网络本体语言(OWL)的标准体系解析

1、网络本体语言(OWL)的标准体系解析万维网之父蒂姆伯纳斯李(TiBerners-Lee)将万维网的演变分为两个阶段1。第一个阶段，万维网应该是一个有利于人们合作的强大工具；第二个阶段，那么是蒂姆伯纳斯李所定义的语义网阶段。通俗地说，语义网就是一种可以理解人类语言的智能网络，它可以使人与计算机的交流变得像人与人交流一样轻松。我们目前正处于新一代万维网开展的边缘，即致力于第二代网络语义网的研究、开发阶段。在语义网的开发进程中，网络本体语言(ebntlgyLanguage,L)作为实现其功能的核心语言工具，其开发意义重大。为了给L系统的开发奠定根底，万维网联盟(3)于2022年12月15日发布了由其

2、下属的网络本体工作组开发的L系列标准标准文件，紧接着又对各标准文档进展了改良，于2022年2月10日公布了该系列体系的最新版本。本文将对最新版本的L系列标准标准体系进展讨论和解析，并对中文网络本体语言开发中的标准建立提出一些建议，以期为国内L系统的研究开发提供借鉴。1L系列标准标准体系的构成为了更好地描绘语义化本体模型和进展知识表述，3首先提出用来描绘资源及其之间关系的语言标准：资源描绘框架(ResuresDesriptinFrae,RDF)，在此根底上，欧洲开发了语义交互语言(ntlgyInterhangeLanguage,IL)，美国开发了DAL(DARPAAgentarkupLangua

3、ge)。这两种网络本体语言都是对RDF类似的扩展，因此后来合并为DAL+IL，随后3将其标准为理解力更强的网络本体语言(ebntlgyLanguage,L)。L系列标准标准体系由6个推荐性标准文档组成，分别从理论、实例及标准性定义的角度对L进展了全面、简洁及标准化的阐述，它们是：?网络本体语言概述?(LebntlgyLanguage:vervie)：通过列出L的语言特征并给出其简要的描绘，对L进展简单介绍。它通过对L各子语言特征的非形式化描绘，提供了L的入门知识2。?网络本体语言指南?(LebntlgyLanguage:Guide)：通过一个扩展的例子说明如何使用L语言，同时也给出了这些文档中

4、用到的术语的解释2。详细内容包括如何使用L本体语言定义类和类的属性，以形成一个形式化的域；定义个体并确定它们的属性，并且对这些类和个体进展推断，以到达网络本体语言的形式化语义的答应程度3。?网络本体语言参考?(LebntlgyLanguage:Referene)：该文档对L语言的整体构造进展了构造化的非形式化描绘2，使用RDF/XL语法对L的所有建模原语进展子系统及详尽的描绘，试图为构建L的用户提供参考4。?网络本体语言语义与抽象语法?(LebntlgyLanguage:SeantisandAbstratSyntax)：对L进展了最终的、形式化的标准性定义2。?网络本体语言测试用例?(Lebn

5、tlgyLanguage:Testases)：该文档包含了L的大量测试用例集合2。其中，许多测试用例说明了L语言的形式语义和正确使用方法，其它测试用例那么说明了工作组所面临的亟需解决的问题5。?网络本体语言应用案例和需求?(LebntlgyLanguage:UseasesandRequireents)：该文档包含了一个eb本体语言的应用案例集合和关于L的需求集合2，详细阐述了本体语言的使用方式、目的和要求。其目的之一是确定网络本体语言需要什么。网络本体语言的要求将被潜在的使用案例和普通设计目的所激发，而这些潜在的使用案例和普通设计目的同时考虑到了将本体标准运用于网络这一独特环境时的困难6。接下

6、来将对L标准体系的内容框架进展介绍。2L系列标准标准体系的内容框架2.1概述3制定L标准体系的目的是为了引起人们对标准的注意并且使其在更广范围的被采纳与使用5。在推荐标准文件时，3将主要注意力放在制定标准和改良全面部署才能方面，这无疑增强了网络的功能性和互操作性4。3网络本体工作组采用一系列文档对L语言进展描绘，每一个文档实现一个目的，以满足不同读者的需要2，分别合适某些相关研究人员和技术人员使用。并且按照从易到难，由浅入深的顺序对L系统进展了全面、透彻的阐述。总体来说，L标准体系构造严谨、语言简练、表达直观，易于为用户所承受。每个标准文件各有侧重点，从不同的角度制定了L的标准，看似独立，但在

