SZEMANTIKUS WEB, ONTOLÓGIÁK 4. El adáshome.mit.bme.hu/~strausz/ie_technikak/2018/IE2018-4.pdf ·...

SZEMANTIKUS WEB, ONTOLÓGIÁK

4. Előadás

Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszékhttps://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimiac04

1

2

„Szintakitikus” web

[Hendler & Miller 02]

3

Szemantikus web

4

Szemantikus web – új felhasználók

Szemantikus annotációk Ontológiák Logikai

támogatás

Nyelvek Eszközök Alkalmazások szolgáltatások

Web tartalom

FelhasználókSzerzőkWWW

Szemantikus web

Szemantikus web

FelhasználókSZW építése

Szerzők alkalmazások

ágensek

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

DBPedia: Wikipedia adatok

@prefix dbpedia <http://dbpedia.org/resource/>.@prefix dbterm <http://dbpedia.org/property/>.

dbpedia:Amsterdamdbterm:officialName “Amsterdam” ;dbterm:longd “4” ;dbterm:longm “53” ;dbterm:longs “32” ;...dbterm:leaderTitle “Mayor” ; dbterm:leaderName dbpedia:Job_Cohen ;...dbterm:areaTotalKm “219” ;...

dbpedia:ABN_AMROdbterm:location dbpedia:Amsterdam ;...

@prefix dbpedia <http://dbpedia.org/resource/>.@prefix dbterm <http://dbpedia.org/property/>.

dbpedia:Amsterdamdbterm:officialName “Amsterdam” ;dbterm:longd “4” ;dbterm:longm “53” ;dbterm:longs “32” ;...dbterm:leaderTitle “Mayor” ; dbterm:leaderName dbpedia:Job_Cohen ;...dbterm:areaTotalKm “219” ;...

dbpedia:ABN_AMROdbterm:location dbpedia:Amsterdam ;...

Automatikus, felderíthető kapcsolatok

<http://dbpedia.org/resource/Amsterdam>owl:sameAs <http://rdf.freebase.com/ns/...> ;owl:sameAs <http://sws.geonames.org/2759793> ;...

<http://dbpedia.org/resource/Amsterdam>owl:sameAs <http://rdf.freebase.com/ns/...> ;owl:sameAs <http://sws.geonames.org/2759793> ;...

<http://sws.geonames.org/2759793>owl:sameAs <http://dbpedia.org/resource/Amsterdam>wgs84_pos:lat “52.3666667” ;wgs84_pos:long “4.8833333” ;geo:inCountry <http://www.geonames.org/countries/#NL> ;

...

<http://sws.geonames.org/2759793>owl:sameAs <http://dbpedia.org/resource/Amsterdam>wgs84_pos:lat “52.3666667” ;wgs84_pos:long “4.8833333” ;geo:inCountry <http://www.geonames.org/countries/#NL> ;

...

Szolgáltatások maguk döntik el honnan gyűjtenek információt

SKOS Core és az OWL OWL egyW3C ajánlás

Logika orientát Erős következteés pontos szemantika

SKOS Nyelv orientált

Egyszerűbb következtetés Rugalmas szemantika

Fogalom

Preferált címkék, leírások (labels)

Alternatív címkék

Leírás(Note)

Pl. definíció, szkóp, háttér információk

FogalomSzemantikus kapcsolat

Fogalom sémák

SKOS alapvető elemei

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).

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

14

OWL Example in Protégé (2)

15

OWL Example in Protégé (3)

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:email» tulajdonsággal rendelkeznek, akkor «A» és «B» identikus.

Ontológiák Az SZW világban az ontológiákat a következő értelemben használjuk:

Az RDFS is tekinthető egy egyszerű ontológia nyelvnek

Nyelvek definiálása mindig egyfajta kompromisszum- gazdag szemantika tudás gazdag alkalmazásokhoz- ésszerűség (fizibilitás, megvalósíthatóság (fordító, következtető)

Fogalmak és ezek relációnak definiálása egy adott tudásterület leírása céljából. Fogalmak és ezek relációnak definiálása egy adott tudásterület leírása céljából.

