Introducción a la Web Semántica

Transcripción

1 Introducción a la Web Semántica Alberto Fernández Gil alberto.fernandez@urjc.es Agentes y Web Semántica Máster en Sistemas Hardware y Software Avanzados

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

3 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)

4 La Web Semántica Qué es la Web? HTTP (cómo transferir datos) GET /index.htm URI (cómo referenciar los datos) HTML (cómo mostrar datos para los humanos) <html> <head> <title>grupo de Inteligencia Artificial</title> El problema con la Web Millones de documentos disponibles online. Problemas: Recuperación de los documentos adecuados Extracción de los datos relevantes (de dichos documentos) Combinación de información de diferentes fuentes

5 Recuperación de documentos adecuados Cuál es la página de publicaciones de Tim Berners-Lee?

6 Extracción de información Qué es un libro sobre la Web? Cuál es el precio?

7 Combinación de información Quiero la oferta más barata de A Semantic Web Primer

8 Combinación de información Quiero la oferta más barata de A Semantic Web Primer incluyendo costes de envío Varios clicks para averiguar el precio de envío Alberto Fernandez Universidad Rey Juan Carlos Tulipan s/n Mostoles Spain

9 La Web Semántica Solución En lugar de lenguaje natural, publicar datos procesables por los ordenadores Publicar información en términos entendibles por los ordenadores Realizar consultas en términos entendibles por las máquinas Cómo? Representar conocimiento usando Ontologías estandarizadas Semantic Web: 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 (

10 Estructura de Capas de la Web Semántica

12 RDF Resource Description Framework Recomendación del W3C Modelo de datos equivalente a una red semántica Sentencia = tripla (Sujeto, Predicado, Objeto) Sujeto: recurso (URI) o blank node Predicado/Propiedad: relación binaria (URI) Objeto: URI, literal o blank node

13 RDF: Ejemplo Notación: Turtle < < < < < "August 16, 1999". < < "en". O más compacto (@prefix ex: < ex:index.html dc:creator exstaff: ex:index.html exterms:creation-date "August 16, 1999". ex:index.html dc:language "en".

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>

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".

16 RDF: Literales Tipos de datos Único predefinido es rdf:xmlliteral Se recomienda usar XML Schema datatypes Ejemplo (xsd= xsd:string, xsd:integer, xsd:date, ex:index.html exterms:creation-date " "^^xsd:date. <creation-date rdf:datatype=" </creation-date> <title rdf:datatype=" RDF primer </title>

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

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:85740.

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): Solución AWS es impartida por AWS (restricción de rango) Casa es impartida por Juan (restricción de domino) Clases, relaciones, restricciones de dominio y rango, Ejemplo: Las asignaturas deben ser impartidas por miembros del personal académico

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

22 RDF Schema (RDFS) Clases (rdfs:class) e Instancias (rdf:type) Definición de Clases <rdf:description rdf:id= Asignatura"> <rdf:type rdf:resource=" </rdf:description> O <rdfs:class rdf:id="asignatura"/> Instancias <Asignatura rdf:id="ic"/> Jerarquías de clases (rdfs:subclassof) <rdfs:class rdf:id="catedratico"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#personaldocente"/> </rdfs:class>

23 RDF Schema (RDFS) Propiedades (rdf:property) <rdf:property rdf:id="impartida_por /> Restricciones propiedades (rdfs:domain, rdfs:range) <rdf:property rdf:id="impartida_por"> <rdfs:domain rdf:resource="#asignatura"/> <rdfs:range rdf:resource="#personaldocente"/> </rdf:property> Jerarquías de propiedades (rdfs:subpropertyof) <rdf:property rdf:id="impartida_por"> <rdfs:domain rdf:resource="#asignatura"/> <rdfs:range rdf:resource="#personaldocente"/> <rdfs:subpropertyof rdf:resource="#involucra"/> </rdf:property>

24 RDF Schema (RDFS) Clase domain propiedad domain Asignatura involucra range subpropertyof range impatida_por subclassof Personal Personal subclassof Docente subclassof type Contratado Doctor Funcionario subclassof subclassof RDF Schema type type Profesor Titular Catedrático RDF AWS impatida_por Alberto Fdez

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

26 RDF Schema (RDFS) Persona domain posee range Pez type Wendy posee type Wanda type Violación de la restricción: El rango de posee es Pez. O No hay inconsistencia: Wanda es un pez! Sirena?

