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La Web Semantica: Presente y Futuro XML RDF OWL

Introduccion a la Web Semantica parabibliotecarios y documentalistas

Jose R. Perez-Aguera

Universidad Complutense de MadridDpto. de Ingenierıa del Software e Inteligencia Artificial

2 de diciembre de 2008


Indice

1 La Web Semantica: Presente y Futuro

2 XMLBases de XMLLos Documentos XML

3 RDFBases de la Web SemanticaCaracterısticas de RDFVocabularios

4 OWL


La Web Semantica hoy: Sindicacion de Contenidos

Google Reader

Lector web de feeds http://reader.google.com

TechnoratiEl buscador de blogs http://www.technorati.com


La Web Semantica hoy: Publicacion electronica

OAI-PMHProtocolo para el intercambio de metadatoshttp://www.openarchives.org/

Explorador de Repositorios

Un ejemplo de la comunicacion entre maquinashttp://re.cs.uct.ac.za/


La Web Semantica hoy: Descripcion de personas

FOAFThe Friend of a Friend (FOAF) es un proyecto para creardescripciones de personas que puedan ser leidas einterpretadas por maquinas.http://www.foaf-project.org/index.html

FOAF-a-MaticFOAF-a-matic es una simple aplicacion de Javascript que lepermite crear un descripcion FOAF (”Friend-of-A-Friend.oAmigo-de-un-Amigo) de si mismo.http://www.ldodds.com/foaf/foaf-a-matic.es.html


La Web Semantica hoy: Tagging

FolksonomıasDimension Social de las ontologıas

ActoresConceptosInstancias



Semantica emergente

Las interacciones entre un numero razonablemente alto deindividuos generan efectos globales que podrıan serentendidos como semantica.

Semantica implicita

Pasamos de la semantica explicita (ontologıas) a la semanticaimplıcita (folksonomıas)



FolksonomıasLas ontologıas somos nosotrosa

aPeter Mika


La Web Semanica manana: Buscadores inteligentes

HakiaEl buscador semantico: La busqueda por significadowww.hakia.com

PowersetEl buscador linguıstico: La busqueda en Lenguaje Naturalwww.powerset.com

Ontologıas del todo

Cyc: http://www.cyc.com/SUMO: http://www.ontologyportal.org/


Bases de XML

¿Que es XML?

XMLXML es un metalenguaje de marcado que sirve como basesintactica para la elaboracion de lenguajes de marcadoespecıficos.


Bases de XML

Caracterısticas de XML

XML es un lenguaje que permite representar documentosde forma que pueden ser leidos y entendidos tanto poruna maquina como por un ser humano.XML es un lenguaje de marcado, por lo queesta compuesto por marcas o etiquetas que permitendefinir los elementos y la estructura del documento quequeremos representar.Los documentos XML se componen de una secuencia decaracteres Unicode.Los documentos XML son una representacion serializadade un modelo logico.XML es un formato que permite crear documentosestructurados.XML es un lenguaje que permite el intercambio de datossemi-estructurados.


Bases de XML


XML es un lenguaje que permite representar documentosde forma que pueden ser leidos y entendidos tanto poruna maquina como por un ser humano.

XML es un lenguaje de marcado, por lo queesta compuesto por marcas o etiquetas que permitendefinir los elementos y la estructura del documento quequeremos representar.Los documentos XML se componen de una secuencia decaracteres Unicode.Los documentos XML son una representacion serializadade un modelo logico.XML es un formato que permite crear documentosestructurados.XML es un lenguaje que permite el intercambio de datossemi-estructurados.


Bases de XML


XML es un lenguaje que permite representar documentosde forma que pueden ser leidos y entendidos tanto poruna maquina como por un ser humano.XML es un lenguaje de marcado, por lo queesta compuesto por marcas o etiquetas que permitendefinir los elementos y la estructura del documento quequeremos representar.

Los documentos XML se componen de una secuencia decaracteres Unicode.Los documentos XML son una representacion serializadade un modelo logico.XML es un formato que permite crear documentosestructurados.XML es un lenguaje que permite el intercambio de datossemi-estructurados.


Bases de XML


XML es un lenguaje que permite representar documentosde forma que pueden ser leidos y entendidos tanto poruna maquina como por un ser humano.XML es un lenguaje de marcado, por lo queesta compuesto por marcas o etiquetas que permitendefinir los elementos y la estructura del documento quequeremos representar.Los documentos XML se componen de una secuencia decaracteres Unicode.

