II. Razonamiento con conocimiento preciso

Transcripción

1 II. Razonamiento con conocimiento preciso Tema 4 Web Semántica y Web de Datos (Linked Data) Sistemas Basados en el Conocimiento Grado en Ingeniería Informática 1

2 Razonamiento con conocimiento preciso Tema 2. Sistemas Basados en Reglas Tema 3. Repaso de Lógica Tema 4. Web Semántica y Web de Datos 2

3 Referencias W3C Semantic Web Activity ( 2001/sw/) Foundations of Semantic Web Technologies. P. Hitzler, M. Krötzsch, S. Rudolph. CRC Press A Semantic Web Primer. Grigoris Antoniou y Frank van Harmelen. The MIT Press Semantic Web: Concepts, Technologies and Applications. K. Breitman, M. A. Casanova, W. Truszkowski. Springer

4 Índice Introducción a la Web Semántica Lenguajes de Ontologías Consulta de información en la Web Semántica Herramientas y Aplicaciones La Web de Datos (Linked Data) 4

5 Índice La Web Semántica Lenguajes de Ontologías RDF RDF Schema OWL Consulta de información en la Web Semántica SPARQL Herramientas y Aplicaciones La Web de Datos (Linked Data) 5

6 La Web Semántica Visión: the idea of having data on the Web defined and linked in a way that it can be used by machines not just for display purposes, but for automation, integration and reuse of data across various applications [W3C Semantic Web Activity ( Para ello Lenguajes para representar conocimiento (ontologías) RDF, RDF(S), OWL Lenguajes de consulta SPARQL Herramientas 6

8 RDF Resource Description Framework Recomendación del W3C Expresar información sobre recursos en la Web documentos, personas, objetos físicos y abstractos, etc. se identifican con IRIs ("International Resource Identifier ) Modelo de datos equivalente a una red semántica 8

9 RDF: Ejemplo 9

10 RDF Un grafo RDF es un conjunto de Sentencias (arcos) Sentencia = tripla (Sujeto, Predicado, Objeto) Sujeto: recurso (URI) o blank node Predicado/Propiedad: relación binaria (IRI) Objeto: IRI, literal o blank node Sujeto Predicado Objeto 10

11 RDF: Ejemplo 11

12 RDF: Serialización Varios formatos de representación (serialización) N-Triples Turtle TriG N-Quads JSON-LD RDFa (para incluir en HTML) RDF/XML 12

13 RDF: Serialización. Turtle < < < < < "August 16, 1999". < < "en". O más ex: exstaff: < exterms: dc: < ex:index.html dc:creator exstaff: ex:index.html exterms:creation-date "August 16, 1999". ex:index.html dc:language "en". ex:index.html dc:creator exstaff:85740 ; exterms:creation-date "August 16, 1999" ; dc:language "en". ; (compartir sujeto), (compartir sujeto-pred) a (rdf:type) [] (blank nodes) () rdf: < 13

14 RDF: Sintaxis XML. Ejemplo <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" xmlns:exterms=" <rdf:description rdf:about=" <exterms:creation-date>august 16, 1999</exterms:creation-date> </rdf:description> <rdf:description rdf:about=" <dc:language>en</dc:language> </rdf:description> <rdf:description rdf:about=" <dc:creator rdf:resource=" </rdf:description> </rdf:rdf> <rdf:description rdf:about=" <exterms:creation-date>august 16, 1999</exterms:creation-date> <dc:language>en</dc:language> <dc:creator rdf:resource=" </rdf:description> 14

15 RDF: Nodos Anónimos (Blank Nodes) Nodos sin URI (no es necesaria) Son independientes entre sí exstaff:85740 exterms:address _:johnaddress. _:johnaddress exterms:street "1501 Grant Avenue". _:johnaddress exterms:city "Bedford". _:johnaddress exterms:state "Massachusetts". _:johnaddress exterms:postalcode "01730". Otra forma: exstaff:85740 exterms:address [ exterms:street "1501 Grant Avenue" ; exterms:city "Bedford"; exterms:state "Massachusetts"; exterms:postalcode "01730" ]. 15

