Lenguaje de ontología web - Web Ontology Language

Lenguaje de ontología web OWL
Estado Publicado
Año iniciado 2004
Editores Mike Dean ( BBN Technologies ), Guus Schreiber
Estándares básicos Marco de descripción de recursos , RDFS
Dominio Web semántica
Abreviatura BÚHO
Sitio web Referencia de OWL
Lenguaje de ontología web OWL 2
Estado Publicado
Año iniciado 2009
Editores Grupo de trabajo W3C OWL
Estándares básicos Marco de descripción de recursos, RDFS
Dominio Web semántica
Abreviatura BÚHO 2
Sitio web Descripción general de OWL 2

La lengua de la ontología Web ( OWL ) es una familia de representación de conocimiento lenguajes de creación de ontologías . Las ontologías son una forma formal de describir taxonomías y redes de clasificación, esencialmente definiendo la estructura del conocimiento para varios dominios: los sustantivos que representan clases de objetos y los verbos que representan relaciones entre los objetos.

Las ontologías se asemejan a las jerarquías de clases en la programación orientada a objetos, pero existen varias diferencias críticas. Las jerarquías de clases están destinadas a representar estructuras utilizadas en el código fuente que evolucionan con bastante lentitud (quizás con revisiones mensuales), mientras que las ontologías están destinadas a representar información en Internet y se espera que evolucionen casi constantemente. Del mismo modo, las ontologías suelen ser mucho más flexibles, ya que están destinadas a representar información en Internet procedente de todo tipo de fuentes de datos heterogéneas. Las jerarquías de clases, por otro lado, tienden a ser bastante estáticas y dependen de fuentes de datos mucho menos diversas y más estructuradas, como las bases de datos corporativas.

Los lenguajes OWL se caracterizan por una semántica formal . Se basan en el estándar XML del World Wide Web Consortium (W3C) para objetos denominado Resource Description Framework (RDF). OWL y RDF han atraído un gran interés académico, médico y comercial.

En octubre de 2007, se inició un nuevo grupo de trabajo del W3C para ampliar OWL con varias características nuevas propuestas en la presentación de miembros de OWL 1.1. W3C anunció la nueva versión de OWL el 27 de octubre de 2009. Esta nueva versión, llamada OWL 2, pronto se abrió camino en editores semánticos como Protégé y razonadores semánticos como Pellet, RacerPro, FaCT ++ y HermiT.

La familia OWL contiene muchas especies, serializaciones, sintaxis y especificaciones con nombres similares. OWL y OWL2 se utilizan para hacer referencia a las especificaciones de 2004 y 2009, respectivamente. Se utilizarán los nombres completos de las especies, incluida la versión de la especificación (por ejemplo, OWL2 EL). Al referirse de manera más general, se utilizará OWL Family .

Historia

Lenguas de ontología temprana

Existe una larga historia de desarrollo ontológico en filosofía e informática. Desde la década de 1990, una serie de esfuerzos de investigación han explorado cómo la idea de representación del conocimiento (KR) a partir de la inteligencia artificial (IA) podría resultar útil en la World Wide Web. Estos incluían lenguajes basados ​​en HTML (llamado SHOE ), basados ​​en XML (llamado XOL, más tarde OIL ) y varios lenguajes KR basados ​​en marcos y enfoques de adquisición de conocimientos.

Lenguajes de ontología para la web

En 2000 en los Estados Unidos, DARPA comenzó el desarrollo de DAML dirigido por James Hendler . En marzo de 2001, el Comité Conjunto UE / EE. UU. Sobre lenguajes de marcado de agentes decidió que DAML debería fusionarse con OIL. Se convocó al Grupo de trabajo conjunto ad hoc UE ​​/ EE. UU. Sobre lenguajes de marcado de agentes para desarrollar DAML + OIL como lenguaje de ontología web. Este grupo fue financiado conjuntamente por la DARPA (en el marco del programa DAML) y el proyecto de financiación de Tecnologías de la Sociedad de la Información (IST) de la Unión Europea . DAML + OIL estaba destinado a ser una capa delgada por encima de RDFS , con semántica formal basada en una lógica de descripción (DL).

