自言自语

I'm Wang Xianyuan, writing for myself, more studying, more experience…

Jena 简介

By

一、介绍Jena

Jena由 HP Labs(http://www.hpl.hp.com)开发的Java开发工具包, 用于Semantic Web(语义网)中的应用程序开发;Jana是开源的,在下载的文档中有Jena的完整代码。Jena框架主要包括:

a) 以RDF/XML、三元组形式读写RDF

资源描述框架是(RDF)是描述资源的一项标准(在技术上是W3C的推荐标准),Jena文档中有一部分详细介绍了RDF和Jena RDF API,其内容包括对Jena RDF包的介绍、RDF模型的创建、读写、查询等操作,以及RDF容器等的讨论。

b) RDFS,OWL,DAML+OIL等本体的操作

Jena框架包含一个本体子系统(Ontology Subsystem),它提供的API允许处理基于RDF的本体数据,也就是说,它支持OWL,DAML+OIL和RDFS。本体API与推理子系统结合可以从特定本体中提取信息,Jena 2还提供文档管理器(OntDocumentManager)以支持对导入本体的文档管理。

c) 利用数据库保存数据

Jena 2允许将数据存储到硬盘中,或者是OWL文件,或者是关系数据库中。本文处理的本体就是OWL文件读入的。

d) 查询模型  

Jena 2提供了ARQ查询引擎,它实现SPARQL查询语言和RDQL,从而支持对模型的查询。另外,查询引擎与关系数据库相关联,这使得查询存储在关系数据库中的本体时能够达到更高的效率。

e) 基于规则的推理

Jena 2支持基于规则的简单推理,其推理机制支持将推理器(inference reasoners)导入Jena,创建模型时将推理器与模型关联以实现推理。

Protégé是一个开源的本体编辑器(我们使用的版本是Protégé 3.2),用户可以在GUI环境下创建本体或者知识库。

 

二、Jena Ontology API

Jena2.4的Ontology API包含在ontology包(com.hp.hpl.jena.ontology)中,可以在目录 Jena-2.4srccomhphpljenaontology下查看所有程序的代码,Jena本体部分的说明网页是 Jena-2.4docontologyindex.html,本部分内容以及程序的编写主要参考这两个文档。

在语义网上有很多表示本体信息的本体语言,其中表达能力最强的是OWL,OWL按复杂程度分为 OWL Full、OWL DL和OWL Lite三个版本。其他的本体语言还有RDFS、DAML+OIL。Jena Ontology API为语义网应用程序开发者提供了一组独立于具体语言的一致编程接口。

Jena提供的接口本质上都是Java程序,也就是.java文件经过javac之后生成的.class文件。显然,class文件并不能提示本体创建使用的语言。为了区别于其他的表示方法,每种本体语言都有一个自己的框架(profile),它列出了这种语言使用的类(概念)和属性的构建方式和URI。因此,在DAML框架里,对象属性()的URI是daml:ObjectProperty,而在OWL框架里却是owl:ObjectProperty。RDFS并没有定义对象属性,所以在RDFS框架里,对象属性的URI是null。

在Jena中,这种框架通过参数的设置在创建时与本体模型(Ontology Model)绑定在一起。本体模型继承自Jena中的Model类。Model允许访问RDF数据集合中的陈述(Statements),OntModel对此进行了扩展,以便支持本体中的各种数据对象:类(classes)、属性(properties)、实例(个体individuals)。

 

本部分简单介绍要用到的几个java类或者接口。

1.本体模型OntModel

本体模型(OntModel)是对Jena RDF模型的扩展(继承自RDF模型),提供了处理本体数据的功能。使用Jena处理本体首先就是要建立一个本体模型,之后就能够通过本体模型中所定义的方法操作模型,比如导入子模型()、获取模型中本体的信息、操作本体属性以及将本体的表示输出到磁盘文件等等。Jena通过model包中的ModelFactory创建本体模型,ModelFactory是Jena提供用来创建各种模型的类,在类中定义了具体实现模型的成员数据以及创建模型的二十多种方法。一个最简单的创建本体模型的语句如下:

OntModel ontModel = ModelFactory.createOntologyModel();

该语句不含参数,应用默认设置创建一个本体模型ontModel,也就是说:它使用OWL语言、基于内存,支持RDFS推理。可以通过创建时应用模型类别(OntModelSpec)参数创建不同的模型,以实现不同语言不同类型不同推理层次的本体操作。例如,下面的语句创建了一个使用DAML语言内存本体模型。直观地讲,内存模型就是只在程序运行时存在的模型,它没有将数据写回磁盘文件或者数据库表。

OntModel ontModel = ModelFactory.createOntologyModel( OntModelSpec.DAML_MEM );

更多类型设置可以参照OntModelSpec类中的数据成员的说明。

我们所使用的本体是从OWL文件获得的,也就是说,是从磁盘读取的。读取的方法是调用Jena OntoModel提供的Read方法。例如

ontModel.read("file:D:/temp/Creatrue/Creature.owl");

就是读取位于D盘相应目录下的Creature.owl文件以建立本体模型。Read方法也有很多重载,上面调用的方法以文件的绝对路径作为参数。其他的方法声明如下

read( String url );

read( Reader reader, String base );

read( InputStream reader, String base );

read( String url, String lang );

read( Reader reader, String base, String Lang );

read( InputStream reader, String base, String Lang );

 

2.文档管理器Document manager

本体文档管理器(OntDocumentManager)是用来帮助管理本体文档的类,它包含了导入本体文档创建本体模型、帮助缓存下载网络上的本体等功能。每个本体模型都有一个相关联的文档管理器。在创建本体模型时,可以创建独立的文档管理器并作为参数传递给模型工厂(ModelFactory)。文档管理器有非常多的配置选项,基本可以满足应用的需求。首先,每个文档管理器的参数都可以通过Java代码来设置(注:OntDocumentManager有五种重载的构造函数)。另外,文档管理器也可以在创建的时候从一个RDF格式的策略文件读取相应设定值。

下面的例子创建一个文档管理器并将它与以创建的本体模型关联。

OntModel m = ModelFactory.createOntologyModel();

OntDocumentManager dm = m.getDocumentManager();

 

3.接口OntClass

这个接口中定义了本体中与概念(也就是类Class)相关的操作,通过OntModel中的listClasses()便可以返回模型中的所有概念组成的迭代器(Iterator),然后调用OntClass的各种方法进行具体操作。OntoClass对概念之间的各种关系都有相应的定义方法,典型的有添加子类、添加约束、创建互斥概念、迭代返回某种类型的概念以及相关的逻辑判断等等。

 

4.基本本体类型OntResource

所有本体API中用于表示本体的类继承自OntResource,这样就可以在OntResource中放置所有类公用的功能,并可以为一般的方法设置通用的返回值。Java接口OntResource扩展了Jena的RDF资源接口,所以任何可以接受资源或者RDFNode的方法都可以接受OntResource,并且也就可以接受任何其他本体值。虽然这个类涵盖了涉及本体的所有类,在例子中并没有使用它。从Jena Java Doc可以获得它的详细信息。

 

三、例子

本文实现了一个简单的例子。通过Protégé 3.1创建一个TBT本体,并将其存储到OWL文件TBT.owl,然后使用和Jena通过读取该文件创建本体模型,实践Jena中的一些Ontology API。

jena.java主要是显示类的具体内容。没有涉及Jena的推理功能,没有实现属性的过滤,不能输出间接父类(父类的父类)或间接子类,等等。

Leave a Reply