16 RDF: Literales Tipos de datos Se puede asociar un tipo a los literales: valor ^^<tipo> Se recomienda usar XML Schema datatypes (xsd= xsd:string, xsd:integer, xsd:date, Se pueden etiquetar strings indicando el idioma Ejemplo ex:index.html exterms:creation-date " "^^xsd:date. exstaff:85740 exterms:postalcode "01730"^^xsd:integer. exstaff:85740 exterms:birthplacename "Boston"@en. 16

17 RDF: Contenedores y Colecciones Contenedores rdf:bag: el orden no importa. Puede contener duplicados. rdf:seq: el orden es importante rdf:alt: alternativas propiedades rdf:_1, rdf:_2, rdf:_3, Observación: los contenedores son abiertos Colecciones Permiten representar colecciones cerradas rdf:list, rdf:first,rdf:rest, rdf:nil 17

18 RDF: Reificación Mecanismo para convertir una sentencia en un recurso Vocabulario Sentencia: rdf:statement rdf:subject, rdf:predicate, rdf:object Ejemplo: (ex:index.html dc:creator exstaff:85740.) ex:triple1 rdf:type rdf:statement. ex:triple1 rdf:subject ex:index.html. ex:triple1 rdf:predicate dc:creator. ex:triple1 rdf:object exstaff: ex:triple1 rdf:type rdf:statement ; rdf:subject ex:index.html ; rdf:predicate dc:creator ; rdf:object exstaff:

20 RDF Schema (RDFS) En RDF hablamos de objetos individuales (recursos) Nos gustaría razonar sobre clases que definen tipos de objetos Por ejemplo, para evitar sentencias como (válidas en RDF): SBC es impartida por SBC (restricción de rango) Solución ex:sbc ex:impartida_por ex:sbc. Casa es impartida por Juan (restricción de domino) ex:casa ex:impartida_por ex:juan. Clases, relaciones, restricciones de dominio y rango, Ejemplo: Las asignaturas deben ser impartidas por miembros del personal académico 20

21 RDF Schema (RDFS) Recomendación del W3C RDFS extiende RDF con nuevas primitivas Define a un lenguaje básico para describir ontologías Fija la semántica de subclase de Jerarquías de clases y propiedades Herencia Restricciones de dominio y rango 21

22 RDF Schema rdfs: < Clases (rdfs:class) e Instancias (rdf:type) Definición de Clases ex:asignatura rdf:type rdfs:class. rdfs:class rdf:type Instancias ex:ic rdf:type ex:asignatura. ex:asignatura rdf:type Jerarquías de clases (rdfs:subclassof) ex:catedratico rdfs:subclassof ex:personaldocente. ex:ic ex:catedrático rdfs:subclassof ex:personaldocente 22

23 RDF Schema (RDFS) Propiedades (rdf:property) ex:impartida_por rdf:type rdf:property. Restricciones propiedades (rdfs:domain, rdfs:range) ex:impartida_por rdfs:domain ex:asignatura; rdfs:range ex:personaldocente. Jerarquías de propiedades (rdfs:subpropertyof) ex:impartida_por rdfs:domain ex:asignatura; rdfs:range ex:personaldocente; rdfs:subpropertyof ex:involucra. 23

24 RDF Schema (RDFS) Clase rdfs:domain propiedad rdfs:domain ex:asignatura rdf:type ex:involucra ex:impartida_por rdfs:subpropertyof ex:contratado Doctor rdfs:range rdfs:subclassof rdfs:range ex:personal Docente ex:personal rdfs:subclassof rdfs:subclassof ex:profesor Funcionario rdfs:subclassof rdfs:subclassof RDF Schema ex:profesor Titular rdf:type ex:catedrático RDF ex:ic ex:impartida_por ex:alberto Fdez 24 24

