Введение

Семейство языков представления знаний

Язык веб-онтологий (OWL) — это семейство языков представления знаний для разработки онтологий. Онтологии — это формальный способ описания таксономий и классификационных сетей, по сути определяющий структуру знаний для различных областей: существительные, представляющие классы объектов, и глаголы, представляющие отношения между объектами. Онтологии напоминают иерархии классов в объектно-ориентированном программировании, но между ними есть несколько существенных различий. Иерархии классов предназначены для представления структур, используемых в исходном коде, которые эволюционируют относительно медленно (возможно, с ежемесячными обновлениями), в то время как онтологии предназначены для представления информации в Интернете и, как ожидается, будут развиваться практически непрерывно. Кроме того, онтологии обычно гораздо более гибкие, поскольку предназначены для представления информации в Интернете, поступающей из самых разнообразных и неоднородных источников данных. Классовые иерархии, напротив, как правило, довольно статичны и опираются на менее разнообразные и более структурированные источники данных, такие как корпоративные базы данных. Языки OWL характеризуются формальной семантикой. Они основаны на стандарте World Wide Web Consortium (W3C) для объектов, называемом структурой описания ресурсов (RDF). OWL и RDF вызвали значительный интерес в академической, медицинской и коммерческой сферах. В октябре 2007 года была создана новая рабочая группа W3C для расширения OWL несколькими новыми функциями, как это было предложено в представлении участника OWL 1.1. W3C объявил о новой версии OWL 27 октября 2009 года. Эта новая версия, названная OWL 2, вскоре была внедрена в семантические редакторы, такие как Protégé, и семантические решатели, такие как Pellet, RacerPro, FaCT++ и HermiT. Семейство OWL включает множество разновидностей, сериализаций, синтаксисов и спецификаций с похожими названиями. OWL и OWL2 используются для обозначения спецификаций 2004 и 2009 годов соответственно. Для обозначения конкретных разновидностей используются полные названия, включая версию спецификации (например, OWL2 EL). При более общем упоминании используется термин OWL Family.

Ранние языки онтологии

Существует долгая история развития онтологии в философии и информатике. Начиная с 1990-х годов, ряд исследовательских работ был посвящен изучению того, как идея представления знаний (KR) из области искусственного интеллекта (AI) может быть применена во Всемирной паутине. К ним относятся языки, основанные на HTML (под названием SHOE), на XML (под названием XOL, позднее OIL), а также различные языки KR, основанные на фреймах, и подходы к получению знаний.

Онтологические языки для Интернета

В 2000 году в Соединенных Штатах DARPA начала разработку DAML под руководством Джеймса Хендлера. В марте 2001 года Совместный комитет ЕС/США по языкам разметки агентов решил, что DAML следует объединить с OIL. DAML+OIL оказал особенно значительное влияние на OWL; дизайн OWL был специально разработан на основе DAML+OIL.

Семантические веб-стандарты

Семантическая сеть предоставляет общую основу, позволяющую обмениваться данными и повторно использовать их между приложениями, организациями и сообществами. |Консорциум Всемирной паутины|Инициатива W3C по Семантической сети

Рабочая группа по веб-онтологии

В понедельник, 31 мая, наша рабочая группа официально завершит свою работу. Мы достигли всех поставленных перед нами целей, и я считаю, что наша работа получила высокую оценку. Джеймс Хендлер и Гус Шрайбер | Рабочая группа по веб-онтологиям: выводы и дальнейшая работа. Первые рабочие версии абстрактного синтаксиса, референции и обзора были опубликованы в июле 2002 года и представлены в W3C. W3C учредила Рабочую группу OWL в рамках инициативы Semantic Web в сентябре 2007 года. В апреле 2008 года эта группа приняла решение назвать новый язык OWL 2, что свидетельствует о существенной переработке. OWL 2 получил статус рекомендации W3C в октябре 2009 года. OWL 2 вводит профили для повышения масштабируемости в типичных приложениях. OWL был выбран как легко произносимый акроним, который позволит создать удачные логотипы, передаст идею мудрости и отдаст дань уважения проекту Уильяма А. Мартина "Один мировой язык" (One World Language), разработанному в 1970-х годах.

Усыновление

В 2006 году обзор онтологий, доступных в сети, выявил 688 онтологий OWL. Из них 199 были в формате OWL Lite, 149 – OWL DL и 337 – OWL Full (по синтаксису). Было установлено, что 19 онтологий содержали более 2000 классов, а 6 – более 10 000. В рамках того же обзора было собрано 587 словарей RDFS.

