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protege构建本体教程 1 什么是本体 Ontologie Ontologiesareusedtocaptureknowledgeaboutsomedomainofinterest 本体是用来获得你所感兴趣的领域的知识 2 OWLOntologies ThemostrecentdevelopmentinstandardontologylanguagesisOWLfromtheWorldWideWebConsortium W3C 由w3c从斯坦福大学的本体语言发展而来的 3 OWLOntologies的组成 OWLOntologies与基于Protegeframe的本体语言在组成上比较相似 但是从专业术语上来描述时他们又有着细微的不同 OWLOntologies是由个体 Individuals 属性 Properties 类 Classes 组成 大致对应于Protegeframe的Instances Slots Classes 3 1Individuals 个体 指的是在域 domain 中我们感兴趣的对象 类中的一个实例 Individuals必须明确的声明彼此之间是否相同 不同的名字可能指的是相同的Individuals 3 2Properties 属性 指的是Individuals上二元关系 他连接着两个Individuals 如 小三的父亲叫大三 其中 的父亲叫 就连接着小三和大三两个Individuals Properties可以存在reverse 如上所示 的父亲叫 的reverse就是 的儿子叫 Properties可以被限定成单值 此时Properties是functional的 后面介绍 Properties也可以是transitive 可传递的 或symmetric 对称的 后面介绍 3 3Classes可以看作是包含Individuals的集合 我们使用正式而精准的形式来描述Classes Classes通常被组织成supperclass subclass形式的层状结构 比如 动物和狗 4创建本体myPizza PizzaBase是Pizza结构之一 中文叫 饼底 主要由面粉做成 是Pizza的主体 和pizzatoppings 比萨饼面 一起构成整个Pizza 4 1命名一个Classes 采用单词首字母大写方式 类似于java中类的命名 一个初始化的本体包含一个名字叫做Thing的classes 他表示包含所有individuals的集合 所以 所有的其他classes都是他的subclasses 4 2Disjoint 解体 Classes如果任意一个Individuals 或Object 仅仅是众多Classes中某一个的实例 instance 那么这些Classes是Disjoint的 4 3UsingTheOWLToolsToCreateClasses PizzaBase子类ThinAndCrispy和DeepPan PizzaTopping子类如下CheeseMozzarellaParmezanMeatHamPepperoniSalamiSpicyBeefSeaFoodAnchovyPrawnTunaVegtableCaperMushroomOliveOnionPepperRedPepperGreenPepperJalapenoPepperTomato 4 4subclass到底是什么意思呢 例如 狗 是 动物 的subclass 那么 狗 的instance也是 动物 的instance 一个东西是狗 那么他一定是动物 这和java中的子类父类貌似是一样的 4 5 OWLProperties 概述 OWLPropertiesrepresentrelationships Therearetwomaintypesofproperties ObjectpropertiesandDatatypeproperties Objectpropertiesarerelationshipsbetweentwoindividuals 先介绍Objectproperties 如下是Objectproperties和Datatypeproperties Objectpropertieslinkanindividualtoanindividual hasIngredien子hasBasehasTopping 我们可以创建Subproperties 它用来限定Supperproperties的范围 Forexample thepropertyhasFathermightspecialise 限定范围 themoregeneralpropertyofhasParent 小明有父亲大明 那么我们也可以说小明的双亲有大明 有父亲 就是 有双亲 的subproperty 4 6InverseProperties 逆属性 isIngredientOf子isBaseOfisToppingOf 如该例中 hasBase和isBaseOf就是一对InversePropertiesForexample ifMatthewhasParentJean thentheinversepropertywecaninferthatJeanhasChildMatthew 4 7OWLObjectPropertyCharacteristics 特征 OWL允许通过使用propertycharacteristics来增强properties的含义 内涵 1 FunctionalProperties Ifapropertyisfunctional foragivenindividual therecanbeatmostoneindividualthatisrelatedtotheindividualviatheproperty 也就是说 Properties是单值的 例如 hasBirthMother 这个就是functional的 因为一个人他只能有一个生母 另外 IfwesaythattheindividualJeanhasBirthMotherLilyandwealsosaythattheindividualJeanhasBirthMotherMary thenbecausehasBirthMotherisafunctionalproperty wecaninferthatLilyandMarymustbethesameindividual 但是如果Lily和Mary明确的声明为两个不同的Individuals 那么就会出现矛盾 