Ontologie
- ontol. jazyky, OWL
Jazyky pro reprezentaci ontologií
 ontology languages
 Formalita ontologie (tj. strojově čitelná) je založena
na jazyku pro reprezentaci, který poskytuje potřebné
strojově zpracovatelné kódování.
 Současné výzkumné aktivity – standardizace
tři kategorie jazyků (Slavic):
 logic based
 frame based
 web based
primárně určeny pro aplikace
z oblasti umělé inteligence
Jazyky pro reprezentaci ontologií
 Jazyky spjaté s oblastí umělé inteligence – příklady
(Svátek)
Ontolingua
http://www.ksl.stanford.edu/software/ontolingua/ Základními
konstrukty jazyka jsou definice tříd, relací
a funkcí, „mezijazyk“ pro rámcové znalostní systémy.
(Define-Class Sale-Offer (?X)
"A For-Sale situation with a Specified-Potential-Customer"
:Iff-Def
(And
(For-Sale ?X)
(Exists (?Le) (Specified-Potential-Customer ?X ?Le))))
Jazyky pro reprezentaci ontologií
 Jazyky spjaté s oblastí umělé inteligence – příklady
CyCL (http://www.opencyc.org/) sloužící k tvorbě
rozsáhlé všeobecné ontologie CyC
http://sw.opencyc.org/ - Usiluje o shromáždění
všeobecných znalostí („common sense“), které by ve
znalostních systémech fungovaly komplementárně
ke znalostem expertním a zabraňovaly absurdnímu
chování.
Webové ontologické jazyky (Svátek)
 Vznikly za účelem přidání sémantiky k webovým
stránkám.
 vývojově starší jazyky – SHOE, Ontobroker
 novější jazyky
 RDF Schema
 DAML, OIL
 sloučením vzniká DAML+OIL (opírá se o deskripční logiku –
podřazení tříd je vyhodnocováno na základě jejich popisů –
vznik taxonomie dynamicky X apriorní vymezení vztahů)
 OWL (Web Ontology Language)
Web Ontology Language - OWL
 OWL - jazyk pro definování, publikování a sdílení
webových ontologií.
 doporučení W3C (spolu s RDF)
http://www.w3.org/2004/OWL/
 OWL je součástí W3C Semantic Web Activity.
http://www.w3.org/2001/sw/
 Ontologie OWL - popis tříd, vlastností a jejich
instancí.
 OWL - konstruovaný pro užití aplikacemi, které
zpracovávají obsah webových zdrojů.
Web Ontology Language - OWL
 OWL syntax a formální sémantika - součástí slovníku,
který vychází z RDF.
 OWL formální sémantika umožňuje specifikovat, jak
odvozovat logické důsledky dané danou ontologií,
např. fakta písemně neprezentovaná v ontologii, ale
vyplývající z daných významů.
Druhy OWL
 OWL Lite - základní verze, tvorba hierarchických
struktur, definování vlastností a základních omezení,
vhodné při převodu tezaurů a klasifikačních systémů
na ontologie (např. nelze použít operátory
intersectionOf, unionOf, complementOf)
 OWL DL - maximální vyjadřovací síla a realizace
odvozování, obsahuje všechny konstrukce jazyka,
založen na deskripční logice
 OWL Full -maximální vyjadřovací síla, volná syntaxe
(nezávislost na RDF), odvozování je obtížné (Důvodem
jsou omezení současných DL odvozovačů
(klasifikátorů))
Mezi hlavní komponenty OWL ontologie patří:
 Třída - obecné informace více viz přednáška Ontologie metodika
tvorby
 Individuum/jedinec - obecné informace více viz přednáška
Ontologie - metodika tvorby
 Vlastnost - Vlastnost vytváří vztah - (binární) relaci mezi
jedinci. Spojuje dva objekty k sobě.
třída Vína třída Zralost
má zralost
Rulandské šedé 2000 výběr z hroznů
jedinec vlastnost jedinec
převzato z Husáková, 2009.
Jak číst jazyk ontologie v OWL
 Ukázky na ontologii
http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-
20040210/wine#
 Lze stáhnout a otevřít pomocí textového editoru.
Jak číst jazyk ontologie v OWL - deklarace
typu dokumentu
<!DOCTYPE rdf:RDF [
<!ENTITY vin "http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-20031209/wine#" >
<!ENTITY food "http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-20031209/food#" >
<!ENTITY owl "http://www.w3.org/2002/07/owl#" >
<!ENTITY xsd "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#" >
 V rámci ontologie se odkazuje na jednotlivé hodnoty atributů
pomoci URIs.
 Deklarace (definice) entity v rámci deklarace typu dokumentu
- Pomocí ní lze nahradit identifikátor zkratkou.
