Introduction à OWL et au Web Sémantique

Transcription

Introduction à OWL,
un langage XML d'ontologies Web
Enjeux, objectifs et mise en oeuvre
Xavier Lacot <[email protected]>
Intriduction à OWL, un langage d'ontologies Web – 10 janvier 2006 – Xavier Lacot <[email protected]>
1
Sommaire
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Bref historique et limites du Web « navigable »
Introduction rapide à XML et au Web sémantique
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Présentation de RDF
Web sémantique et ontologies
Le langage OWL
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Objectifs et motivations
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Diverses déclinaisons de OWL
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Structure d'une ontologie : classes, instances et propriétés
Outils existants pour la manipulation d'ontologies OWL
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Editeur d'ontologies Protégé

Validateur(s) OWL

Outils de raisonnement inductif

Exemple simple avec Jena
Applications pratiques : à quoi ça sert ?
2
Bref historique du Web
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1990 : création du World Wide Web par Tim Berners Lee
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HTML 1
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Permet de « faire des pages web simples »
Jusqu'en 1998 : « balkanisation du Web »
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

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Explosion du nombre de pages Web disponibles
Versions successives de HTML
Balises propriétaires introduites par Microsoft et Netscape
1998 : XML devient une Recommandation du W3C
2004 : OWL (Web Ontology Language) devient une
Recommandation du W3C
3
Structure du Web actuel
http://domain1.tld
http://domain2.tld

Le Web actuel est très hétrogène



Par son contenu (wikipédia ou skyblogs/meetik ?)
Par la qualité de ses pages
Structure technique
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
Des ressources (pages Web HTML)
Des relations entre ces ressources (liens hypertextes)
=> Difficilement exploitable
4
Limites du Web actuel
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
Dilution de l'effort de partage des connaissances (multiples
ressources, parfois dupliquées)
Encapsulation des connaissances dans une couche
présentationnelle. Exemple d'une des pages du site de l'ENST :
<div class="HeadMainText">Mastères Spécialisés</div>
<br>
<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="100%">
<tbody><tr><td><p>
<span class="Normalred"><strong>Les MS de Télécom Paris
apportent un complément de formation original et de haute
technicité susceptible d’élargir les perspectives de carrière.
</strong></span>
...

Problèmes :

Limité à la seule compréhension humaine (ambiguités)

Comment qualifier les relations entre les informations ?
5
L'idée du Web sémantique


Idée du Web (1990) :

Permettre les échanges de savoirs

Permettre de lier ces savoirs (principe du lien hypertexte)
Idée du Web sémantique : qualifier, formaliser et structurer
ces savoirs :
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


Qualifier en écrivant des métadonnées
Formaliser en employant une syntaxe extensible (XML)
Structurer en évitant les duplications d'informations
Objectifs :
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
Partager des connaissances
Manipuler des savoirs (éventuellement par des agents
automatiques)
6
RDF : Ressource Description Framework

Créé en 1999

Permet d'écrire des métadonnées
Métadonnée : information permettant d'en décrire une autre
exemple :
Xavier Lacot est l'auteur de cette présentation
Une métadonnée

Motivations :
Un ensemble d'informations

Rendre l'information traitable par machine
Favoriser l'interopérabilité des savoirs (la combinaison de
plusieurs savoirs)

Fournir une lingua franca de structuration des informations

7
Le mécanisme de triplets de RDF
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RDF procède par une description exhaustive des savoirs à l'aide
de « phrases » simples :



Sujet
Prédicat
sujet
Objet
Xavier Lacot

objet
est l'auteur
de cette présentation
Un ensemble de triplets est nommé un graphe RDF :


Un diagramme composé de noeuds
Des liens entre deux noeuds
=> c'est du Web, mais dans lequel les liens sont porteurs de
sens : on parle de Web Sémantique.
8
Syntaxe de RDF

RDF dispose d'une syntaxe XML pour sérialiser les graphes RDF
objet
<rdf:Description about="http://www.lacot.org/">
<prefixe:auteur>Xavier Lacot</prefixe:auteur>
</rdf:Description>
prédicat
sujet

Un fichier RDF doit faire référence à des espaces de nom :
Espace de nom
<?xml version="1.0"?>
pour rdf:
<rdf xmlns="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns:prefixe="http://source_de_schema/schema">
<description about="http://www.lacot.org/">
<prefixe:auteur>Xavier Lacot</prefixe:auteur>
</description>
</rdf>
Espace de nom
pour prefixe:
9
Le schéma RDF

RDF Schema permet de définir un « schema » de méta données

RDF Schema permet de qualifier les relations décrites en RDF :




Type des ressources manipulées (litteral, etc.)
Hiérarchie de ces ressources
Quelles propriétés s'appliquent à une ressource ?
Domaine de valeur de ces propriétés
<rdf:property rdf:about="http://source_de_schema/schema#auteur">
<rdfs:domain rdf:resource="http://source_de_schema/schema#presentation">
<rdfs:range rdf:resource="http://une_autre_source/exemple#Personne">
</rdf:property>
Extrait du schema RDF localisé à http://source_de_schema/schema
10
Qu'est-ce qu'une « Ontologie » ?



