Chapitre 4 Langage d'ontologie du web : OWL Grigoris Antoniou Frank van Harmelen Chapter 4 A Semantic Web Primer.
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Chapitre 4
Langage d'ontologie du web : OWL
Grigoris Antoniou Frank van Harmelen
Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Sommaire
1.
2.
3.
4.
5.
Fondements de OWL Le langage OWL Exemples L'espace des noms OWL Extensions futures Chapter 4 A Semantic Web Primer
Critères des langages d'ontologie
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Les langages d'ontologie permettent d'écrire des conceptualisations formelles et explicites des modèles de domaines Les critères essentiels sont: – – une syntaxe précise l'efficacité du support de raisonnement – une sémantique formelle – – une puissance d'expression suffisante la facilité d'expression Chapter 4 A Semantic Web Primer
Compromis entre puissance d'expression et efficacité du support de raisonnement
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Plus le langage est riche plus le support de raisonnement devient inefficace Parfois, elle traverse la frontière de la
non calculabilité
On recherche donc un compromis – un langage supporté par des raisonneurs assez efficaces – un langage capable d'exprimer de vastes classes d'ontologies et de connaissances Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Raisonner à propos des connaissances dans les langages d'ontologie
Faire partie d'une classe – Si x est une instance de la classe C et C une sous classe de D, on peut inférer que x est une instance de D Equivalence des classes – Si la classe A est équivalente à la classe B, et classe B équivalente à la classe C, A est aussi équivalente à C Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Raisonner à propos des connaissances dans les langages d'ontologie (2)
Cohérence – X instance des classes A et B, mais A et B sont disjoints – c'est l'indication d'une erreur dans l'ontologie Classification – certaines paires propriété-valeur constituent une condition suffisante pour faire partie de la classe A; si un individu x remplit ces conditions, on peut conclure que x est une instance de A.
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Utilisations du raisonnement
Le support du raisonnement est important pour – – vérifier la cohérence de l'ontologie et des connaissances vérifier les relations involontaires entre les classes – ranger automatiquement les instances en classes Ce genre de vérifications est utile pour – – concevoir de grandes ontologies impliquant de nombreux auteurs intégrer et partager les ontologies de plusieurs sources Chapter 4 A Semantic Web Primer
Support de raisonnement de OWL
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La sémantique est un préalable du support de raisonnement La sémantique formelle et le support de raisonnement sont généralement fournis par – – la cartographie du langage d’ontologie jusqu'à un formalisme logique connu l'utilisation de raisonneurs automatiques existant déjà pour ces formalismes OWL est (en partie) calqué sur une logique descriptive et fait appel à des raisonneurs comme FaCT et RACER La logique descriptive est un sous-ensemble de la logique de prédicat pour laquelle le support de raisonnement efficace est possible Chapter 4 A Semantic Web Primer
Restrictions de la puissance d'expression de RDF Schema
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Portée locales des propriétés – –
rdfs:range
définit l'étendue d'une propriété (par ex. mange) pour toutes les classes En RDFS, on ne peut pas déclarer des restrictions d'étendue ne s'appliquant qu’à certaines classes – par ex., on ne peut pas dire que les vaches sont uniquement herbivores tandis que d'autres animaux sont aussi carnivores Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Restrictions de la puissance d'expression de RDF Schema (2)
Disjonction des classes – on veut parfois exprimer que des classes sont disjointes (par ex.
mâle
et
femelle
) Combinaisons booléennes – On veut parfois construire de nouvelles classes en combinant d'autres classes par union, intersection et complément – par ex.