25 RDF Schema (RDFS) Primitivas Clases rdfs:resource, rdfs:literal, rdf:xmlliteral, rdfs:class, rdf:property, rdfs:datatype Propiedades rdf:type, rdfs:subclassof, rdf:subpropertyof, rdfs:domain, rdfs:range, rdfs:label, rdfs:comment Contenedores rdfs:container, rdf:bag, rdf:seq, rdf:alt, rdfs:containermembershipproperty, rdfs:member Colecciones rdf:list, rdf:first, rdf:rest, rdf:nil Reificación rdf:statement, rdf:predicate, rdf:subject, rdf:object Otros rdfs:seealso, rdfs:isdefinedby, rdf:value 25

26 RDF Schema (RDFS) ex:persona rdf:type rdfs:domain ex:posee rdf:type rdfs:range ex:pez rdf:type ex:wendy ex:posee ex:wanda Violación de la restricción: El rango de posee es Pez. O No hay inconsistencia: Wanda es un pez! Sirena? 26

27 RDF Schema (RDFS) Algunas otras propiedades rdfs:comment: descripción legible (por humanos) del recurso rdfs:label: versión legible del nombre del recurso rdfs:seealso: para indicar un recurso con información adicional dbpedia:spain rdfs:comment "España es un país..."; rdfs:label "España"; rdfs:seealso < 27

28 RDF Schema (RDFS) Algunas limitaciones de RDFS Básicamente permite la organización de vocabularios en jerarquías Ámbito local de las propiedades Las restricciones de rango no se pueden aplicar a algunas clases solamente (ej: las vacas sólo comen hierba) No permite expresar: Clases disjuntas Ejemplo: masculino y femenino Combinación booleana de clases Ejemplo: Persona = Hombre Mujer Restricciones de cardinalidad Características especiales de las propiedades Transitiva, simétrica, inversa de, 28

29 Índice Introducción a la Web Semántica Lenguajes de Ontologías RDF RDF Schema OWL Consulta de información en la Web Semántica SPARQL Herramientas y Aplicaciones La Web de Datos (Linked Data) 29

30 OWL Web Ontology Language Recomendación del W3C Es un lenguaje para describir ontologías Se construye sobre RDFS, añadiendo primitivas (IRIs) para aumentar la owl: < 30

31 OWL Cabecera owl:ontology owl:imports: URI ontología owl:versioninfo owl:priorversion: URI ontología owl:backwardcompatiblewith owl:incompatiblewith: no es compatible hacia atrás owl:deprecatedclass owl:deprecatedproperty <owl:ontology rdf:about=""> <owl:versioninfo>v 1.1</owl:versionInfo> <rdfs:comment>an example ontology</rdfs:comment> <owl:imports rdf:resource=" <owl:backwardcompatiblewith rdf:resource=" <owl:priorversion rdf:resource=" </owl:ontology> 31

32 OWL Clases owl:class owl:class es subclase de rdfs:class ex:asignatura rdf:type owl:class. rdfs:subclassof (v) owl:thing: > (superclase de todas las clases) owl:nothing:? (subclase de todas las clases) 32

33 OWL Propiedades owl:objectproperty: relaciona instancias de dos clases owl:datatypeproperty: relaciona instancias con Literales y tipos de datos XML Schema rdfs:subpropertyof (r 1 v r 2 en H) rdfs:domain (9r.> v C o > v 8r.C) rdfs:range (> v 8r.C) 33

34 OWL Características de propiedades owl:transitiveproperty: (r + ) p(x,y) p(y,z) p(x,z) (ej: antepasado de ) owl:symmetricproperty: (r r ) p(x,y) p(y,x) (ej: familiar de ) owl:functionalproperty: (> v 1 r) p(x,y) p(x,z) y = z (ej: año nacimiento ) owl:inverseof: (r ) p 1 (x,y) p 2 (y,x) (ej: p 1 = profesor de, p 2 = alumno de ) owl:inversefunctionalproperty: (> v 1 r - ) p(y,x) p(z,x) y = z (ej: nº móvil ) 34

