Introduction à OWL, un langage XML d'ontologies Web...Intriduction à OWL, un langage d'ontologies Web – 10 janvier 2006 – Xavier Lacot 3 Bref historique

Intriduction à OWL, un langage d'ontologies Web – 10 janvier 2006 – Xavier Lacot <[email protected]> 1

Introduction à OWL,un langage XML d'ontologies Web

Enjeux, objectifs et mise en oeuvre

Xavier Lacot <[email protected]>


Sommaire

Bref historique et limites du Web « navigable » Introduction rapide à XML et au Web sémantique

Présentation de RDF Web sémantique et ontologies

Le langage OWL Objectifs et motivations Diverses déclinaisons de OWL Structure d'une ontologie : classes, instances et propriétés

Outils existants pour la manipulation d'ontologies OWL Editeur d'ontologies Protégé Validateur(s) OWL Outils de raisonnement inductif Exemple simple avec Jena

Applications pratiques : à quoi ça sert ?


Bref historique du Web

1990 : création du World Wide Web par Tim Berners Lee HTML 1 Permet de « faire des pages web simples »

Jusqu'en 1998 : « balkanisation du Web » 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


http://domain1.tld

http://domain2.tld

Structure du Web actuel

Le Web actuel est très hétrogène Par son contenu (wikipédia ou skyblogs/meetik ?) Par la qualité de ses pages

Structure technique Des ressources (pages Web HTML) Des relations entre ces ressources (liens hypertextes)

=> Difficilement exploitable


Limites du Web actuel

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 ?


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 :

Qualifier en écrivant des métadonnées Formaliser en employant une syntaxe extensible (XML) Structurer en évitant les duplications d'informations

Objectifs : Partager des connaissances Manipuler des savoirs (éventuellement par des agents

automatiques)


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

Motivations : Rendre l'information traitable par machine Favoriser l'interopérabilité des savoirs (la combinaison de

plusieurs savoirs) Fournir une lingua franca de structuration des informations

Une métadonnéeUn ensemble d'informations


Le mécanisme de triplets de RDF

RDF procède par une description exhaustive des savoirs à l'aide de « phrases » simples :

Sujet Prédicat Objet

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.

sujet objet

Xavier Lacot est l'auteur de cette présentation


Syntaxe de RDF

RDF dispose d'une syntaxe XML pour sérialiser les graphes RDF

Un fichier RDF doit faire référence à des espaces de nom :

<rdf:Description about="http://www.lacot.org/"><prefixe:auteur>Xavier Lacot</prefixe:auteur>

</rdf:Description>prédicat

objet

sujet

<?xml version="1.0"?><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:

Espace de nom pour rdf:


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


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 :

Ressources définies les unes par rapport aux autres : Modèle en graphe Permet des manipulations automatisées

Humain

Homme

Femme

Ville Paris

Paul

Marie

Bordeaux

Une partie terminologique Une partie déclarative


Pourquoi OWL : les limites de RDF / RDFS

RDF et RDFs seuls sont trop limités : Impossibilité de préciser la nature des relations entre ressources

(réflexivité, etc.) Aucune capacité de raisonnement Logique très limitée

D'où la nécessité de OWL : Découle de RDF + RDFS Connecteurs logiques entre classes (union, intersection, etc.) Cardinalité sur les propriétés Caractérisation des propriétés (transitivité, inverse, etc.)

XML + Schema XML

RDF + RDF Schema

OWL

Syntaxe

(Méta-)données

Logique


Les diverses déclinaisons de OWL

OWL se décline en une hiérarchie de trois langages d'expressivité croissante :

OWL Lite : hiérarchie de concepts simple OWL DL : Expressivité plus importante que OWL Lite OWL Full :

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


Structure d'une ontologie

Une ontologie OWL se sérialise sous forme d'un document OWL (fichier d'extension .rdf ou .owl)

Plusieurs sections principales : 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"/>


Ontologie Exemple

VilleNomVille

PaysNomPays

FemmeNomDeJeuneFille

Homme

HumainNomPrénomDateDeNaissance

habite à

est frère ou soeur de

est père de se trouve en

0..n

est marié à

0..n

1..1

0..n 1..10..n

1..1

0..1 0..1


Les classes OWL

Une classe : définit un groupe d'individus ayant des caractéristiques similaires peut être déclarée de plusieurs manières :

Par nommage de la classe Par énumération de ses individus Par restriction des propriétés de ses individus Par 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 »


Exemples de classes OWL DL

<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></owl:Class>

<owl:Class rdf:ID="Pays" />

<owl:Class rdf:ID="Femme"> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Humain" /></owl:Class>

Exemple de classe simplement nommée

Exemple de classe obtenue par restriction des propriétés de son extension

Exemple de classe héritée

restrictionsur la propriété

« aPourPere »

La cardinalité doit être égale à 1

Mécanisme d'héritage


<Humain><aPourPere rdf:resource="#Paul" />

</Humain>

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 :

Un faut peut également permettre de comparer des individus :

<Humain rdf:ID="Pierre"><aPourPere rdf:resource="#Jacques" />

</Humain>

Instance anonyme

<rdf:Description rdf:about="#Louis_XIV"><owl:sameAs rdf:resource="#Le_Roi_Soleil" />

</rdf:Description>


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»


Propriétés OWL (2/2)

OWL propose un mécanisme d'héritage de propriétés :

Les propriétés peuvent être caractérisées : Réflexivité Transitivité Symétrie

<owl:ObjectProperty rdf:ID="aPourFrere"><rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#estDeLaFamilleDe" /><rdfs:range rdf:resource="#Humain" /><rdfs:domain rdf:resource="#Humain" />


<owl:ObjectProperty rdf:ID="aPourFrere"><rdf:type rdf:resource="&owl;SymmetricProperty" /><rdfs:range rdf:resource="#Humain" /><rdfs:domain rdf:resource="#Humain" />


«aPourFrere» est une propriété symétrique : si A aPourFrere B, alors B aPourFrere A


OWL en pratique L'emploi de OWL soulève plusieurs problématiques :

La production des ontologies Leur partage Leur exploration / exploitation

Savoirs /Connaissances

Ontologie(s)Savoirs

« enrichis » et « présentés »

Production

Partage et enrichissement

Exploitation /Présentation

Page Web(« présentation

de savoirs »)

Présentation

WebSémantique

Web« traditionnel »

Editeur

Navigateur Web

« Navigateur sémantique », APIs, Web Services, etc.

Portails Sémantiques, Semantic reasoners


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)


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


Autres outils en rapport avec OWL

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,


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/


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