DAML + OIL es una influencia particularmente importante en OWL; El diseño de OWL se basó específicamente en DAML + OIL.

Estándares de la web semántica

La Web Semántica proporciona un marco común que permite que los datos se compartan y reutilicen a través de los límites de la aplicación, la empresa y la comunidad.

-  Consorcio World Wide Web, Actividad de Web Semántica del W3C

Esquema RDF

un lenguaje de representación declarativa influenciado por ideas de la representación del conocimiento

-  Consorcio World Wide Web, actividad de metadatos

A fines de la década de 1990, la actividad de metadatos del World Wide Web Consortium (W3C) comenzó a trabajar en RDF Schema (RDFS), un lenguaje para compartir vocabulario RDF . El RDF se convirtió en una Recomendación del W3C en febrero de 1999 y el RDFS en una Recomendación Candidata en marzo de 2000. En febrero de 2001, la Actividad de Web Semántica reemplazó a la Actividad de Metadatos. En 2004 (como parte de una revisión más amplia de RDF) RDFS se convirtió en una Recomendación del W3C. Aunque RDFS proporciona cierto soporte para la especificación de ontologías, la necesidad de un lenguaje de ontologías más expresivo se ha vuelto clara.

Grupo de trabajo de ontología web

A partir del lunes 31 de mayo, nuestro grupo de trabajo finalizará oficialmente. Hemos logrado todo aquello para lo que fuimos autorizados, y creo que nuestro trabajo está siendo muy apreciado.

-  James Hendler y Guus Schreiber, Grupo de trabajo de ontología web: conclusiones y trabajo futuro

El Consorcio World Wide Web (W3C) creó el Grupo de Trabajo Web-Ontología como parte de su Actividad de Web Semántica. Comenzó a trabajar el 1 de noviembre de 2001 con los copresidentes James Hendler y Guus Schreiber. Los primeros borradores de trabajo de la sintaxis abstracta , la referencia y la sinopsis se publicaron en julio de 2002. OWL se convirtió en una recomendación formal del W3C el 10 de febrero de 2004 y el grupo de trabajo se disolvió el 31 de mayo de 2004.

Grupo de trabajo OWL

En 2005, en el Taller de Experiencias y Direcciones de OWL, se formó un consenso de que los avances recientes en la lógica de la descripción permitirían una revisión más expresiva para satisfacer los requisitos del usuario de manera más completa y al mismo tiempo conservar buenas propiedades computacionales. En diciembre de 2006, se realizó la presentación de miembros de OWL1.1 al W3C. El W3C creó el Grupo de trabajo OWL como parte de la Actividad de la Web Semántica en septiembre de 2007. En abril de 2008, este grupo decidió llamar a este nuevo lenguaje OWL2, lo que indica una revisión sustancial.

OWL 2 se convirtió en una recomendación del W3C en octubre de 2009. OWL 2 presenta perfiles para mejorar la escalabilidad en aplicaciones típicas.

Acrónimo

¿Por qué no ser inconsistente en al menos un aspecto de un lenguaje que tiene que ver con la coherencia?

-  Guus Schreiber, ¿Por qué OWL y no WOL?

OWL fue elegido como un acrónimo fácilmente pronunciada que dar buenos logotipos, sugerir la sabiduría, y el honor de William A. Martin 's Un mundo Idioma proyecto representación del conocimiento de la década de 1970.

Adopción

Una encuesta de 2006 de ontologías disponibles en la web recopiló 688 ontologías OWL. De estos, 199 eran OWL Lite, 149 eran OWL DL y 337 OWL Full (por sintaxis). Encontraron que 19 ontologías tenían más de 2,000 clases y que 6 tenían más de 10,000. La misma encuesta recopiló 587 vocabularios RDFS.