„&vin;merlot“ za "httrp://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-
20040210/wine#merlot"
Příklad užití: <owl:Class rdf:ID="Wine">
<rdfs:subClassOf rdf:resource="&food;PotableLiquid" /> místo
<rdfs:subClassOf rdf:resource="http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-
20031209/food#PotableLiquid" />
Namespace - jmenný prostor
<rdf:RDF
xmlns = "http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-20031209/wine#"
xmlns:vin = "http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-20031209/wine#"
xml:base = "http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-20031209/wine#"
xmlns:food= "http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-20031209/food#"
xmlns:owl = "http://www.w3.org/2002/07/owl#"
xmlns:rdf = "http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns:rdfs= "http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#"
xmlns:xsd = "http://www.w3.org/2001/XMLSchema#">
 V rámci dokumentu owl - více sad značek (elementy a atributy
RDF, RDFS, XML Schema datatypes) - Je potřeba přesně
indikovat jaké specifické slovníky byly použity.
 Standardním počátečním prvkem ontologie je soubor deklarací
jmenného prostoru XML (XML namespace), který obsahuje
element rdf:RDF, atribut xmlns.
Záhlaví ontologie
<owl:Ontology rdf:about="">
<rdfs:comment>An example OWL ontology</rdfs:comment>
<owl:priorVersion>
<owl:Ontology rdf:about="http://www.w3.org/TR/2003/CR-owl-guide-20030818/wine"/>
</owl:priorVersion>
<owl:imports rdf:resource="http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-20031209/food"/>
</owl:Ontology>
 Metadata, informace o ontologii, např. informace o
verzi ontologie, komentáře, převod z jiných formátů,
zahrnutí jiných ontologií, vkládají se různá metadata
vycházející ze standardu Dublin Core.
Třídy v OWL
 třídy v OWL - předdefinované, vytvořené uživatelem
 Předdefinovanou třídou je owl:Thing.Každé
individuum v OWL je členem třídy owl:Thing.
Tudíž každá třída definovaná uživatelem je její
podtřídou.
Popisy tříd
Typy popisů tříd :
1. identifikátor třídy (odkaz URI)
2. vyjmenování individuí (konstruktor oneOf)
3. omezení vlastností (property restriction)
4. průnik (intersection) dvou nebo více popisů tříd
5. sjednocení (union) dvou nebo více popisů tříd
6. doplněk (complement)popisu třídy
Popisy tříd - identifikátor třídy
<owl:Class rdf:ID="Wine">
....další definice třídy indikace jména třídy
</owl:Class>
<owl:Class rdf:ID="Winery"/> třída je definována pouze uvedením jména
V rámci daného dokumentu je na danou třídu, např. Wine odkazováno
#Wine, např.
<owl:Class rdf:ID="WhiteWine">
<owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection">
<owl:Class rdf:about="#Wine" />
Z vnějšku (jiné ontologie) pomocí celé formy URI,
"http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/wine#Wine".
Odkaz na prvek z jiné ontologie (např. importované), pokud je
deklarována v jmenném prostoru a v rámci definice entity např.
rdf:resource="&food;PotableLiquid"
Popisy tříd - omezení vlastností
<owl:Class rdf:ID="Wine">
<rdfs:subClassOf rdf:resource="&food;PotableLiquid" />
<rdfs:subClassOf>
<owl:Restriction>
<owl:onProperty rdf:resource="#hasMaker" />
<owl:cardinality rdf:datatype="&xsd;nonNegativeInteger">1</owl:cardinality>
</owl:Restriction>
</rdfs:subClassOf>
 Omezuje rozsah vlastnosti ve specifických kontextech
různými způsoby.
 Jde o tzv. lokální omezení vlastnosti - Vyskytuje se tam, kde
vlastnost vystihuje význam třídy.
Typy omezení vlastností (Property Restrictions)
omezení hodnoty:
 allValuesFrom - Všechny hodnoty vlastnosti musí pocházet z
dané třídy.
 someValuesFrom - Alespoň jedna hodnota vlastnosti musí
pocházet z dané třídy.
 hasValue (nelze u OWL Lite) - Omezení umožňuje specifikovat, že
daná třída má konkrétní hodnotu vlastnosti (existence třídy je
dána konkrétní hodnotou vlastnosti), např. bílé víno.
omezení kardinality: (kardinalita viz předchozí přednáška)
 owl:Cardinality, owl:maxCardinality, owl:minCardinality
Popis třídy průnikem - intersectionOf
<owl:Class rdf:ID="WhiteWine">
<owl:intersectionOf rdf:parseType="Collection">
<owl:Class rdf:about="#Wine" />
<owl:Restriction>
<owl:onProperty rdf:resource="#hasColor" />
<owl:hasValue rdf:resource="#White" />
</owl:Restriction>
</owl:intersectionOf>
</owl:Class>
 Konstruktor pro tvorbu tzv. komplexních tříd (spolu s unionOf,
complementOf ). Slouží pro specifikaci členů třídy.
 logický součin (AND), průnik dvou nebo více popisů tříd
 Bílé víno = víno AND bílá barva
 Konstrukce tvrdí, že členem a současně individuem třídy je to, co je
víno a současně bílé.
