Ontology理論研究和應用建模

1、Ontology理論研究和應用建模Ontology研究綜述、w3c Ontology研究組文檔以及Jena編程應用總結1 關于Ontology1.1 Ontology的定義Ontology最早是一個哲學的范疇，后來隨著人工智能的發(fā)展，被人工智能界給予了新的定義。然后最初人們對Ontology的理解并不完善，這些定義也出在不斷的發(fā)展變化中，比較有代表性的定義列表如下：范疇提出時間/提出人定義哲學客觀存在的一個系統(tǒng)的解釋和說明，客觀現(xiàn)實的一個抽象本質(zhì)計算機1991/Neches等給出構成相關領域詞匯的基本術語和關系，以及利用這些術語和關系構成的規(guī)定這些詞匯外延的規(guī)則的定義1993/Gruber概念

2、模型的明確的規(guī)范說明1997/Borst共享概念模型的形式化規(guī)范說明1998/Studer共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明關于最后一個定義的說明體現(xiàn)了Ontology的四層含義：l 概念模型（cerptualization）通過抽象出客觀世界中一些現(xiàn)象（Phenomenon）的相關概念而得到的模型，其表示的含義獨立于具體的環(huán)境狀態(tài)l 明確（explicit）所使用的概念及使用這些概念的約束都有明確的定義l 形式化（formal）Ontology是計算機可讀的。l 共享（share）Ontology中體現(xiàn)的是共同認可的知識，反映的是相關領域中公認的概念集，它所針對的是團體而不是個體。Ontol

3、ogy的目標是捕獲相關的領域的知識，提供對該領域知識的共同理解，確定該領域內(nèi)共同認可的詞匯，并從不同層次的形式化模式上給出這些詞匯（術語）和詞匯之間相互關系的明確定義。1.2 Ontology的建模元語Perez等人用分類法組織了Ontology，歸納出5個基本的建模元語（Modeling Primitives）：l 類（classes）或概念（concepts）指任何事務，如工作描述、功能、行為、策略和推理過程。從語義上講，它表示的是對象的集合，其定義一般采用框架（frame）結構，包括概念的名稱，與其他概念之間的關系的集合，以及用自然語言對概念的描述。l 關系（relations）在領域中

4、概念之間的交互作用，形式上定義為n維笛卡兒積的子集：R:C1×C2××Cn。如子類關系（subclass-of）。在語義上關系對應于對象元組的集合。l 函數(shù)（functions）一類特殊的關系。該關系的前n1個元素可以唯一決定第n個元素。形式化的定義為F:C1×C2××Cn-1Cn。如Mother-of就是一個函數(shù)，mother-of(x,y)表示y是x的母親。l 公理（axioms）代表永真斷言，如概念乙屬于概念甲的范圍。l 實例（instances）代表元素。從語義上講實例表示的就是對象。另外，從語義上講，基本的關系共有4種：關系

5、名關系描述part-of表達概念之間部分與整體的關系。kind-of表達概念之間的繼承關系，類似于面向?qū)ο笾械母割惻c子類之間的關系。instance-of表達概念的實例與概念之間的關系，類似于面向?qū)ο笾械膶ο蠛皖愔g的關系。attribute-of表達某個概念是另一個概念的屬性。如“價格”是桌子的一個屬性。在實際建模過程中，概念之間的關系不限于上面列出的4種基本關系，可以根據(jù)領域的具體情況定義相應的關系。1.3 Ontology和語義網(wǎng)絡Ontology和語義網(wǎng)絡的聯(lián)系和區(qū)別列表如下：聯(lián)系它們都是知識表示的形式，均可以通過帶標記的有向圖來表示，適合于邏輯推理。區(qū)別比較方面Ontology語義網(wǎng)

6、絡描述的對象和范圍是對共享概念模型的規(guī)范說明，即其概念在某個特定領域是公認的，是面向特定領域的概念模型。從數(shù)學上講是一種帶有標記的有向圖，最初用于表示命題信息，現(xiàn)廣泛用于專家系統(tǒng)表示知識。其節(jié)點表示物理實體、概念或狀態(tài)，邊用于表示關系，但是對節(jié)點和邊都沒有特殊規(guī)定，所以描述的范圍比Ontology廣?！纠印浚赫Z義網(wǎng)絡中可以表達“我的汽車是紅色的”，而Ontology則適合表達如“團體組織的內(nèi)部構成”等整體內(nèi)容。表示的深度上有5個要素“元語，類，關系，函數(shù)，公理和實例”，它通過這5個要素來嚴格、正確地刻畫所描述的對象。深度上不如Ontology，對建模沒有特殊要求。建模條件建立必須有專家的參與

