網(wǎng)絡(luò)本體語言(OWL)的標(biāo)準(zhǔn)體系解析

1、網(wǎng)絡(luò)本體語言(OWL)的標(biāo)準(zhǔn)體系解析萬維網(wǎng)之父蒂姆伯納斯李(TiBerners-Lee)將萬維網(wǎng)的演變分為兩個階段1。第一個階段，萬維網(wǎng)應(yīng)該是一個有利于人們合作的強大工具；第二個階段，那么是蒂姆伯納斯李所定義的語義網(wǎng)階段。通俗地說，語義網(wǎng)就是一種可以理解人類語言的智能網(wǎng)絡(luò)，它可以使人與計算機的交流變得像人與人交流一樣輕松。我們目前正處于新一代萬維網(wǎng)開展的邊緣，即致力于第二代網(wǎng)絡(luò)語義網(wǎng)的研究、開發(fā)階段。在語義網(wǎng)的開發(fā)進程中，網(wǎng)絡(luò)本體語言(ebntlgyLanguage,L)作為實現(xiàn)其功能的核心語言工具，其開發(fā)意義重大。為了給L系統(tǒng)的開發(fā)奠定根底，萬維網(wǎng)聯(lián)盟(3)于2022年12月15日發(fā)布了由其

2、下屬的網(wǎng)絡(luò)本體工作組開發(fā)的L系列標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)文件，緊接著又對各標(biāo)準(zhǔn)文檔進展了改良，于2022年2月10日公布了該系列體系的最新版本。本文將對最新版本的L系列標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)體系進展討論和解析，并對中文網(wǎng)絡(luò)本體語言開發(fā)中的標(biāo)準(zhǔn)建立提出一些建議，以期為國內(nèi)L系統(tǒng)的研究開發(fā)提供借鑒。1L系列標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)成為了更好地描繪語義化本體模型和進展知識表述，3首先提出用來描繪資源及其之間關(guān)系的語言標(biāo)準(zhǔn)：資源描繪框架(ResuresDesriptinFrae,RDF)，在此根底上，歐洲開發(fā)了語義交互語言(ntlgyInterhangeLanguage,IL)，美國開發(fā)了DAL(DARPAAgentarkupLangua

3、ge)。這兩種網(wǎng)絡(luò)本體語言都是對RDF類似的擴展，因此后來合并為DAL+IL，隨后3將其標(biāo)準(zhǔn)為理解力更強的網(wǎng)絡(luò)本體語言(ebntlgyLanguage,L)。L系列標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)體系由6個推薦性標(biāo)準(zhǔn)文檔組成，分別從理論、實例及標(biāo)準(zhǔn)性定義的角度對L進展了全面、簡潔及標(biāo)準(zhǔn)化的闡述，它們是：?網(wǎng)絡(luò)本體語言概述?(LebntlgyLanguage:vervie)：通過列出L的語言特征并給出其簡要的描繪，對L進展簡單介紹。它通過對L各子語言特征的非形式化描繪，提供了L的入門知識2。?網(wǎng)絡(luò)本體語言指南?(LebntlgyLanguage:Guide)：通過一個擴展的例子說明如何使用L語言，同時也給出了這些文檔中

4、用到的術(shù)語的解釋2。詳細內(nèi)容包括如何使用L本體語言定義類和類的屬性，以形成一個形式化的域；定義個體并確定它們的屬性，并且對這些類和個體進展推斷，以到達網(wǎng)絡(luò)本體語言的形式化語義的答應(yīng)程度3。?網(wǎng)絡(luò)本體語言參考?(LebntlgyLanguage:Referene)：該文檔對L語言的整體構(gòu)造進展了構(gòu)造化的非形式化描繪2，使用RDF/XL語法對L的所有建模原語進展子系統(tǒng)及詳盡的描繪，試圖為構(gòu)建L的用戶提供參考4。?網(wǎng)絡(luò)本體語言語義與抽象語法?(LebntlgyLanguage:SeantisandAbstratSyntax)：對L進展了最終的、形式化的標(biāo)準(zhǔn)性定義2。?網(wǎng)絡(luò)本體語言測試用例?(Lebn

