Ismeretalapú modellezés XIII. RDF

Átírás

1 XIII. RDF 1

2 , nyílt rendszerek eddig volt nyílt rendszerek, internet, közös értelmezés szükséges ontológiák leíró logikák, mint az internetes ismeretalapú elméleti alapjai most jön az interneten használt nyelvek RDF RDF Schema 2

3 RDF adatmodell egy RDF dokumentum állítások rendezetlen gyűjteménye, mindegyik állítás egy alany-állítmány-tárgy hármas (bináris reláció) az állításokat egy gráf címkézett éleinek lehet tekinteni az állítások web erőforrások tulajdonságait írják le (erőforrás, tulajdonság, erőforrás literál) erőforrás bármi lehet, amire lehet hivatkozni URI-val: web dokumentum, kép, bekezdés, pl. isbn:// alany a tulajdonságok maguk is erőforrások (URI) állítmány tárgy 3

4 RDF formái (ábra Finin) XML kódolás <rdf:rdf..> <.> <.> </rdf:rdf> gépi feldolgozásra jó RDF adatmodelll hármasok stmt(docinst, rdf_type, Document) stmt(personinst, rdf_type, Person) stmt(inroominst, rdf_type, InRoom) stmt(personinst, holding, docinst) stmt(inroominst, person, personinst) következtetésre jó gráf emberi megjelenítésre jó az RDF gráf alapú re alkalmas egyszerű nyelv 4

5 RDF építőelemei erőforrások amikről beszélni akarunk, URI tulajdonságok bináris relációt reprezentáló dolgok literálok karakterlánc, egész, xmldatatypes állítások, vagyis hármasok alany,állítmány,tárgy / alany,tulajdonság,érték hármasok gyűjteménye által definiált gráf 5

6 URI URI = Uniform Resource Identifier URI a természetes nyelvtől eltérően egyértelmű a web egy globális névteret biztosít feltételezhetjük, hogy azonos URI azonos dolgot azonosít URI azonosíthat web erőforrást egy file RDF segítségével állításokat tehetünk, ez a kép egy embert ábrázol, akinek a neve URI néha valós világ fogalmait azonosítja az igazán jó URI nem változik ELTE IK, konvención alapul 6

7 RDF példa ~finin/talks/idm02/ dc:title dc:creator Intelligent Information Systems on the Web - köztes csomópontnak nincs URI-ja - információ strukturáltságát növeli - komplex literál szétbontható bib:aff bib:name Tim Finin bib: finin@umbc.edu ábra Finin 7

8 RDF gráf a gráf csak bináris relációkat enged meg magasabb számosságú relációt reifikálni kell az adja(jános,mária,könyv12) relációt egy közös objektum bevezetésével kell reprezentálni: adáseset12 adója(adáseset12,jános) kapója(adáseset12,mária) ajándéka(adáseset12,könyv12) az RDF használatában ez a tervezés része ez az ára annak, hogy csak egyszerű bináris reláció a megengedett 8

9 RDF XML kódolása (példa Finin) <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xmlns:bib=" xmlns:xsd= > <rdf:description about=" <dc:title>intelligent Information Systems on the Web </dc:title> <dc:creator> <rdf:description > <bib:name>tim Finin</bib:Name> <bib:aff resource=" /> </rdf:description> </dc:creator> </rdfdescription> </rdf:rdf> 9

10 RDF XML kódolása (példa Finin) <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xmlns:bib=" xmlns:xsd= > <rdf:description about=" <dc:title>intelligent Information Systems on the Web </dc:title> <dc:creator> <rdf:description > <bib:name>tim Finin</bib:Name> a dokumentum egyetlen RDF elem, aminek több <bib:aff resource=" /> </rdf:description> </dc:creator> </rdf:description> </rdf:rdf> névteret specifikáló attribútuma van rdf szótár (nincs neve, alapértelmezett) dublin core szótár bib szótár XML séma 10

11 RDF XML kódolása (példa Finin) <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xmlns:bib=" xmlns:xsd= > <rdf:description about=" <dc:title>intelligent Information Systems on the Web </dc:title> <dc:creator> <rdf:description > <bib:name>tim Finin</bib:Name> <bib:aff resource=" /> </rdf:description> </dc:creator> </rdf:description> </rdf:rdf> a Description itt bevezet egy megnevezett alanyt, amiről állításokat akar tenni a megnevezés URI-val történik a Description tag elemei a tulajdonságokat és azok értékeit adják meg 11

