Nuevos lenguajes de modelado y estándares para la codificación de lenguajes documentales. OWL y SKOS-Core

Uso de Lenguajes Documentales en la Web Semántica - SEDIC

Martín Álvarez Espinar

Mecanismos básicos en Web Semántica

RDF (Infraestructura para Definición de Recursos)
- Modelo simple para la representación de los metadatos
Ontologías
- Definen términos y relaciones
- Lenguajes de Ontologías:
  - RDF-Schema
  - OWL
Reglas de búsqueda y consulta

RDF (Resource Description Framework)

Permite definir información sobre cualquier dominio
Todo lo que se describen son recursos (identificados por URIs)
Es un gráfico
Definido como una tripleta (s,p,o)
- Sujeto - Recurso (http://www.w3c.es/Personal/Martin)
- Predicado - Propiedad (creador)
- Objeto - Literal ("Martín Álvarez")
<sujeto> TIENE <predicado> CUYO VALOR ES <objeto>
- http://www.w3c.es/Personal/Martin TIENE un creator cuyo valor es Martín Álvarez

Ejemplo de RDF

Ejemplo de tripleta RDF: Martín Álvarez es el creador de un recurso. Con más propiedades

Extensibilidad incremental
Relacionarse con otros recursos
"Mezclar" definiciones
- Nodos sujeto y objeto con el mismo URI
Proporcionar múltiples presentaciones aprovechando el trabajo de otros

Por qué usar ontologías

Necesitamos definir vocabularios (términos) para usarlos en estas sentencias
Descripción formal de un dominio
- Definición de clases, propiedades y relaciones entre ellas
Interoperabilidad semántica
- Integración entre metadatos de distintos vocabularios/esquemas
- Facilita y ofrece mayor precisión ante búsquedas de información
  - Portales (reglas de categorización para los recursos)
  - Colecciones multimedia (medios no textuales)
  - Sitios web corporativos (organización taxonómica de documentos)
- Relaciona recursos, servicios, dispositivos, bases de datos a través de la asociación de las estructuras del conocimiento y su combinación.

RDF Schema

Ejemplo de tres clases definidas en RDF Schema: Equipo, persona y recurso

RDF Schema es un Lenguaje de Descripción de Vocabularios
Modelo de datos para RDF
Permite enriquecer las descripciones semánticas (procesables por las máquinas)
- Clases / subclases
- Relaciones entre las clases y propiedades
- Descripciones para los humanos (etiquetas, descripciones, etc.)
Facilita la combinación de sentencias RDF, a través de los URIs
Ofrece la base para poder realizar razonamientos o deducciones sobre nueva información
Básicamente permite definir clases y propiedades e indica cómo se pueden usar en conjunto

Limitaciones de RDF Schema

No indica la cardinalidad
- Un libro: ¿Puede tener más de un autor? ¿Puede no tener ninguno?
Tipos de datos
Restricciones de rangos simples para las propiedades
No se pueden derivar tipos por unión o intersección
Necesidad de relaciones de clases o propiedades más ricas
- Características de las propiedades
...
Surgen extensiones DAML+OIL

OWL

Lenguaje de Ontologías Web (Recomendación Febrero 2004)
Se basa en RDF Schema
Añade más vocabulario para describir las clases y las propiedades
Los lenguajes anteriores estaban destinados a comunidades específicas
- Comercio Electrónico
- Entornos científicos
OWL se adapta a la arquitectura de la WWW y a la Web Semántica
Los sistemas que usan DAML, OIL, DAML+OIL están migrando a OWL
- Muchas herramientas que lo realizan sencillamente

Necesidad de Ontologías en OWL

RDF Schema es útil pero no lo podemos utilizar para resolver ciertas tareas
Aplicaciones complejas pueden necesitar más funcionalidad
- ¿Puede un programa razonar acerca de ciertos términos?
  - p.e., "si A es menor que B y B es menor que C, ¿es A menor que C?"
  - Es obvio para los humanos pero no para las máquinas...
  - Los programas deberían poder deducir estas sentencias
- Si alguien define un conjunto de términos: ¿son estos idénticos?
  - Obviamente, puede aplicarse en el contexto de internacionalización
- Construir clases, no solo nombrarlas
- Restringir el rango de las propiedades
- etc.

