语义网中OWL本体概述及其构建方法研究

林龙成

摘要：近年来，语义网（Semantic Web）以其良好的知识表达、交流、共享和推理能力，已被各个领域广泛接受，语义网是当前Web的延伸。而本体是语义网的关键，利用本体语言对Web上已有的信息进行更为有意义的组织和编码，从而实现机器与人之间的有效通信。本文对语义网和本体语言进行了分析，并在此基础上阐述了基于Protege的OWL本体构建技术。

关键词：语义网;本体;OWL;Protege

中图分类号：TP393 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）12-0203-02

万维网是一个由数百万个文档组成的分布式存储库，覆盖了广泛的多学科信息，在这些文档中提取和检索特定的信息是一项烦琐的工作。为了提高关联度，需要向语义Web（Web3.0）和本体论方向发展。语义Web是当前Web的扩展，其中Web上已有的信息被有意义地编码并赋予一个明确定义的结构，从而使计算机和人类以高效的方式进行通信。在语义网中，所有的信息都有明确的含义，使机器能够解释、处理、推理和派生新的知识，以支持实时应用中的特定任务。随着语义网的迅速发展，支持本体功能的语言层出不穷。Web本体语言（OWL）、资源描述框架（RDF）和资源描述框架模式（RDFS）是语义网的基本表示语言。

本体是语义网的关键，它将一个特定领域的相关概念编码成机器可读的格式，在这种格式中，机器可以处理和理解编码的知识，Web本体语言OWL是一种在Web上定义本体的语言，从类、属性和个体的角度描述一个域，并且可以包含对这些对象特性的丰富描述。

1语义网

语义网的概念是由万维网的发明者Tim Berners Lee在1996年提出的，目标是将当前的信息转换成机器友好的语言，语义网并不是一个独立的网络，而是当前网络的扩展，它赋予信息明确的含义，使得信息共享和重用成为可能，计算机和人们能够更好地协同工作。简单地说，它被称为信息的储存库和表达这些信息所涉及的语言。语义网的体系结构如图1所示。1）数据层。XML，代表由命名空间和模式组成的可扩展标记语言，用于在web上定义数据结构;资源描述框架（Resource Description Framework.RDF），用于以数据模型的形式描述信息，数据模型又由三个部分组成：主语、谓语和属性。

2）模式层。资源描述框架模式（Resource Description Framework Schema.RDFS），充当表示和推断RDF数据模型的词汇语言。

3）逻辑层。网络本体语言（Web Ontology Language，OWL），有助于创建语义web应用，实现信息的共享和重用，它被定義为一组术语，用来描述给定的领域并从中得出推论，可以借助推理系统进行推理。

2网络本体语言OWL

Web本体语言OWL是一种在Web上定义本体的语言。OWL本体论从类、属性和个体的角度描述一个域，并且可以包含对这些对象特性的丰富描述。OWL使描述概念成为可能，但它也提供了新的功能。它有更丰富的运算符集，例如交集、并集和否定。它基于不同的逻辑模型，使得定义和描述概念成为可能。因此，复杂的概念可以建立在定义中，而不是简单的概念。此外，逻辑模型允许使用推理器，推理器可以检查本体中的所有语句和定义是否相互一致，还可以识别哪些概念适合哪些定义。帮助正确地维护层次结构。

OWL可以根据描述能力分为三种子语言：1）OWL-Lite。在语法上，OWL-Lite是最简单的语言。一般用于只有一个简单的类层次和定义的约束比较简单的情况;2）OWL-DL。OWL-DL是建立在描述逻辑基础上的，描述能力比OWL-Lite强得多。可以自动的计算分类层次，并且检查本体的一致性;3）OWL-Full。OWL-Full的表达能力是最强的，可以适用于需要很强的表达能力的情况。

其中，OWL-Lite描述能力最弱，OWL-Full描述能力最强，OWL-DL的能力属于中间，同时，OWL-Full可以视为是OWL-DL的一个扩展。在使用OWL时，OWL Lite和OWL DL之间的选择取决于用户在多大程度上需要OWL-Lite和OWL-DL提供的更具表现力的结构。OWL-DL和OWL-Full之间的选择主要取决于用户在多大程度上需要RDF模式的元建模工具（例如，定义类的类，或者将属性附加到类）。与OWL-DL相比，使用OWL-Full时，推理支持的可预测性较差。

OWL由类、属性和个体组成。类表示个体的集合，OWL中的所有个体都是类owI：Thing的成员。因此，各个用户自定义的类都隐含地是owI：Thing的一个子类。要定义特定领域的根类，只需将它们声明为一个具名类（named class）即可。OWL也可以定义空类，owl：Nothing齄1齄;OWL 2语法中的个体表示域中的实际对象。OWL 2的语法中有两种类型的个体：命名个体和匿名个体。命名的个体被赋予一个显式的名称，可以在任何本体中用来引用同一个对象;匿名个体没有全局名称，因此是它们所包含的本体的本地名称。属性是指两个个体直接的二元关系，一个属性可以将两个个体关联起来，包括对象属性和数据属性，对象属性是将个体关联到个体，数据属性是将个体关联到数据类型。

3基于Protege的OWL本体构建关键技术

Protege是一个斯坦福大学开发的本体编辑和知识获取软件。开发语言采用Java，属于开放源码软件。由于其优秀的设计和众多的插件，Protege已成为目前使用最广泛的本体论编辑器之一。下面以家庭（family）本体为例，阐述OWL本体的构建过程。

3.1创建类

点击“Entities”中“Classes”标签。在这个界面，可以创建家庭成员的类。在Protege中，所有的类都是“Thing”的子类。最左边的按钮用于创建当前选中类的子类，中间的按钮用于创建兄弟类，最右边的按钮删除当前选中的类。本文创建了四个类，“person”“sibling”“child”“parent”。如图2所示。

3.2创建属性

在OWL中，有两种常用的属性表示关系，对象属性和数据属性。可以通过“Entities”中“Object properties”标签和“Data properties”标签来设置。下面以对象属性为例，点击“Entities”中“Object properties”标签，右键根类“ow1：topObjectProperty”，单击“Add sub-properties”，打开层次关系设置对话框，设置对象属性，如图3所示。

3.3设置属性

在Protege中，可以通过“Description”对话框设置属性的一些描述，如图4所示。

1）等价属性。表示两个属性的意思相同。在本文中，“has-Parent”就有和“isChildOf”相同的概念。

2）逆属性。每个对象属性都可能具有相应的反向属性。在本文中，“hasParent”的逆属性就是“isParentOf”。

3）domain和range。domain指定属性的定义域，声明任何拥有某个给定属性的资源是定义域类的一个实例齄2齄;range指定属性的值域，声明一个属性的取值是值域类的实例。在本文在，“hasParent”的定义域是“child”，“hasParent”的值域是“parent”。

最终得到的家庭关系本体如图5所示。

4小结

本体的概念已被应用到很多领域，本文对语义网的组成进行了解析，重点阐述了网络本体语言OWL的构成。Protege是目前使用较为广泛的一款本体编辑工具，本文以家庭领域本体为例，实现了本体中类、关系、属性以及实例的定义，详细介绍了基于Protege的本体构建技术。