Aristote : ontologie = « Discours sur l'être en tant qu'être »
Pour le Web Sémantique, une ontologie est un ensemble
struturé de connaissances dans un domaine donné.
Deux parties composent une ontologie :
Une partie terminologique
Une partie déclarative
Paul
Homme
Ville
Humain
Femme

Bordeaux
Paris
Marie
Ressources définies les unes par rapport aux autres :
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
Modèle en graphe
Permet des manipulations automatisées
11
Pourquoi OWL : les limites de RDF / RDFS

RDF et RDFs seuls sont trop limités :
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


Impossibilité de préciser la nature des relations entre ressources
(réflexivité, etc.)
Aucune capacité de raisonnement
Logique très limitée
Logique
OWL
(Méta-)données
RDF + RDF Schema
Syntaxe
XML + Schema XML
D'où la nécessité de OWL :
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


Découle de RDF + RDFS
Connecteurs logiques entre classes (union, intersection, etc.)
Cardinalité sur les propriétés
Caractérisation des propriétés (transitivité, inverse, etc.)
12
Les diverses déclinaisons de OWL
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OWL se décline en une hiérarchie de trois langages d'expressivité
croissante :
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
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OWL Lite : hiérarchie de concepts simple
OWL DL : Expressivité plus importante que OWL Lite
OWL Full :
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
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Haut niveau d'expressivité
Possibilité d'étendre le vocabulaire de base de OWL
Plus grande complexité
OWL Lite
OWL DL
(Description Logics)
OWL Full
Expressivité et complexité croissantes
13
Structure d'une ontologie
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Une ontologie OWL se sérialise sous forme d'un document OWL
(fichier d'extension .rdf ou .owl)
Plusieurs sections principales :
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



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Déclarations d'espaces de nom (owl, rdf, et autres)
L'en-tête (<owl:Ontology>) de décrire le contenu de l'ontologie
La définition des classes
La définition des propriétés
L'assertion de faits
Extensibilité d'ontologies existantes :

<owl:import> pour utiliser d'autres ontolgies OWL et les étendre :
<rdfs:comment>Ontologie décrivant l'humanité</rdfs:comment>
<owl:imports rdf:resource="http://domain.tld/otherpath/vivant"/>
14
Ontologie Exemple
est frère ou soeur de
0..n
0..n
Humain
Nom
Prénom
DateDeNaissance
Ville
habite à
0..n
1..1
NomVille
0..n
se trouve en
est père de
1..1
Homme
1..1
est marié à
0..1
Femme
0..1 NomDeJeuneFille
Pays
NomPays
15
Les classes OWL
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Une classe :
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définit un groupe d'individus ayant des caractéristiques similaires
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peut être déclarée de plusieurs manières :
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


Par
Par
Par
Par
nommage de la classe
énumération de ses individus
restriction des propriétés de ses individus
intersection, union ou complémentaire d'une autre classe

Il existe un mécanisme d'héritage (<owl:subClassOf>)

La superclasse owl:Thing est mère de toutes les autres classes


Dans OWL Full, une classe peut être instance d'une autre classe
(une « métaclasse »)
L'ensemble des instances d'une classe se nomme « l'extension »
16
Exemples de classes OWL DL
<owl:Class rdf:ID="Pays" />
Exemple de classe simplement nommée
restriction
sur la propriété
« aPourPere »
<owl:Class rdf:ID="Humain">
<rdfs:subClassOf>
<owl:Restriction>
<owl:onProperty rdf:resource="#aPourPere" />
<owl:cardinality
rdf:datatype="&xsd;nonNegativeInteger">1</owl:cardinality>
</owl:Restriction>
</rdfs:subClassOf>
La cardinalité doit être égale à
1
</owl:Class>
Exemple de classe obtenue par restriction des propriétés de son extension
Mécanisme d'héritage
<owl:Class rdf:ID="Femme">
<rdfs:subClassOf rdf:resource="#Humain" />
</owl:Class>
Exemple de classe héritée
17
Les instances de classes