12 Description három lehetőség: about attribútum: meglévő erőforrásra hivatkozik <rdf:description rdf:about= http > id attribute: új erőforrást hoz létre <rdf:description rdf:id= abc > dokumentumon belülről lehet rá hivatkozni név nélkül: anonim erőforrás <rdf:description> nem lehet rá máshonnan hivatkozni 12

13 RDF XML kódolása (példa Finin) <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xmlns:bib= xmlns:xsd= > <rdf:description about=" <dc:title>intelligent Information Systems on the Web </dc:title> <dc:creator> <rdf:description > <bib:name>tim Finin</bib:Name> dc:title a tulajdonság (vagy állítmány) <bib:aff resource=" értéke a string /> literál Intelligent Information Systems on the Web </rdf:description> alapértékként string adattípust tételez fel </dc:creator> </rdf:description> </rdf:rdf> <ex:age rdf:datatype="&xsd;integer> 22 </ex:age> 13

14 RDF XML kódolása (példa Finin) <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xmlns:bib= xmlns:xsd= név nélküli, így üres csomópontot > hoz létre a gráfban adott esetben egy olyan dologról van szó, aminek a <rdf:description about=" tulajdonságai name= Tim Finin <dc:title>intelligent Information Systems on the Web </dc:title> <dc:creator> <rdf:description > <bib:name>tim Finin</bib:Name> <bib: >finin@umbc.edu</bib: > <bib:aff resource=" /> </rdf:description> </dc:creator> </rdf:description> </rdf:rdf> a creator értékét a beágyazott RDF-ben definiálja 14

15 RDF XML kódolása (példa Finin) <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xmlns:bib= xmlns:xsd= > <description about=" <dc:title>intelligent Information Systems on the Web </dc:title> <dc:creator> <description > <bib:name>tim Finin</bib:Name> bib:aff tulajdonság értéke egy erőforrás, nem string literál minden erőforrásnak van URI-je, minden URI egy erőforrásra hivatkozik <bib:aff resource=" /> </description> </dc:creator> </description> </rdf:rdf> 15

16 N-Triples reprezentáció (példa Finin) RDF állításokat hármasokként is reprezentálni lehet <alany> <állítmány> <tárgy>. jól illeszkedik adatbázisban való tároláshoz < < "Intelligent Information Systems on the Web". _:j10949 < "Tim Finin". _:j10949 < _:j10949 < < _:j10949 < < < _:j < < <Description>. 16 anoním csomópont _:j10949

17 N3 reprezentáció (példa rdf: dc: bib: < > dc:title "Intelligent Information Systems on the Web" ; dc:creator anonim csomópont jele [ ] [ bib:name "Tim Finin ; bib: finin@umbc.edu ; erőforrás bib:aff: " ]. tulajdonság 1 érték ; tulajdonság 2 érték ; tulajdonság n érték. 17

18 Egyedinév, rdf:resource RDF-ben nincs egyedinév feltételezés azonos nevek használata nem jelenti, hogy ugyanarról van szó két erőforrás azonosságát az rdf:resource attribútummal lehet kijelölni <rdf:description rdf:about="ipm-08esztime"> <uni:coursename> </uni:coursename> <uni:istaughtby rdf:resource="123456"/> </rdf:description> <rdf:description rdf:about="123456"> <uni:name>varga László</uni:name> </rdf:description> 18

19 RDF konténerek erőforrások vagy attribútumok egy csoportjáról kell megállapításokat tenni a csoportról és nem a csoport elemeiről pl. egy adott tanszék tárgyai rdf:bag sorrend nem számít, egy elem többször is előfordulhat rdf:seq sorrend számít, egy elem többször is előfordulhat rdf:alt az elemek lehetséges alternatívákat jelölnek 19

20 RDF konténer példa <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:uni=" <uni:lecturer rdf:about= "123456" uni:name="varga László"> <uni:coursestaught> <rdf:bag> <rdf:_1:rdf:resource="ipm-08esztime"/> <rdf:_2:rdf:resource="ipm-08sztare"/> </rdf:bag> </uni:coursestaught> </uni:lecturer> <uni:course rdf:about="ipm-08sztare" uni:coursename=" "> <uni:lecturer> <rdf:alt> <rdf:_1:rdf:resource= "/> <rdf:_2:rdf:resource= "/> </rdf:alt> </uni:lecturer> </uni:course> </rdf:rdf> 20

21 RDF konténerek RDF nyílt világ szemantikájú, így nincs lehetőség arra, hogy lezárjuk a konténert: ez az összes elem, nincs több RDF egy elosztott gráf, nem zárhatjuk ki a lehetőségét, hogy valahol van egy további elemeket tartalmazó másik gráf részlet a csak a felsorolt elemeket tartalmazó zárt gyűjteményt listaként lehet definiálni: rdf:list, rdf:first, rdf:rest, rdf:nil 21