Los documentos XML son una representacion serializadade un modelo logico.XML es un formato que permite crear documentosestructurados.XML es un lenguaje que permite el intercambio de datossemi-estructurados.


Bases de XML


XML es un lenguaje que permite representar documentosde forma que pueden ser leidos y entendidos tanto poruna maquina como por un ser humano.XML es un lenguaje de marcado, por lo queesta compuesto por marcas o etiquetas que permitendefinir los elementos y la estructura del documento quequeremos representar.Los documentos XML se componen de una secuencia decaracteres Unicode.Los documentos XML son una representacion serializadade un modelo logico.

XML es un formato que permite crear documentosestructurados.XML es un lenguaje que permite el intercambio de datossemi-estructurados.


Bases de XML


XML es un lenguaje que permite representar documentosde forma que pueden ser leidos y entendidos tanto poruna maquina como por un ser humano.XML es un lenguaje de marcado, por lo queesta compuesto por marcas o etiquetas que permitendefinir los elementos y la estructura del documento quequeremos representar.Los documentos XML se componen de una secuencia decaracteres Unicode.Los documentos XML son una representacion serializadade un modelo logico.XML es un formato que permite crear documentosestructurados.

XML es un lenguaje que permite el intercambio de datossemi-estructurados.


Bases de XML


XML es un lenguaje que permite representar documentosde forma que pueden ser leidos y entendidos tanto poruna maquina como por un ser humano.XML es un lenguaje de marcado, por lo queesta compuesto por marcas o etiquetas que permitendefinir los elementos y la estructura del documento quequeremos representar.Los documentos XML se componen de una secuencia decaracteres Unicode.Los documentos XML son una representacion serializadade un modelo logico.XML es un formato que permite crear documentosestructurados.XML es un lenguaje que permite el intercambio de datossemi-estructurados.


Bases de XML

Un ejemplo

Un simple documento XML<DocumentoSimple>

<Mensaje>Hola Mundo</Mensaje></DocumentoSimple>


Bases de XML

XML y Web Semantica

Web SemanticaLos lenguajes de la Web Semantica son lenguajes construidosa partir de XML que usan sus reglas sintacticas para construirun lenguaje especıfico.

SintaxisXML es la sintaxis de la Web Semantica


Bases de XML

Lenguajes de Marcado

XML y HTMLTanto XML y HTML son lenguajes de marcado

Los documentos XML tienen un aspecto similar a losdocumentos HTML, ya que ambos estan compuestos demarcas o etiquetas que definen y caracterizan las distintaspartes de las que se compone un documento.

XHTMLXHTML es la version XML de HTML


Los Documentos XML

Declaracion XML

La declaracion XML es opcional en XML 1.0 pero deberıa estarsiempre presente. Si la declaracion XML esta presente debeser siempre el primer elemento del documento por ninguncaracter simple, ni siquiera un espacio.

Ejemplo de declaracion<?xml version=’’1.0’’?>

Los Documentos XML

Elementos XML

Todos los documentos XML deben tener, al menos, unelemento, el cual se suele llamar elemento documentoo elemento raiz.

Ejemplo de elemento<libro>

</libro>

Los Documentos XML

Elementos XML

Otros elementosEl resto de elementos deben estar siempre anidados dentro delelemento documento o elemento raiz.

Elementos anidados<libro><cap>

</cap></libro>

Los Documentos XML

Atributos XML

Los atributos XML proporcionan informacion adicional sobrelos elementos XML.

Ejemplo de atributo<libro titulo=’’Dracula’’><cap num=’’6’’ titulo=’’Diario de Mina’’>

</cap></libro>


Los Documentos XML

Los espacios de Nombre

¿Que son?Un espacio de nombres XML es una recomendacion W3C paraproporcionar elementos y atributos con nombre unico en unainstancia XML.

Una instancia XML puede contener nombres de elementos oatributos procedentes de mas de un vocabulario XML. Si acada uno de estos vocabularios se le da un espacio denombres, se resuelve la ambiguedad existente entre elementoso atributos que se llamen igual.

ImportanteLos nombres de elementos dentro de un espacio de nombresdeben ser unicos.


Los Documentos XML

Uso de los espacios de nombre

<rdf:RDF(...)xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#"xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/"xmlns:dcterms="http://purl.org/dc/terms/"><rdf:Description><dc:subject><dcterms:MESH><rdfs:label>

Formate Dehydrogenase</rdfs:label>

</dcterms:MESH></dc:subject></rdf:Description>

</rdf:RDF>


Bases de la Web Semantica

RDF: Resource Description Framework

Una definicion de RDFModelo simple para la representacion de los metadatos

URIUn URI es una cadena corta de caracteres que identificainequıvocamente un recurso (servicio, pagina, documento,direccion de correo electronico, enciclopedia, etc).Normalmente estos recursos son accesibles en una red osistema.