Popis třídy sjednocením - unionOf
<owl:Class rdf:ID="WineDescriptor">
<rdfs:comment>Made WineDescriptor unionType of tastes and color</rdfs:comment>
<owl:unionOf rdf:parseType="Collection">
<owl:Class rdf:about="#WineTaste" />
<owl:Class rdf:about="#WineColor" />
</owl:unionOf>
</owl:Class>
 Konstruktor pro tvorbu tzv. komplexních tříd.
 logický součet (OR), sjednocení (union) dvou nebo více popisů tříd
 WineDescriptor = WineTaste OR WineColor
 Třída WineDescriptor zahrnuje členy obou tříd - členy třídy WineTaste
a WineColor
Popis třídy doplňkem - complementOf
<owl:Class rdf:ID="NonConsumableThing">
<owl:complementOf rdf:resource="#ConsumableThing" />
</owl:Class>
 Konstruktor pro tvorbu tzv. komplexních tříd.
 logická negace (NOT)
 Vymezení, že individua dané třídy nepatří k jiné třídě.
Popisy tříd vyjmenováním individuí - oneOf
<owl:Class rdf:ID="WineColor">
<owl:oneOf rdf:parseType="Collection">
<owl:Thing rdf:about="#White" />
<owl:Thing rdf:about="#Rose" />
<owl:Thing rdf:about="#Red" />
</owl:oneOf>
</owl:Class>
Specifikace třídy prostřednictvím
přímého vyjmenování všech
možných individuí.
 Konstruktor pro tvorbu taxonomie -
rdfs:subClassOf
<owl:Class rdf:ID="Wine">
<rdfs:subClassOf rdf:resource="&food;PotableLiquid" />
---
</owl:Class>
 Disjunktivní třídy - owl:disjointWith - Uvádí
disjunktivní třídy - nemohou mít stejné individuum.
<owl:Class rdf:ID="LateHarvest">
<rdfs:subClassOf rdf:resource="#Wine" />
<owl:disjointWith rdf:resource="#EarlyHarvest" />
</owl:Class>
 owl:equivalentClass - Spojuje popis třídy
s popisem jiné třídy s tím, že se vztahují na stejná
individua.
<owl:Class rdf:ID="Food">
<owl:equivalentClass rdf:resource="&food;Food"/>
</owl:Class>
 pojmenování třídy - rdfs:label, atribut lang cizojazyčné
varianty
<owl:Class rdf:ID="Wine">
<rdfs:label xml:lang="en">wine</rdfs:label>
<rdfs:label xml:lang="fr">vin</rdfs:label>
</owl:Class>
Zápis individuí
 Uvedení individua deklarací členství ve třídě.
<WineGrape rdf:ID="CabernetSauvignonGrape" />
nebo
<owl:Thing rdf:ID="CabernetSauvignonGrape" />
<owl:Thing rdf:about="#CabernetSauvignonGrape">
<rdf:type rdf:resource="#WineGrape"/>
</owl:Thing>
rdf:type - Vlastnost RDF, která váže individuum ke třídě,
jejímž je členem.
Definování vlastností
Vlastnost - binární vztah.
Dva typy vlastností
 Objektová vlastnost - vytváří spojení mezi objekty
tříd. Vztahy mezi individui dvou tříd.
ObjectProperty
 Datotypová vlastnost - spojuje jedince s hodnotou,
která je určitého datového typu (RDF literals and
XML Schema datatypes) . DatatypeProperty
Definování objektové vlastnosti
<owl:ObjectProperty rdf:ID="hasColor">
<rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#hasWineDescriptor" />
<rdfs:domain rdf:resource="#Wine" />
<rdfs:range rdf:resource="#WineColor" />
</owl:ObjectProperty>
definiční obor (domain) obor hodnot (range)
Wine hasColor WineColor (white, red...)
hasSugar WineSugar (dry, sweet...)
na úrovni individua
Rulandské bílé vinařství Krist 2009 má barvu bílou, je suché.
Definování datotypové vlastnosti
<owl:DatatypeProperty rdf:ID="yearValue">
<rdfs:domain rdf:resource="#VintageYear" />
<rdfs:range rdf:resource=" &xsd;positiveInteger" />
</owl:DatatypeProperty>
 Nejčastějším zdrojem datotypové vlastnosti je XML
Schema datatypes.