7、，相對更加嚴格和困難，這也是Ontology目前的主要缺點之一。不必有專家的參與。1.4 Ontology的描述語言目前在具體應用中Ontology的表示方式主要有4類：l 非形式化語言l 半非形式化語言l 半形式化語言l 形式化語言可以用自然語言來描述Ontology，也可以用框架、語義網(wǎng)絡或邏輯語言來描述。目前普遍使用的方法列表如下：名稱描述特點Ontolingua一種基于KIF（knowledge interchange format）的提供統(tǒng)一的規(guī)范格式來構建Ontology的語言。ü 為構造和維護Ontology提供了統(tǒng)一的、計算機可讀的方式；ü 由其構造的Ont

8、ology可以方便地轉換到各種知識表示和推理系統(tǒng)（Prolog、CORBA的IDL、CLIPS、LOOM、Epikit、Algernon和KIF），從而將Ontology的維護與使用它的目標系統(tǒng)隔開；ü 主要用于Ontology服務器。CycLCyc系統(tǒng)的描述語言，一種體系龐大而非常靈活的知識描述語言。ü 在一階謂詞演算的基礎上擴充了等價推理、缺省推理等功能；ü 具備一些二階謂詞演算的能力；ü 其語言環(huán)境中配有功能很強的可進行推理的推理機。LoomOntosaurus的描述語言，一種基于一階謂詞邏輯的高級編程語言，屬于描述邏輯體系。后來發(fā)展為PowrLo

9、om語言（采用前后鏈規(guī)則（backward and forward chainer）作為推理機制）。ü 提供表達能力強、聲明性的規(guī)范說明語言；ü 提供強大的演繹推理能力；ü 提供多種編程風格和知識庫服務。1.5 已有的Ontology及其分類目前廣泛使用的Ontology列表如下：名稱描述Wordnet基于心理語言規(guī)則的英文詞典，以synsets（在特定的上下文環(huán)境中可互換的同義詞的集合）為單位組織信息。Framenet英文詞典，采用稱為Frame Semantics的描述框架，提供很強的語義分析能力，目前發(fā)展為FramenetII。GUM面向自然語言處理，支持多

10、語種處理，包括基本概念及獨立于各種具體語言的概念組織方式。SENSUS面向自然語言處理，為機器翻譯提供概念結構，包括7萬多概念。Mikrokmos面向自然語言處理，支持多語種處理，采用一種語言中間的中間語言TMR表示知識。Guarino提出以詳細程度和領域依賴度兩個維度對Ontology進行劃分。具體說明如下：維度說明分類級別詳細程度描述或刻畫建模對象的程度高的稱作參考（Reference）Ontologies低的稱作共享（share）Ontologies領域依賴程度頂級（top-level）Ontologies描述的是最普遍的概念及概念之間的關系，如空間、時間、事件、行為等，與具體的應用無關

11、，其他Ontologies均為其特例。領域（domain）Ontologies描述的是特定領域中的概念和概念之間的關系。任務（task）Ontologies描述的是特定任務或行為中的概念及概念之間的關系。應用（application）Ontologies描述的是依賴于特定領域和任務的概念和概念之間的關系。1999年Perez和Benjamins歸納出了10種Ontologies：l 知識表示Ontologiesl 普通Ontologiesl 頂級Ontologiesl 元（核心）Ontologiesl 領域Ontologiesl 語言Ontologiesl 任務Ontologiesl 領域任務

12、Ontologiesl 方法Ontologiesl 應用Ontologies但它們之間有交叉，層次不夠清晰。1.6 構造Ontology的規(guī)則出于對各自問題域和具體工程的考慮，構造Ontology的過程各不相同。目前沒有一個標準的Ontology的構造方法。最有影響的是Gruber在1995年提出的5條規(guī)則：l 明確性和客觀性：Ontology應該用自然語言對所定義的術語給出明確、客觀的語義定義。l 完全性：所給出的定義是完整的，完全能表達所描述的術語的含義。l 一致性：由術語得出的推論與術語本身的含義是相容的，不會產(chǎn)生矛盾。l 最大單調(diào)可擴展性：向Ontology中添加通用或?qū)Ｓ玫男g語時，不

13、需要修改已有的內(nèi)容。l 最小承諾：對待建模對象給出盡可能少的約束。目前大家公認在構造特定領域的Ontology的過程中需要領域?qū)＜业膮⑴c。2 Ontology的研究和應用Ontology的研究和應用主要包括以下3方面：l 理論上的研究，主要研究概念及其分類，Ontology上的代數(shù)；l 信息系統(tǒng)中的應用，主要包括處理信息組織、信息檢索和異構信息系統(tǒng)互操作問題；l Ontology作為一種能在知識層提供知識共享和重用的工具在語義Web中的應用。2.1 Ontology的理論研究Ontology的理論研究包括概念和概念分類、Ontology上的代數(shù)。最有代表性的是Guarino等人對概念的分類所做

