语义网与本体技术导论(转载)

China2009,http:/www.larkc.eu/,1,语义网与本体技术导论AnIntroductiontotheSemanticWebandOntologyTechnology,黄智生ZhishengHuangVrijeUniversityAmsterdamTheNetherlandshuangcs.vu.nl,China2009,http:/www.larkc.eu/,2,语义网与本体技术系列讲座,第一部分：导论2009年9月9日星期三14：00-15：30第二部分：逻辑基础2009年9月12日星期六10：00-11：30第三部分：专题研究2009年9月13日星期日14：00-15：30,China2009,http:/www.larkc.eu/,3,万维网:影响和展望WWW:Itsimpactsandvisions,China2009,http:/www.larkc.eu/,4,从Google谈起startingfromGoogle,China2009,http:/www.larkc.eu/,5,存在的问题ExistingProblems,China2009,http:/www.larkc.eu/,6,我们能不能做得更好？Canwedoitbetter?,基于语义的搜索Semantics-basedsearch概念组合描述conceptcombinationspecification指定特定领域domainspecific逼近搜索approximatesearch搜索代理searchagent,China2009,http:/www.larkc.eu/,7,语义网(SemanticWeb),核心思想:给网络信息赋于确切定义的意义,即语义。TheSemanticWebisanextensionofthecurrentwebinwhichinformationisgivenwell-definedmeaning,betterenablingcomputersandpeopletoworkinco-operation.“Berners-Leeetal.,2001,China2009,http:/www.larkc.eu/,8,语义是什么?WhatistheSemantics?,Frege(1848-1925):ReferenceandSenseSyntax,Semantics,PragmaticsDenotationalSemanticsvs.OperationalSemanticsMainfeatures指称性(denotation)唯一性(uniqueness)相关性(relatedness),China2009,http:/www.larkc.eu/,9,语义网想做什么？(WhattheSemanticWebwantstodo),机器可自动处理机器可理解Contentismachine-understandableifitisboundtosomeformaldescriptionofitself(i.e.metadata).,China2009,http:/www.larkc.eu/,10,HTML标识(HTMLMarkup),ZhishengHuangAffiliation:DepartmentofComputerScienceFacultyofSciencesVrijeUniversityAmsterdamEmail:huangcs.vu.nlPhone:31-20-4447740(office),China2009,http:/www.larkc.eu/,11,XML标注XML-Annotations,ZhishengHuangDepartmentofComputerScienceFacultyofSciencesVrijeUniversityAmsterdamhuangcs.vu.nl(31)-20-4447740,China2009,http:/www.larkc.eu/,12,DataStructures,结构化数据StructuredData:Database半结构化数据Semi-structuredData:HTML,XML,BibTex非结构化数据Non-structuredData:Text,China2009,http:/www.larkc.eu/,13,关系数据库的XML表示XMLrepresentationofarelationaldatabase,John1234567Mary7654321.,AIgroup,China2009,http:/www.larkc.eu/,14,文件类型定义DocumentTypeDefinition(DTD),China2009,http:/www.larkc.eu/,15,XML模式XMLSchema,ThepurposeofanXMLSchemaistodefinethelegalbuildingblocksofanXMLdocument,justlikeaDTD.,China2009,http:/www.larkc.eu/,16,WhyXMLSchemas,XMLSchemasareextensibletofutureadditionsXMLSchemasarericherandmoreusefulthanDTDsXMLSchemasarewritteninXMLXMLSchemassupportdatatypesXMLSchemassupportnamespaces,China2009,http:/www.larkc.eu/,17,名字冲突NameConflicts,SinceelementnamesinXMLarenotfixed,veryoftenanameconflictwilloccurwhentwodifferentdocumentsusethesamenamesdescribingtwodifferenttypesofelements.IfthesetwoXMLdocumentswereaddedtogether,therewouldbeanelementnameconflictbecausebothdocumentscontainasameelementwithdifferentcontentanddefinition.,China2009,http:/www.larkc.eu/,18,XML名字空间XMLNameSpace,UsingNamespacestosolveNameConflictsExamples:xmlns:namespaceprefix=namespacexmlns:xsd=/2001/XMLSchema,China2009,http:/www.larkc.eu/,19,可扩展标识语言模式XMLSchema,China2009,http:/www.larkc.eu/,20,资源描述框架ResourceDescriptionFramework(RDF),MetadataismachineunderstandableinformationaboutwebresourcesoranythingthathasanURI,itisrepresentedasasetofindependentassertions:,China2009,http:/www.larkc.eu/,21,RDF:DublinCore,TheDublinCoreprovidespropertiesfordescribingnetworkobjects,suitableforusebynetworksearchengines.TheDublinCoreisasetofpredefinedpropertiesfordescribingdocuments.ThefirstDublinCorepropertiesweredefinedattheMetadataWorkshopinDublin,Ohioin1995andiscurrentlymaintainedbytheDublinCoreMetadataInitiative.,China2009,http:/www.larkc.eu/,22,DublinCoreMetadataInitiative,TheDublinCoreMetadataInitiativeisanopenforumengagedinthedevelopmentofinteroperableonlinemetadatastandardsthatsupportabroadrangeofpurposesandbusinessmodels./,China2009,http:/www.larkc.eu/,23,AnnotatingMetadata,GuidanceonexpressingtheDublinCorewithintheResourceDescriptionFramework(RDF)EricMillerPaulMillerDanBrickleyDublinCore;RDF;XMLDublinCoreMetadataInitiativeDublinCoreDataModelWorkingGroup1999-07-01text/htmlen,China2009,http:/www.larkc.eu/,24,资源描述框架模式RDFSchema(RDFS),RDFSdefinesvocabularyforRDFOrganizesthisvocabularyinatypedhierarchyClass,subClassOf,typeProperty,subPropertyOfdomain,range,China2009,http:/www.larkc.eu/,25,RDFS,Prof.Zhong,Zeng，Yi,China2009,http:/www.larkc.eu/,26,概念与本体ConceptsandOntologies,Philosophicaldiscipline,branchofphilosophythatdealswiththenatureandtheorganisationofreality.ScienceofBeing(Aristotle,Metaphysics,IV,1)Whatisbeing?Whatarethefeaturescommontoallbeings?,China2009,http:/www.larkc.eu/,27,VocabularyandOntology,Controlledvocabulary(Jernst2003):alistofcontrolledtermsunambiguousnon-redundantdefinitionOntology:acontrolledvocabularyexpressedinanontologyrepresentationlanguage(Jernst2003),China2009,http:/www.larkc.eu/,28,Incomputerscience,Anontologyisanexplicitspecificationofaconceptualization.Gruber93Anontologyisasharedunderstandingofsomedomainofinterest.Uschold,Gruninger96TherearemanydefinitionsaformalspecificationEXECUTABLEofaconceptualizationofadomainCOMMUNITYofsomepartofworldthatisofinterestAPPLICATIONDefinesAcommonvocabularyoftermsSomespecificationofthemeaningofthetermsAsharedunderstandingforpeopleandmachines,China2009,http:/www.larkc.eu/,29,Whydevelopanontology?,TomakedomainassumptionsexplicitEasiertochangedomainassumptionsEasiertounderstandandupdatelegacydataToseparatedomainknowledgefromoperationalknowledgeRe-usedomainandoperationalknowledgeseparatelyAcommunityreferenceforapplicationsToshareaconsistentunderstandingofwhatinformationmeans.,China2009,http:/www.larkc.eu/,30,本体的主要特征KeyfeaturesofanOntology,概念层次性Concepthierarchy,概念包含关系conceptsubsumption,特殊与一般关系InstanceOfRelation(Instances),部分与整体关系PartOfRelation(property),China2009,http:/www.larkc.eu/,31,Whynototheralternatives,一阶谓词逻辑thefirst-orderpredicatelogic集合论settheory程序语言programminglanguages,China2009,http:/www.larkc.eu/,32,China2009,http:/www.larkc.eu/,33,网络本体语言WebOntologyLanguage(OWL),OWLisbuiltontopofRDFOWLisforprocessinginformationonthewebOWLwasdesignedtobeinterpretedbycomputersOWLwasnotdesignedforbeingreadbypeopleOWLiswritteninXMLOWLisawebstandard,China2009,http:/www.larkc.eu/,34,DesignGoalsforOWL,China2009,http:/www.larkc.eu/,35,Layeredlanguage,OWLLite:ClassificationhierarchySimpleconstraintsOWLDL:MaximalexpressivenessWhilemaintainingtractabilityStandardformalisationOWLFull:VeryhighexpressivenessLoosingtractabilityNon-standardformalisationAllsyntacticfreedomofRDF(self-modifying),SyntacticlayeringSemanticlayering,Full,DL,Lite,China2009,http:/www.larkc.eu/,36,China2009,http:/www.larkc.eu/,37,China2009,http:/www.larkc.eu/,38,China2009,http:/www.larkc.eu/,39,OWLExample:animals,China2009,http:/www.larkc.eu/,40,China2009,http:/www.larkc.eu/,41,网络1.0Web1.0,China2009,http:/www.larkc.eu/,42,网络2.0Web2.0,China2009,http:/www.larkc.eu/,43,对网络3.0的期待ExpectationsonWeb3.0,新颖性(Novelty)：它不同于已有的Web1.0和Web2.0的技术，它能提供全新的一代网络服务模式(即为什么不是Web1.0或Web2.0）,从字面上看对Web3.0的特征期待：,可行性(Achievability)：它在现有的网络环境下，经过努力是可能实现的，它并不存在不可逾越的技术障碍（即为什么不是Web4.0或更高）。