OWL WEB本体语言指南.docx
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OWL WEB本体语言指南.docx
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OWLWEB本体语言指南
OWLWeb本体语言指南
摘要
目前这种结构的万维网,很像一本地图做得很差的地理书,我们对于Web中可以使用的文档和服务的了解,都是基于关键字搜索的,同时还需要灵活地使用文档的链接和使用模式。
如果没有强有力的工具的支持,这么大规模的数据是很难管理的,为了能够给Web绘制出更为详实的地图,计算代理需要对于网络上可用资源的内容和能力做一个机器能够读得懂的描述。
这些描述是人类能够读得懂的信息的扩展。
OWL,这种本体描述语言,可以用来描述Web文档和应用中内在的类和关系。
这篇文章解释了OWL语言的使用:
通过定义类以及类的属性来形式化某个领域;
定义个体并说明它们之间的属性;
在OWL语言的形式化语义允许的层次上,对类和个体进行推理。
本文的各章节间是按照类、属性、个体的集合的定义给出来的,从最简单的概念开始,逐渐过渡到更为复杂的概念。
目录
摘要(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#Abstract)
本文档状态(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#Status)
内容(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#Contents)
1.引言(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#Introduction)
1.1.OWL的种类(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#OwlVarieties)
1.2.本文档的结构(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#StructureOfDoc)
2.本体的结构(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#StructureOfOntologies)
2.1.命名空间(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#Namespaces)
2.2.本体头信息(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#OntologyHeaders)
2.3.数据聚合和隐私(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#Privacy)
3.基本元素(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#BasicDefinitions)
3.1.简单类和个体(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#SimpleClasses)
3.1.1.简单具名类(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#DefiningSimpleClasses)
3.1.2.个体(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#DefiningIndividuals)
3.1.3.使用时的设计(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#DesignForUse)
3.2.简单属性(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#SimpleProperties)
3.2.1.定义属性(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#DefiningProperties)
3.2.2.属性和数据类型(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#Datatypes1)
3.2.3.个体的属性(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#PropertiesOfIndividuals)
3.3.属性的特征(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#PropertyCharacteristics)
3.3.1.传递属性(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#TransitiveProperty)
3.3.2.对称属性(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#SymmetricProperty)
3.3.3.函数型属性(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#FunctionalProperty)
3.3.4.逆属性(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#inverseOf)
3.3.5.反函数型属性(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#InverseFunctionalProperty)
3.4.属性约束(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#PropertyRestrictions)
3.4.1.allValuesFrom,someValuesFrom(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#allValuesFrom)
3.4.2.Cardinality(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#simpleCardinality)
3.4.3.hasValue(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#hasValue)
4.本体映射(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#OntologyMapping)
4.1.类之间和属性之间的等价性(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#equivalentClass1)
4.2.个体之间的等同性(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#sameAs)
4.3.不同的个体(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#differentFrom)
5.复杂类(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#ComplexClasses)
