Sieć Semantyczna i Ontologie

Sieć Semantyczna i Ontologie
dr inż. Tomasz Boiński
Tomasz Boiński: 1
Sieć Semantyczna
• projekt, który ma przyczynić się do utworzenia i
rozpowszechnienia standardów opisywania treści w
Internecie w sposób, który umożliwi maszynom i
programom przetwarzanie informacji w sposób odpowiedni
do ich znaczenia
• Semantic Web jest wizją Tima Bernersa-Lee (twórcy
standardu WWW i pierwszej przeglądarki internetowej, a
także przewodniczącego W3C). W swoich założeniach
Semantic Web ma korzystać z istniejącego protokołu
komunikacyjnego, na którym bazuje dzisiejszy Internet.
Różnica miałaby polegać na tym, że przesyłane dane
mogłyby być 'rozumiane' także przez maszyny. Owo
'rozumienie' polegałoby na tym, że dane przekazywane
byłyby w postaci, w której można by powiązać ich znaczenia
między sobą a także w ramach odpowiedniego kontekstu.
Tomasz Boiński: 2
Sieć Semantyczna
• Informacje przekazywane w ramach Semantic Web
wymagałyby nie tylko samych danych, ale także informacji
o tychże (tzw. meta-danych). To właśnie meta-dane
zawierałyby sformułowania dotyczące relacji między
danymi oraz prawa logiki, które można do nich zastosować.
• Dzięki temu można by:
– powiązać różne dane znajdujące się w Internecie w ramach wspólnych
jednostek znaczeniowych (np. strony dotyczące filmów, dziedzin nauki,
kuchni francuskiej, etc.)
– rozróżnić dane, które dla maszyn są w tej chwili nierozróżnialne ze względu
na identyczny zapis tekstowy (np. zamek - urządzenie do zamykania drzwi;
urządzenie do łączenia w ustalonym położeniu elementów ubrania; okazała
budowla mieszkalno-obronna)
– przeprowadzać na tychże danych wnioskowania , tzn. otrzymywać
informacje na ich temat, które nie są zawarte explicite
Tomasz Boiński: 3
Techniczne podstawy Semantic Web
• Semantic Web zbudowany ma być na bazie już istniejących,
wykorzystywanych i sprawdzonych standardów
internetowych, nadbudowanych przez kilka kolejnych
standardów.
• Każdy kolejny standard nakłada się na kolejny, dotycząc
innego poziomu abstrakcji
• Kolejne warstwy prezentują się następująco (od dołu):
–
–
–
–
–
–
–
Unicode
URI
XML i XML Schema
RDF i RDF Schema
OWL
mechanizmy wnioskowania
mechanizmy certyfikacji i zaufania
Tomasz Boiński: 4
Techniczne podstawy Semantic Web
(c.d.)
• Unicode - jest standardem pozwalającym na wyrażenie w
języku maszyn dowolnego znaku pisanego, dowolnego
języka znanego na Ziemi. Standard ten rozwiązuje problem
niewygód związanych z prymatem w świecie komputerów
podstawowego alfabetu łacińskiego
• URI - standard zapewniającym unikatowość zasobów
internetowych. Ponieważ wszystkie dane przesyłane w
ramach Semantic Web będą zasobami internetowymi, będą
one wymagały także określenia dla nich identyfikatora.
Identyfikator będzie mógł składać się właśnie z zestawu
znaków Unicode.
• XML i XML Schema - standard pozwalający w ogólności na
zapis danych.
Tomasz Boiński: 5
Techniczne podstawy Semantic Web
(c.d.)
• Schematy XML wprowadzają ograniczenia dotyczące typu i
struktury danych. Zachowanie typu i struktury daje
gwarancję, że dane XML są poprawne w sensie
syntaktycznym (np. w polu, w którym oczekujemy wartości
liczbowej, wartość taka się pojawi)
• RDF i RDF Schema
– RDF jest standardem, który pozwala na zapis danych w postaci grafu
skierowanego. W grafie tym dane zawarte są w wierzchołkach a relacje
pomiędzy nimi i własności tychże znajdują się w krawędziach.
– Schematy RDF wprowadzają do grafów takie pojęcia jak klasy i podklasy,
pozwalające na wspólne grupowanie danych mających cechy wspólne.
Dowolna dana może znajdować się w wielu klasach.
• OWL - standard pozwalający na definiowanie klas na
podstawie własności danych, a także na definiowanie
logicznych charakterystyk relacji. OWL jest więc
standardem formalnie zapisującym ontologię.
Tomasz Boiński: 6
Techniczne podstawy Semantic Web
(c.d.)