Ontologías

Una ontología es una especificación explícita de una conceptualización.

-  Tom Gruber , Un enfoque de traducción a las especificaciones de ontología portátil

Los datos descritos por una ontología de la familia OWL se interpretan como un conjunto de "individuos" y un conjunto de "afirmaciones de propiedad" que relacionan a estos individuos entre sí. Una ontología consiste en un conjunto de axiomas que imponen restricciones sobre conjuntos de individuos (llamados "clases") y los tipos de relaciones permitidas entre ellos. Estos axiomas proporcionan semántica al permitir que los sistemas infieran información adicional basada en los datos proporcionados explícitamente. Se proporciona una introducción completa al poder expresivo del OWL en la Guía OWL del W3C .

Las ontologías OWL pueden importar otras ontologías, agregando información de la ontología importada a la ontología actual.

Ejemplo

Una ontología que describe familias puede incluir axiomas que indiquen que una propiedad "hasMother" solo está presente entre dos individuos cuando "hasParent" también está presente, y que los individuos de la clase "HasTypeOBlood" nunca están relacionados a través de "hasParent" con miembros de "HasTypeABBlood" clase. Si se indica que el individuo Harriet está relacionado a través de "hasMother" con el individuo Sue, y que Harriet es miembro de la clase "HasTypeOBlood", entonces se puede inferir que Sue no es miembro de "HasTypeABBlood". Sin embargo, esto solo es cierto si los conceptos de "Padre" y "Madre" solo se refieren al padre o madre biológicos y no al padre o madre social.

Especies

Dialectos OWL

La especificación OWL respaldada por W3C incluye la definición de tres variantes de OWL, con diferentes niveles de expresividad. Estos son OWL Lite, OWL DL y OWL Full (ordenados por expresividad creciente). Cada uno de estos sublenguajes es una extensión sintáctica de su predecesor más simple. Se cumple el siguiente conjunto de relaciones. Sus inversos no lo hacen.

  • Cada ontología legal de OWL Lite es una ontología legal de OWL DL.
  • Cada ontología legal OWL DL es una ontología legal OWL Full.
  • Cada conclusión válida de OWL Lite es una conclusión válida de OWL DL.
  • Cada conclusión válida de OWL DL es una conclusión válida de OWL Full.

OWL Lite

Originalmente, OWL Lite estaba destinado a ayudar a aquellos usuarios que necesitaban principalmente una jerarquía de clasificación y restricciones simples. Por ejemplo, aunque admite restricciones de cardinalidad , solo permite valores de cardinalidad de 0 o 1. Se esperaba que fuera más sencillo proporcionar soporte de herramientas para OWL Lite que sus parientes más expresivos, permitiendo una ruta de migración rápida para sistemas que usan tesauros y otros taxonomías . En la práctica, sin embargo, la mayoría de las restricciones de expresividad impuestas a OWL Lite representan poco más que inconvenientes sintácticos: la mayoría de las construcciones disponibles en OWL DL se pueden construir usando combinaciones complejas de características de OWL Lite, y es igualmente expresiva como la lógica de descripción . Por lo tanto, el desarrollo de herramientas OWL Lite ha demostrado ser casi tan difícil como el desarrollo de herramientas para OWL DL, y OWL Lite no se usa ampliamente.

BÚHO DL

OWL DL está diseñado para proporcionar la máxima expresividad posible al tiempo que conserva la integridad computacional (se mantiene φ o ¬φ), la decidibilidad (existe un procedimiento eficaz para determinar si φ es derivable o no) y la disponibilidad de algoritmos prácticos de razonamiento. OWL DL incluye todas las construcciones del lenguaje OWL, pero solo se pueden usar bajo ciertas restricciones (por ejemplo, es posible que no se impongan restricciones numéricas a las propiedades declaradas transitivas; y aunque una clase puede ser una subclase de muchas clases, una clase no puede ser una instancia de otra clase). OWL DL se llama así debido a su correspondencia con la lógica descriptiva , un campo de investigación que ha estudiado las lógicas que forman la base formal de OWL.