inconsistency 2 InverseFunctionalProperties 就是FunctionalProperties的inverse如下 3 TransitiveProperties Ifapropertyistransitive andthepropertyrelatesindividualatoindividualb andalsoindividualbtoindividualc thenwecaninferthatindividualaisrelatedtoindividualcviapropertyP 如下 注 a Ifapropertyistransitivethenitsinversepropertyshouldalsobetransitive 祖先那个例子 b ifapropertyistransitivethenitcannotbefunctional 4 Symmetric 对称 Properties IfapropertyPissymmetric andthepropertyrelatesindividualatoindividualbthenindividualbisalsorelatedtoindividualaviapropertyP 如下 5 Antisymmetric 反对称 properties IfapropertyPisantisymmetric andthepropertyrelatesindividualatoindividualbthenindividualbcannotberelatedtoindividualaviapropertyP 如下 6 Re exive 自反 properties ApropertyPissaidtobere exivewhenthepropertymustrelateindividualatoitself 如下 7 Irre exive 非自反 properties IfapropertyPisirre exive itcanbedescribedasapropertythatrelatesanindividualatoindividualb whereindividualaandindividualbarenotthesame 也就是说 这种properties只能连接不同的individuals 如 小明的父亲是大明 那么我们不能说小明的父亲是小明 4 8PropertyDomainsandRanges 定义hasTopping的RangePizzaToppingdomainPizza 定义isToppingOf的RangePizzadomainPizzaTopping Propertiesmayhaveadomainandarangespeci ed 指定的 Propertieslinkindividualsfromthedomaintoindividualsfromtherange 例如 inmyPizza本体 thepropertyhasToppingwouldprobablylinkindividualsbelongingthetheclassPizzatoindividualsbelongingtotheclassofPizzaTopping InthiscasethedomainofthehasToppingpropertyisPizzaandtherangeisPizzaTopping 另外 如果有ahasToppingb 并且a与b都是individuals 那么我们就可以说a属于classPizza b属于classPizzaTopping 通常来说 domainforapropertyistherangeforitsinverse andtherangeforapropertyisthedomainforitsinverse 4 9描述和定义Classes 4 9 1PropertyRestrictionsOwl的restriction有三种 QuantifierRestrictionsCardinalityRestrictionshasValueRestrictions 1 quantifierrestrictions existentialrestrictions和universalrestrictions Existentialrestrictions describeclassesofindividualsthatparticipateinatleastonerelationshipalongaspeci edpropertytoindividualsthataremembersofaspeci edclass 例子 我至少 atleastone 买了一袋饼干从好又多超市 再比如 我做的蛋糕 上面至少覆盖了一层紫色奶酪 Pizza限制hasBasesomePizzaBase universalrestrictions describeclassesofindividualsthatforagivenpropertyonlyhaverelationshipsalongthispropertytoindividualsthataremembersofaspecifiedclass 例子 我买的东西都是从好又多市 或者我买东西只 only 从好又多超市 注 Arestrictiondescribesananonymousclass anunnamedclass Theanonymousclasscontainsalloftheindividualsthatsatisfytherestriction 例如 Existentialrestrictions 上面至少覆盖了一层紫色奶酪 这句话就描述了一个匿名类 任何上面覆盖至少一层紫色奶酪的individuals都属于该匿名类的 我做的蛋糕 这个类也属于这个匿名类 所以当我们对一个类进行限制时 在supperclass里定义 2定义一些其他的类 一些使用技巧 Pizza子类NamedPizza NamedPizza子类MargheritaPizzahasatleastonetoppingsofMozzarellaToppingandTomatoTopping 创建AmericanaPizza通过克隆MargheritaPizza因为他扩展了一个限制PepperoniTopping 创建AmericanHotPizza通过克隆AmericanaPizza增加限制JalapenoPepperTopping 