Онтологии

Онтология – это явное описание концептуализации (Tom Gruber). Том Грубер, «Подход к переводу переносимых спецификаций онтологий».

Данные, описываемые онтологией семейства OWL, интерпретируются как набор «индивидов» и набор «утверждений о свойствах», которые устанавливают связи между этими индивидами. Онтология состоит из набора аксиом, которые накладывают ограничения на множества индивидов (называемые «классами») и типы допустимых между ними отношений. Эти аксиомы обеспечивают семантику, позволяя системам выводить дополнительную информацию на основе явно предоставленных данных. Полное введение в выразительную силу OWL представлено в Руководстве W3C по OWL. Онтологии OWL могут импортировать другие онтологии, добавляя информацию из импортированной онтологии в текущую. Абстрактный синтаксис OWL представляет онтологию как последовательность аннотаций, аксиом и фактов. Аннотации содержат метаданные, ориентированные как на машины, так и на людей. Информация о классах, свойствах и индивидах, составляющих онтологию, содержится только в аксиомах и фактах. Каждый класс, свойство и индивид либо анонимен, либо идентифицирован ссылкой URI. Факты содержат данные либо об отдельном индивиде, либо о паре идентификаторов индивидов (указывающие, что идентифицированные объекты различны или идентичны). Аксиомы определяют характеристики классов и свойств. Этот стиль похож на фреймовые языки и существенно отличается от известных синтаксисов для языков описания знаний (DL) и Resource Description Framework (RDF).

Функциональный синтаксис OWL2

Этот синтаксис тесно соответствует структуре онтологии OWL2. Он используется в OWL2 для указания семантики, сопоставлений с синтаксисами обмена и профилями.

Манчестерский синтаксис

Манчестерский синтаксис — это компактный синтаксис, удобный для чтения человеком, с оформлением, близким к языкам фреймов. Существуют варианты для OWL и OWL2. Не все онтологии OWL и OWL2 могут быть представлены в этом синтаксисе.

Примеры

W3C OWL 2 Web Ontology Language предоставляет примеры синтаксиса.

Отношение к логике описания

Классы OWL соответствуют концепциям логики описаний (DL), свойства OWL – ролям DL, а индивидуумы называются одинаково как в терминологии OWL, так и в DL. Изначально отношение IS A было довольно простым. Однако сегодня существует почти столько же интерпретаций этой связи наследования, сколько существует систем представления знаний. |Ronald J. Brachman| Что такое IS A и чего оно не является

Ранние попытки создания крупных онтологий были омрачены отсутствием четких определений. Члены семейства OWL обладают формальной семантикой, основанной на модели, и, следовательно, имеют прочную логическую базу. Логики описаний – это семейство логик, являющихся разрешимыми фрагментами логики первого порядка с привлекательными и хорошо изученными вычислительными свойствами. Семантика OWL DL и OWL Lite основана на DL. Они сочетают синтаксис для описания и обмена онтологиями с формальной семантикой, придающей им смысл. Например, OWL DL соответствует логике описаний, а OWL 2 – логике. Для этих DL существуют корректные, полные и завершающиеся решатели (то есть системы, которые гарантированно выводят все следствия знаний, содержащихся в онтологии).

Отношение к RDFS

OWL Full предназначен для совместимости с RDF Schema (RDFS) и расширения значений существующей лексики Resource Description Framework (RDF). Теория моделей описывает формальную семантику RDF. Эта интерпретация определяет значение лексики RDF и RDFS. Следовательно, значение онтологий OWL Full определяется расширением семантики RDFS, а OWL Full является семантическим расширением RDF.

Предположение о открытом мире

[Закрытое] предположение о мире подразумевает, что все, что нам неизвестно, ложно, а предположение об открытом мире утверждает, что все, что нам неизвестно, не определено. В языках семейства OWL используется предположение об открытом мире. При предположении об открытом мире, если какое-либо утверждение нельзя доказать истинным на основе имеющихся знаний, мы не можем заключить, что это утверждение ложно.

Контраст с другими языками

Реляционная база данных состоит из наборов кортежей с одинаковыми атрибутами. SQL — это язык запросов и управления реляционными базами данных. Prolog — это язык логического программирования. Оба языка используют принцип замкнутого мира.

Ограничения

Нет прямой языковой поддержки для отношений с произвольным числом участников. Например, моделисты могут захотеть описать характеристики отношения, связать более двух индивидов или связать индивида со списком. Это невозможно сделать в OWL. Им может потребоваться использовать шаблон, который кодирует смысл вне формальной семантики.