Búho completo

OWL Full se basa en una semántica diferente de OWL Lite o OWL DL, y fue diseñado para preservar cierta compatibilidad con RDF Schema. Por ejemplo, en OWL Full, una clase puede tratarse simultáneamente como una colección de individuos y como un individuo por derecho propio; esto no está permitido en OWL DL. OWL Full permite que una ontología aumente el significado del vocabulario predefinido (RDF o OWL). OWL Full es indecidible, por lo que ningún software de razonamiento puede realizar un razonamiento completo para ello.

Perfiles OWL2

En OWL 2, hay tres idiomas secundarios. OWL 2 EL es un fragmento que tiene complejidad de razonamiento en tiempo polinómico; OWL 2 QL está diseñado para facilitar el acceso y la consulta a los datos almacenados en bases de datos; OWL 2 RL es un subconjunto de reglas de OWL 2.

Sintaxis

La familia de lenguajes OWL admite una variedad de sintaxis. Es útil distinguir las sintaxis de alto nivel destinadas a la especificación de las sintaxis de intercambio más adecuadas para el uso general.

Nivel alto

Estos están cerca de la estructura ontológica de los lenguajes de la familia OWL.

Sintaxis abstracta de OWL

La sintaxis de alto nivel se utiliza para especificar la estructura y la semántica de la ontología de OWL.

La sintaxis abstracta de OWL presenta una ontología como una secuencia de anotaciones , axiomas y hechos . Las anotaciones llevan metadatos orientados a la máquina y al ser humano. La información sobre las clases, propiedades e individuos que componen la ontología está contenida solo en axiomas y hechos. Cada clase, propiedad e individuo es anónimo o se identifica mediante una referencia de URI . Los hechos indican datos sobre un individuo o sobre un par de identificadores individuales (que los objetos identificados son distintos o iguales). Los axiomas especifican las características de clases y propiedades. Este estilo es similar a los lenguajes de marco y bastante diferente a las sintaxis bien conocidas para DL y Resource Description Framework (RDF).

Sean Bechhofer y col. argumentan que aunque esta sintaxis es difícil de analizar, es bastante concreta. Concluyen que la sintaxis abstracta del nombre puede ser algo engañosa.

Sintaxis funcional de OWL2

Esta sintaxis sigue de cerca la estructura de una ontología OWL2. OWL2 lo utiliza para especificar semánticas, mapeos para intercambiar sintaxis y perfiles.

Sintaxis de intercambio

Serialización OWL RDF / XML
XML.svg
Extensión de nombre de archivo
.owx, .owl, .rdf
Tipo de medio de Internet
aplicación / búho + xml, aplicación / rdf + xml
Desarrollado por Consorcio Mundial de la red
Estándar Serialización XML de OWL 2 27 de octubre de 2009 ; Hace 11 años , OWL Reference 10 de febrero de 2004 ; Hace 17 años ( 27 de octubre de 2009 )
 ( 2004-02-10 )
¿ Formato abierto ?

Sintaxis RDF

Las asignaciones sintácticas en RDF se especifican para los idiomas de la familia OWL. Se han ideado varios formatos de serialización RDF . Cada uno conduce a una sintaxis para los idiomas de la familia OWL a través de este mapeo. RDF / XML es normativo.

Sintaxis XML de OWL2

OWL2 especifica una serialización XML que modela de cerca la estructura de una ontología OWL2.

Sintaxis de Manchester

La sintaxis de Manchester es una sintaxis compacta y legible por humanos con un estilo cercano a los lenguajes de marcos. Hay variaciones disponibles para OWL y OWL2. No todas las ontologías OWL y OWL2 se pueden expresar en esta sintaxis.