35 OWL Restricciones de propiedades owl:restriction owl:onproperty owl:allvaluesfrom: (8r.C) ex:vaca rdf:type owl:class; rdfs:subclassof ex:animal; rdfs:subclassof [rdf:type owl:restriction; owl:onproperty ex:come; owl:allvaluesfrom ex:hierba]. owl:somevaluesfrom: (9r.C) owl:cardinality owl:maxcardinality ( n r) owl:mincardinality ( n r) owl:hasvalue (9r.{a}) 35

36 OWL Clases complejas owl:intersectionof: (C u D) owl:unionof: (C t D) owl:complementof: ( C) owl:disjointwith: (C v D) clases disjuntas owl:oneof: ({a,b,c} en O) enumera los individuos que pertenecen a una clase. Ej: {Rojo, Ambar, Verde}. ex:colorsemaforo rdf:type owl:class; owl:oneof (ex:rojo ex:ambar ex:verde). 36

37 OWL Ontology mapping owl:equivalentclass ( ) ex:pais owl:equivalentclass < owl:equivalentproperty ( en H) owl:sameas: ({x} {x}) dos URIs representan el mismo individuo ex:spain owl:sameas < owl:differentfrom: ({x} {x}) dos URIs no representan el mismo individuo owl:alldifferent owl:distinctmembers [rdf:type owl:alldifferent; owl:distinctmembers (ex:rojo ex:ambar ex:verde)]. 37

38 OWL Anotaciones rdfs:label rdfs:comment rdfs:seealso rdfs:isdefinedby owl:annotationproperty owl:ontologyproperty 38

39 OWL: ejemplos de inferencias Ejemplo disjointwith Profesor owl:subclassof PersonalDocente. Libro owl:subclassof Publicación. PersonalDocente owl:disjointwith Publicación. Se infiere: Profesor y Libro son disjuntos Ejemplo owl:equivalentclass Hombre owl:subclassof Persona Persona owl:equivalentclass Humano Se infiere: Hombre es subclase de Humano Ejemplo instancias A Semantic Web Primer rdf:type Libro Libro owl:subclassof Publicación Se infiere: A Semantic Web Primer es una Publicación 39

40 OWL y LD: Resumen LD OWL > Thing? Nothing C u D intersectionof C t D unionof C complementof 8r.C allvaluesfrom 9r.C somevaluesfrom C v D subclassof C D equivalentclass r - inverseof n r mincardinality n r maxcardinality LD OWL C v D disjointwith {a} {b} sameas {a} v {b} differentfrom r 1 v r 2 subpropertyof {a,b,c} oneof 9r.{a} hasvalue r + TransitiveProperty r s equivalentproperty > v 1 r FunctionalProperty > v 1 r - InverseFunctionalProperty r r - SymmetricProperty 40

42 SPARQL Query Language for RDF Recomendación del W3C Lenguaje de consulta de contenidos RDF Sintaxis estilo SQL 42

43 SPARQL Estructura de una consulta: [ PREFIX rdf: < PREFIX rdfs: < ] SELECT... [FROM...] WHERE {... } [Modificadores] 43

44 SPARQL Patrones básicos PREFIX rdf: < PREFIX : < SELECT?nom?ape WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape.?x rdf:type :Empleado. } Observaciones SELECT * selecciona todas las variables En el ejemplo: SELECT * = SELECT?nom?ape?x También: {?x :nombre?nom ; :apellido?ape ; a :Empleado. } 44

45 SPARQL Literales Etiquetas de idioma Madrid, y son valores distintos Tipos numéricos 123"^^< es lo mismo que 123 (y que "123"^^xsd:integer) con: PREFIX xsd: < Tipos arbitrarios "abc"^^ex:tipot SELECT?s WHERE { }?s?p "abc"^^ex:tipot. 45