22 RDF Listák IPM-08EsztIME tárgyat kizárólag az és oktatók tartják <rdf:description rdf:about="ipm-08esztime"> <uni:istaughtby> <rdf:list> <rdf:first><rdf:description rdf:about="123456"/></rdf:first> <rdf:rest> <rdf:list> <rdf:first><rdf:description rdf:about="987654"/></rdf:first> <rdf:rest><rdf:description rdf:about="&rdf;nil"/></rdf:rest> </rdf:list> </rdf:rest> </rdf:list> </uni:istaughtby> </rdf:description> 22

23 RDF értékelése: tulajdonságok a tulajdonságok speciális erőforrások a tulajdonságok tárgy helyén is lehetnek egy alany-állítmány-tárgy hármas állításban definíciójuk az erőforrásoktól független ez flexibilitást biztosít de szokatlan a modellező nyelvekben és az objektum orientált programozásban zavaró lehet a modellezők számára 23

24 RDF értékelése: bináris relációk RDF csak bináris relációkat használ ez egy megkötés, mert gyakran több argumentumra lenne szükség de szimulálni lehet több állítással úgy, hogy egy új kiegészítő erőforrást vezetünk be reifikáció hatékony eszköz, de az egyszerű RDF-ben túl összetett dolog például állításokról állításokat megfogalmazni 24

25 RDF séma RDF nagyon egyszerű adatmodellt használ, nem alkalmas következtetésekre pl. Anna barátja Béla. Anna ismerőse Béla? RDF Schema (RDFS) kibővíti az adatmodellt a következők leírásával és szemantikájával: osztályok és hierarchiájuk tulajdonságok hierarchiája tulajdonságok típusossága egyszerű ontológiák leírásának támogatása objektum orientált jelleg, de logikai megközelítéssel és nyílt világ szemantikával 25

26 RDF séma - bővítményei osztályok rdfs:class rdfs:subclassof tulajdonságok rdfs:domain rdfs:range rdfs:subpropertyof speciális osztályok rdfs:resource rdfs:literal rdfs:datatype gyűjtemények rdfs:member rdfs:container rdfs:containermembershipproperty speciális tulajdonságok rdfs:comment rdfs:seealso rdfs:isdefinedby rdfs:label 26

27 Megengedhető állítások, osztályok osztályokat célszerű bevezetni megköti, hogy miről van értelme valamit állítani osztályokat egyoperandusú predikátumokkal szokás leírni, de leírható kétoperandusúval is human(john) --> type(john,human) az osztály példányait az osztályhoz az rdf:type kapcsolja osztályok hierarchiába szervezhetők subclass(p,q) p(x) => q(x) egy osztály több osztálynak is lehet alosztálya 27

28 Megengedhető állítások, alany és tárgy korlátozások előadója Algebra az állítás tárgya csak oktató lehet range restriction terem előadója Példa Péter az állítás alanya csak tantárgy lehet domain restriction a tulajdonságkorlátozások a tulajdonság alanyához és tárgyához osztályokat rendelnek 28

29 Tulajdonság hierarchia tulajdonságok között hierarchia pl. előadója szűkebb tulajdonság, mint az oktatója ha a T tárgy előadója E, akkor T tantárgy oktatója is E subproperty(p, q) p(subj, obj) => q(sub,obj) fordítva nem feltétlen igaz, mert például a gyakorlatvezető is oktatója 29

30 RDF Schema a fenti i elemeket az RDF Schema (RDFS) nyelv írja le a leíráshoz RDF nyelvet használják és ehhez RDF primitíveket vezetnek be annak leírásához, hogy az előadó az oktatói személyzet alosztálya definiálják az előadó, oktatóiszemélyzet és a subclassof erőforrásokat definiálják a subclassof tulajdonságot leírják a (subclassof,előadó,oktatóiszemélyzet) hármas állítást RDFS az RDF XML alapú szintakszisát használja 30

31 Alap osztályok rdfs:resource: az összes erőforrás osztálya rdfs:class: az összes osztály osztálya rdfs:literal: az összes literál osztálya rdf:property: az összes tulajdonság osztálya rdf:statement: az összes reifikált állítás osztálya 31

