【分布计算环境学习笔记】7 语义Web

1.语义网的特征：

每个资源有清晰的定义，如软件，文件，人，地点。概念之间的关系有清晰的定义，如软件产生文件，软件依赖于软件，文件的版本，文件具有主题，人所在地点。目标是实现机器自动处理信息。它将提供诸如信息代理、搜索代理、信息过滤等智能服务。语义Web上提供的这些智能服务应该超越目前这些服务的技术水平，克服它们在功能上仅能独立运行、无法交互的限制。语义网的技术基础是 XML和 RDF；其基本实现方法是开发功能逐层增强的形式化信息规约语言，用以唯一确定信息的含义，其最终目标是成为智能化网络服务和应用开发的基础设施，成为机器与人协同工作的媒介。

2.语义网的目标：

让计算机能够“理解”分布在网上的信息和知识，并在“理解”的前提下更好地处理、利用这些信息和知识，使Web成为支持全球化知识共享的智能信息服务平台，为人们提供优质的服务。

3.语义网的相关问题

信息检索 — 关键词检索与基于内容的检索
信息抽取 — 元数据：有关数据的数据。主要包括

• 语法元数据：描述有关数据内容的非上下文信息。如文档的大小、位置、创建日期等
• 结构元数据：提供有关内容结构的信息，如使用DTD或者XML Schema 可以定义XML文档用到的元素、属性和实体以及不同元素和属性之间的关系。
• 语义元数据：对语法和结构元数据添加了关系、规则和约束条件。

信息表示 — 内容与表示的分离
信息与自然语言语义
数据挖掘和知识发现
信息集成和概念集成

4.语义网层次

该体系中从低层到高层分别为：Unicode和URI、XML、RDF、Ontology、Logic、Proof、Trust

• 第一层Unicode和URI。该层是整个语义Web的基础，其中Unicode处理资源的编码，URI负责标识资源
• 第二层XML+NS+XML Schema，用于表示数据的内容和结构
• 第三层RDF+RDF Schema，用于描述Web上的资源及其类型
• 第四层Ontology vocabulary，它用于描述各种资源之间的联系
• 第五层到第七层是在下面4层的基础上进行的逻辑推理操作，包括公理和推理规则、认证机制及信任机制
• 其中核心层为XML、RDF、Ontology，这3层用于表示Web信息的语义

5.RDF

资源描述框架(Resource Description Framework, 简称 RDF)提供了一种用于表达这一信息、并使其能在应用程序间交换而不丧失语义的通用框架。RDF是一种描述资源的语言，是W3C组织推荐的描述Web上元数据的标准。用Web标识符（URI）来标识事物，用简单的属性（property）及属性值来描述资源

主要包括三部分

• RDF模型
• RDF/XML语法
• RDF Schema

RDF三元组 被定义为（Subject，Predicate，Object），它由主体（事物）、谓词（属性）和客体（值）三部分组成。主体和谓词的类型是URI，表示一个Web 资源，客体即可以是URI，也可以是文字（Literal），RDF三元组也被称为RDF声明（Statement）。

RDF的图模型： 可把RDF声明表示为有向、带标签的图。

• 椭圆节点表示用URI指代的主体和客体
• 方框节点表示文字类型的客体
• 有向弧标签则表示用URI指代的谓词

RDF /XML 语法：

用于RDF图的表示和交换。如

• 为RDF图中所有空节点指定一个空节点标志符
• 对应于每个RDF三元组中的主体，生成一个rdf:Description元素
• 同一个主体的多个声明可合并为一个rdf：Description元素

RDF Schema： 实现对RDF的扩展，可用于描述和定义于特定应用相关的类和属性，从而可创建自定义的词汇表，如字典表述语言。

RDFS的作用：

• 定义资源以及属性的类别；
• 定义属性所应用的资源类以及属性值的类型；
• 定义上述类别声明的语法；
• 申明一些由其它机构或组织定义的元数据标准的属性类。

描述RDF类

• 类是指事物的类型或者分类，rdf:Class、rdf:Resouce、rdf:type、rdf:subClassOf
  例如：
  
• 描述RDF属性，rdf:Property、 rdf:range、rdf:domain
  例如：
  

Semantic Web和Semantic Web Service。区别就像Web和Web Service的区别。Semantic Web提供了语义化的Web网络，而Semantic Web Service则更进一步，提供了对外调用接口的支持。

6.Ontology

客观存在的一个系统的解释或说明，关心的是客观现实的抽象本质。An ontology is a formal, explicit specification of a shared conceptualization – Gruber

• ‘Conceptualization’指通过抽象出客观世界中一些现象的相关概念而得到的模型
• ‘Explicit’指所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义
• ‘Formal’指Ontology是计算机可读的
• ‘Shared’指Ontology中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集
• “共享”指Ontology中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集
• “概念模型”指通过抽象出客观世界中一些现象的相关概念而得到的模型
• “明确”指所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义
• “形式化”指Ontology是计算机可读、可理解的

建模元语：

类（classes）或概念（concepts）：指任何事务，如工作描述、功能、行为、策略和推理过程。从语义上讲，它表示的是对象的集合，其定义一般采用框架（frame）结构，包括概念的名称，与其他概念之间的关系的集合，以及用自然语言对概念的描述 ，e.g. In university-ontology: student and professor are two classes

关系（relations）：在领域中概念之间的交互作用，形式上定义为n维笛卡儿积的子集：R:C1×C2×…×Cn  Such as: subclass-of, is-a

函数（functions）：一类特殊的关系。该关系的前n-1个元素可以唯一决定第n个元素。形式化的定义为F:C1×C2×…×Cn-1→Cn，如Mother-of就是一个函数，mother-of(x,y)表示y是x的母亲。

公理（axioms）：代表永真断言，如概念乙属于概念甲的范围

实例（instances）：代表元素。从语义上讲实例表示的就是对象，Such as: Student called Peter is the instance of Student class。

4种基本关系：

构造Ontology的规则：

• 明确性和客观性：Ontology应该用自然语言对所定义的术语给出明确、客观的语义定义
• 完全性：所给出的定义是完整的，完全能表达所描述的术语的含义
• 一致性：由术语得出的推论与术语本身的含义是相容的，不会产生矛盾
• 最大单调可扩展性：向Ontology中添加通用或专用的术语时，不需要修改已有的内容
• 最小承诺：对待建模对象给出尽可能少的约束

广泛使用的本体：

语言栈：

6.语义Web的应用

• 语义Web服务（Semantic Web Services）
• 内容管理（Content/Knowledge Management）
• 概念检索（Concept Searching）
• 智能代理（Intelligent Agent）
• 普适计算（Ubiquitous/Pervasive Computing）