5.1.集合操作(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#SetOperators)
5.2.枚举类(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#EnumeratedClasses)
5.3.不相交类(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#DisjointClasses)
6.本体版本(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#OntologyVersioning)
7.使用举例(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#Usage)
7.1.关于酒的门户网站(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#WinePortal)
7.2.关于酒的主体(Agent)(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#WineAgent)
致谢(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#Acknowledgements)
OWL词汇表(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#OWLGlossary)
术语索引和交叉引用(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#TermIndex)
参考文献(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#References)
附录A:
XML+RDF基础(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#AppendixA)
附录B:
历史(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#AppendixB)
附录C:
上次发布以来的修改日志(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#changes-since-PR)
1.引言
“告诉我我应该买什么酒提供给下列菜单的每道菜,随便说一下,我不喜欢苏特恩白葡萄酒”。
目前构造一个能够查找满足这个查询的酒的Web代理会是困难的。
类似地,考虑派给软件代理一个做出合理的旅行安排的任务(更多的用例,参考OWL需求文档(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#Requirements))。
为了支持这种计算,不仅仅用关键词而是说明Web上描述的资源的含义是必要的。
这个额外的解释层表述了数据的“语义”。
Web本体语言OWL是一种定义和实例化“Web本体”的语言。
“本体”这个术语来自于哲学,它是研究世界上的各种实体以及他们是怎么关联的科学。
一个“Web本体”可能包含了类,属性和他们的实例的描述。
给出这样的一个本体,OWL形式语义(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-semantics-20040210/)说明怎么获得它的逻辑结论,也就是说,不是逐字写在本体中的事实,而是语义蕴涵的事实。
这些蕴涵可以是基于单个的文档也或利用OWL机制(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#import)合并在一起的多个分布的文档。
本文档是W3CWeb本体工作组(WebOnt)制定的Web本体语言的描述的一部分。
OWL综述([Overview(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#FeatureList)],1.1)的文档指南(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-features-20040210/#s1.1)部分描述了不同部分的文档以及他们怎样结合的。
当描述另外一个XML/Web标准时,有一个问题会冒出来:
这个标准给了我什么XML和XMLSchema不能给的。
这个问题有两个答案。
本体和XMLSchema的区别是它是一种知识表示,而不是一种消息格式。
大多数来自工业界的Web标准包含了一个消息格式和协议规范的组合。
这些格式已经被给予一个操作语义,例如,"一旦收到订单(PurchaseOrder)的消息,从AccountFrom账号转移Amount数量的美元到AccountTo账号,并且发货(Product)",但是这些规范并没有设计为支持此事务上下文之外的推理。
例如,一般来说,没有机制让我们推出:
因为这个产品的类型是夏敦埃酒(Chardonnay,一种无甜味白葡萄酒),它必定也是一种白色酒。
OWL本体的一个优点是会有能够对其做推理的工具。
这些工具提供了不特定于某个主题领域的通用支持,而如果要构建一个能对一个特定的工业界标准XMLSchema做推理的系统,它往往是特定于一个领域的。
构建一个可靠的和有用的推理系统不是一项简单的工作。
而创建一个本体则更为容易处理。
我们的期望就是很多团体会着手本体创建。
他们会得益于基于OWL语言的形式属性的第三方工具,这些工具提供了多种多样的能力,而这些能力是大部分组织难以复制的。
1.1.OWL的种类
OWL提供了三种表达能力递增的子语言,以分别用于特定的实现者和用户团体。
OWLLite用于提供给那些只需要一个分类层次和简单约束的用户。
例如,虽然OWLLite支持支持基数限制,但只允许基数为0或1。
提供支持OWLLite的工具应该比支持表达能力更强的其他OWL语言更简单,并且从辞典(thesauri)和分类系统(taxonomy)转换到OWLLite更为迅速。
OWLDL支持那些需要最强表达能力的推理系统的用户,且这个推理系统能够保证计算的完全性(computationalcompleteness,即所有的结论都能够保证被计算出来)和可判定性(decidability,即所有的计算都在有限的时间内完成)。
它包括了OWL语言的所有成分,但有一定的限制,如类型的分离(一个类不能同时是一个个体或属性,一个属性不能同时是一个个体或类)。
OWLDL这么命名是因为它对应于[描述逻辑(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#DescriptionLogics)],这是一个研究一阶逻辑的一个特定可判定片断的领域。
OWLDL旨在支持已有的描述逻辑商业处理(businesssegment)和具有良好计算性质的推理系统。
OWLFull支持那些需要尽管没有可计算性保证,但有最强的表达能力和完全自由的RDF语法的用户。
例如,在OWLFull中,一个类可以被同时看为许多个体的一个集合以及本身作为一个个体。
另外一个和OWLDL的重要区别是owl:
DatatypeProperty(数据类型属性)能作为一个owl:
InverseFunctionalProperty(逆函数型属性)。
OWLfull允许一个本体增加预定义的(RDF、OWL)词汇的含义。
这样,不太可能有推理软件能支持对OWLFULL的所有成分的完全推理。
在表达能力和推理能力上,每个子语言都是前面的语言的扩展。
这三种子语言之间有如下关系成立,但这些关系反过来并不成立。
每个合法的OWLLite本体都是一个合法的OWLDL本体;