32 Alap tulajdonságok rdf:type: egy erőforrást az osztályával hozza relációba az erőforrás annak az osztálynak egy példánya lesz rdfs:subclassof: egy osztályt az egyik szülőosztályával hozza relációba egy osztály minden példánya egyben a szülőosztálynak is példánya rdfs:subpropertyof: egy tulajdonságot az egyik szülőtulajdonságával hozza relációba rdfs:domain: egy P tulajdonság alanyát adja meg azon erőforrások osztálya, amelyek a P-t tartalmazó állításokban alany lehet ha nincs megadva, akkor bármilyen erőforrás lehet alany rdfs:range: egy P tulajdonság tárgyát adja meg azon erőforrások osztálya, amelyek egy P-t tartalmazó állításban tárgy lehet 32

33 Alap elemek összefüggései rdfs:subclassof és rdfs:subpropertyof definíció szerint tranzitívek rdfs:class alosztálya rdfs:resource-nak mert minden osztály erőforrás rdfs:resource egy példánya rdfs:class-nak rdfs:resource minden erőforrás osztálya, tehát egy osztály minden osztály példánya rdfs:class-nak 33

34 Segéd tulajdonságok rdfs:seealso az egyik erőforrást relációba hozza egy másik erőforrással, ami a magyarázatot adja rdfs:isdefinedby: az rdfs:seealso tulajdonság leszármazottja, azzal az erőforrással hozza relációba, amelyikben a definíciója van, tipikusan RDF schema rfds:comment megjegyzést lehet elhelyezni rdfs:label emberi értelmezésre szánt elnevezést lehet hozzátenni 34

35 Példa (Finin) <rdfs:class rdf:id="személyzet"> <rdfs:comment>az összes alkalmazott osztálya</rdfs:comment> </rdfs:class> <rdfs:class rdf:id="oktatóiszemélyzet"> <rdfs:comment>az oktatói állományban levő alkalmazottak</rdfs:comment> <rdfs:subclassof rdf:resource="#személyzet"/> </rdfs:class> <rdfs:class rdf:id="előadó"> <rdfs:comment> Az előadók osztálya. Minden előadó oktatói állományban van. </rdfs:comment> <rdfs:subclassof rdf:resource="#oktatóiszemélyzet"/> </rdfs:class> <rdfs:class rdf:id="kurzus"> <rdfs:comment>a kurzusok osztálya</rdfs:comment> </rdfs:class> 35

36 Példa (Finin) <rdf:property rdf:id="előadója"> <rdfs:comment>kurzusokhoz előadókat rendel. </rdfs:comment> <rdfs:domain rdf:resource="#kurzus"/> <rdfs:range rdf:resource="#előadó"/> </rdf:property> <rdf:property rdf:id="előadja"> <rdfs:comment>előadókhoz kurzusokat rendel. </rdfs:comment> <rdfs:domain rdf:resource="#előadó"/> <rdfs:range rdf:resource="#kurzus"/> </rdf:property> 36

37 Példa (Finin) <uni:előadó rdf:id="123456" uni:név="példa Péter" uni:titulus="professzor"> <uni:előadja rdf:resource="#k1111"/> <uni:előadja rdf:resource="#k2222"/> </uni:előadó> <uni:előadó rdf:id="987654" uni:név="minta Margit" uni:titulus="professzor"> <uni:előadja rdf:resource="#k1111"/> <uni:előadja rdf:resource="#k1113"/> </uni:előadó> <uni:kurzus rdf:id="k1111" uni:kurzusnév=" "> <uni:oktatója rdf:resource="#123456"/> </uni:kurzus> <uni:kurzus rdf:id="k2222" uni:kurzusnév="autonóm rendszerek"> <uni:oktatója rdf:resource="#123456"/> </uni:kurzus> 37

38 RDFS néhány jellemzője objektum orientált modellben az objektum osztályban definiálják az osztály tulajdonságait új tulajdonság hozzáadása módosítja az osztályt RDFS-ben a tulajdonságokat globálisan definiálják és nincsenek attribútumként bezárva az osztálydefinícióba új tulajdonságokat lehet definiálni az osztály megváltoztatása nélkül tulajdonságoknak is lehet tulajdonságuk nem lehet az alosztályban szűkíteni a tulajdonságok alanyát és tárgyát 38

39 RDFS néhány jellemzője nincs tagadás van nyílt világ szemantika ezért néhány ellentmondást nem lehet detektálni nem lehet azt állítani, hogy Apa és Anya diszjunkt osztályok a nyílt világ szemantika miatt az ilyen példányok hiánya nem jelenti azt, hogy ilyen nem lehet 39