La déclaration d'un individu se fait par l'énonciation d'un fait,
encore appelé « axiome d'individu »

Un fait peut être purement déclaratif :
<Humain rdf:ID="Pierre">
<aPourPere rdf:resource="#Jacques" />
</Humain>
<Humain>
<aPourPere rdf:resource="#Paul" />
</Humain>

Instance anonyme
Un faut peut également permettre de comparer des individus :
<rdf:Description rdf:about="#Louis_XIV">
<owl:sameAs rdf:resource="#Le_Roi_Soleil" />
</rdf:Description>
18
Les propriétés OWL (1/2)

Une propriété :

permet d'exprimer un fait au sujet d'une instance :



En la reliant à d'autres instances : propriétés d'objet
En la reliant à des valeurs : propriétés de type de données
se définit en spécifiant la relation qu'elle symbolise :
<owl:ObjectProperty rdf:ID="habite">
<rdfs:domain rdf:resource="#Humain" />
<rdfs:range rdf:resource="#Pays" />
</owl:ObjectProperty>
La propriété « habite » a
pour domaine la classe
« Humain » et pour image
la classe « Pays »
<owl:DatatypeProperty rdf:ID="anneeNaissance">
<rdfs:domain rdf:resource="#dateNaissance" />
<rdfs:range rdf:resource="&xsd;positiveInteger"/>
La propriété
«anneeNaissance» a pour
domaine la classe
«dateNaissance» et pour
image le type
«positiveInteger»
19
Propriétés OWL (2/2)

OWL propose un mécanisme d'héritage de propriétés :
<owl:ObjectProperty rdf:ID="aPourFrere">
<rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#estDeLaFamilleDe" />
<rdfs:range rdf:resource="#Humain" />

Les propriétés peuvent être caractérisées :



Réflexivité
Transitivité
Symétrie
<owl:ObjectProperty rdf:ID="aPourFrere">
<rdf:type rdf:resource="&owl;SymmetricProperty" />
<rdfs:range rdf:resource="#Humain" />
«aPourFrere»
est une propriété
symétrique : si
A aPourFrere B,
alors
B aPourFrere A
20
OWL en pratique

L'emploi de OWL soulève plusieurs problématiques :



La production des ontologies
Leur partage
Leur exploration / exploitation
Portails Sémantiques,
Semantic reasoners
Partage et
enrichissement
Web
Sémantique
Production
Ontologie(s)
Editeur
Exploitation /
Présentation
« Navigateur sémantique »,
APIs, Web Services, etc.
Savoirs /
Connaissances
Web
« traditionnel »
Savoirs
« enrichis » et
« présentés »
Présentation
Navigateur Web
Page Web
(« présentation
de savoirs »)
21
Editeur d'ontologies Protégé (1/2)

Editeur d'ontologies :



Définition de classes
Définition de formulaires pour « peupler » ces classes
Définition d'instances et leurs propriétés)
22
Editeur d'ontologies Protégé (2/2)

Protégé est hautement extensible
(plugins) :




Export dans d'autres formats
d'ontologies (DAML, RDF, etc.)
Représentation sous forme de
graphes (avec OntoWiz)
Validation d'ontologies
Lien avec des outils de
raisonnement automatique
23
Autres outils en rapport avec OWL
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
Partage d'ontologies

Recherche avec SWoogle

Exemple de BioPax : biological Pathways Exchange
Outils d'inférence :



Dig, Raptor
Validateurs d'ontologies :

Syntaxiques (validateur RDF du W3C)

Sémantiques (vérification des propriétés)
« Navigateurs » sémantiques



Encore peu répandus
Question de la présentation des savoirs
Plusieurs tentatives : mSpace,
24
Bibliographie

Biological PathWays Exchange, http://www.biopax.org/

Editeur d'ontologies Protégé, http://protege.stanford.edu/

Framework sémantique Jena, http://jena.sourceforge.net/

Initiative WebSemantique.org, http://websemantique.org/

mspace, http://www.mspace.fm/

Ontology Validator, http://phoebus.cs.man.ac.uk:9999/OWL/

Racer Systems, http://www.racer-systems.com/

Swoogle, http://swoogle.umbc.edu/

Validateur RDF du W3C, http://www.w3.org/RDF/Validator/

Semantic Web au W3C : http://www.w3.org/2001/sw/
25
Licence
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d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'Identique 2.5.
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