创建SohoPizza克隆MargheritaPizza增加OliveTopping和ParmezanTopping 4 10使用Reasoner 推理机 thereasonershippedwithProt eg eiscalledFact 两种hierarchy InProt eg e4the manuallyconstructed classhierarchyiscalledtheassertedhierarchy Theclasshierarchythatisautomaticallycomputedbythereasoneriscalledtheinferredhierarchy 主要功能 1 判断一个类是否是另一个类的子类2 consistencychecking 一致性检测 为了使用推理机 我们先定义一个矛盾的类ProbeInconsistentTopping 让他既是CheeseTopping又是VegetableTopping的子类 前提是这两个类是disjoint的 Ifaclasshasbeenfoundtobeinconsistentit siconwillbehighlightedinred 将CheeseToppingVegetableTopping设为非disjoint的之后 再Classify 观察结果 4 11充分必要条件 primitiveclass和definedclass Alloftheclassesthatwehavecreatedsofarhaveonlyusednecessaryconditionstodescribethem Necessaryconditionscanbereadas Ifsomethingisamemberofthisclassthenitisnecessarytofulfilltheseconditions Withnecessaryconditionsalone wecannotsaythat Ifsomethingfulfillstheseconditionsthenitmustbeamemberofthisclass 只定义了必要条件的类叫做primitiveclass定义了充要条件的类叫做definedclass 定义Pizza的子类CheesyPizza定义限制hasToppingsomeCheeseTopping 将其转化为充分必要条件 Classify我们可以看出definedclass的不同 总结 ifclassAisnowdefinedusingnecessaryandsufficientconditions wecansaythatifanindividualisamemberoftheclassAitmustsatisfytheconditionsandwecannowsaythatifany random individualsatis estheseconditionsthenitmustbeamemberofclassA 4 12AutomatedClassification 自动分类 为什么要使用Reasoner 当我们创建了成百上千的类时 使用Reasoner来自动计算子类父类之间的关系将是十分必要的 没有了Reasoner我们很难保证大规模本体的健壮性和逻辑性 自动分类这项技术 使得本体可维护并且模块化 它不仅使得其他的本体和程序能够reuse我们定义的本体 而且还最大限度的减少了使用者在建立多继承类时的错误 使用OWLViz显示类的继承层次结构 4 13UniversalRestrictions QuantifierRestrictions 创建一个Pizza的子类VegetarianPizza 增加限制hasToppingonly CheeseToppingorVegtableTopping ThismeansthatifsomethingisamemberoftheclassVegetarianPizzaitisnecessaryforittobeakindofPizzaanditisnecessaryforittoonly universalquanti er havetoppingsthatarekindsofCheeseToppingorkindsofVegetableTopping 也可以没有 比如 中国现在实行计划生育 如果夫妻有了孩子那么只能有一个 但是这个夫妻也可以没有孩子 那么就不存在only这个限制 将上面的必要条件转化为充分条件 4 14AutomatedClassificationandOpenWorldReasoning 使用推理机进行自动分类 我们发现MargheritaPizza和SohoPizza并没有被归类为VegetarianPizza的子类 但是按照我们的定义 MargheritaPizza和SohoPizza都至少有个蔬菜的顶部和奶酪的顶部 再看VegetarianPizza的充要条件 onlyhave蔬菜的顶部和奶酪的顶部的pizza都是VegetarianPizza 但是ReasoninginOWL DescriptionLogics isbasedonwhatisknownastheopenworldassumption OWA 意思是 除非我们明确的说明某个事物的存在 否则我们就不能说他是存在的 分析上面的 因为我们没有明确的指定他们只有奶酪和蔬菜顶 那么他们就可以有其他的顶部 这样的话 他们就不符合VegetarianPizza的充要条件了 为了使这两种pizza只有蔬菜和奶酪顶部 我们就得在hasTopping上使用closureaxiom 封闭公理 4 14 1ClosureAxioms 封闭公理 itcanonlybefilledbythespecifiedfillers Therestrictionhasafillerthatistheunionofthefillersthatoccurintheexistentialrestrictionsfortheproperty 为MargheritaPizza的hasTopping添加封闭公理 hasToppingonly MozzarellaToppingorTomatoTopping 为其他几个pizza使用更方便的方法添加封闭公理 现在我们可以说 MargheritaPizza至少有一个MozzarellaTopping和TomatoTopping 并且thetoppingsmustonlybekindsofMozzarellaToppingorTomatoTopping Classify之后我们看结果 4 15ValuePartitions