40 RDFS néhány jellemzője objektum orientált modellben és számos ismeretalapú modellben valami vagy osztály vagy példány, de nem mindkettő RDFS-ben mindkettő lehet bio:faj rdf:type rdfs:class. bio:kutya rdf:type rdfs:faj; rdfs:subclassof bio:állat. :bundi rdf:type bio:kutya. mindezek a jellemzők szabadságot adnak például nem kell egy osztályt előre teljesen specifikálni, bármikor bővíthető de problémákat is jelentenek 40

41 RDFS problémák RDFS kifejezőképességének gyengeségeire példák: az alany és tárgy korlátozásokat nem lehet lokalizálni nem mondhatjuk, hogy a gyereke tulajdonság tárgya ember, ha emberekre alkalmazzuk és kutya, ha kutyákra alkalmazzuk nincs létezés és számosság korlátozás nem mondhatjuk, hogy minden embernek van anyja, vagy hogy minden embernek pontosan két szülője van nincsenek tranzitív, inverz vagy szimmetrikus tulajdonságok nem mondhatjuk, hogy a része tulajdonság tranzitív 41

42 RDF(S) szemantika RDF adatmodell egyszerű de nagy szabadságot enged meg szemantika megadása kétféle lehet RDF Model Theory (MT) axiomatikus megfeleltetés egy másik olyan reprezentációnak, aminek van szemantikus modellje, például elsőrendű logika 42

43 Szemantika modell elmélettel ismeretalapú a világ (egy részét) kívánja modellezni a nyelvi kifejezések a világ elemeinek felelnek meg a modellelmélet interpretációval kacsolja a szintaxist az elemekhez több interpretáció (modell) lehetséges a modell elemei a világ elemeinek felelnek meg formális kapcsolat a szintaxis és a modell között következtetést modell elmélettel lehet definiálni 43

44 Leíró logikák szemantikája (ism.) a szemantikát az elsőrendű logika adja (ábra Horrocks) interpretációs függvény I interpretációs tárgykör I egyedek i I I János Mária fogalmak C I I Jogász Orvos Jármű szerepek r I I I gyereke birtokol (Jogász Orvos) 44

45 RDF szemantikája modell elmélettel ( egy V szókészlet I interpretációja: IR: erőforrások nem üres halmaza ( megfelelője) IS: V leképzése IR-re (interpretációs fv.) IP: az IR egy kitüntetett részhalmaza (a tulajdonságok) egy v V szóelem tulajdonság IS(v) IP IEXT: IP leképzése IR IR hatványhalmazára vagyis a tulajdonság elemek leképzése az IR IR részhalmazaira LV: az IR egy kitüntetett részhalmaza (literál értékek) IL: a literál értékek leképzése LV-re 45

46 RDF szemantikája modell elmélettel ( 46

47 RDF szemantikája modell elmélettel ( RDF Vocabulary (rdfv) rdf:type rdf:property rdf:xmlliteral rdf:nil rdf:list rdf:statement rdf:subject rdf:predicate rdf:object rdf:first rdf:rest rdf:seq rdf:bag rdf:alt rdf:_1 rdf:_2... rdf:value egy V szókészlet RDF interpretációja a V rdfv szókészlet interpretációja kiegészítve RDF szemantikai feltételekkel és RDF axiomatikus hármasokkal 47

48 RDF szemantikája modell elmélettel ( RDF szemantikai feltételek x IP <x, IS(rdf:Property)> IEXT(I(rdf:type)) stb. RDF axiomatikus hármasok rdf:type rdf:type rdf:property. rdf:subject rdf:type rdf:property. rdf:predicate rdf:type rdf:property.... rdf:nil rdf:type rdf:list. 48

49 RDF szemantikája modell elmélettel ( és még további részletek 49

50 RDFS szemantikája modell elmélettel osztály interpretáció x ICEXT(y) <x,y> IEXT(IS(rdf:type)) RDFS további szemantikai feltételeket és axiomatikus hármasokat ad hozzá RDFS szemantikai feltétel például <x,y> IEXT(IS(rdfs:domain)) <u,v> IEXT(x) u ICEXT(y) RDF axiomatikus hármasok például rdf:type rdfs:domain rdfs:resource. rdfs:domain rdfs:domain rdf:property. 50

51 RDF(S) értékelése a gráf megközelítés egyszerű de vannak hátrányai például hatókör (scope) kijelölése nehézkes vannak hátrányai, de a gyakorlatban szabvánnyá vált elég kifejezőképességű az alapokhoz erőforrások azonosítására és összekapcsolására megfelel (LOD) nem standard szemantika, ezért nehéz következtetőt készíteni hozzá alapelvek - URI-k azonosítanak - HTTP URI embereknek - hasznos információ - kapcsolat más URI-hoz 51