5、tlgyLanguage:Testases)：該文檔包含了L的大量測試用例集合2。其中，許多測試用例說明了L語言的形式語義和正確使用方法，其它測試用例那么說明了工作組所面臨的亟需解決的問題5。?網(wǎng)絡(luò)本體語言應(yīng)用案例和需求?(LebntlgyLanguage:UseasesandRequireents)：該文檔包含了一個eb本體語言的應(yīng)用案例集合和關(guān)于L的需求集合2，詳細闡述了本體語言的使用方式、目的和要求。其目的之一是確定網(wǎng)絡(luò)本體語言需要什么。網(wǎng)絡(luò)本體語言的要求將被潛在的使用案例和普通設(shè)計目的所激發(fā)，而這些潛在的使用案例和普通設(shè)計目的同時考慮到了將本體標(biāo)準(zhǔn)運用于網(wǎng)絡(luò)這一獨特環(huán)境時的困難6。接下

6、來將對L標(biāo)準(zhǔn)體系的內(nèi)容框架進展介紹。2L系列標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)體系的內(nèi)容框架2.1概述3制定L標(biāo)準(zhǔn)體系的目的是為了引起人們對標(biāo)準(zhǔn)的注意并且使其在更廣范圍的被采納與使用5。在推薦標(biāo)準(zhǔn)文件時，3將主要注意力放在制定標(biāo)準(zhǔn)和改良全面部署才能方面，這無疑增強了網(wǎng)絡(luò)的功能性和互操作性4。3網(wǎng)絡(luò)本體工作組采用一系列文檔對L語言進展描繪，每一個文檔實現(xiàn)一個目的，以滿足不同讀者的需要2，分別合適某些相關(guān)研究人員和技術(shù)人員使用。并且按照從易到難，由淺入深的順序?qū)系統(tǒng)進展了全面、透徹的闡述?？傮w來說，L標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)造嚴謹、語言簡練、表達直觀，易于為用戶所承受。每個標(biāo)準(zhǔn)文件各有側(cè)重點，從不同的角度制定了L的標(biāo)準(zhǔn)，看似獨立，但在

7、內(nèi)容上又互相效勞，理論和例如各有側(cè)重，互為補充，這表現(xiàn)為在詳細內(nèi)容的闡述上提供了到其它標(biāo)準(zhǔn)文件的相關(guān)鏈接。詳細來說，L概述文檔主要針對L的初步接觸者，以簡潔、直觀的語言闡述了L的根本概念、原理以及L三個子語言的語言特征，使用戶對L的根底知識架構(gòu)有了一個明晰的理解，解決了用戶從對L一無所知到初步入門的問題。文檔對各局部內(nèi)容作了更詳細的闡述，提供了到其它5個文檔的鏈接，用戶可交互參閱，到達全面學(xué)習(xí)掌握L的目的。假設(shè)用戶首先閱讀完L概述文檔后，可閱讀L指南文檔獲知使用該語言的理論方法和例子。用戶在對純理論描繪進展閱讀時，往往容易產(chǎn)生理解上的障礙。該文檔在對L構(gòu)成元素進展描繪時，貫穿了建立酒和食物的主

8、體關(guān)系的例子，生動的例如對用戶理解和掌握L起到良好的作用。文檔除對L的構(gòu)造元素做了進一步的闡述外，也對屬性特征及屬性限制等描繪機制進展了詳細說明，進一步解決了L本體語言對信息內(nèi)容進展更好的表達的問題同時，對數(shù)據(jù)合并與本體映射等相關(guān)技術(shù)問題作了一定的討論，為相關(guān)機構(gòu)及人員日后的進一步研究提供了關(guān)注重點。L參考文檔類似于一本使用手冊，L中所有建模原語的相關(guān)描繪以及使用時的限制和考前須知都可在該文檔中進展查閱。用戶在閱讀其它5個標(biāo)準(zhǔn)文件的同時，可針對某個詳細構(gòu)造元素在該文檔中進展相關(guān)參閱。文檔通篇圍繞類、個體及屬性對相關(guān)的建模元語進展非形式化描繪，對每個元語的描繪一般從理論闡述、舉例說明及使用時的考

9、前須知三個方面展開，理論與例如相結(jié)合，內(nèi)容詳勁豐富。文檔的參考文獻提供了L每個語言構(gòu)造元素的索引及快速參考。同時，附錄記錄了自DAL+IL開展至L的變化，利于閱讀時的承前啟后。L語義和抽象語法文檔為用戶提供了L語言的標(biāo)準(zhǔn)語法，此文件運用形式論式的語義學(xué)對語義進展了準(zhǔn)確定義。一些概念如L的連接性等在文件中都有所闡述，該文檔適用于那些對L技術(shù)細節(jié)感興趣的用戶；L解析器及其它句法工具的開發(fā)者會對第二和第四局部特別感興趣；L推理器和其它語義工具的開發(fā)者會對第三和第五局部特別感興趣，但不適用于那些首先應(yīng)該閱讀L概述文檔的普通讀者。以上4個標(biāo)準(zhǔn)文件補充性兩個文檔L測試用例和L使用案例及要求。L測，試用例文

