protege构建本体教程.doc

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实用文档TheProtégéplatformsupportstwomainwaysofmodelingontologiesviathe Protégé-Frames and Protégé-OWLeditors（我们使用的是后者）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.OWLOntologiesThemostrecentdevelopmentinstandardontologylanguagesisOWLfromtheWorldWideWebConsortium(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Prot´eg´eframe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Prot´eg´eframe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” 实用文档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 实用文档如果任意一个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CheeseMozzarellaParmezanMeatHamPepperoniSalamiSpicyBeefSeaFoodAnchovyPrawnTunaVegtableCaperMushroomOliveOnion 实用文档PepperRedPepperGreenPepperJalapenoPepperTomato4.4subclass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,ObjectpropertiesandDatatype 实用文档properties.Objectpropertiesarerelationshipsbetweentwoindividuals.（先介绍Objectproperties）如下是Objectproperties和DatatypepropertiesObjectpropertieslinkanindividualtoanindividual.【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） 实用文档OWL允许通过使用propertycharacteristics来增强properties的含义（内涵）。（1）FunctionalPropertiesIfapropertyisfunctional,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：： 实用文档（3）TransitivePropertiesIfapropertyistransitive,andthepropertyrelatesindividualatoindividualb,andalsoindividualbtoindividualc,thenwecaninferthatindividualaisrelatedtoindividualcviapropertyP.如下：：注：：a)Ifapropertyistransitivethenitsinversepropertyshouldalsobetransitive.(祖先那个例子)b)ifapropertyistransitivethenitcannotbefunctional.（4）Symmetric（对称）Properties 实用文档IfapropertyPissymmetric,andthepropertyrelatesindividualatoindividualbthenindividualbisalsorelatedtoindividualaviapropertyP.如下：：（5）Antisymmetric（反对称）propertiesIfapropertyPisantisymmetric,andthepropertyrelatesindividualatoindividualbthenindividualbcannotberelatedtoindividualaviapropertyP.如下：：（6）Reflexive（自反）propertiesApropertyPissaidtobereflexivewhenthepropertymustrelateindividualatoitself.如下：： 实用文档（7）Irreflexive（非自反）propertiesIfapropertyPisirreflexive,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】Propertiesmayhaveadomainandarangespecified（指定的）.Propertieslinkindividualsfromthedomaintoindividualsfromtherange.例如：：inmyPizza本体，thepropertyhasToppingwouldprobablylinkindividualsbelongingthetheclassPizzatoindividualsbelongingtotheclassofPizzaTopping.Inthis 实用文档casethedomainofthehasToppingpropertyisPizzaandtherangeisPizzaTopping。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,andtherangeforapropertyisthedomainforitsinverse4.9描述和定义Classes4.9.1PropertyRestrictionsOwl的restriction有三种：QuantifierRestrictionsCardinalityRestrictionshasValueRestrictions.1.quantifierrestrictions（existentialrestrictions和universalrestrictions）Existentialrestrictions：describeclassesofindividualsthatparticipateinatleastonerelationshipalongaspecifiedpropertytoindividualsthataremembersofaspecifiedclass.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。 实用文档【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。 实用文档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’sicon 实用文档willbehighlightedinred.【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)individualsatisfiestheseconditionsthenitmustbeamemberofclassA. 实用文档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(universalquantifier)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】 实用文档我们发现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thetoppingsmustonly 实用文档bekindsofMozzarellaToppingorTomatoTopping。【Classify之后我们看结果】4.15ValuePartitionsValuePartitionsare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 实用文档【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 实用文档他比上面的morespecify【定义NamedPizza的子类FourCheesePizza定义必要条件hasToppingexactly4CheeseTopping】5.DatatypePropertiesdescriberelationshipsbetweenanindividualanddatavalues.【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】 实用文档【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】 实用文档我们创建一个类，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.CreatingOtherOWLConstructs7.1CreatingIndividuals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, 实用文档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。 实用文档 实用文档