14、的深入和細致的研究，他們從一般的意義上分析了什么是概念、概念的特性、概念之間的關系以及概念的分類，提出了一套用于指導概念分類的可行理論?；谶@個理論，他又提出了Ontology驅(qū)動的建模方法，在理論上為建模提供了一個通用的模式。Guarino認為概念之間的差別不僅體現(xiàn)在概念的定義上，同時也體現(xiàn)在概念的某些特性上。從這些特性出發(fā)，歸納出概念的元特性（最基本的特性），從而用公式給出元特性的嚴格的形式定義。在此基礎上，他們又討論了元特性之間的關系和約束，最終把研究結果作為概念分類的基本理論工具并提出一套完成的概念分類體系結構。Guarino的理論可以歸納如下：概念分類理論的基礎是概念的元特性。以概念

15、的元特性為出發(fā)點，按照一定的規(guī)則，把具有相同元特性組合的概念歸為一類，進而給出一般意義上的概念分類體系。概念的基本元特性包括：持久特性、非持久特性、反持久特性、半持久特性、載體標識特性、支持標識特性、外部依賴特性等。以下是對各種特性的說明：名稱描述舉例持久特性嚴格定義為：。代表某個概念，代表x是的一個實例，表示其后的斷言永遠為真。Person具有持久性，而Student不具有持久性。非持久特性對某個概念而言，存在某些實例不會永遠屬于該概念。Student具有非持久性。反持久特性對概念的任何一個實例，這個實例不會永遠屬于該概念。Youth具有反持久性。半持久特性非持久性和反持久性的差集。載體標識

16、特性如Student具有載體標識特性，因為學生之間的區(qū)別不是靠學生，而是作為人來區(qū)分的。支持標識特性每個實例相互之間是可以區(qū)分的。Person具有支持標識特性，人和人之間可由標識（人的指紋）來區(qū)分。外部依賴特性一個概念對另外一個概念的某種依賴關系。概念A對概念B的外在依賴關系表現(xiàn)為概念A中的任何一個實例a必蘊涵屬于概念B的實例b，而b不是a的一部分。Parent外在依賴于Child，某人的父母蘊涵他（她）有小孩，而他的小孩當然不是他身體的一部分。2.2 Ontology在信息系統(tǒng)中的應用目前信息檢索技術的分類和對他們的描述列舉如下：分類特點缺點全文檢索（Text retrieval）把用戶的查

17、詢請求和全文中的每一個詞進行比較，不考慮查詢請求和文件語義上的匹配。雖然可以保證查全率，但是查準率大大降低。數(shù)據(jù)檢索（Data retrieval）查詢要求和信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)都遵循一定的格式，具有一定的結構，允許對特定字段檢索。需要有標識字段的方法。性能取決于所使用的字段標識方法和用戶對方法的理解，具有很大的局限性，支持語義匹配的能力較差。知識檢索（Knowledge retrieval）基于知識的、語義上的匹配，在查準率和查全率上有更好的保證。是信息檢索的重點，特別是面向Web信息的知識檢索的重點。Ontology具有良好的概念層次結構和對邏輯推理的支持，在知識檢索中有廣泛應用?；贠nto

18、logy的信息檢索的基本思想有：l 在領域?qū)＜业膸椭?，建立相關領域的Ontology；l 收集信息源中的數(shù)據(jù)，并參照已建立的Ontology把收集來的數(shù)據(jù)按規(guī)定格式存儲在元數(shù)據(jù)庫（RDB，KDB等）中；l 對用戶檢索界面獲取的查詢請求，查詢轉換器按照Ontology把查詢請求轉換成規(guī)定的格式，在Ontology的幫助下從元數(shù)據(jù)庫中匹配出符合條件的數(shù)據(jù)集合；l 檢索的結果經(jīng)過定制處理返回給用戶。關于Ontology的表達，主要分為兩種情況進行處理：l 檢索系統(tǒng)如不需要太強的推理能力，Ontology可用概念圖的形式表示并存儲，數(shù)據(jù)可以保存在一般的關系數(shù)據(jù)庫中，采用圖匹配技術完成檢索；l 如要求