Caracterısticas de un URI

Caracterısticas

Esquema: nombre que se refiere a una especificacionpara asignar los identificadores, e.g. urn:, tag:, cid:. Enalgunos casos tambien identifica el protocolo de acceso alrecurso, por ejemplo http:, mailto:, ftp:.Autoridad: elemento jerarquico que identifica la autoridadde nombres, por ejemplo //es.wikipedia.org.Ruta: Informacion usualmente organizada en formajerarquica, que identifica al recurso en el ambito delesquema URI y la autoridad de nombres, e.g.wikiUniform Resource Identifier.




CaracterısticasEsquema: nombre que se refiere a una especificacionpara asignar los identificadores, e.g. urn:, tag:, cid:. Enalgunos casos tambien identifica el protocolo de acceso alrecurso, por ejemplo http:, mailto:, ftp:.

Autoridad: elemento jerarquico que identifica la autoridadde nombres, por ejemplo //es.wikipedia.org.Ruta: Informacion usualmente organizada en formajerarquica, que identifica al recurso en el ambito delesquema URI y la autoridad de nombres, e.g.wikiUniform Resource Identifier.




CaracterısticasEsquema: nombre que se refiere a una especificacionpara asignar los identificadores, e.g. urn:, tag:, cid:. Enalgunos casos tambien identifica el protocolo de acceso alrecurso, por ejemplo http:, mailto:, ftp:.Autoridad: elemento jerarquico que identifica la autoridadde nombres, por ejemplo //es.wikipedia.org.

Ruta: Informacion usualmente organizada en formajerarquica, que identifica al recurso en el ambito delesquema URI y la autoridad de nombres, e.g.wikiUniform Resource Identifier.




CaracterısticasEsquema: nombre que se refiere a una especificacionpara asignar los identificadores, e.g. urn:, tag:, cid:. Enalgunos casos tambien identifica el protocolo de acceso alrecurso, por ejemplo http:, mailto:, ftp:.Autoridad: elemento jerarquico que identifica la autoridadde nombres, por ejemplo //es.wikipedia.org.Ruta: Informacion usualmente organizada en formajerarquica, que identifica al recurso en el ambito delesquema URI y la autoridad de nombres, e.g.wikiUniform Resource Identifier.




Caracterısticas

Consulta: Informacion con estructura no jerarquica,usualmente pares clave = valor , que identifica al recursoen el ambito del esquema URI y la autoridad de nombres.El comienzo de este componente se indica mediante elcaracter ?.Fragmento: Permite identificar una parte del recursoprincipal, o vista de una representacion del mismo. Elcomienzo de este componente se indica mediante elcaracter #.




CaracterısticasConsulta: Informacion con estructura no jerarquica,usualmente pares clave = valor , que identifica al recursoen el ambito del esquema URI y la autoridad de nombres.El comienzo de este componente se indica mediante elcaracter ?.

Fragmento: Permite identificar una parte del recursoprincipal, o vista de una representacion del mismo. Elcomienzo de este componente se indica mediante elcaracter #.




CaracterısticasConsulta: Informacion con estructura no jerarquica,usualmente pares clave = valor , que identifica al recursoen el ambito del esquema URI y la autoridad de nombres.El comienzo de este componente se indica mediante elcaracter ?.Fragmento: Permite identificar una parte del recursoprincipal, o vista de una representacion del mismo. Elcomienzo de este componente se indica mediante elcaracter #.


Caracterısticas de RDF


Permite definir informacion sobre cualquier dominioTodo lo que se describen son recursos (identificados porURIs)Es un grafo

Componentes de RDFDefinido como una tripla (s,p,o)

Sujeto - Recurso (http://www.w3c.es/Personal/Martin)Predicado - Propiedad (creador)Objeto - Literal (”Martın Alvarez”)



Declaraciones RDF

Una declaracionsujeto TIENE predicado CUYO VALOR ES objeto

Estructurahttp://www.w3c.es/Personal/Martin TIENE UN creator CUYOVALOR ES Martın Alvarez



Capacidades de RDF

Funcionalidades

Extensibilidad incrementalRelacionarse con otros recursosMezclar definiciones o Nodos sujeto y objeto con el mismoURIProporcionar multiples presentaciones aprovechando eltrabajo de otros