7、内容上又互相效劳，理论和例如各有侧重，互为补充，这表现为在详细内容的阐述上提供了到其它标准文件的相关链接。详细来说，L概述文档主要针对L的初步接触者，以简洁、直观的语言阐述了L的根本概念、原理以及L三个子语言的语言特征，使用户对L的根底知识架构有了一个明晰的理解，解决了用户从对L一无所知到初步入门的问题。文档对各局部内容作了更详细的阐述，提供了到其它5个文档的链接，用户可交互参阅，到达全面学习掌握L的目的。假设用户首先阅读完L概述文档后，可阅读L指南文档获知使用该语言的理论方法和例子。用户在对纯理论描绘进展阅读时，往往容易产生理解上的障碍。该文档在对L构成元素进展描绘时，贯穿了建立酒和食物的主

8、体关系的例子，生动的例如对用户理解和掌握L起到良好的作用。文档除对L的构造元素做了进一步的阐述外，也对属性特征及属性限制等描绘机制进展了详细说明，进一步解决了L本体语言对信息内容进展更好的表达的问题同时，对数据合并与本体映射等相关技术问题作了一定的讨论，为相关机构及人员日后的进一步研究提供了关注重点。L参考文档类似于一本使用手册，L中所有建模原语的相关描绘以及使用时的限制和考前须知都可在该文档中进展查阅。用户在阅读其它5个标准文件的同时，可针对某个详细构造元素在该文档中进展相关参阅。文档通篇围绕类、个体及属性对相关的建模元语进展非形式化描绘，对每个元语的描绘一般从理论阐述、举例说明及使用时的考

9、前须知三个方面展开，理论与例如相结合，内容详劲丰富。文档的参考文献提供了L每个语言构造元素的索引及快速参考。同时，附录记录了自DAL+IL开展至L的变化，利于阅读时的承前启后。L语义和抽象语法文档为用户提供了L语言的标准语法，此文件运用形式论式的语义学对语义进展了准确定义。一些概念如L的连接性等在文件中都有所阐述，该文档适用于那些对L技术细节感兴趣的用户；L解析器及其它句法工具的开发者会对第二和第四局部特别感兴趣；L推理器和其它语义工具的开发者会对第三和第五局部特别感兴趣，但不适用于那些首先应该阅读L概述文档的普通读者。以上4个标准文件补充性两个文档L测试用例和L使用案例及要求。L测，试用例文

10、档提供了L语言的测试用例，L使用案例及要求文档阐述了L语言的实际应用领域和L本体语言构建所需的必要条件。值得一提的是，L使用案例及要求中列举了6个网络本体的使用案例，其中一些是基于工业和学术界实际应用案例，另一些是带前瞻性应用的案例。这些案例有助于用户理解L应用的实际意义，便于有的放矢地开发L和研究语言，从而为语义网开发效劳。总的来说，3推荐的该标准体系综合阐述了以下主要内容，下面综合介绍这6个标准文件的内容。2.2L的概念及开发的必要性L概述和L指南文档的引言局部对本体和L的根本概念进展了阐述。我们讨论的本体是表达术语及其词间关系2。这里补充一个更标准的定义，即由Brst给出的：“ntlgy

11、是共享概念模型的形式化标准说明。L是定义和例示网络本体的一种语言。一个L本体包括类、属性和它们的实例的描绘3。它可以明确表示词汇表中术语的意义及其词间关系2。由于L概述文档是为L入门者设计的，因此文档对开发L的必要性进展了详细说明。将来的语义网应是“构建于XL自定义标签形式的才能以及RDF灵敏的描绘数据的方式之上的。而根据蒂姆伯纳斯李提出的著名的语义网构成的标准体系构造，语义eb需要在RDF之上增加的第一个层次，是一种可以对eb文档中的术语含义进展形式化指计算机可读的描绘的本体语言。假如希望机器可以对这些eb文档进展有效的推理工作，这一本体语言必须超越RDFShea的根本语义。因此，L被设计以