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 2” – 2010 óta gyakorlatilag csak ezt használjuk Akit a részletek érdekelnek: https://www.w3.org/TR/owl2‐overview/

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:sameAskifejezésnek

Használat: owl:sameAs Utazási példából, Amsterdam leírása két forrásban:(Dbpedia és Geonames):

<http://dbpedia.org/resource/Amsterdam>owl:sameAs <http://sws.geonames.org/2759793>;

<http://dbpedia.org/resource/Amsterdam>owl:sameAs <http://sws.geonames.org/2759793>;

Példa logikai kapcsolatra

Ha a következő igaz két állításra::email rdf:type owl:InverseFunctionalProperty. <A> :email "mailto:[email protected]".<B> :email "mailto:[email protected]".

:email rdf:type owl:InverseFunctionalProperty. <A> :email "mailto:[email protected]".<B> :email "mailto:[email protected]".

Így új relációkhoz jutunk (RDFS-ben erre nem volt lehetőség)

<A> owl:sameAs <B>.<A> owl:sameAs <B>.

Akkor ebből levezethető:

Ha egy tulajdonság inverse-functional –nak lett definiálva, akkor, akkor a tulajdonság tárgya egyértelműen meghatározza a tulajdonság alanyát.

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.

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 .

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 (:€ :£ :$).

:£ rdf:type owl:Thing.:€ rdf:type owl:Thing.:$ rdf:type owl:Thing.:Currency

rdf:type owl:Class;owl:oneOf (:€ :£ :$).

Unió

További lehetőségek: complementOf, intersectionOf, …

: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).



Példa…Ha:



<myWork> rdf:type :Novel .



<myWork> rdf:type :Novel .

<myWork> rdf:type :Literature .<myWork> rdf:type :Literature .

akkor

Eddig… OWL: erős leíró elemeket definiáltunk pl., adatbázisok összeköthetőek owl:sameAs,vagy inverse functional tulajdonságokkal.

Számos kapcsolatot felderíthetünk hagyományos következtetési eljárásokkal

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.

].


].

Lehetséges felhasználás…Ha:

<something> rdf:type :Currency .<something> rdf:type :Currency .

Akkor a következő állítás igaz:


].

:price rdf:type :Listed_Price .

:price p:currency <something> .


].

:price rdf:type :Listed_Price .

:price p:currency <something> .

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

OWL 2 Korlátozások definiáltak

classes, individuals, object , datatype properties ‐megkötésekkel

object properties csak individuals ‐re datatype property nincs tovább specifikálva …

Hatékony következtető algoritmus létezik!

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

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

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

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…

Adatbázis ‐vs‐ OntológiaAdatbázis: 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

Ugyanaz a példa:Individual: HarryPotterFacts: hasFriend RonWeasley

hasFriend HermioneGrangerhasPet Hedwig

Individual: Draco Malfoy

Lekérdezés: Draco Malfoy barátja‐e HarryPotternek? Adatbázis: Nem Ontológia: Nem tudjuk

OWA (nem levezethető hogy nem létezik a kérdezett reláció)

Adatbázis ‐vs‐ Ontológia

Például, ha adottak tények/adatok:Individual: HarryPotterFacts: hasFriend RonWeasley


Individual: Draco Malfoy

Lekérdezés: Hány barátja van HarryPotternek? Adatbázis: 2 Ontológia: Legalább 1

Nincs UNA: Ron és Hermione lehet akár ugyanaz a személy




Individual: Draco MalfoyDifferentIndividuals: 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




Types: hasFriend only RonWeasley or HermioneGrangerIndividual: Draco MalfoyDifferentIndividuals: RonWeasley HermioneGranger

Lekérdezés: Hány barátja van HarryPotternek? Adatbázis: 2 Ontológia: 2!


Adjunk új tényeket a modellünkhöz:Individual: DumbledoreIndividual: Fawkes

Types: PhoenixFacts: 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)


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

Ontológia lekérdezés végrehajtása Ontológia axiómák meghatározó szerepet játszanak

A válasz tartalmazhat implicit levezethető tényeket Megválaszolhatók koncepcionális és extenzionáliskérdések 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

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

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

Szemantika

http://www.gocomics.com/frazz/2005/03/28

SZEMANTIKUS WEB, ONTOLÓGIÁK 4. El adáshome.mit.bme.hu/~strausz/ie_technikak/2018/IE2018-4.pdf ·...

Documents

Transcript of SZEMANTIKUS WEB, ONTOLÓGIÁK 4. El adáshome.mit.bme.hu/~strausz/ie_technikak/2018/IE2018-4.pdf ·...