¿Por qué "OWL" y no "WOL"

Winnie the Pooh y Owl

Algunas leyendas urbanas...
- p.e., referencia a Owl de Winnie the Pooh, que deletreaba mal su nombre como "WOL"
Una referencia a un proyecto de IA de mediados de los 70 de Bill Martin llamado "One World Language"
- Un intento de un lenguaje de Representación del Conocimiento y su ontología asociada, que intentaba ser un lenguaje universal para codificar significados en las máquinas
"Why not be inconsistent in at least one aspect of a language which is all about consistency" (Guus Schreiber)

Componentes de una ontologías OWL

Clase Persona con dos individuos y una relación entre ellos

Clases
Propiedades
Individuos

Componentes de una ontologías OWL

Clase Persona con dos individuos y una relación con individuos de la clase Mascota

Componentes de una ontologías OWL

Individuos de la clase Organización asociados a un individuo de la clase Persona

Componentes de una ontologías OWL

Relación entre individuos de las clases: Persona, Mascota, Organización y País

Clases en OWL

Diagrama con la definición de las clases OWL

En RDF Schema ya podían definirse subclases, pero con OWL:
Pueden construirse clases de otras existentes previamente
- Enumerarlas en su contenido
- A través de intersección, unión, complementarios
- A través de restricciones apropiadas
OWL introduce Class y Thing para diferenciar las clases y los individuos

Operandos de conjuntos sobre clases

Diagrama con la definición de unión de clases con OWL

Unión de conjuntos mediante unionOf

Otras posibilidades: intersectionOf y complementOf

Clases disjuntas

owl:disjointWith
Una instancia de una clase no puede pertenecer simultáneamente a otra clase
p.e., ontología de comida: Definición de Carne

Definición de una clase mediante disjunciones con OWL

Nota: Sólo se realiza el aserto sobre la clase Carne
- No se conoce si Pescado es disjunto a Marisco

Restricciones de propiedades

Las clases pueden crearse mediante la restricción del comportamiento en esa clase
Limitación específica del rango
Las restricciones pueden ser:
- De valores
  - ...todos los valores deben ser de cierta clase
  - ...al menos un valor debe ser de cierta clase
- De cardinalidad (p.e., ¿cuántas veces puede usarse una propiedad en una instancia?)
  - cardinalidad máxima
  - cardinalidad mínima
  - cardinalidad exacta

Ejemplo de restricción de propiedades

Un Zumo es un LíquidoPotable que está hecho al menos por 1 pieza de fruta

Definición de restricciones para propiedades OWL

Otras restricciones: allValuesFrom, someValuesFrom y hasValue

Caracterización de propiedades

En RDF Schema las propiedades se restringen mediante rango (range) y dominio (domain)
En OWL, se puede caracterizar el comportamiento
- Propiedad transitiva, simétrica, funcional, etc.
OWL distingue las propiedades de datos
- DatatypeProperty se refiere a rangos sobre literales de RDF o de tipos simples en XML Schema
Muy útil para aplicaciones basadas en ontologías

Necesidades adicionales

Las ontologías pueden llegar a ser muy grandes
- Necesitan cuidados especiales
- Pueden componerse en varios módulos
- Pueden provenir de varios lugares y deben ser integrados
Las ontologías están en la web
- Las aplicaciones usan varias, diferentes ontologías
- Utilizar la misma ontología pero en distintos idiomas
- Equivalencias y relaciones entre términos

Equivalencias

Entre clases y propiedades
- equivalentClass y equivalentProperty
Entre individuos
- sameAs
- differentFrom, AllDifferent

Definición de dos clases equivalentes en OWL

Control de versiones y anotaciones

La clase owl:Ontology permite "documentar" y asociarla con otras ontologías
- owl:imports
- owl:versionInfo, owl:priorVersion
- owl:backwardCompatibleWith, owl:incompatibleWith
- rdfs:label, rdfs:comment
Control de versiones obsoletas
- owl:DeprecatedClass y owl:DeprecatedProperty

Lenguajes OWL

3 Sublenguajes con expresividad creciente
OWL Lite
- Para usuarios que necesitan principalmente una clasificación jerarquizada y restricciones sencillas
- Sólo permite expresar cardinalidad para valores 0 o 1
OWL DL (Description Logics)
- Máxima expresividad
- Manteniendo la computación completa (se garantiza la computación para todas las conclusiones) y decidible (tiempo finito)
- Admite todas las construcciones del lenguaje OWL pero con ciertas restricciones
OWL Full
- Máxima expresividad y libertad sintáctica de RDF
- No ofrece garantías de computación
- Es improbable que un software pueda soportar el razonamiento completo para cada característica de OWL Full

¿Usar ontologías OWL?