12、满足eb对本体语言的要求2。其优势表现为，在表达意义和语义方面，L比XL、RDF和RDFS更方便，并且与这些语言相比，L表示的网络内容更容易被机器所理解。L是DAL+IL网络本体语言的修改版，它结合了DAL+IL的设计和应用中得到的经历教训2。2.3L的三个子语言L由三个子语言LLite/LDL/LFull组成。LLite用于执行简单任务，并且提供应用户一个功能性子集使他们在初次使用L时就能轻易上手。LDL这里DL是指“描绘逻辑提供令人满意的语言子集用以支持推理系统实现其计算性能。LFULL适当放宽了对LDL的限制，目的是为了突出其某些特点使其对数据库及知识表示系统发挥作用4。对L的描绘本质上

13、就是对这三个子语言的描绘，6个标准文档从不同的角度对这三个子语言作了详细说明。L概述文档在分别阐述了三个子语言的总体特征、适用用户及各个子语言之间的关系之后，着重列出了LLite的语言构造元素，并对元素的特征进展了非正式描绘。由于LLite对L语言使用的约束较多，因此L的某些构造元素不包含其中。文档接着对LDL和LFull相对于LLite增加的语言构造元素的特征做了进一步的非正式描绘。L指南文档的描绘与L概述类似。L参考文档对三个子语言作了更详细的描绘，主要侧重于详细使用时的考前须知，如详细列出了LDL和LLite中被限制使用的语言构造元素，为用户在详细选择使用这三个子语言时提供了参考。L语义

14、与抽象语法文档的第二局部从语法描绘的角度对用于LLite和LDL子语言的抽象语法进展了详细说明，详细内容包括LLite和LDL的类公理、限制或约束以及属性公理。这4个标准文档分别从三个子语言的根本概念、使用时的考前须知及语法描绘的角度对其进展了详细说明，本质上是对L语言作了全面的补充性描绘，用户可在理解该局部内容时对4个标准文件进展穿插阅读。转贴于论文联盟.ll.2.4L本体构成L本体包括类、属性和它们的实例即个体的描绘3。因此该局部是描绘的重点。L概述文档从对LLite的语言特征进展描绘出发，对类、个体及属性进展了定义和简单说明。“一个类定义了一组具有某些共同属性的个体。例如类Persn、类

15、Anial。个体是类的实例，例如一个名为Debrah的个体可以被描绘为类Persn的一个实例。而属性可以用来声明个体间的关系或者从个体到数据值之间的关系。例如属性hasEplyer可用来将个体Debrah关联到个体斯坦福大学。其后，对相关的类描绘、属性特征、属性约束、数量约束中应用的语言构造元素进展了说明。为了对L进展更生动的说明，L指南文档是描绘与例如相结合，恰如酒和食物的关系一样。同时基于一个L本体的大多数语言构成元素都涉及了类、属性、类的实例以及这些实例之间的关系。因此，在阐述如何建立酒和食物本体的过程中，文档的第三、第五局部对建立简单的类、个体、属性及实例中应用的语言构造元素到建立复杂

16、的类所用到的语言构造元素一一进展了阐述及例示，使用户进一步掌握L的构成元素。L参考文档通篇围绕类、个体及属性对与它们相关的建模原语进展了非形式化描绘，对每个原语的描绘从理论阐述、举例说明及使用时的考前须知三个方面展开，理论与例子相结合，内容详劲丰富。L语义与抽象语法文档在定义抽象语法时，对LLite和LDL中的类公理、限制及属性公理进展了规定。这4个标准文件同样按照从易到难的顺序对类、个体及属性的定义、构造元素及应用语法等进展了描绘，尤其是L参考文档对类、个体及属性中所有的语言构造元素进展了详细的描绘。用户在阅读其它5个标准文件的同时，可针对某个详细构造元素在该文档中进展相关参阅。2.5L本体

17、附属信息本体标头(Header)、引入(iprts)及版本信息(rersininf)是构建一个本体必不可少的元素。L概述文档首先对本体标头、引入及版本信息进展了简要说明，并建议用户参阅L参考文档获取更多细节，参阅L指南文档获取更多例如。L参考文档对本体标头、引入及版本信息作了详细说明。“一个本体就是一个资源，它可利用L的属性和其它命名空间来对其进展描绘，例如：l:ntlgyrdf:abut=是一个本体标头，指出这一块描绘的是当前本体。可利用一个l:iprts陈述来引用另一个已定义好的L本体来建立新的本体，这样直接的引入可防止资源的重复建立，以利于整合语义网中分散的资源。关于该引入陈述的使用考前