• Mechanizmy wnioskowania - Język OWL pozwala na
definiowanie zależności między danymi, dzięki czemu
można przeprowadzać wnioskowanie. Jednakże osobną
sprawą jest przygotowanie odpowiednich mechanizmów,
które takie wnioskowanie przeprowadzą poprawnie, a
jednocześnie w odpowiednio szybkim czasie. Program,
przeprowadzający wnioskowanie nosi miano 'reasonera'.
• Mechanizmy certyfikacji i zaufania - Istnieją w tej chwili w
sferze rozważań teoretycznych. Mechanizmy te pozwoliłyby
na zestandaryzowanie i rozwiązanie problemów autoryzacji
użytkowników, identyfikacji ich zasobów, a także określenia
praw, na jakich te zasoby są przesyłane i mogą być
udostępniane.
Tomasz Boiński: 7
Semantic MediaWiki
• Rozszerzenie MediaWiki, czyli silnika napędzającego
Wikipedię i inne podobne serwisy.
• Umożliwia opatrzenie wpisów w Wikipedii znacznikami
pozwalającymi na ich jednoznaczną interpretację
• Tym samym bazę Wikipedii można traktować jak dużą bazę
danych
• Na tak oznaczonej bazie można wykonywać zapytania
zarówno w wewnętrznym języku SMW jak i SPARQL
• Obecnie trwają prace nad dodaniem tej funkcjonalności do
oryginalnej Wikipedii
Tomasz Boiński: 8
Ontologia – co to takiego?
• Termin "ontologia" cieszy się dużą popularnością w
informatyce oraz badaniach nad sztuczną inteligencją i
oznacza określony sposób formalizacji wiedzy.
• Ontologia zajmuje się odkrywaniem i opisywaniem „tego co
jest”, pewnym fragmentem rzeczywistości, mniej lub
bardziej dokładnie określonym. Aby zapewnić
jednoznaczność przekazu wiedzy na temat określonej
rzeczywistości, wykorzystuje się kategoryzację oraz
hierarchizację.
• Jest formalną reprezentacją zbioru pojęć oraz powiązań
między nimi zawartych w określonej domenie
Tomasz Boiński: 9
Kategoryzacja i hierarchizacja
• kategoryzacja – zdolność przyporządkowania symbolu
występującego w komunikacie do określonej grupy
obiektów, które to obiekty posiadają określone cechy, np.
„kot” – klasa kotów, pojęcie kot. Zestaw tych grup można
określić jako zewnętrzny model pojmowania świata.
• hierarchizacja – umiejscowienie określonej klasy w
hierarchicznej strukturze. Instancja klasy poza oczywistymi
charakterystykami wynikającymi z przynależności do klasy
posiada także cechy dziedziczone z klas nadrzędnych.
Tomasz Boiński: 10
Cechy ontologii
• Nie stanowi listy, katalogu czy taksonomii obiektów, stwarza
natomiast formalne przesłanki, wedle których takowe mogą
być budowane
• Jest oderwana od teorii poznania, powiązana jest z
obiektem, a nie jego subiektywnym odbiorem
• Musi uchwycić rzeczywistość na różnych poziomach
atomizacji, jak również relacje pomiędzy tymi warstwami
• Uznanie braku możliwości stworzenia jednej ogólnej
ontologii, istnienie wielu ontologii
• W przeciwieństwie do nauki relacje między obiektami nie są
ujęte funkcyjnie (zależności nie są ilościowe)
• Założenie otwartości świata
Tomasz Boiński: 11
RDF
• Każdy element świata rzeczywistego posiada swoją
reprezentację w postaci URI/IRI
• URI powiązane są ze sobą poprzez różnego rodzaju relacje
zapisane w postaci tzw. trójek
– podmiot, dopełnienie, orzeczenie
– podmiot, predykat, obiekt
• W RDF podmiot stanowi opisywany zasób, predykat określa
jaka jego własność jest opisywana, zaś obiekt stanowi
wartość tej własności. Podstawowym mechanizmem
wykorzystywanym przez RDF do identyfikacji podmiotu,
predykatu i obiektu jest URI.
Tomasz Boiński: 12
RDF (c.d.)
Tomasz Boiński: 13
Język OWL
• Najpopularniejszy obecnie język zapisu ontologii bazujący
na RDF
• Semantyka języka bazuje na Logice Opisowej, przez co jest
rozstrzygalny (poza dialektem Full)
• Jest bardzo podobny do RDF jednak jest językiem
silniejszym, o szerszym słowniku. Jest przez to prostszy w
interpretacji przez maszyny.
Tomasz Boiński: 14