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OWL本体语言和Protege本体编辑器

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OWL本体语言和Protege本体编辑器

演讲稿原作者:Wala Abdulaziz
译者:Wu Di (pimgeek)
转载、编辑：Tan Liwei
原文发布日期：2013年6月5号
原文链接：https://prezi.com/ggozsbzy2xn-/owl-protege/

什么是本体(Ontology)?

在计算机科学和信息科学中,本体的作用是表达知识.在本体中,知识可以被正式地表达为一系列的领域相关概念,以及这些概念之间的相互关系.

本体可以被用来为一个知识领域建立模型,并且支持对这个模型中的实体进行推理.

我们为什么需要本体?

本体的重要作用？

利用本体,可以在不同的人或应用程序之间共享一组有结构的信息,并达成理解上的共识.（补充：消除歧义、去重）
允许我们重复使用领域知识:当我们已经拥有了关于某个知识领域的本体时,我们可以把同一个本体应用于不同的应用程序中,这就可以避免重新发明轮子.
可以把知识领域内的(内行人不言自明的)前提假设明确地表达出来.
把领域知识与操作性知识区分开.
利用概念之间的已适当建立的关系分析领域知识.

本体工程的流程

确定知识领域.
列举出这个领域里会用到的术语.
定义一些可以表达领域内概念的类(class).
定义每个类的属性,以便将他们链接起来.
定义约束条件, 以便限制类和属性.
从类出发创建一些实例

Web 本体语言(OWL)

一种用来定义Web本体的语言.
一个OWL的本体可以包含关于类,属性及其实例的描述.
当给定了一个这样的本体时,OWL的形式化语义允许我们由本体自动推导出一些符合逻辑的结论.

什么是Protégé?

Protege 是一个图形界面的本体开发工具,它支持丰富的知识模型
Protege 是开源的,并且可以免费获取

OWL 本体的组成单元

(1) 个体

个体代表知识领域中我们感兴趣的那些具体对象.
个体有时候也被称作实例.
个体也可以被称作"属于某个类的实例".

(2) 属性

属性是个体之间的二元关系. 换句话说, 属性把一对个体链接起来.

(3) 类

OWL的类可以被理解为包含若干个体的集合
类需要被形式化地描述出来,这些描述精确界定了究竟个体能否成为某个类的成员的"准入标准"
不同的类可以被组织为体现父类子类关系的树形大纲结构

披萨饼范例本体

当前活动的本体

类

披萨饼本体中有很多类
子类: 在OWL 中表示隐含关系
不相交的类: 把一组类区分开来(如果A类与B类不相交,那么属于A类的个体不可能同时属于B类)
我们让以下四个类不相交
IceCream
Pizaa
PizzaBase
PizzaTopping

OWL的属性

对象属性：
对象属性是一对个体之间的关系,它从某一个体出发,链接到另一个体.

数据属性：
数据属性是个体与某个数据取值之间的关系.

标注属性：
标注属性被用来为类,个体,对象属性/数据属性等添加信息(元信息,或者所谓的关于数据的数据). 译者注: 标注属性本身也可添加标注属性.

对象属性

对象属性

hasCountryOfOrigin (拥有发源地国家)
hasIngredient: (拥有组成要素)
haseBase (拥有面饼)
hasTopping (拥有覆盖食材)
hasSpiciness (拥有辛辣口味)
isIngerdientOf:
isBaseOf
isToppingOf

对象属性的特性

函数型特性

函数型特性(Functional Properties):
如果一个对象属性是函数型的, 那么借助这个属性,某个体a只能连接到唯一的个体b

函数型特性也被称作单值特性

例如:
hasBase property.
(一个披萨只能拥有一个面饼)

反向函数型特性(Inverse Functional Properties):
如果一个对象属性具有反向函数型特性,那么这意味着它的反向属性具有函数型特性.
例如:
(1) isIngredientOf (多对一)
(2) hasIngredient (一对多)

传递型特性(Transitive Properties):
如果一个对象属性P是传递型的,那么如果个体a通过属性P关联到b,且b又通过属性P关联到c,那么我们就可以推得:a一定可以通过属性P直接关联到c.

对称型特性(Symmetric Properties):
如果属性P是对称的, 并且个体a 通过属性P与个体b 发生关联,那么我们可以推得b 也一定通过属性P与a 发生关联.

非对称型特性(Asymmetric properties):
如果属性P是非对称的, 并且个体a 通过属性P与个体b 发生关联,那么我们可以推得b 不可能通过属性P与a 发生关联.

对象属性的定义域和值域

对象属性把来自定义域的个体链接到来自值域的个体.(但这种规定并不被用来限制个体).当一对个体 a 和 b 可以被这个对象属性关联时,即使它们并没有被明确地分配给任何类,我们也能推出 a 一定属于定义域所对应的类,而 b 则一定属于值域所对应的类.

推理机(Reasoner)

推理机是Protege 的重要功能之一. 我们不仅可以用推理机判定一个类的定义是否一致,还能利用充分必要条件发现一些隐含的信息.

一致性检查
检查一个(译者注:按规则形成的)类是否不可能包含任何个体.

自动分类
给定一个包含了很多类的树形结构,分类器能够把其中的一些类自动归集到对应的分支上去.(译者注:分类器是推理机的一部分,不仅可以对类做自动归集,还可以对个体做自动归集.)

分类器
当推理得出的类呈现红色时,这表示这些类是不一致的.（如下图：）

在本体理论中,不一致表示这样的类不可能拥有任何个体.

CheeseyVegetableTopping 类是不一致的, 那是因为我们给它设定了两个没有交集的父类, CeeeseTopping 和 VegetableTopping.

说明:
如果我们取消CheeseToppping 与 VegetableTopping之间的互不相交关系,然后再次开动分类器,那么CheeseyVegetableTopping这个类就不再是不一致的了.

OWL可视化(OWLViz)

OWLViz 插件可以被用来在我们已定义好的类结构中四处游走和查看
检查类的一致性,并且用树的形状展示逻辑意义.
在包含很多类,而且部分类的父类也很多的大型本体库中,这个插件很有用.

OWLViz 提供了：

以声明方式形成的类的层级关系
以推理方式形成的类的层级关系

以声明方式形成的类：

以推理方式形成的类

不一致的类

(上图中)存在不一致性的类,在图中以红色高亮显示.

为披萨饼本体增加一些其它类(比如饮料类)

有困惑吗?

参考资料

(1) Ontology (information science): http://en.wikipedia.org/wiki/Ontology_(information_science)

(2) Natalya F. Noy, Deborah L. McGuinness, Ontology Development 101: A Guide to Creating Your First Ontology, Stanford, Available from:
http://www.ksl.stanford.edu/people/dlm/papers/ontology-tutorial-noy-mcguinness.pdf

(3) What is protégé?: http://protege.stanford.edu/overview/index.html

(4) W3C,(2004)OWL Web Ontology Language Guide: http://www.w3.org/TR/owl-guide/

(5) Protégé Glossary:
http://protegewiki.stanford.edu/wiki/Pr4_UG_mi_Glossary#FaCT.2B.2B

(6) Matthew Horridge, (2011) A Practical Guide To Building OWL Ontologies
Using Protege 4 and CO-ODE Tools [online] Manchester, Available from:
http://owl.cs.manchester.ac.uk/tutorials/protegeowltutorial/resources/ProtegeOWLTutorialP4_v1_1.pdf