personne
est l'union disjointe des classes
mâle
et
femelle
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Restrictions de la puissance d'expression de RDF Schema (3)
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Restrictions de cardinalité – par ex., une personne a exactement deux parents et, évidemment, reçoit l'enseignement d'au moins un professeur Caractéristiques particulières des propriétés – – – Propriété transitive (comme "plus grand que") Propriété unique (comme "est mère de") Propriété inverse d'une autre (comme "mange" et "est mangé par") Chapter 4 A Semantic Web Primer
Combinaison de OWL et RDF Schema
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Dans l'idéal, OWL devrait étendre RDFS – c'est cohérent avec l'architecture en couches du web sémantique
Mais
étendre simplement RDFS ne fonctionnerait pas pour obtenir la puissance d'expression et l'efficacité de raisonnement – la combinaison de RDFS avec la logique conduit à des particularités de calcul indéterminables Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Les trois espèces de OWL
Le groupe de travail Ontologie W3C’sWeb définit OWL en trois sous-langages : – OWL Full – OWL DL – OWL Lite Chaque sous langage visant à satisfaire à plusieurs aspects des critères Chapter 4 A Semantic Web Primer
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OWL Full
Utilise toutes les primitives des langages OWL Permet de combiner ces primitives de manière arbitraire avec RDF et RDFS OWL Full est totalement compatible en amont avec RDF, tant du point de vue syntaxique que sémantique OWL Full est puissant au point d'être indécidable – n'offre pas de support complet (ou efficace) de raisonnement Chapter 4 A Semantic Web Primer
OWL DL
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OWL DL (Description Logic) est un sous-langage de OWL Full qui restreint l'application des constructeurs au départ de OWL et RDF – – l'application des constructeurs de OWL les uns aux autres n'est pas autorisée correspond donc à une logique descriptive bien étudiée OWL DL permet le support de raisonnement efficace
Mais
on perd alors la compatibilité totale avec RDF: – – tous les documents RDF ne sont pas forcément des documents OWL DL autorisés par contre, tout document OWL DL autorisé est aussi un document RDF autorisé Chapter 4 A Semantic Web Primer
OWL Lite
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Toute restriction supplémentaire limite OWL DL à un dialecte des constructeurs de langage – par ex., OWL Lite exclut les classes énumératives, les déclarations de disjonction et la cardinalité arbitraire Avantage de ce langage: – – plus facile à saisir pour les utilisateurs plus facile à mettre en oeuvre pour les créateurs d'outils Inconvénients d'une expressivité restreinte Chapter 4 A Semantic Web Primer
Compatibilité en amont entre espèces OWL
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Toute ontologie autorisée OWL Lite est aussi une ontologie autorisée OWL DL Toute ontologie autorisée OWL DL est aussi une ontologie autorisée OWL Full Toute conclusion valide OWL Lite est aussi une conclusion OWL DL valide Toute conclusion valide OWL DL est aussi une conclusion OWL Full valide Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Compatibilité OWL avec RDF Schema
Toutes les variantes de OWL utilisent RDF pour leur syntaxe Les instances sont déclarées comme en RDF et utilisent les descriptions RDF ainsi que l'information de typage rdfs:Class Les constructeurs OWL sont les spécialisations de leurs contreparties RDF owl:Class rdfs:Ressouce rdfs:Property owl:ObjectProperty owl:DataProperty Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Compatibilité OWL avec RDFS (2)
La conception du web sémantique vise la compatibilité en aval en réutilisant le logiciel à travers les différentes couches L'avantage de la compatibilité totale en aval de OWL n'est obtenu que pour OWL Full au prix de l‘indéterminabilité du calcul Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Fondements de OWL Le langage OWL Exemples L'espace des noms OWL Extensions futures Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Diversité de syntaxe OWL
– – – OWL repose sur RDF et utilise la syntaxe XML de RDF D'autres formes de syntaxe ont été également définies pour OWL: la syntaxe sur base XML plus lisible une syntaxe abstraite beaucoup plus compacte et lisible que les langages XML une syntaxe graphique basée sur les conventions de UML Chapter 4 A Semantic Web Primer
Syntaxe OWL XML/RDF: en tête (header)
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Une ontologie OWL peut commencer par une collection d'assertions à des fins internes utilisant l'élément
owl:Ontology
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owl:Ontology
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owl:imports
est une propriété transitive Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Classes
Les classes se définissent avec
owl:Class
–
owl:Class
est une sous-classe de
rdfs:Class
La disjonction se définit par
owl:disjointWith
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Classes (2)
owl:equivalentClass
définit l'équivalence des classes
owl:Thing
est la classe la plus générale pouvant tout contenir
owl:Nothing
est la classe vide Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Propriétés
OWL a deux types de propriétés
– –
propriétés objet , qui relient des objets à d'autres objets
par ex., is TaughtBy (est enseigné par), est chef de propriétés de type de données , reliant les objets aux valeurs des types de données
par ex., téléphone, titre, âge, etc.