46 SPARQL Crear valores con expresiones En SELECT SELECT (CONCAT(?nom, " ",?ape) AS?nombre) WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape. } Con BIND SELECT?nombre WHERE { }?x :nombre?nom.?x :apellido?ape. BIND(CONCAT(?nom, " ",?ape) AS?nombre) 46

47 SPARQL Restricciones (FILTER) Numéricas SELECT?nom?ape WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape.?x :nacido_en?pais.?pais :poblacion?hab. FILTER (?hab >= ).} Strings Otros FILTER (regex(?nom, Alberto", "i")) FILTER (regex(str(?nom), ^Al")) regex como en XQuery 1.0 y XPath 2.0 FILTER (?fecha > " "^^xsd:date &&?fecha < " "^^xsd:date ) 47 Algunos Operadores Lógicos:!, &&, Aritméticos: +, -, *, / Comparación: =,!=, >, <,>=,<=...

48 SPARQL Grupos de patrones SELECT?nom?ape WHERE { {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape.?x :nacido_en?pais.?pais :poblacion?hab. FILTER (?hab >= ). } {?x rdf:type :Empleado.} } 48

49 SPARQL Patrones opcionales (OPTIONAL) SELECT?nom?ape?nac? WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape.?x rdf:type :Empleado. OPTIONAL {?x :año_nac?nac.?x : ? .} } Ojo! es distinto a: SELECT?nom?ape?nac? WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape.?x rdf:type :Empleado. OPTIONAL {?x :año_nac?nac.} OPTIONAL {?x : ? .} } 49

50 SPARQL Patrones alternativos (UNION) SELECT?nom?a WHERE { {?x :nombre?nom.?x rdf:type :Empleado.} UNION {?x :name?nom.?x rdf:type :Employee.}?x :año_nac?a. } 50

51 SPARQL Negación Comprobando ausencia SELECT?nom?ape WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape. FILTER NOT EXISTS {?x rdf:type :Empleado} } Eliminando posibles soluciones SELECT?nom?ape WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape. MINUS {?x rdf:type :Empleado} } 51

52 SPARQL Agregados COUNT, SUM, MIN, MAX, AVG, GROUP_CONCAT, SAMPLE SELECT (SUM(?sueldo) AS?totalSueldos) WHERE {?x rdf:type :Futbolista.?x :equipo?equi.?x :salario?sueldo. } GROUP BY?equi HAVING (SUM(?sueldo) > 20) 52

53 SPARQL RDF Datasets Un RDF dataset representa una colección de grafos RDF Grafo por defecto (default graph) Cero o más grafos nombrados (named graphs) PREFIX ex: < default graph SELECT?nom?ape FROM < FROM NAMED < FROM NAMED < WHERE { GRAPH ex:datos2 {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape. } } 53

54 SPARQL Consultas Federadas SELECT?nom?ape WHERE {?x rdf:type :Empleado. SERVICE < {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape. } } 54

55 SPARQL Otras Subqueries Asignaciones BIND (?precio*(1+?iva) AS?total) Property Paths Ej: {?x rdf:type/rdfs:subclassof*?type } Modificar los grafos del dataset (UPDATE) 55

56 SPARQL Modificadores de resultados ORDER BY SELECT?nom?ape WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape. } ORDER BY?ape DESC(?nom) DISTINCT: evita soluciones duplicadas SELECT DISTINCT?nom?ape OFFSET / LIMIT SELECT?nom?ape WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape.} ORDER BY?ape LIMIT 5 OFFSET 3 56

57 SPARQL Formas de consulta SELECT ASK devuelve si existe o no alguna solución DESCRIBE Grafo RDF con datos de los objetos indicados depende del servidor DESCRIBE?pais WHERE {?x :nombre?nom.?x :nacido_en?pais.?pais :poblacion?hab. FILTER (?hab >= ).} CONSTRUCT genera un grafo RDF 57