19、較強的推理能力，一般需要一種描述語言（Loom等）表示Ontology，數(shù)據(jù)保存在知識庫中，采用描述語言的邏輯推理能力完成檢索。目前Ontology用于信息檢索的項目列舉如下：項目名稱說明(Onto)2Agent為了幫助用戶檢索所需要的WWW上已有的Ontology，主要采用參照Ontology，即以WWW上已有的Ontology為對象建立起來的Ontology，保存各類Ontology的元數(shù)據(jù)。Ontobroker面向WWW上的網(wǎng)頁資源，目的是幫助用戶檢索所需的網(wǎng)頁，這些網(wǎng)頁含有用戶關心的內(nèi)容。SKC解決信息系統(tǒng)語義異構的問題，實現(xiàn)異構的自治系統(tǒng)間的互操作。希望通過在Ontology上的一個

20、代數(shù)系統(tǒng)來實現(xiàn)Ontology之間的互操作，從而實現(xiàn)異構系統(tǒng)之間的互操作。2.3 Ontology和語義Web提高Web信息檢索的質(zhì)量包括兩方面的內(nèi)容：l 如何在現(xiàn)有的資源上面設計更好的檢索技術；l 如何為Web上的資源附加上計算機可以理解的內(nèi)容，便于計算機處理，即給出一種計算機能夠理解的表示資源的手段?；诤笠环N考慮，Berners-Lee在20001218的XML2000的會議上提出了語義Web。語義Web的目標是使得Web上的信息具有計算機可以理解的語義，滿足智能軟件代理（Agent）對WWW上異構和分布信息的有效訪問和檢索。下面是Berners-Lee為未來Web發(fā)展提出的基于語義的體

21、系結構語義Web體系結構：低高層數(shù)名稱描述第一層UNICODE和URI整個語義網(wǎng)絡的基礎，Unicode處理資源的編碼，URI負責標識資源。第二層*XMLNSxmlschema用于表示數(shù)據(jù)的內(nèi)容和結構。第三層*RDFrdfschema用于描述Web上的資源及其類型。第四層*Ontology vocabulary用于描述各種資源之間的聯(lián)系。第五層Logic在下面四層的基礎上進行的邏輯推理操作。第六層Proof第七層Trust* 核心層，用于表示W(wǎng)eb信息的語義。XML和RDF都能為所表述的資源提供一定的語義。但是XML中的標簽（tags）和RDF中的屬性（properties）集都沒有任何限制。

22、一個例子是：XML可以用“<Author>TOM</Author>”表示TOM是教師。而“<rdf:Description about=/Home/Lassila><s:Creator>Ora Lassila</s:Creator></rdf:Description> ”這個RDF片斷描述了Web頁的創(chuàng)建者問題。而上面的Author和Creator完全可以用Writer來代替。另一個例子是：某醫(yī)院和某大學的Web頁上都有<Doctor>，但是不知道它代表醫(yī)生還是博士。綜上，XML

23、和RDF在處理語義上存在的問題是：l 同一概念有多種詞匯表示；l 同一個詞匯有多種概念（含義）。Ontology通過對概念的嚴格定義和概念之間的關系來確定概念精確含義，表示共同認可的、可共享的知識，從而解決上面的問題。因此在語義Web中，Ontology具有非常重要的地位，是解決語義層次上Web信息共享和交換的基礎。為了便于Web上應用程序使用方便，需要有一個通用的標準語言來表示Ontology，就像XML作為標準的數(shù)據(jù)交換語言一樣。目前正在開發(fā)中的語言有：SHOE、OML、XOL、Riboweb、RDFS和OIL。下面將就w3c提出的OWL（Web Ontology Language）做進一

24、步的分析。目前語義Web是一個新興的研究方向，Ontology在其中的應用剛剛起步。3 Web Ontology Language (OWL)概述3.1 OWL簡介OWL（Web Ontology Language）適用于這樣的應用，在這些應用中，不僅僅需要提供給用戶可讀的文檔內(nèi)容，而且希望處理文檔內(nèi)容信息。OWL能夠被用于清晰地表達詞匯表中的詞條（term）的含義以及這些詞條之間的關系。而這種對詞條和它們之間的關系的表達就稱作Ontology。OWL相對XML、RDF和RDFSchema擁有更多的機制來表達語義，從而OWL超越了XML、RDF和RDFSchema僅僅能夠表達網(wǎng)上機器可讀的文檔

25、內(nèi)容的能力。3.2 OWL在語義網(wǎng)中的地位語義網(wǎng)是對未來網(wǎng)絡的一個設想，在這樣的網(wǎng)絡中，信息都被賦予了明確的含義，機器能夠自動地處理和集成網(wǎng)上可用的信息。語義網(wǎng)使用XML來定義定制的標簽格式以及用RDF的靈活性來表達數(shù)據(jù)，下一步需要的就是一種Ontology的網(wǎng)絡語言（比如OWL）來描述網(wǎng)絡文檔中的術語的明確含義和它們之間的關系。OWL是w3c推薦的語義網(wǎng)絡“?！敝械囊徊糠?，這個“?！北槐磉_如下：名稱描述XML結構化文檔的表層語法，對文檔沒有任何語義約束。XML Schema定義XML文檔的結構約束的語言。RDF對象（或者資源）以及它們之間關系的數(shù)據(jù)模型，為數(shù)據(jù)模型提供了簡單的語義，這些數(shù)據(jù)模