18、须知及例如分别在L参考文档和L指南文档中有详细说明。本体像软件一样，是可维护的，且随着时间变化会发生变化。因此可利用l:versinInf、l:prirVersin、l:bakardpatibleith等介绍当前版本、前一版本及版本的兼容情况，利于本体的维护及扩大。L参考文档和L指南文档也对版本信息的概念、使用及例如作了全面描绘。2.6L的正式语义从事L推理器和其它语义工具的开发者需要对L的正式语义有所理解。3工作组在L语义和抽象语法文档中提供了L的两个正式语义。在文档第三局部定义的语义是一个以抽象语法形式书写的，用于L本体标准模型语义；另一个在文档第五局部介绍的语义，是RDF语义RDFSea

19、ntis的一个词表扩展，以RDF向图形式为L本体提供语义。第二个语义有两个版本，一个版本类似于直接语义为LDL所用的语义；另一个版本适用于将类当作个体(individuals)的形式或抽象语法不能处理的形式即为LFull所用的语义。这两个版本实际上非常接近，只是在如何分割论域(dainfdisurse)时有一些不同。2.7L的相关技术问题2.7.1数据聚集与平安保护语义网中的资源和数据是分散的，如何把这些分散的资源及数据有效地聚集及交融是一个值得考虑的问题，3工作组在制定该标准体系时已充分考虑这方面的重要性，分别在L指南文档和L参考文档中专门列出一节进展说明。虽然语义网具有可连接多种来源数据的

20、优势，可应用在多个领域。但这种合并多源数据的性能，再结合上L的语义推断性能，却有可能被滥用。因此，在使用L的某些可能与其它源数据或本体与单个数据合并时，应特别注意。工作组还提供了相关链接SAL和P3P等一系统优化解决方案。2.7.2本体映射本体被广泛地共用及再利用，利于进步其影响力，降低开发本钱。但将一批本体交融起来将是一个挑战，需要支持工具保持一致性。目前国际上对语义网及本体的研究热点在于如何按照需要进展本体映射。L语义与抽象语法文档首先讨论了LDL和LLite抽象语法到L交换语法即RDF/XLRDFSyntax的映射。此映射及其反向映射提供了抽象语法和交换语法之间的标准化的关系，并提供了转

21、换至RDF有向图的转换表，给出了将抽象语法转换至L交换语法的转换规那么。L指南文档针对本体交融的问题的类和属性之间的等值、个体之间的等同性及不同的个体的交融情况分别作了详细说明。2.8L的使用案例、要求与测试用例L使用案例及要求文档和L测试用例文档与前4个文档不同。L使用案例及要求文档列举了本体在网络、知识管理、智能数据库及电子商务等领域应用的6个典型案例，并描绘了8个设计目的，从而根据使用案例与设计目的对网络本体语言提出了一些要求，这对网络本体语言今后的开展方向提供了有益的参考7。L测试用例文档包含由eb本体工作组通过的eb本体语言测试用例。其中，许多测试用例说明了L语言的形式语义和正确使用

22、方法，其它测试用例那么说明了工作组亟需解决的问题。L文档和L文档检查器(Lduenthekers)之间的一致性也得到了详细说明。这些测试用例用于解释和进一步说明L语义与抽象语法文档中的标准化定义，该文档是一个补充性的文档。总的来说，这两个文档重点在于详细应用，在对前4个文档补充说明的同时，也使用户认识到网络本体语言在详细领域的应用价值及前景，同时提出了一些亟待解决的问题，为今后的研究方向提供参考。3L系列标准标准体系的将来开展趋向很显然，3目前推荐的网络本体语言(L)标准并不是适用于语义网应用的本体语言标准的最终形式，L使用案例及要求文档中已经提出了大量工作组，其中包括未在该标准文件中讨论的、留待以后继续研究的特性。工作组在这局部共提出14个有待进一步讨论的语言特性，同时代表了L系列标准体系将来的开展趋向。对此感兴趣的用户可参阅L使用案例及要求文档的相关局部。这里介绍两个目前讨论较多的问题。3.1L：多