58 SPARQL CONSTRUCT CONSTRUCT {?x :tienetio?her. WHERE?her :tienesobrino?x.} {?x :tienepadre?padre. }?padre :tienehermano?her. CONSTRUCT {?x o2:hasparent?padre. WHERE?padre o2:hasbrother?her.} {?x o1:tienepadre?padre.?padre o1:tienehermano?her. } 58

59 SPARQL Endpoints Aceptan consultas SPARQL y devuelven los resultados por HTTP Formatos de resultados KML, JSON, RDF (RDF/XML, N-Triples, Turtle, etc.), HTML, Tipos Genéricos Específicos 59

61 Herramientas Validadores RDF: OWL: Jena A Semantic Web Framework for Java Entorno de programación para RDF, RDFS, OWL, SPARQL SESAME Entorno de programación para RDF y RDFS Protégé: editor de ontologías RDF, RDFS, OWL 61

62 Aplicaciones Anotación de datos no estructurados Integración de datos Web de Datos (Linked Data) 62

63 Anotación de datos no estructurados Ejemplo: Anotación de páginas Web: <div> <h2>the trouble with Bob</h2> <h3>alice</h3>... </div> RDFa ( <div xmlns:dc=" <h2 property="dc:title">the trouble with Bob</h2> <h3 property="dc:creator">alice</h3>... </div> 63

64 Integración de datos [ 64

65 Integración de datos [ [ 65

67 Web de Datos (Linked Data) Queremos consultar información del tipo: Porteros de fútbol, que han jugado en algún equipo con un estadio de más de localidades y que han nacido en un país de más de 10 millones de habitantes Pasar de la Web de Documentos a la Web de los Datos Linked Data (vídeo 16 min) Linking Open Data (LOD) Web de Datos Abiertos 67

68 Web de Datos (Linked Data) Principios de Linked Data 1. Usar URIs para identificar cosas 2. Usar el protocolo HTTP para esas URIs 3. Proporcionar información útil en esas direcciones, usando estándares (RDF, SPARQL) 4. Incluir enlaces a otras URIs 68

69 Web de Datos (Linked Data) Mayo datasets Linking Open Data cloud diagram, by Richard Cyganiak and Anja Jentzsch. 69

70 Web de Datos (Linked Data) Septiembre datasets Linking Open Data cloud diagram, by Richard Cyganiak and Anja Jentzsch. 70

71 Web de Datos (Linked Data) Julio datasets Linking Open Data cloud diagram, by Richard Cyganiak and Anja Jentzsch. 71

72 Web de Datos (Linked Data) Sept datasets 72 Linking Open Data cloud diagram, by Richard Cyganiak and Anja Jentzsch.

73 Web de Datos (Linked Data) Agos datasets 73 "Linking Open Data cloud diagram 2014, by Max Schmachtenberg, Christian Bizer, Anja Jentzsch and Richard Cyganiak.

74 Linked Data Generación de Datos A partir de repositorios existentes, p.e. BD Relacionales, XML, CSV y hojas de cálculo, etc. a Linked Data Transformación de información R2O and ODEMapster OBDI NOR2O Jena geometry2rdf Generación dinámica D2RQ Platform Triplify Ultrawrap 74

75 Linked Data Publicación de datos Virtuoso Open Source Edition D2R Server AllegroGraph RDFStore Joseki Sesame 75

76 Linked Data Visualización de datos Pubby SNORQL Disco Hyperdata Browser 76

77 Linked Data: integración de datos [ [ 77

78 Web de Datos (Linked Data) Algunas fuentes de datos Dbpedia: UK Government: New York Times: Linked Movie Data Base: Musicbrainz: Información

79 Ejemplo: DBPedia Pone disponible a información existente en la Wikipedia Generación de datos A partir de información estructurada de la Wikipedia Publicación de datos OpenLink Virtuoso SPARQL endpoint público: 79

80 Ejemplo: DBPedia Visualización de datos Leipzig query builder OpenLink Interactive SPARQL Query Builder (isparql) SNORQL query explorer Cualquier otro cliente SPARQL Ejemplo de recurso: à 80

81 Ejemplo: DBPedia 81