26、型能夠用XML語法進行表達。RDF Schema描述RDF資源的的屬性和類型的詞匯表，提供了對這些屬性和類型的普遍層次的語義。OWL添加了更多的用于描述屬性和類型的詞匯，例如類型之間的不相交性（disjointness），基數(shù)（cardinality），等價性，屬性的更豐富的類型，屬性特征（例如對稱性，symmetry），以及枚舉類型（enumerated classes）。下圖給出了w3c的Ontology語言棧描述：W3C2002年7月31日透露了發(fā)行OWL Web 本體論語言（OWL Web Ontology Language） 工作草案的細節(jié)，其目的是為了更好地開發(fā)語義網(wǎng)（Semant

27、ic Web）。W3C 發(fā)言人Ian Jacobs說，開發(fā)語義網(wǎng)的目的是能夠在互聯(lián)網(wǎng)上進行更結構化的智能處理，例如，當一個人確定要參加某個城市的會議后，就可以自動查找有關航班和酒店的信息。W3C稱，W3C Web 本體論工作小組正在對OWL Web本體論語言進行設計，OWL是本體論Web 語言（Ontology Web Language）的字母縮寫。設計的最終目的是為了提供一種可以用于各種應用的語言，這些應用需要理解內(nèi)容，從而代替只是采用人類易讀的形式來表達內(nèi)容。作為語義網(wǎng)的一部分，XML、RDF和RDF-S支持通過提供針對術語描述的詞匯表，共同推進了機器的可靠性。W3C發(fā)行的三種工作草案名為

28、特色大綱（Web Ontology Language (OWL) Guide Version 1_0）、抽象句法（OWL Web Ontology Language 1_0 Abstract Syntax）和語言參考。W3C本周還發(fā)行了其Web 服務架構使用方案集合的工作草案，目的是為下一代的Web服務提供使用案例和方案。W3C Web服務架構工作小組特別發(fā)行的方案包括諸如旅行社使用案例和類似電子數(shù)據(jù)交換的采購等情形。Jacobs說：“W3C官員正在制定有關Web服務架構范圍的文件?！?.3 OWL的三個子語言OWL Lite、OWL DL、OWL Full3.3.1 子語言描述OWL的三個子

29、語言描述列表如下：子語言描述例子OWL Lite用于提供給那些只需要一個分類層次和簡單的屬性約束的用戶。支持基數(shù)（cardinality），只允許基數(shù)為0或1。OWL DL支持那些需要在推理系統(tǒng)上進行最大程度表達的用戶，這里的推理系統(tǒng)能夠保證計算完全性（computational completeness，即所有地結論都能夠保證被計算出來）和可決定性（decidability，即所有的計算都在有限的時間內(nèi)完成）。它包括了OWL語言的所有約束，但是可以被僅僅置于特定的約束下。當一個類可以是多個類的一個子類時，它被約束不能是另外一個類的實例。OWL Full支持那些需要在沒有計算保證的語法自由的R

30、DF上進行最大程度表達的用戶。它允許在一個Ontology在預定義的（RDF、OWL）詞匯表上增加詞匯，從而任何推理軟件均不能支持OWL FULL的所有feature。一個類可以被同時表達為許多個體的一個集合以及這個集合中的一個個體。3.3.2 子語言間以及子語言和RDF的關系這三種子語言之間的關系是：l 每個合法的OWL Lite都是一個合法的OWL DL；l 每個合法的OWL DL都是一個合法的OWL Full；l 每個有效的OWL Lite結論都是一個有效的OWL DL結論；l 每個有效的OWL DL結論都是一個有效的OWL Full結論。用戶在選擇使用哪種語言時的主要考慮是：l 選擇O

31、WL Lite還是OWL DL主要取決于用戶需要整個語言在多大程度上給出了約束的可表達性；l 選擇OWL DL還是OWL Full主要取決于用戶在多大程度上需要RDF的元模型機制（如定義類型的類型以及為類型賦予屬性）；l 在使用OWL Full而不是OWL DL時，推理的支持不可預測，因為目前還沒有完全的OWL Full的實現(xiàn)。這三種子語言與RDF的關系是：l OWL Full可以看成是RDF的擴展；l OWL Lite和OWL Full可以看成是一個約束化的RDF的擴展；l 所有的OWL文檔（Lite，DL，F(xiàn)ull）都是一個RDF文檔；l 所有的RDF文檔都是一個OWL Full文檔；l