10、檔提供了L語言的測試用例，L使用案例及要求文檔闡述了L語言的實際應(yīng)用領(lǐng)域和L本體語言構(gòu)建所需的必要條件。值得一提的是，L使用案例及要求中列舉了6個網(wǎng)絡(luò)本體的使用案例，其中一些是基于工業(yè)和學(xué)術(shù)界實際應(yīng)用案例，另一些是帶前瞻性應(yīng)用的案例。這些案例有助于用戶理解L應(yīng)用的實際意義，便于有的放矢地開發(fā)L和研究語言，從而為語義網(wǎng)開發(fā)效勞?？偟膩碚f，3推薦的該標(biāo)準(zhǔn)體系綜合闡述了以下主要內(nèi)容，下面綜合介紹這6個標(biāo)準(zhǔn)文件的內(nèi)容。2.2L的概念及開發(fā)的必要性L概述和L指南文檔的引言局部對本體和L的根本概念進展了闡述。我們討論的本體是表達術(shù)語及其詞間關(guān)系2。這里補充一個更標(biāo)準(zhǔn)的定義，即由Brst給出的：“ntlgy

11、是共享概念模型的形式化標(biāo)準(zhǔn)說明。L是定義和例示網(wǎng)絡(luò)本體的一種語言。一個L本體包括類、屬性和它們的實例的描繪3。它可以明確表示詞匯表中術(shù)語的意義及其詞間關(guān)系2。由于L概述文檔是為L入門者設(shè)計的，因此文檔對開發(fā)L的必要性進展了詳細說明。將來的語義網(wǎng)應(yīng)是“構(gòu)建于XL自定義標(biāo)簽形式的才能以及RDF靈敏的描繪數(shù)據(jù)的方式之上的。而根據(jù)蒂姆伯納斯李提出的著名的語義網(wǎng)構(gòu)成的標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)造，語義eb需要在RDF之上增加的第一個層次，是一種可以對eb文檔中的術(shù)語含義進展形式化指計算機可讀的描繪的本體語言。假如希望機器可以對這些eb文檔進展有效的推理工作，這一本體語言必須超越RDFShea的根本語義。因此，L被設(shè)計以

12、滿足eb對本體語言的要求2。其優(yōu)勢表現(xiàn)為，在表達意義和語義方面，L比XL、RDF和RDFS更方便，并且與這些語言相比，L表示的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容更容易被機器所理解。L是DAL+IL網(wǎng)絡(luò)本體語言的修改版，它結(jié)合了DAL+IL的設(shè)計和應(yīng)用中得到的經(jīng)歷教訓(xùn)2。2.3L的三個子語言L由三個子語言LLite/LDL/LFull組成。LLite用于執(zhí)行簡單任務(wù)，并且提供應(yīng)用戶一個功能性子集使他們在初次使用L時就能輕易上手。LDL這里DL是指“描繪邏輯提供令人滿意的語言子集用以支持推理系統(tǒng)實現(xiàn)其計算性能。LFULL適當(dāng)放寬了對LDL的限制，目的是為了突出其某些特點使其對數(shù)據(jù)庫及知識表示系統(tǒng)發(fā)揮作用4。對L的描繪本質(zhì)上

13、就是對這三個子語言的描繪，6個標(biāo)準(zhǔn)文檔從不同的角度對這三個子語言作了詳細說明。L概述文檔在分別闡述了三個子語言的總體特征、適用用戶及各個子語言之間的關(guān)系之后，著重列出了LLite的語言構(gòu)造元素，并對元素的特征進展了非正式描繪。由于LLite對L語言使用的約束較多，因此L的某些構(gòu)造元素不包含其中。文檔接著對LDL和LFull相對于LLite增加的語言構(gòu)造元素的特征做了進一步的非正式描繪。L指南文檔的描繪與L概述類似。L參考文檔對三個子語言作了更詳細的描繪，主要側(cè)重于詳細使用時的考前須知，如詳細列出了LDL和LLite中被限制使用的語言構(gòu)造元素，為用戶在詳細選擇使用這三個子語言時提供了參考。L語義