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Propriétés des types de données
OWL utilise les types de données XMLS avec l'architecture en couches de SW
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Propriétés des objets
Types de données définies par l'utilisateur
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Propriétés inverses
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Propriétés équivalentes
owl:equivalentProperty
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Restrictions des propriétés
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En OWL, on peut déclarer que la classe C remplit certaines conditions – toutes les instances de C remplissent les conditions Cela revient à dire que C est une sous classe de C', où C' rassemble tous les objets remplissant les conditions – C' peut rester anonyme Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Restrictions des propriétés (2)
Une classe (restriction) s’obtient par l’élément
owl:Restriction
Cet élément contient un élément
owl:onProperty
et une ou plusieurs déclarations de restriction Un type définit les restrictions de cardinalité (au moins un, au plus 3,…) Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Restrictions des propriétés (3)
– – – L'autre type définit les restrictions des diverses valeurs que la propriété peut prendre
owl:allValuesFrom
indique une quantification universelle
owl:hasValue
indique une valeur spécifique
owl:someValuesFrom
indique une quantification existentielle Chapter 4 A Semantic Web Primer
owl:allValuesFrom
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owl:hasValue
Chapter 4 A Semantic Web Primer
owl:someValuesFrom
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Restrictions de cardinalité
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On peut spécifier un nombre minimum et maximum avec
owl:minCardinality
et
owl:maxCardinality
On peut spécifier un nombre précis en mettant un même nombre pour minimum et maximum Pour être pratique, OWL propose aussi
owl:cardinality
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Restrictions de cardinalité (2)
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Propriétés spéciales
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–
owl:TransitiveProperty (
propriété transitive) par ex. "a un grade supérieur à", "est l'ancêtre de" –
owl:SymmetricProperty
(symmétrie) par ex. "a le même grade que", "a le même parent que" –
owl:FunctionalProperty
définit une propriété ayant au moins une valeur pour chaque objet par ex. “âge”, “hauteur”, “chefDirect”
owl:InverseFunctionalProperty
peuvent pas avoir la même valeur définit une propriété pour laquelle deux objets différents ne Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Propriétés spéciales (2)
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Combinations booléennes
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On peut combiner des classes par des opérations booléennes (union, intersection, complément)
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Combinations booléennes (2)
La nouvelle classe n'est pas une sous-classe de l'union mais bien égale à l'union – on a ainsi établi une équivalence de classes Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Combinations booléennes (3)
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Emboîtage des opérateurs booléens
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Enumérations avec owl:oneOf
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Déclarations des instances
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Les instances des classes sont déclarées comme en RDF
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Absence d'hypothèse de noms uniques (UNA)
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– OWL ne souscrit pas à l'hypothèse UNA des bases de données si deux instances ont un nom ou une ID différent, cela n'implique pas qu'il s'agisse d'individus différents Supposons que nous déclarions que chaque cours est enseigné par au moins un professeur et qu'un cours précis est enseigné par deux professeurs – – un raisonneur OWL ne signale pas d'erreur au contraire, il infère que les deux ressources sont égales Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Objets distincts
Pour garantir que deux individus différents sont bien reconnus comme tels, il faut explicitement affirmer leur inégalité:
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Objets distincts (2)
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OWL propose une notation abrégée pour déclarer l'inégalité de manière appariée de tous les individus d'une liste
< owl:allDifferent >
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Types de données en OWL
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– XMLS offre un mécanisme de construction de types de données définies par l'utilisateur par ex., le type de données de
adultAge
inclut tous les nombres entiers supérieurs à 18 – – Ces types de données dérivées ne peuvent pas s'utiliser en OWL le document de référence OWL énumère tous les types de données XMLS utilisables il s'agit des types les plus souvent utilisés comme
string
(chaîne),
integer
(nombre entier),
Boolean
(booléen),
time
(heure) et
date
.