Ejemplos de

  • El lenguaje de ontologías web W3C OWL 2 proporciona ejemplos de sintaxis.

Ontología del té

Considere una ontología para el té basada en una clase de té. Primero, se necesita un identificador de ontología. Cada ontología de OWL debe identificarse mediante un URI (http://www.example.org/tea.owl, digamos). Este ejemplo proporciona una idea de la sintaxis. Para ahorrar espacio a continuación, se omitieron los preámbulos y las definiciones de prefijos.

Sintaxis funcional de OWL2
Ontology(<http://example.org/tea.owl>
  Declaration( Class( :Tea ) )
)
Sintaxis XML de OWL2
 <Ontology ontologyIRI="http://example.org/tea.owl" ...>
   <Prefix name="owl" IRI="http://www.w3.org/2002/07/owl#"/>
   <Declaration>
     <Class IRI="Tea"/>
   </Declaration>
 </Ontology>
Sintaxis de Manchester
Ontology: <http://example.org/tea.owl>
Class: Tea
Sintaxis RDF / XML
<rdf:RDF ...>
    <owl:Ontology rdf:about=""/>
    <owl:Class rdf:about="#Tea"/>
</rdf:RDF>
RDF / Tortuga
 <http://example.org/tea.owl> rdf:type owl:Ontology .
 :Tea  rdf:type            owl:Class .

Semántica

Relación con las lógicas descriptivas

Las clases de OWL corresponden a conceptos de lógica descriptiva (DL) , las propiedades de OWL a roles de DL , mientras que los individuos se denominan de la misma manera tanto en la terminología OWL como en la DL.

Al principio, IS-A era bastante simple. Hoy, sin embargo, hay casi tantos significados para este vínculo de herencia como sistemas de representación de conocimiento.

-  Ronald J. Brachman , Qué es y qué no es IS-A

Los primeros intentos de construir grandes ontologías estuvieron plagados de una falta de definiciones claras. Los miembros de la familia OWL tienen una semántica formal teórica de modelos , por lo que tienen sólidos fundamentos lógicos .

Las lógicas descriptivas son una familia de lógicas que son fragmentos decidibles de lógica de primer orden con propiedades computacionales atractivas y bien entendidas. La semántica de OWL DL y OWL Lite se basa en DL. Combinan una sintaxis para describir e intercambiar ontologías y una semántica formal que les da significado. Por ejemplo, OWL DL corresponde a la lógica de descripción, mientras que OWL 2 corresponde a la lógica. Para estas LD existen razonadores sólidos , completos y terminantes (es decir, sistemas que están garantizados para derivar todas las consecuencias del conocimiento en una ontología).

Relación con RDFS

OWL Full está diseñado para ser compatible con RDF Schema (RDFS) y ser capaz de aumentar los significados del vocabulario de Resource Description Framework (RDF) existente. Una teoría de modelos describe la semántica formal de RDF. Esta interpretación proporciona el significado del vocabulario RDF y RDFS. Entonces, el significado de las ontologías OWL Full se define por extensión del significado RDFS, y OWL Full es una extensión semántica de RDF.

Supuesto de mundo abierto

El supuesto del mundo [cerrado] implica que todo lo que no sabemos es falso , mientras que el supuesto del mundo abierto establece que todo lo que no sabemos no está definido .

-  Stefano Mazzocchi, mundo cerrado contra mundo abierto: la primera batalla de la web semántica

Los lenguajes de la familia OWL utilizan el supuesto de mundo abierto . Bajo el supuesto de mundo abierto, si no se puede probar que un enunciado es verdadero con el conocimiento actual, no podemos sacar la conclusión de que el enunciado es falso.

