti, hogy Dumbledore egy varázsló (csak varázslónak lehet Phoenix típusú állata)

42 Adatbázis lekérdezés végrehajtása A séma nem határozza meg az eredményt Az adatoknak a sémán értelmezett kényszereknek kell megfelelniük A lekérdezés megválaszolása modell ellenőrzési feladat Adat megfelelések ellenőrzése Hatékonyan implementálható

43 Ontológia lekérdezés végrehajtása Ontológia axiómák meghatározó szerepet játszanak A válasz tartalmazhat implicit levezethető tényeket Megválaszolhatók koncepcionális és extenzionális kérdések is: Például lehet e egy muglinak egy Phoenix a háziállata? A lekérdezés megválaszolása tétel bizonyítási feladat Pl. logikai vonzatok levezetése Akár NP teljes is lehet a kiértékelés Praktikus implementációk ennél azért jobban teljesítenek

44 Mikor használjunk ontológiát? Ontológia alkalmazása hasznos lehet, ha A séma nagy vagy bonyolult, illetve ha lekérdezési időben szükség van kiértékelésére Következtetés használható a séma ellenőrzésére, kapcsolatok felderítésére Nem lehetséges vagy nem praktikus teljes információs bázis létrehozása Pl. összetett struktúrák vagy folyamatok leírása Megengedhető a hatékonyság csökkentése Adatbázisok alkalmazása hasznos, ha Séma mérete, összetettsége kezelhető, nem vizsgálandó lekérdezési időben (kompromisszum: paraméterezett megoldások) Teljes információ elérhető Pl. könyvelés, pénzügy, árukészletek Teljesítmény garanciák szükségesek

45 OWL2: egy sikeres kompromisszum W3C OWL javaslat: OWL 2 Az OWL egy OWL szabvány néhány hasznos jellemzővel: Jelentős kifejezőerő néhány specifikus elem bevezetésével (pl. tulajdonságok) Támogatás adattípusok és értékhalmazok definiálására Adatbázis típusú kulcsok Gazdag annotációs lehetőség OWL 2 megengedi profilok definiálását Egy profil egy nyelvi részhalmaz (pl. Protege eszköz) Hasznos számítási tulajdonságok Egyszerűbb támogatási lehetőségek

46 Szemantika