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Information sur les versions
owl:priorVersion
indique des versions antérieures de l'ontologie actuelle – pas de signification formelle, exploitable en gestion d'ontologies
owl:versionInfo
contient généralement une chaîne avec l'information de la version en cours, par ex. mots clés Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Information sur les versions (2)
– –
owl:backwardCompatibleWith
contient une référence à une autre ontologie tous les identifiants de la version précédente ont les mêmes interprétations supposées que la nouvelle version les documents peuvent donc en toute sécurité être changés pour exécuter la nouvelle version
owl:incompatibleWith
indique que l'ontologie contenante est une version ultérieure de celle référencée mais est incompatible avec elle en amont Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Combinaisons de possibilités
Dans les langages OWL, il y a plusieurs séries de restrictions sur l'applications des possibilités dans
OWL Full
, tous les constructeurs du langage peuvent s'utiliser dans n'importe quelle combinaison tant que le résultat donne un RDF autorisé Chapter 4 A Semantic Web Primer
Restriction des possibilités dans OWL DL
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– Segmentation du vocabulaire Toute ressource ne peut être qu'une classe, un type de données, une propriété de type de données, une propriété d'objet, une instance, une valeur de données ou une partie du vocabulaire intégré et rien de plus – Typage explicite La segmentation de toutes les ressources doit être déclarée explicitement (par ex. une classe doit être déclarée si elle est utilisée conjointement à
rdfs:subClassOf
) Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Restriction des possibilités dans OWL DL (2)
– – Séparation des propriétés la série des propriétés d'un objet et les propriétés des types de données sont disjointes ce qui suit ne peut donc jamais être spécifié pour les propriétés des types de données
owl:inverseOf owl:FunctionalProperty owl:InverseFunctionalProperty owl:SymmetricProperty
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Restriction des possibilités dans OWL DL (3)
– Pas de restrictions de cardinalité transitive aucune restriction de cardinalité ne peut être imposée aux propriétés transitives – – Classes anonymes restreintes : ces classes ne sont permises que comme domaine et étendue de
owl:equivalentClass owl:disjointWith
étendue (mais non le domaine) de
rdfs:subClassOf
ou Chapter 4 A Semantic Web Primer
Restriction des possibilités dans OWL Lite
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Restrictions plus strictes que pour OWL DL
owl:oneOf
,
owl:disjointWith
,
owl:unionOf
,
owl:complementOf
autorisés et
owl:hasValue
ne sont pas Les déclarations de cardinalité (cardinalité minimale, maximale et exacte) ne peuvent se faire que sur les valeurs 0 et 1
owl:equivalentClass
ne peuvent plus se faire entre classes anonymes mais uniquement entre identifiants de classes Chapter 4 A Semantic Web Primer
Principe légataire dans la hiérarchie des classes
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Restriction d'étendue:
académique Les cours ne peuvent être donnés que par les membres du corps
Michael Maher est professeur Il "hérite" de la capacité d'enseigner via la classe des membres du corps académique – En RDFS, ceci se fait en déterminant la sémantique de "est une sous-classe de" ce n'est pas le rôle de l'application (logiciel de traitement RDF) d'interpréter "est une sous-classe de" Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Fondements de OWL Le langage OWL Exemples L'espace des noms OWL Extensions futures Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Ontologie de la vie faune et la flore Africaine hiérarchie des classes
animal plante herbivore carnivore arbre girafe lion Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Ontologie de la vie sauvage africaine représentation schématique
Les branches font partie des arbres
isPartOf onProperty branche isSubclassOf toClass Chapter 4 arbre A Semantic Web Primer
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Ontologie de la vie sauvage africaine propriétés
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Ontologie de la vie sauvage africaine plantes et arbres
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Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Ontologie de la vie sauvage africaine branches
Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Ontologie de la vie sauvage africaine feuilles
Chapter 4 A Semantic Web Primer
Ontologie de la vie sauvage africaine carnivores
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Chapter 4 A Semantic Web Primer
Ontologie de la vie sauvage africaine
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Ontologie de la vie sauvage africaine
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Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Ontologie de la vie sauvage africaine lions
Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Ontologie de la vie sauvage africaine plantes savoureuses
owl:Class rdf:ID="tasty-plant">
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Ontologie de l'imprimante des classes hiérarchie
produit padid imprimante laserJetImprimante imprimantepersonelle hpproduit hpimprimante hpLaserJetimprimante 1100series 1100se 1100xi Chapter 4 A Semantic Web Primer
Ontologie de l'imprimante - produits et appareils
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Ontologie de l'imprimante produits HP
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Ontologie de l'imprimante
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Ontologie de l'imprimante
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Ontologie de l'imprimante propriétés
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Fondements de OWL Le langage OWL Exemples L'espace des noms OWL Extensions futures Chapter 4 A Semantic Web Primer
OWL par lui même
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Présentation d'une partie de la définition de OWL par ses propres termes Les explications qui suivent prennent certaines significations OWL dans OWL – elles ne reflètent
pas
la totalité de la sémantique – il faut pour cela une spécification sémantique distincte L'URI de la définition de OWL est défini comme espace de noms par défaut Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Classes des classes (métaclasses)
