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什么是OWL本体

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译注:本文是对文档A Practical Guide To Building OWL Ontologies Using The Protege-OWL Plugin and CO-ODE Tools Edition 1.0第三章的翻译,并省略了其中的图片。Protégé是一个斯坦福大学开发的本体编辑器,为开放源码软件,具有优秀的设计和众多的插件,是目前使用最广泛的本体编辑器之一。

什么是OWL本体
  我们使用本体(Ontology)来获取某一领域的知识,本体描述该领域的概念,以及这些概念之间的关系。目前有很多种不同的本体语言,它们各有千秋,而W3C(World Wide Web Consortium)目前的最新标准是OWL。和Protégé一样,OWL让描述各种概念成为可能,与此同时,它还提供了其他很多功能。它具有更丰富的操作符——例如与、或和非;它立足于一个不同的逻辑模型(logical model),该模型能够更好的定义概念,可以用从简单概念构造出复杂的概念,不仅如此,该模型还允许你使用推理机(reasoner)来检查本体中的陈述(statement)和定义(definition)是否一致,或者判断出哪个概念更适合于哪个概念,从而帮你维护一个正确的本体等等,当允许一个类(Class)拥有多个父类的时候,这一点至关重要。

一、三类OWL
  可以把OWL分为三个子语言:OWL-Lite、OWL-DL和OWL-Full,主要的分类依据就是它们的表达能力。其中,OWL-Lite是表达能力最弱的子语言,OWL-Full具有最强的表达能力,而OWL-DL的表达能力则在它们之间。我们可以认为OWL-DL是OWL-Lite的扩展,而OWL-Full是OWL-DL的扩展。

1.1 OWL-Lite
  从语法上来说,OWL-Lite是三个之中最简单的一个,当你的本体中类的层次结构很简单,并且只有简单的约束(constraint)时适合使用它来描述本体。例如,在需要把一个已存在的辞典(thesauri)移植到另一个差不多简单的概念层次时,OWL-Lite可以做得又快又好。

1.2 OWL-DL
  和OWL-Lite相比,OWL-DL的表达能力要丰富许多,它的基础是描述逻辑(Description Logics,即DL的由来)。描述逻辑是一阶逻辑(First Order Logic)的一个可判定的变种(译注:不一定准确,原文decidable fragment),因此可以用来进行自动推理,计算机从而可以知道本体中的分类层次,以及本体中的各种概念是否一致。

1.3 OWL-Full
  OWL-Full是OWL的三种子语言中表达能力最强的一个,适合在那些需要非常强的表达能力,而不用太关心可判定性(decidability)或是计算完全性的场合下使用。不过也正是由于表达能力太强这个原因,用OWL-Full表示的本体是不能进行自动推理的。

二、该使用哪一种子语言
  首先,要想确切的知道这三种子语言之间的区别,请参考OWL Web本体语言概要。尽管有很多因素需要考虑以决定该使用它们中的哪一个,但这里是一些最简单常用的原则。

对于OWL-Lite和OWL-DL,考虑OWL-Lite提供的那些简单构造子(construct)是否足以描述你的本体,若是使用OWL-Lite,否则使用OWL-DL。
对于OWL-DL和OWL-Full,考虑在你的应用中,是自动推理比较重要还是高表达能力(例如是否需要元类来建模)更重要,如果是前者,请使用OWL-DL,否则该使用OWL-Full。
  Protégé的OWL插件在编辑OWL-Lite和OWL-DL的本体时不做区分,但可以在选项里选择以OWL-DL或是OWL-Full方式编辑本体。

三、OWL本体的组成
  OWL本体的组成与Protégé提供的本体相似,基本上,只是在对组成部分的称呼有一些分别。例如OWL有个体(Individual)、属性(Property)和类(Class),而Protégé则分别称它们为实例(Instance)、槽(Slot)和类(Class)。

3.1 个体(Individual)
  个体代表(领域中)我们实际感兴趣的那些对象,Protégé和OWL有一个重要的区别就是OWL不使用唯一命名假设(Unique Name Assumption,UNA),也就是说,两个不同的名称可以对应到同一个个体。例如“伊丽莎白女王”、“女王”和“伊丽莎白?温莎”可能都对应同一个人。在OWL里,你必须明确的表达个体之间是否为相同的,否则它们可能相同也可能不相同。

  注:个体(Individual)有时也被称作实例(Instance),个体相当于类的实例。

3.2 属性(Property)
  属性是个体之间的二元关系,也就是说,属性把两个个体连接在一起。例如,属性hasSibling可能会把Matthew和Gemma这两个个体连接起来,而属性hasChild会把Peter和Matthew这两个个体连接起来;属性可以有反向属性(Inverse),例如hasOwner的反向属性是isOwnedBy;属性也可以被限制为只能拥有一个值,即所谓的函数属性(functional);属性还可以是具有传递性(transitive)或是对称的(symmetric)。

  注:这里所说的属性即Protégé中槽(Slot)的概念,在描述逻辑中它们就是角色(Role),在UML等面向对象方法中它们就是关系(Relation),而在GRAIL等形式化表达中将它们称作特性(Attribute)。

3.3 类(Class)
  OWL中的类代表一些个体的集合,OWL使用形式化(数学的)的方法精确描述出该类中成员必须具有的条件,例如,领域中全部猫的个体都属于Cat类。类可以通过继承关系组成层次结构,子类是父类中的特殊情况,例如考虑Animal和Cat这两个类,Cat可以是Animal的一个子类(即Animal是Cat的父类),这就表示了:所有的猫都是动物,所有Cat类的成员都是Animal类的成员,如果你是猫那么你也是动物,Cat类被Animal类所包含,等等。OWL-DL的一个重要特征就是父类和子类之间的(包含)关系可以被推理机自动计算出来。

  注:概念(Concept)这个词有时被用来代替类,实际上,类是概念的一个具体表现。

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