32、只有一些RDF文檔是一個合法的OWL Lite和OWL DL文檔。3.4 OWL語言大綱【說明】：以下用斜體標出的為OWL中的詞條（term），rdf:和rdfs:前綴表示這些詞條已經(jīng)在RDF和RDF Schema中出現(xiàn)。3.4.1 OWL Lite語言大綱分類詞條RDF Schema Features· Class · rdf:Property · rdfs:subClassOf · rdfs:subPropertyOf · rdfs:domain · rdfs:range · Individual (In)Equalit

33、y· equivalentClass · equivalentProperty · sameIndividualAs · differentFrom · allDifferent Property Characteristics· inverseOf · TransitiveProperty · SymmetricProperty · FunctionalProperty · InverseFunctionalProperty Property Type Restrictions· a

34、llValuesFrom · someValuesFrom Restricted Cardinality· minCardinality (only 0 or 1) · maxCardinality (only 0 or 1) · cardinality (only 0 or 1)Header Information· imports · versionInfo · priorVersion · backwardCompatibleWith · incompatibleWith Class Interse

35、ction· intersectionOf Datatypes3.4.2 OWL DL和OWL Full大綱下面給出了在OWL Lite基礎上添加的OWL DL和OWL Full語言架構分類詞條Class Axioms· oneOf · disjointWith · equivalentClass (applied to class expressions) · rdfs:subClassOf (applied to class expressions) Boolean Combinations of Class Expressions

36、3; unionOf · intersectionOf · complementOfArbitrary Cardinality· minCardinality · maxCardinality · cardinality Filler Information· hasValue3.5 OWL Lite語言描述和OWL DL和OWL Full相比，OWL Lite只是使用了OWL語言的一些feature，并且做了限制。l Class只能根據(jù)命名了的superclass（它不能是任意的邏輯表達式）進行定義，而且只能使用特定類型的class

37、 restriction。l 類之間的Equivalence以及子類關系只能在命名了的class上做聲明，不能應用于任意的類型表達式。l OWL Lite只允許屬性限制應用于命名類型。l OWL Lite對cardinality的概念也有限制它的取值范圍只能是0和1。以下列出了OWL Lite大綱中各類feature的描述。3.5.1 OWL Lite RDF Schema Features名稱描述實例Class定義了一組共享了某些相同屬性的individual。Class能夠通過subClassOf定義出一個特定的類層次。有一個內(nèi)置的公共類Thing，它是所有individual的Class

38、，也是所有Class的superclass。Deborah 和Frank都是Person這個Class的成員。rdfs:subClassOf類層次可以通過給出諸如一個類是另一個或多個類的子類這樣的聲明來創(chuàng)建。Person可以被定義為是Mammal的一個subclass，這樣我們就能夠推斷：如果X是一個Person，那么X一定也是一個Mammal。Rdfs:Property表達了individual之間的關系。例如hasChild，hasRelative,，hasSibling,和hasAge都是Property的例子。前三個例子用于表達Person之間的關系，最后一個把一個Person和一個D

39、atatype Integer關聯(lián)起來。rdfs:subPropertyOf屬性層次可以通過給出諸如一個屬性是另一個或多個屬性的子屬性這樣的聲明來創(chuàng)建。hasSibling是hasRelative的子屬性。通過這一點我們就可以推理出：如果X和Y通過hasSibling進行了關聯(lián)，那么它們一定也通過hasRelative進行了關聯(lián)。rdfs:domain一個property的domain是能夠應用該property的individual的集合。如果property P把class X和class Y關聯(lián)起來，P的domain是class Z，那么X一定是Z的一個實例。Domain是一個全局約束，

40、因為它就property而言，但是當它與一個特定的class關聯(lián)時也不只是就property而言。Property hasChild可以被說擁有domain Mammal，從這一點我們就能夠推理出如果Frank hasChild Anna，那么Frank一定是一個Mammal。rdfs:range一個property的range是該property所必須有的值的individual的集合。如果proerty P將class X和class Y關聯(lián)，P的range是class Z，那么Y一定是Z的一個實例。Property hasChild可以被說擁有range Mammal，從這一點我們就能夠

41、推理出如果Louise hasChild Deborah，那么Deborah一定是一個Mammal。IndividualClass的實例，property可以被用來把一個individual和另一個individual關聯(lián)起來。一個名叫Deborah的individual可以被描述為是Person這個class的實例，而property hasEmployer可以把individual Deborah和individual StanfordUniversity關聯(lián)起來。3.5.2 OWL Lite Equality 和Inequality名稱描述實例equivalentClass兩個類可以被聲