27 RDF Schema (RDFS) 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 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,

29 OWL Web Ontology Language Recomendación del W3C Es un lenguaje para describir ontologías Se construye sobre RDFS, añadiendo constructores para aumentar la expresividad

30 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 OWL Clases owl:class owl:class es subclase de rdfs:class <owl:class rdf:id="asignatura"/> rdfs:subclassof ( ) owl:thing: (superclase de todas las clases) owl:nothing: (subclase de todas las clases)

32 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 r 2 en H) rdfs:domain ( r. C o r.c) rdfs:range ( r.c)

33 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: ( 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: ( 1 r - ) p(y,x) p(z,x) y = z (ej: nº móvil )

34 OWL Restricciones de propiedades owl:restriction owl:onproperty owl:allvaluesfrom: ( r.c) <owl:class rdf:id="vaca"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#animal"/> <rdfs:subclassof> <owl:restriction> <owl:onproperty rdf:resource="#come" /> <owl:allvaluesfrom rdf:resource="#hierba" /> </owl:restriction> </rdfs:subclassof> </owl:class> owl:somevaluesfrom: ( r.c) owl:cardinality owl:maxcardinality ( n r) owl:mincardinality ( n r) owl:hasvalue ( r.{a})

35 OWL Clases complejas owl:intersectionof: (C D) owl:unionof: (C D) owl:complementof: ( C) owl:disjointwith: (C D) clases disjuntas owl:oneof: ({a,b,c} en O) enumera los individuos que pertenecen a una clase. Ej: {Rojo, Ambar, Verde}. <owl:class rdf:id= ColorSemaforo"> <owl:oneof rdf:parsetype="collection"> <Color rdf:about="#rojo"/> <Color rdf:about="#ambar"/> <Color rdf:about="#verde"/> </owl:oneof> </owl:class>

36 OWL Ontology mapping owl:equivalentclass ( ) owl:equivalentproperty ( en H) owl:sameas: ({x} {x}) dos URIs representan el mismo individuo owl:differentfrom: ({x} {x}) dos URIs no representan el mismo individuo owl:alldifferent owl:distinctmembers <owl:alldifferent> <owl:distinctmembers rdf:parsetype="collection"> <Color rdf:about="#rojo"/> <Color rdf:about="#ambar"/> <Color rdf:about="#verde"/> </owl:distinctmembers> </owl:alldifferent>

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

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

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

42 SPARQL Patrones básicos PREFIX rdf: < SELECT?nom?ape WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape.?x rdf:type :Empleado. } Grupos de patrones SELECT?nom?ape WHERE { {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape. } {?x rdf:type :Empleado.} }

43 SPARQL Patrones opcionales (OPTIONAL) SELECT?nom?ape?y WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape.?x rdf:type :Empleado. OPTIONAL {?x :año_nac?y} } Patrones alternativos (UNION) SELECT?nom?a WHERE { {?x :nombre?nom} UNION {?x :apellido?nom}.?x rdf:type :Empleado.?x :año_nac?a. }

44 SPARQL Restricciones (FILTER) SELECT?nom?ape WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape.?x rdf:type :Empleado.?x :año_nac?y. FILTER (?y >= 1980").} Formatos de Resultados SELECT CONSTRUCT: genera un grafo RDF ASK: devuelve si existe o no alguna solución DESCRIBE: toda la información de los objetos indicados

45 SPARQL Modificadores de resultados ORDER BY SELECT?nom?ape WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape. } ORDER BY?ape DISTINCT: evita repetidos SELECT DISTINCT?nom?ape OFFSET / LIMIT SELECT?nom?ape WHERE {?x :nombre?nom.?x :apellido?ape.} ORDER BY?ape LIMIT 5 OFFSET 3

47 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 Panel SPARQL

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

49 Ejemplo: Anotación de datos no estructurados 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>

50 Integración de datos [

51 Integración de datos [ [

53 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)

54 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

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

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

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

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

59 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

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

61 Linked Data Visualización de datos Pubby SNORQL Disco Hyperdata Browser

62 Linked Data: integración de datos [ [

63 Web de Datos (Linked Data) Algunas fuentes de datos Dbpedia: UK Government: USA Government: Musicbrainz:

64 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:

65 Ejemplo: DBPedia Visualisation de datos Leipzig query builder OpenLink Interactive SPARQL Query Builder (isparql) SNORQL query explorer Cualquier otros clientes SPARQL Otras herramientas DBpedia Faceted Search Browser: Ejemplo de recurso:

66 Ejemplo: DBPedia 66

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