Una aplicación basada completamente en ontologías es un sistema muy complejo
- Muy tediosa la implementación
- Requiere muchos recursos el funcionamiento
No todas las aplicaciones necesitan ontologías con OWL
Puede llegar a complicar demasiado el sistema

SKOS Core

Simple Knowledge Organisation System(s)
Objetivo:
Infrastructura simple, flexible, extensible para representar (de forma que las máquinas lo entiendan)
- Tesauros
- Esquemas de clasificación
- Taxonomías
- Listas de encabezamientos de materia
- Otros tipos de "vocabulario controlado"

La base de SKOS Core

SKOS Core es una aplicación RDF
- Recordando...
- RDF es un mecanismo de representación formal de cosas, sus propiedades, relaciones entre ellas, y categorías (clases)
Clases RDF y Propiedades RDFS
Es usado para describir Conceptos y Esquemas de Conceptos

Concepto

Definiciones (RAE):
- Idea que concibe o forma el entendimiento
- Pensamiento expresado con palabras
Por ejemplo, una unidad de significado
Es la unidad que compone los Esquemas de Conceptos

Representación del concepto

skos:Concept es una clase que indica que un recurso es un recurso conceptual
Elementos:
- Recursos
- Propiedades
- Clases
- Sentencias

Esquema de Conceptos

Un conjunto de conceptos,
- Opcionalmente incluye sentencias sobre las relaciones semánticas entre los conceptos
P.e.
- Tesauro
- Esquema de clasificación
- Taxonomía
- Terminología
- Epígrafes
- ... otros vocabularios controlados

Ejemplo de entradas en un glosario (1)

Hoja: (i) Cada una de las láminas, generalmente verdes, planas y delgadas, de que se visten los vegetales, unidas al tallo o a las ramas por el pecíolo o, a veces, por una parte basal alargada, en las que principalmente se realizan las funciones de transpiración y fotosíntesis. (ii) Cada una de las capas delgadas en que se suele dividir la masa; como en los hojaldres
Raíz: (i) Órgano que crece en dirección inversa a la del tallo, carece de hojas e, introducido en tierra o en otros cuerpos, absorbe de estos o de aquella las materias necesarias para el crecimiento y desarrollo del vegetal y le sirve de sostén. (ii) Bien inmueble, finca, tierra, edificio, etc.
Tallo: (i) Órgano que se prolonga en sentido contrario al de la raíz y sirve de sustentáculo a las hojas, flores y frutos en las plantas. (ii) Renuevo de las plantas
...

Ejemplo de entradas en un glosario (2)

Glosario modelado con SKOS Core

Ejemplo de entradas en un glosario (3)

Glosario modelado con SKOS Core

Ejemplo de taxonomía

Ejemplo de representación de taxonomías mediante SKOS

dmoz
- Arte
  - Literatura
  - Arquitectura
  - ...

Ejemplo de tesauro (1)

Término: bioética
Usado por: ética médica
Términos relacionados: biología; deontología profesional; embrión y feto; ética; ingeniería genética...
Término específico: comercio de órganos
Término genérico: vida social
Notas del ámbito: Aspectos éticos de técnicas que involucra la intervención de los humanos en procesos biológicos

Ejemplo de tesauro (2)

Ejemplo de representación de un tesauro mediante SKOS

Ejemplo de esquema de clasificación (Biblioteca BDE)

Ejemplo de representación de un esquema de clasificación mediante SKOS

14. Economía de la empresa
- 142. Estructura y funcionamiento de la empresa
  - 1421. Dirección de empresas
    - 14211. Técnicas de gestión de empresas: decisiones

Ejemplo de indexado de materias

Ornitología

Ejemplo de representación de un índice de materias mediante SKOS

Relaciones con las ontologías RDFS/OWL

Diferencias entre SKOS Core y otras aplicaciones RDF como FOAF
- En términos de lo que permiten modelar
SKOS Core permite modelar conceptos / FOAF permite modelar objetos (personas, lugares, etc.)

Ejemplo de relación de SKOS con FOAF

Otras características

Etiquetado multilingüe
Etiquetado simbólico
Anotaciones / Documentación
Ofrece soporte para colecciones
Esquemas conceptuales
Extensible
Por supuesto que se pueden usar propiedades y clases de otros vocabularios RDF
- Téminos DCMI (Dublin Core Metadata Initiative), FOAF (Friend Of A Friend), DOAP (Description Of A Project), etc.

Dónde está SKOS Core

Vista global de SKOS

SKOS Core complementa a OWL

Más información

Esta presentación está en: http://www.w3c.es/Presentaciones/2005/1212-OWLSkosSEDIC-MA
Página principal de OWL, dentro de la Actividad de Web Semántica en el W3C: http://www.w3.org/2004/OWL
Página principal de SKOS Core: http://www.w3.org/2004/02/skos/core
Oficina Española del W3C: http://www.w3c.es
Escríbeme: mlvarez@w3.org