La classe de toutes les classes OWL est en elle même une sous-classe de la classe de toutes les classes RDFS:
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Classes des classes (métaclasses) – "Thing" et "Nothing" (‘chose’ et ‘rien’)
Thing
est la classe d'objet la plus générale en OWL
Nothing
est la classe la plus spécifique: classe d'objet vide Les relations suivantes s'établissent
Thing
Nothing
Nothing Nothing
Thing
Nothing
Nothing
Nothing
Nothing
Chapter 4 A Semantic Web Primer
Classes des classes (métaclasses) – "Thing" et "Nothing" (2)
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Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Equivalences de classes et de propriétés
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Disjonction de classes
Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Egalité et inégalité
Egalité et inégalité peuvent être déclarées – entre choses arbitraires en OWL Full, cette déclaration peut aussi s'appliquer aux classes Propriétés
sameIndividualAs
,
sameAs
et
differentFrom
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Egalité et inégalité (2)
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Union et intersection de classes
Pour construire une classe au départ d'une liste supposée être une liste d'autres expressions de classes
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Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Classe avec restriction
En OWL, les restrictions définissent la classe des objets répondant à certaines conditions
Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Propriétés avec restriction
Toutes les propriétés :(
onProperty
,
allValuesFrom
,
minCardinality
, etc.) ne sont autorisées qu'à l'intérieur d'une définition de restriction – Leur domaine est
owl:Restriction
, mais sont différentes en fonction de leur étendue Chapter 4 A Semantic Web Primer
Propriétés avec restriction (2)
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Chapter 4 A Semantic Web Primer
Propriétés avec restriction (3)
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Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Propriétés
owl:ObjectProperty
et
owl:DatatypeProperty
des cas spéciaux de
rdf:Property
sont
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Propriétés (2)
Les propriétés symétriques, fonctionnelles et fonctionnelles inverses ne peuvent s'appliquer qu'aux propriétés objets
Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Propriétés (3)
owl:inverseOf
relie deux propriétés objets:
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Fondements de OWL Le langage OWL Exemples L'espace des noms OWL Extensions futures Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Extensions futures de OWL
Modules et imports Valeurs par défaut Hypothèse du monde fermé Hypothèse des noms uniques Suffixes de procédure Règles de mise en chaîne des propriétés Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Modules et imports
L'outil d'importation de OWL est des plus simples: – sert à importer uniquement des ontologies entières, et non des parties de celles-ci Modules en langages de programmation basés sur le
masquage des informations
: déclarent les fonctionnalités, cachent les détails de l'implémentation – Question ouverte de la définition du mécanisme adéquat des modules pour les langages d'ontologies du web Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Valeurs par défaut
De nombreux systèmes pratiques de représentation des connaissances permettent de contourner les valeurs héritées par des classes plus spécifiques dans la hiérarchie – traite les valeurs héritées comme valeurs par défaut Aucun accord n'a été trouvé sur une formalisation correcte du comportement non monotone des valeurs par défaut Chapter 4 A Semantic Web Primer
Hypothèse du monde fermé
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– OWL choisit actuellement l' hypothèse du monde ouvert : une déclaration ne peut pas être supposée vraie sur la base d'une erreur pour le prouver – sur l'immense www que l'on ne peut que partiellement connaître, cette hypothèse est correcte – Hypothèse du monde fermé: une déclaration est vraie si sa négation ne peut pas être prouvée reliée à la notion de valeurs par défaut, conduit à un comportement non monotonique Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Hypothèse des noms uniques
Les applications classiques des bases de données supposent que les individus dont les noms sont différents sont en effet des individus différents OWL suit le paradigme logique habituel où ceci n'est pas le cas – plausible sur WWW On peut vouloir indiquer les parties d'une ontologie pour lesquelles l'hypothèse vaut ou ne vaut pas Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Suffixes de procédure
Une idée habituelle dans la représentation des connaissances est de définir le sens d'un mot en ajoutant un segment de code exécutable servant à élaborer la signification du mot – et non par des définitions explicites dans la langue Bien que largement appliquée, cette idée ne se prête pas très bien à l'intégration en système avec une sémantique formelle et elle n'est pas incluse dans OWL Chapter 4 A Semantic Web Primer
Règles de mise en chaîne des propriétés
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OWL n'autorise pas la composition de propriétés pour des motifs de décidabilité Dans de nombreuses applications, cette opération est utile On peut souhaiter définir des propriétés en tant de règles générales (Horn ou autres) couvrant d'autres propriétés L'intégration de la représentation des connaissances basée sur des règles et la représentation de type DL sont actuellement des secteurs de recherche intensive Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Récapitulation
OWL est le standard proposé pour les ontologies du web – – – OWL repose sur RDF et RDFS: on utilise la syntaxe à base XML les instances sont définies par des descriptions RDF la plupart des primitives de modélisation RDFS sont appliquées Chapter 4 A Semantic Web Primer
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Récapitulation (2)
La sémantique formelle et le support de raisonnement sont fournis par la cartographie de OWL en logique – la logique de prédicats et de descriptions servent à cet usage Bien que OWL soit assez puissant pour son utilisation pratique, on développe des extensions – où on trouvera encore d'autres possibilités logiques et des règles. Chapter 4 A Semantic Web Primer