14、與抽象語法文檔的第二局部從語法描繪的角度對用于LLite和LDL子語言的抽象語法進展了詳細說明，詳細內(nèi)容包括LLite和LDL的類公理、限制或約束以及屬性公理。這4個標(biāo)準(zhǔn)文檔分別從三個子語言的根本概念、使用時的考前須知及語法描繪的角度對其進展了詳細說明，本質(zhì)上是對L語言作了全面的補充性描繪，用戶可在理解該局部內(nèi)容時對4個標(biāo)準(zhǔn)文件進展穿插閱讀。轉(zhuǎn)貼于論文聯(lián)盟.ll.2.4L本體構(gòu)成L本體包括類、屬性和它們的實例即個體的描繪3。因此該局部是描繪的重點。L概述文檔從對LLite的語言特征進展描繪出發(fā)，對類、個體及屬性進展了定義和簡單說明?！耙粋€類定義了一組具有某些共同屬性的個體。例如類Persn、類

15、Anial。個體是類的實例，例如一個名為Debrah的個體可以被描繪為類Persn的一個實例。而屬性可以用來聲明個體間的關(guān)系或者從個體到數(shù)據(jù)值之間的關(guān)系。例如屬性hasEplyer可用來將個體Debrah關(guān)聯(lián)到個體斯坦福大學(xué)。其后，對相關(guān)的類描繪、屬性特征、屬性約束、數(shù)量約束中應(yīng)用的語言構(gòu)造元素進展了說明。為了對L進展更生動的說明，L指南文檔是描繪與例如相結(jié)合，恰如酒和食物的關(guān)系一樣。同時基于一個L本體的大多數(shù)語言構(gòu)成元素都涉及了類、屬性、類的實例以及這些實例之間的關(guān)系。因此，在闡述如何建立酒和食物本體的過程中，文檔的第三、第五局部對建立簡單的類、個體、屬性及實例中應(yīng)用的語言構(gòu)造元素到建立復(fù)雜

16、的類所用到的語言構(gòu)造元素一一進展了闡述及例示，使用戶進一步掌握L的構(gòu)成元素。L參考文檔通篇圍繞類、個體及屬性對與它們相關(guān)的建模原語進展了非形式化描繪，對每個原語的描繪從理論闡述、舉例說明及使用時的考前須知三個方面展開，理論與例子相結(jié)合，內(nèi)容詳勁豐富。L語義與抽象語法文檔在定義抽象語法時，對LLite和LDL中的類公理、限制及屬性公理進展了規(guī)定。這4個標(biāo)準(zhǔn)文件同樣按照從易到難的順序?qū)︻?、個體及屬性的定義、構(gòu)造元素及應(yīng)用語法等進展了描繪，尤其是L參考文檔對類、個體及屬性中所有的語言構(gòu)造元素進展了詳細的描繪。用戶在閱讀其它5個標(biāo)準(zhǔn)文件的同時，可針對某個詳細構(gòu)造元素在該文檔中進展相關(guān)參閱。2.5L本體

17、附屬信息本體標(biāo)頭(Header)、引入(iprts)及版本信息(rersininf)是構(gòu)建一個本體必不可少的元素。L概述文檔首先對本體標(biāo)頭、引入及版本信息進展了簡要說明，并建議用戶參閱L參考文檔獲取更多細節(jié)，參閱L指南文檔獲取更多例如。L參考文檔對本體標(biāo)頭、引入及版本信息作了詳細說明。“一個本體就是一個資源，它可利用L的屬性和其它命名空間來對其進展描繪，例如：l:ntlgyrdf:abut=是一個本體標(biāo)頭，指出這一塊描繪的是當(dāng)前本體?？衫靡粋€l:iprts陳述來引用另一個已定義好的L本體來建立新的本體，這樣直接的引入可防止資源的重復(fù)建立，以利于整合語義網(wǎng)中分散的資源。關(guān)于該引入陳述的使用考前

18、須知及例如分別在L參考文檔和L指南文檔中有詳細說明。本體像軟件一樣，是可維護的，且隨著時間變化會發(fā)生變化。因此可利用l:versinInf、l:prirVersin、l:bakardpatibleith等介紹當(dāng)前版本、前一版本及版本的兼容情況，利于本體的維護及擴大。L參考文檔和L指南文檔也對版本信息的概念、使用及例如作了全面描繪。2.6L的正式語義從事L推理器和其它語義工具的開發(fā)者需要對L的正式語義有所理解。3工作組在L語義和抽象語法文檔中提供了L的兩個正式語義。在文檔第三局部定義的語義是一個以抽象語法形式書寫的，用于L本體標(biāo)準(zhǔn)模型語義；另一個在文檔第五局部介紹的語義，是RDF語義RDFSea