42、明為相同，即它們擁有不同的名字但是卻擁有相同的individual的集合。它被用來創(chuàng)建同義類。Car可以被說成是Automobile的equivalentClass。從這一點我們能推理得到任何Car的實例都是Automobile的實例，反之也一樣。equivalentProperty兩個類也可以被聲明為相同。它可以被用來創(chuàng)建同義屬性。HasLeader可以被說成是hasHead的equivalentProperty。從這一點我們能夠推理得到：如果X通過HasLeader與Y關聯(lián)，那么X也通過hasHead與Y關聯(lián)。我們也能夠推理得到：HasLeader是hasHead的子屬性，同時hasHea

43、d也是HasLeader的子屬性。sameIndividualAs兩個individual也可以被聲明為相同。它可以被用來創(chuàng)建一系列指向同一個individual的名字。Deborah被說成與DeborahMcGuinness是同一個individual。differentFrom一個individual可被聲明為與其他一些individual不同，這在使用如OWL（RDF）等語言時表達individual有而且只有一個名字時非常重要。l Frank可被說成與Deborah以及Jim是不同的individual，這樣當Frank和Deborah都被說成是一個functional（最多只有一個值

44、）的property的值時，就會出現(xiàn)矛盾；l 沒有特別指出的話，我們不能推理說Deborah和Frank指的是不同的individual。allDifferent在一個allDifferent聲明中，我們可以指出一定數(shù)量的individual兩兩不同。這在表達一個不同對象的集合而建模者側重于強調(diào)這些對象的唯一的名字時尤其有用。可以在一個allDifferent聲明中說明Frank、Deborah、Jim兩兩不同。3.5.3 OWL Lite Property Characteristics名稱描述實例inverseOf一個屬性可以被聲明為另一個屬性的翻轉屬性。如果P1被聲明為P2的翻轉屬性，那

45、么如果X通過P1關聯(lián)到Y，那么Y通過P1關聯(lián)到X。如果hasChild是hasParent的翻轉屬性，Deborah hasParent Louise，那么我們就能夠推理出Louise hasChild Deborah。TransitiveProperty屬性可以被聲明為傳遞的。如果(x,y)是傳遞屬性P的一個實例，(y,z)也是傳遞屬性P的一個實例，那么(x,z)是傳遞屬性P的一個實例。OWL Lite給出了關于傳遞屬性的一個邊界條件：傳遞屬性和它的superproperty不能有maxCardinality為1的限制，否則OWL Lite和OWL DL都將成為不確定語言。如果ancesto

46、r被聲明為傳遞的，(Sara,Louise)是它的一個實例，(Louise,Deborah)也是他的一個實例，那我們就能夠推理出(Sara,Deborah)是他的一個實例。SymmetricProperty屬性可以被聲明為是對稱的。如果(x,y)是對稱屬性P的一個實例，那么(y,x)也是它的一個實例。被聲明為對稱的屬性不能有任意的domain和range。Friend可以被說成是一個對稱屬性，如果Frank 是 Deborah的Friend，那我們可以推斷出Deborah 是Frank的Friend。FunctionalProperty屬性可以被聲明為只有一個值。即一個individual如果

47、被聲明為FunctionalProperty，那么對于這樣的一個實例它最多只有一個值。這可以被方便的用來說明一個屬性的cardinality最小為0，最大為1。l Frank可被說成與Deborah以及Jim是不同的individual，這樣當Frank和Deborah都被說成是一個functional（最多只有一個值）的property的值時，就會出現(xiàn)矛盾；l 沒有特別指出的話，我們不能推理說Deborah和Frank指的是不同的individual。InverseFunctionalProperty如果一個屬性被聲明為inverse functional，則意味著它的翻轉屬性是functi

48、onal的，也就是說該屬性的翻轉屬性的每個individual最多只有一個值。HasUSSocialSecurityNumber（SecurityNumber是美國居民的唯一標識符）可以被聲明為inverse functional。該屬性的翻轉屬性isTheSocialSecurityNumberFor在社會保險號這個class中任何一個individual至多只有一個值。由此我們可以推斷出任何兩個Person的實例都不能有相同的SecurityNumber。還可以推斷出：如果兩個Person的實例有相同的SecurityNumber，那么他們一定是表示同一個individual。3.5.4

49、OWL Lite Property Type Restriction該約束針對某個屬性，屬于局部約束。名稱描述實例allValuesFrom該約束將一個屬性的取值和一個class相關。也就是說，如果一個class的實例通過這個屬性和另外一個individual相關，那么后一個individual則能夠被認為是改約束類的一個實例。Class Person有一個屬性hasOffspring，該屬性被約束在allValuesFrom上取值為Person類。這就是說如果Person的一個實例Louise通過屬性hasOffspring和另一個individual Deborah相關，從這一點我們能推斷