Contraste con otros idiomas

Una base de datos relacional consta de conjuntos de tuplas con los mismos atributos . SQL es un lenguaje de consulta y administración para bases de datos relacionales. Prolog es un lenguaje de programación lógico . Ambos utilizan el supuesto de mundo cerrado .

Terminología

Los lenguajes de la familia OWL son capaces de crear clases, propiedades, definir instancias y sus operaciones.

Instancias

Una instancia es un objeto. Corresponde a una descripción lógica individual .

Clases

Una clase es una colección de objetos. Una clase puede contener individuos, instancias de la clase. Una clase puede tener cualquier número de instancias. Una instancia puede pertenecer a ninguna, una o más clases.

Una clase puede ser una subclase de otra, heredando características de su superclase padre . Esto corresponde a la subsunción lógica y la inclusión del concepto de LD anotadas .

Todas las clases son subclases de búho: Cosa (DL arriba anotada ), la raíz de la clase.

Todas las clases están subclasificadas por búho: Nada (DL anotado en la parte inferior ), la clase vacía . Ninguna instancia es miembro de owl: Nothing. Los modeladores usan búho: cosa y búho: nada para afirmar hechos sobre todas o ninguna instancia.

La clase y sus miembros se pueden definir en OWL por extensión o por intensión . A un individuo se le puede asignar explícitamente una clase mediante una afirmación de Clase , por ejemplo, podemos agregar una declaración La reina elizabeth es una (n instancia de) humana , o mediante una expresión de clase con declaraciones de ClassExpression cada instancia de la clase humana que tiene un valor femenino a la propiedad sexual es un ejemplo de la clase mujer .

Ejemplo

Llamemos humano a la clase de todos los humanos del mundo, es una subclase de búho: cosa. La clase de todas las mujeres (digamos mujer ) en el mundo es una subclase de humanos . Entonces tenemos

La membresía de algún individuo a una clase podría notarse

ClassAssertion( human George_Washington )

e inclusión de clases

SubClassOf( woman human ) 

El primero significa "George Washington es un ser humano" y el segundo "toda mujer es humana".

Propiedades

Una propiedad es una característica de una clase: una relación binaria dirigida que especifica algún atributo que es verdadero para instancias de esa clase. Las propiedades a veces actúan como valores de datos o enlaces a otras instancias. Las propiedades pueden presentar características lógicas, por ejemplo, al ser transitivas, simétricas, inversas y funcionales. Las propiedades también pueden tener dominios y rangos.

Propiedades de tipo de datos

Las propiedades de tipo de datos son relaciones entre instancias de clases y literales RDF o tipos de datos de esquema XML. Por ejemplo, modelName (tipo de datos String) es propiedad de la clase Manufacturer. Se formulan utilizando el tipo owl: DatatypeProperty .

Propiedades del objeto

Las propiedades del objeto son relaciones entre instancias de dos clases. Por ejemplo, ownBy puede ser una propiedad de tipo de objeto de la clase Vehicle y puede tener un rango que es la clase Person. Están formulados usando owl: ObjectProperty .

Operadores

Los idiomas de la familia OWL apoyan varias operaciones en clases como unión , intersección y complemento . También permiten la enumeración de clases, cardinalidad , desarticulación y equivalencia .

Metaclases

Las metaclases son clases de clases. Están permitidos en OWL completo o con una característica llamada juego de palabras de clase / instancia.

Ontologías públicas

Bibliotecas

Biomédico

Estándares

Navegadores

Las siguientes herramientas incluyen navegadores de ontologías públicas:

Buscar

Limitaciones

  • No hay soporte lingüístico directo para las relaciones n-arias. Por ejemplo, los modeladores pueden desear describir las cualidades de una relación, relacionar a más de 2 individuos o relacionar a un individuo con una lista. Esto no se puede hacer dentro de OWL. En su lugar, pueden necesitar adoptar un patrón que codifique el significado fuera de la semántica formal.

Ver también

Referencias

Otras lecturas