,迫切性(Urgency)：它提供网络服务是当前社会迫切需要的，它的技术引入是能够对社会产生重大影响。（即为什么只能是Web3.0）,China2009,http:/www.larkc.eu/,44,网络3.0Web3.0,China2009,http:/www.larkc.eu/,45,网络1.0网络2.0网络3.0Web1.0Web2.0Web3.0,网络1.0：文件网Web1.0:Webofdocuments网络2.0：人际/社会网Web2.0:Webofpersons网络3.0：数据网Web3.0:Webofdata(semantics),China2009,http:/www.larkc.eu/,46,网络发展整体观,China2009,http:/www.larkc.eu/,47,语义联接的好处：从一个实例说起AdvantagesofLinkedData,China2009,http:/www.larkc.eu/,48,数据联接的好处：小结,现有的网页是供人们阅读的，不便于机器自动处理，数据联接便于机器自动处理文件联接在局部文字上只允许一个链接，而数据联接对局部文字支持多重链接文件联接只提供部分文字链接，而数据联接保证全文链接基于关键词的搜索引擎如Google虽然看起来支持全文检索，但它不能区分同一个词的不同含义，这对于人名，地名等重复性频率较高的问题领域处理尤其困难，而且在许多具体应用领域一词多义的情形比比皆是。,China2009,http:/www.larkc.eu/,49,数据联接的统一概念格式,三元组(Triple)方法:例子：提供网络资源的描述能力例子：提供语义的唯一标识让数据内容独立于表达形式提供初步的语义推理能力,China2009,http:/www.larkc.eu/,50,为什么推理支持是必要的？,例子：从ZhishengHuang是自由大学的雇员和自由大学在阿姆斯特丹，能够推出ZhishengHuang在阿姆斯特丹工作。,-=,China2009,http:/www.larkc.eu/,51,语义网与本体SemanticWebandOntologies,China2009,http:/www.larkc.eu/,52,五句话介绍语义网的主要思想：WhytheSemanticWeb？,任任何信息系统都需要数据；数数据表示要独立于具体的应用和平台，以保证最大程度地可重用；采用统一的数据概念表示以保证数据表示独立于具体系统（即可采用Triple/Tuple形式）；数数据应能描述网络资源（即要采用RDF/RDFS或其他类似的语言）数数据应提供初步的推理支持（即要采用OWL或其他知识表示语言）（注意；RDF/RDFS/OWL均采用Triple语义模型）,China2009,http:/www.larkc.eu/,53,发展趋势,根据美国著名市场研究公司Gartner的2007五月份报告，到2012年，70%的公开网页将带有一定程度的语义标注，20%将使用更强的基于语义网的本体。Gartner(May2007):By2012,70%ofpublicWebpageswillhavesomelevelofsemanticmarkup,20%willusemoreextensiveSemanticWeb-basedontologies”,China2009,http:/www.larkc.eu/,54,海量语义数据的一部分OntologiesandMetadata:BillionTriplesdataset（十亿三元组数据集）,雅虎数据东南大学数据马里兰大学英国open大学SemWebBase（DERI)维基百科地理名字出版物英文语义词典Freebase美国政府数据,China2009,http:/www.larkc.eu/,55,LinkedData2009,China2009,http:/www.larkc.eu/,56,一个具体的数据联接的实例,China2009,http:/www.larkc.eu/,57,一个具体的数据联接的实例,China2009,http:/www.larkc.eu/,58,Falcons,China2009,http:/www.larkc.eu/,59,让数据内容独立于表达形式,China2009,http:/www.larkc.eu/,60,SemanticWebLayers,China2009,http:/www.larkc.eu/,61,语义网的逻辑基础LogicalFoundationoftheSemanticWeb,描述逻辑与框架逻辑之争DescriptionLogicvs.Frame-Logic封闭世界假说与开放世界假说Closedworldassumptionvs.Openworldassumption唯一名假说与非唯一名假说Uniquenameassumptionvs.Non-uniquenameassumption面向对象与非面向对象Object-orientedvs.non-objectoriented.,China2009,http:/www.larkc.eu/,62,一个实例,王老师有孩子：王一，王二，王三。问：王老师有几个孩子？,封闭世界与唯一名：3个,开放世界与唯一名：至少3个,开放世界与非唯一名：至少1个思考：在网络环境下，哪种方式比较合适？,China2009,http:/www.larkc.eu/,63,语义网应用的一些实例：DBpediaMobile,/DBpediaMobile/?location=Beijing/DBpediaMobile,China2009,http:/www.larkc.eu/,64,芬兰医疗语义网HealthFinlandHealthInformationontheSemanticWeb,http:/www.seco.tkk.fi/applications/tervesuomi/provideanewkindofsolutionapproachtotheseproblemsonanationalFinnishlevel.Thesystemconsistsofthreemaincomponents:Metadata,ontology,andserviceinfrastructure.Semanticcontentcreationprocess.Acontentcreationandharvestingsystemhasbeenimplementedforproducingsemanticallyannotatedcontents,basedonthesharedmetadatamodelandontologies.SemanticportalHealthFinland(TerveSuomi)anditsservices.Thematerialispublishedviaasemanticportalthatcreatesasinglenationalentry-pointforhealthinformation,healthpromotionandhealth-relatednews.,China2009,http:/www.larkc.eu/,65,NationalSemanticWebOntologyProjectinFinland(FinnONTO),NationalSemanticWebOntologyProjectinFinland(FinnONTO),2003-2007AlargenationalcontinuationprojectofFinnONTO,calledSemanticWeb2.0(FinnONTO2.0),startedinthebeginningof2008.T