每个合法的OWLDL本体都是一个合法的OWLFull本体;
每个有效的OWLLite结论都是一个有效的OWLDL结论;
每个有效的OWLDL结论都是一个有效的OWLFull结论。
使用OWL的本体开发者要考虑哪种语言最符合他们的需求。
选择OWLLite还是OWLDL主要取决于用户在多大程度上需要OWLDL提供的表达能力更强的成分。
OWLLite的推理机会有良好的计算性质。
而OWLDL的推理机处理的尽管是一个可判定的子语言,会有更高的最坏情况复杂度。
选择OWLDL还是OWLFull主要取决于用户在多大程度上需要RDF的元模型机制(如定义关于类的类);使用OWLFull相比于OWLDL,对推理的支持是更难预测的。
关于此问题的更多信息参考OWL语义文档(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#FormalModel)。
用户在把RDF文档转换到OWLDL或OWLLite文档时必须谨慎,以保证原来的RDF文档是否满足OWLDL或OWLLite对RDF的一些附加的限制。
这些限制在文档OWL参考的附录E(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-ref-20040210/#app-DLinRDF)中有详细的解释。
当我们介绍只在OWLDL或OWLFull中允许的构词(construct)时,他们被标记为"[OWLDL]"。
1.2.本文档的结构
为了在这个指南中提供一个一致的例子,我们创建了一个关于酒(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/wine.rdf)和食物(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/food.rdf)的本体。
它是一个OWLDL本体。
我们有些讨论会集中于OWLFull的表达能力,因此会标注出来。
这个酒和食物本体是对历史悠久的DAML本体库中的一个元素(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#wine1)的重大修改而成的。
它最初由McGuinness作为一个描述逻辑CLASSIC的例子(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#wine3)开发的,后来扩充为一个描述逻辑教程(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#wine4)和一个本体教程(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#wine2)。
在这个文档中,我们假设大部分读者熟悉XML,因此用RDF/XML语法(http:
//www.w3.org/TR/REC-rdf-syntax/#grammar)表示例子([RDF(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#RDF1)],5)。
标准的OWL交换语法是RDF/XML。
注意OWL在设计时保持了与RDF和RDFSchema的最大兼容性。
这些XML和RDF格式是OWL标准的一部分。
本文档中引进的所有例子都是从本体wine.rdf(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/wine.rdf)和food.rdf(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/food.rdf)中摘取的,除了那些在右下角用 ?
标注的。
2.本体的结构
OWL是语义网活动的一个组成部分。
这项工作的目的是通过对增加关于那些描述或提供网络内容的资源的信息,从而使网络资源能够更容易地被那些自动进程访问。
由于语义网络固有的分布性,OWL必须允许信息能够从分布的信息源收集起来。
其中,允许本体间相互联系,包括明确导入其他本体的信息,能够部分实现这样的功能。
另外,OWL提出了一个开放世界的假设。
也就是说,对资源的描述并不局限于在一个简单的文件或范围内。
类C1本来是由本体O1定义出来的,然而,它也可以是由其他的本体扩展出来的。
对C1进行这样的假设的结果是单调的。
新的信息不能否定之前的信息。
新的信息可以是和旧的信息矛盾的,但是事实和推导只能被增加而不能被删减。
当设计一个本体的时候,设计者必须考虑到这种矛盾的可能性。
一种期望是,工具的支持将帮助侦测到这样的情况。
为了能写出一个能被唯一翻译的而且能被软件(代理)使用的本体,我们要求OWL有一个语法和正规的语义。
OWL是RDF的一个词汇扩充[RDF语义(http:
//www.w3.org/TR/rdf-mt/)]。
在OWL网络本体语言语义和简明语法中,有OWL的语义定义。
2.1.命名空间
在我们使用一组术语之前,我们需要一个精确地指出哪些具体的词汇表将被用到。
一个标准的本体开头部分里包括一组XML命名空间(namespace)声明(被包含在rdf:
RDF标签里)。
这些命名空间声明提供了一种无歧义地解释标识符的方式,并使得剩余的本体表示具有更强的可读性。
一个典型的OWL本体以一个命名空间声明(namespacedeclaration)(http:
//www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#XMLNS)开始(就像下面的例子那样)。
当然,被定义本体的URIs未必都是w3.org的。
RDF xmlns="http: //www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/wine#" xmlns: vin="http: //www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/wine#" xml: base="http: //www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/wine#" xmlns: food="http: //www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/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#"> 前两个声明标识了与该本体相关的命名空间。 第一个声明指定了缺省命名空间,即表明所有无前缀的限定名(qualifiednames)都出自当前本体。 第二个声明为当前本体指定了前缀vin: 。 第三个声明为当前文档(参见下文(http: //www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/#owl_imports))指定了基准URI(baseURI)。 第四个声明指出食物(food)本体将用前缀food: 来标识。 第五个命名空间声明指出,在当前文档中,前缀为owl: 的元素应被理解是对出自http: //www.w3.org/2002/07/owl#中的事物的引用。 这是引入OWL词汇表的惯例用法。 OWL要依赖RDF、RDFS以及XMLSchema数据类型中的构词(constructs)。 在本文档中,rdf: 前缀表明事物出自命名空间http: //www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-n
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