50、出 Deborah是Person的一個實例。這種約束允許hasOffspring屬性被其他class使用，例如被class Cat使用，從而做出相應的約束。someValuesFrom和上面類似，該約束也將一個屬性的取值和一個class相關。只不過此時要求該屬性的取值至少有一個是該class類型的。Class SemanticWebPaper在property hasKeyword上的someValuesFrom 約束值SemanticWebTopic說明hasKeyword存在某個取值應該是class SemanticWebTopic的一個實例。但是我們不能就此推斷說hasKeyword的所

51、有取值都是SemanticWebTopic的實例。3.5.5 OWL Lite Restricted Cardinality同上，該約束也是局部約束，而且OWL Lite在Cardinality上的局部約束只允許Cardinality的取值為0和1（這不同于其他兩類OWL允許任意數(shù)目的Cardinality）。名稱描述實例minCardinalityCardinality是依據(jù)一個特定的class在一個property上做的聲明。如果就一個class而言某個property的minCardinality為1，則該class的任何一個實例都通過該property至少和一個individual相關

52、。這也是一種用來表達某property必須在某class的任何一個實例中有一個值的辦法。在OWL Lite中，minCardinality的值只能為0或者1。0表示的意思是對于某個class而言這個proerty是可選的。l Class Person在property hasOffspring并沒有minCardinality約束，因為不是所有的Person都有Offspring的。l Class Parent則在property hasOffspring上有minCardinality為1。l Class Person在property hasOffspring上的minCardinalit

53、y值可以為0。根據(jù)上面的前兩條信息我們可以推斷出，如果Louise是一個Person，我們并不能得到任何有關他后代的信息；但是一旦發(fā)現(xiàn)他是一個Parent，則Louise通過property hasOffspring至少和一個individual相關。但是我們不能得到他最多和幾個individual相關。maxCardinality如果就一個class而言某個property的maxCardinality為1，則該class的任何一個實例都通過該property至多和一個individual相關。MaxCardinality值為1的約束property有時也叫做functional或者uniq

54、ue property。通過它我們不能得到有關minCardinality的任何信息，但是這對于我們表達某些class在某些property上沒有值是很重要的。l Class UnitedStatesCitizens上的property hasRegisteredVotingState的MaxCardinality值為1（因為一個公民只能在一個州投票）。l Class UnmarriedPerson實例不能通過property hasSpouse和任何individual相關，這時只要把hasSpouse的maxCardinality設為0就可以了。cardinality它用于方便表達在一個c

55、lass上的property同時擁有約束minCardinality 0 和 maxCardinality 0 或者 minCardinality 1 和 maxCardinality 1。Class person在property hasBirthMother上只有一個值，可以設定該property的Cardinality。3.5.6 OWL Lite Class Intersection名稱描述實例intersectionOf:OWL Lite允許在class和約束之間存在交集。Class EmployedPerson可以被定義為intersectionOf class Person和Em

56、ployedThings（后者可以被定義為擁有hasEmployer屬性并在該屬性上的minCardinality為1）。3.5.7 DatatypesOWL 使用了RDF的datatype schema，而后者又參考了XML Schema的datatype。這些datatype能夠通過URI被識別。每當有一個datatype的實例出現(xiàn)時，必須有一個RDF屬性rdf:datatype，它的值為URI引用的XML Schema datatype。3.5.8 OWL Lite Header InformationOWL支持ontology引用、包含以及元信息描述。上面提到的三個層次的OWL都包含了

57、用于指定導入的ontology、ontology版本信息和前版本信息、可向后兼容的ontology信息以及不兼容的ontology信息等一系列信息的方法。3.6 增量語言OWL DL和OWL Full描述盡管OWL DL添加了一些約束，它和OWL Lite實際上共享了詞匯表。總的來講，OWL DL引入了類型分割（一個class不能是一個property或者一個individual，一個property也不能是一個class或者individual）；它要求property或者是ObjectProperties，或者是DatatypeProperties。后者RDF literal、XML Datatype以及class實例之間的關系。前者是兩個class實例之間的關系。下面繼續(xù)列出了OWL DL和OWL Full的擴展詞匯：名稱描述實例One of（枚舉類型）Class可以通過枚舉構成該class的individual來描述。Class daysOfTheWeek可以簡單地通過枚舉Sunday、Monday、Tuesday、Wednesday,、Thursday、Friday、 Saturday這7個individual來表達。我們可以由此推斷出任何擁有