19、ntis的一個詞表擴展，以RDF向圖形式為L本體提供語義。第二個語義有兩個版本，一個版本類似于直接語義為LDL所用的語義；另一個版本適用于將類當(dāng)作個體(individuals)的形式或抽象語法不能處理的形式即為LFull所用的語義。這兩個版本實際上非常接近，只是在如何分割論域(dainfdisurse)時有一些不同。2.7L的相關(guān)技術(shù)問題2.7.1數(shù)據(jù)聚集與平安保護語義網(wǎng)中的資源和數(shù)據(jù)是分散的，如何把這些分散的資源及數(shù)據(jù)有效地聚集及交融是一個值得考慮的問題，3工作組在制定該標(biāo)準(zhǔn)體系時已充分考慮這方面的重要性，分別在L指南文檔和L參考文檔中專門列出一節(jié)進展說明。雖然語義網(wǎng)具有可連接多種來源數(shù)據(jù)的

20、優(yōu)勢，可應(yīng)用在多個領(lǐng)域。但這種合并多源數(shù)據(jù)的性能，再結(jié)合上L的語義推斷性能，卻有可能被濫用。因此，在使用L的某些可能與其它源數(shù)據(jù)或本體與單個數(shù)據(jù)合并時，應(yīng)特別注意。工作組還提供了相關(guān)鏈接SAL和P3P等一系統(tǒng)優(yōu)化解決方案。2.7.2本體映射本體被廣泛地共用及再利用，利于進步其影響力，降低開發(fā)本錢。但將一批本體交融起來將是一個挑戰(zhàn)，需要支持工具保持一致性。目前國際上對語義網(wǎng)及本體的研究熱點在于如何按照需要進展本體映射。L語義與抽象語法文檔首先討論了LDL和LLite抽象語法到L交換語法即RDF/XLRDFSyntax的映射。此映射及其反向映射提供了抽象語法和交換語法之間的標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)系，并提供了轉(zhuǎn)

21、換至RDF有向圖的轉(zhuǎn)換表，給出了將抽象語法轉(zhuǎn)換至L交換語法的轉(zhuǎn)換規(guī)那么。L指南文檔針對本體交融的問題的類和屬性之間的等值、個體之間的等同性及不同的個體的交融情況分別作了詳細說明。2.8L的使用案例、要求與測試用例L使用案例及要求文檔和L測試用例文檔與前4個文檔不同。L使用案例及要求文檔列舉了本體在網(wǎng)絡(luò)、知識管理、智能數(shù)據(jù)庫及電子商務(wù)等領(lǐng)域應(yīng)用的6個典型案例，并描繪了8個設(shè)計目的，從而根據(jù)使用案例與設(shè)計目的對網(wǎng)絡(luò)本體語言提出了一些要求，這對網(wǎng)絡(luò)本體語言今后的開展方向提供了有益的參考7。L測試用例文檔包含由eb本體工作組通過的eb本體語言測試用例。其中，許多測試用例說明了L語言的形式語義和正確使用

22、方法，其它測試用例那么說明了工作組亟需解決的問題。L文檔和L文檔檢查器(Lduenthekers)之間的一致性也得到了詳細說明。這些測試用例用于解釋和進一步說明L語義與抽象語法文檔中的標(biāo)準(zhǔn)化定義，該文檔是一個補充性的文檔?？偟膩碚f，這兩個文檔重點在于詳細應(yīng)用，在對前4個文檔補充說明的同時，也使用戶認識到網(wǎng)絡(luò)本體語言在詳細領(lǐng)域的應(yīng)用價值及前景，同時提出了一些亟待解決的問題，為今后的研究方向提供參考。3L系列標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)體系的將來開展趨向很顯然，3目前推薦的網(wǎng)絡(luò)本體語言(L)標(biāo)準(zhǔn)并不是適用于語義網(wǎng)應(yīng)用的本體語言標(biāo)準(zhǔn)的最終形式，L使用案例及要求文檔中已經(jīng)提出了大量工作組，其中包括未在該標(biāo)準(zhǔn)文件中討論的、留待以后繼續(xù)研究的特性。工作組在這局部共提出14個有待進一步討論的語言特性，同時代表了L系列標(biāo)準(zhǔn)體系將來的開展趨向。對此感興趣的用戶可參閱L使用案例及要求文檔的相關(guān)局部。這里介紹兩個目前討論較多的問題。3.1L：多