Vlastnosti individuí
<Sauvignon rdf:ID="Savignon1998">
<locatedIn rdf:resource="#ArroyoGrandeRegion" />
<hasVintageYear rdf:resource="#Year1998" />
<hasMaker rdf:resource="#SaucelitoCanyon" />
<hasSugar rdf:resource="#Dry" />
<hasFlavor rdf:resource="#Moderate" />
<hasBody rdf:resource="#Medium" />
</Sauvignon>
<VintageYear rdf:ID="Year1998">
<yearValue rdf:datatype="&xsd;positiveInteger">1998</yearValue>
</VintageYear>
Odvozování a deskripční logika
 OWL DL je jazyk založený na deskripční logice (DL).
 DL je teoretickým podkladem pro algoritmizované odvozování
v oblasti ontologií.
 DL je logika pojmů/konceptů (množina individuí). Zachycuje
vztahy mezi pojmy.
 Tvorba složených konceptů:
 Muž ┌┐ Rybář (průnik)
 Muž └┘ Rybář (sjednocení)
 Role - binární relace
 ∃obíháKolem.Hvězda (koncept planety (pro každou planetu
existuje hvězda, kolem které obíhá)),
 ∀jeOtcem.Muž (Koncept zahrnující všechna individua, jejichž
všechny děti jsou mužského pohlaví.)
Více viz Svátek, 2007
Odvozování a deskripční logika
Základní odvozovací úlohy v deskripční logice jsou
následující:
 Kontrola konzistence znalostní báze zjišťuje, zda definice
každého konceptu připouští náležení alespoň jednoho
individua.
 Kontrola individuí zjišťuje, zda dané individuum spadá pod
daný koncept.
 Realizace nalezne nejspecifičtější koncept, pod který
individuum spadá.
 Vyhledání nalezne všechna individua spadající pod zadaný
koncept.
 Kontrola subsumpce zjišťuje, zdali je jeden zadaný koncept
podkonceptem druhého. Více viz Svátek, 2007
Co byste měli znát
 strukturu dokumentu obsahující ontologii (OWL Web Ontology
Language Guide, 2004a, kap. 2 The Structure of Ontologies)
 význam následujících prvků:
owl:Class, rdfs:subClassOf, owl:Restriction,
owl:hasValue, owl:intersectionOf,owl:unionOf,
owl:oneOf, complementOf, rdfs:label, ObjectProperty,
DatatypeProperty, rdfs:subPropertyOf, rdfs:domain,
rdfs:range
 zápis
 individuí
 hodnot vlastností individuí
 Lze využít zdroje z povinné liter.: Stuchlík, 2007 a doporučené
literatury: OWL Web Ontology Language Guide, 2004a, Graphical
Representations of RDF/RDFS/OWL entity types, 2010
Použitá a doporučená literatura
 Graphical Representations of RDF/RDFS/OWL entity types [online].
2010. [cit. 2010-04-27]. Dostupné z WWW:
http://www.infowebml.ws/website/graphical-representations.htm#rdfsClass
 Husáková, M. 2009. Znalostní technologie I. [online]. Datum poslední
aktualizace: 27. 10. 2009 [cit. 2011-01-27]. Dostupné z WWW:
http://lide.uhk.cz/fim/ucitel/fshusam2/lekarnicky/zt1/zt1_index.html
 OWL Web Ontology Language Guide [online]. 2004a. W3C
Recommendation 10 February 2004, Copyright © 2004 W3C [cit.
2010-04-27]. Dostupné z WWW: http://www.w3.org/TR/owl-guide/
 OWL Web Ontology Language : Use Cases and Requirements [online].
2004b. W3C Recommendation 10 February 2004, Copyright © 2004
W3C [cit. 2010-04-27]. Dostupné z WWW:
http://www.w3.org/TR/2004/REC-webont-req-20040210/
Použitá a doporučená literatura
 Stuchlík, R. 2007. Ontologie a sémantický web [online]. Brno
2007 [cit. 2011-03-14]. 52 s. Diplomová práce. Vysoké učení
technické v Brně, Fakulta informačních technologií, Ústav
informačních systémů. Dostupné z WWW:
http://www.fit.vutbr.cz/study/DP/rpfile.php?id=5004
 Svátek, V., Vacura, M. 2007a. Ontologické inženýrství [online].
In DATAKON 2007, Brno, 20.-23. 10. 2007, 32 s. [cit. 2009-02-
20]. Dostupné z WWW:
http://nb.vse.cz/~svatek/dkon07final.pdf
 Svátek, V. 2002. Ontologie a WWW [online]. In DATAKON
2002, Brno, 19.-22. 10. 2002, 35 s. Dostupné z WWW:
http://nb.vse.cz/~svatek/onto-www.pdf