ValuePartitionsare他并不属于任何一种本体语言的一部分 而是一种设计模式 类似于面向对象程序设计中的设计模式 它可以改善我们对类的描述 创建thing的子类ValuePartition ValuePartition的子类SpicinessValuePartition HotMediumMild 创建ObjectPropertyhasSpiciness并使其functional 为SpicinessValuePartition增加coveringaxiom在equivalent里面输入HotorMediumorMild 这种设计模式的效果我们可以看个对比图 disjoint 关键词 4 16AddingSpicinesstoPizzaToppings 对PepperTopping的所有子类设置必要条件hasSpicinesssomeHot 定义Pizza的子类SpicyPizza设置必要条件 hasToppingsome PizzaToppingandhasSpicinesssomeHot 将必要条件化为充要条件 Fillter描述了一个匿名类 这个顶是Pizzatopping 并且特别辣 Classifiy之后我们发现AmericanHotPizza成为了SpicyPizza的子类 4 17CardinalityRestrictions Owl的restriction中的第二种 describetheclassofindividualsthathaveatleast min atmost max orexactlyaspecifiednumber exactly ofrelationshipswithotherindividualsordatatypevalues 创建Pizza的子类InterestingPizza定义必要条件hasToppingmin3 注意 我们这里3后面并没有指定fillter是什么 代表可以是任意的individuals 等价于 hasToppingmin3Thing 转化为充要条件 Classify之后观察 4 18Qualified 受限的 CardinalityRestrictions 他比上面的morespecify 定义NamedPizza的子类FourCheesePizza定义必要条件hasToppingexactly4CheeseTopping 5 DatatypeProperties describerelationshipsbetweenanindividualanddatavalues 现在来描述pizza所含的热量 增加DatatypePropertieshasCalorificContentValue 增加individualExampleMargherita其type是MargheritaPizza 为该对象增加DataPropertyassertion其中type选择integer值填写250 增加individualExampleSoho其type是SohoPizza 为该对象增加DataPropertyassertion其中type选择integer值填写800 我们声明所有的pizza都有热量值 选定Pizza类 增加Supperclass选择Datarestrictioncreator 我们对pizza的热量值进行分类 产生不同的pizza 创建HighCaloriePizza和LowCaloriePizza作为Pizza的子类 创建SupperClass选择Classexpressioneditor 键入PizzathathasCalorificContentValuesomeinteger 400 同理LowCaloriePizza应当是 400 分别将他们设为充要条件 Classify之后我们看他们的members 某一确定的Pizza他所含的热量是固定的 也就是说是单值的 我们可以使用functional来限定DataProperty 选定hasCalorificContentValue选中functional 6 MoreOnOpenWorldReasoning 这部分主要展示了OpenWorldReasoning中的细微差别 创建NonVegetarianPizza类 作为VegetarianPizza类的complement 使他们disjoint 双击Supperclass中的pizza 添加PizzaandnotVegetarianPizza 转换为充分必要条件 Classify 之后观察 我们创建一个类 doesnothaveaclosureaxiom 封闭公理 onthehasToppingproperty 创建NamedPizza的子类UnclosedPizza 必要条件 hasToppingsomeMozzarellaTopping Classify 之后观察UnclosedPizza既不是VegetarianPizza也不是NonVegetarianPizza 前面封闭公理部分已经讲过了原因 我们创建一个类 doesnothaveaclosureaxiom 封闭公理 onthehasToppingproperty 创建NamedPizza的子类UnclosedPizza 必要条件 hasToppingsomeMozzarellaTopping Classify 之后观察UnclosedPizza既不是VegetarianPizza也不是NonVegetarianPizza 前面封闭公理部分已经讲过了原因 7 CreatingOtherOWLConstructs 7 1CreatingIndividuals我们现在来描述pizza饼起源的国家 创建Thing的子类Country 创建individual ItalyEnglandAmericaFrance 因为相同的individual可以有不同的名称 是他们Differentfromeachother 7 2hasValueRestrictions Owl的restriction中的第三种 描述的是两个individual之间至少有的关系P 创建Objectproperty hasCountryOfOrigin 选定MozzarellaTopping增加必要条件hasCountryOfOriginvalueItaly 7 3EnumeratedClasses 选定Country类 在Equivalentclass处增加 America England France Italy 意思是如果一个individual他属于Country 那么他一定属于这几个国家中的一个