Capacidades de RDF

FuncionalidadesExtensibilidad incremental

Relacionarse con otros recursosMezclar definiciones o Nodos sujeto y objeto con el mismoURIProporcionar multiples presentaciones aprovechando eltrabajo de otros



Capacidades de RDF

FuncionalidadesExtensibilidad incrementalRelacionarse con otros recursos

Mezclar definiciones o Nodos sujeto y objeto con el mismoURIProporcionar multiples presentaciones aprovechando eltrabajo de otros



Capacidades de RDF

FuncionalidadesExtensibilidad incrementalRelacionarse con otros recursosMezclar definiciones o Nodos sujeto y objeto con el mismoURI

Proporcionar multiples presentaciones aprovechando eltrabajo de otros



Capacidades de RDF

FuncionalidadesExtensibilidad incrementalRelacionarse con otros recursosMezclar definiciones o Nodos sujeto y objeto con el mismoURIProporcionar multiples presentaciones aprovechando eltrabajo de otros



Ejemplo de RDF


Vocabularios

Por que usar vocabularios

Capacidades

Necesitamos definir vocabularios (terminos) para usarlosen estas sentenciasDescripcion formal de un dominio

Definicion de clases, propiedades y relaciones entre ellas


Vocabularios

Por que usar vocabularios

Capacidades

Interoperabilidad semanticaIntegracion entre metadatos de distintosvocabularios/esquemasFacilita y ofrece mayor precision ante busquedas deinformacion

Portales (reglas de categorizacion para los recursos)Colecciones multimedia (medios no textuales)Sitios web corporativos (organizacion taxonomica dedocumentos)

Relaciona recursos, servicios, dispositivos, bases de datosa traves de la asociacion de las estructuras delconocimiento y su combinacion.


Vocabularios

RDF Schema

CaracterısticasRDF Schema es un Lenguaje de Descripcion deVocabulariosModelo de datos para RDFPermite enriquecer las descripciones semanticas(procesables por las maquinas)

Clases / subclasesRelaciones entre las clases y propiedadesDescripciones para los humanos (etiquetas, descripciones,etc.)


Vocabularios

RDF Schema

CaracterısticasFacilita la combinacionde sentencias RDF, atraves de los URIsOfrece la base parapoder realizarrazonamientos odeducciones sobrenueva informacionBasicamente permitedefinir clases ypropiedades e indicacomo se pueden usar enconjunto


Vocabularios

Limitaciones de RDF Schema

Limitaciones principalesNo indica la cardinalidad

Un libro: ¿Puede tener mas de un autor? ¿Puede no tenerninguno?

Tipos de datosRestricciones de rangos simples para las propiedadesNo se pueden derivar tipos por union o interseccionNecesidad de relaciones de clases o propiedades masricas

Caracterısticas de las propiedades

Surgen extensiones DAML+OIL


OWL

Ontologıas para la Web

Lenguaje de Ontologıas Web (Recomendacion Febrero2004)Se basa en RDF SchemaAnade mas vocabulario para describir las clases y laspropiedadesLos lenguajes anteriores estaban destinados acomunidades especıficas

Comercio ElectronicoEntornos cientıficos


Ontologıas para la Web

OWL se adapta a la arquitectura de la WWW y a la WebSemanticaLos sistemas que usan DAML, OIL, DAML+OIL estanmigrando a OWL

Muchas herramientas que lo generan (Protege)


Necesidad de Ontologıas en OWL

Ventajas de OWLRDF Schema es util pero no lo podemos utilizar pararesolver ciertas tareasAplicaciones complejas pueden necesitar masfuncionalidad

¿Puede un programa razonar acerca de ciertos terminos?p.e., ”si A es menor que B y B es menor que C, ¿es A menorque C?”Es obvio para los humanos pero no para las maquinas...Los programas deberıan poder deducir estas sentencias

Construir clases e instancias, no solo nombrarlasRestringir el rango de las propiedades


¿Por que OWL?

El nombreAlgunas leyendas urbanas...

p.e., referencia a Owl de Winnie the Pooh, que deletreabamal su nombre como ”WOL”

Una referencia a un proyecto de IA de mediados de los 70de Bill Martin llamado .One World Language”

Un intento de un lenguaje de Representacion delConocimiento y su ontologıa asociada, que intentaba serun lenguaje universal para codificar significados en lasmaquinas

”Why not be inconsistent in at least one aspect of alanguage which is all about consistency”(Guus Schreiber)


Componentes de una ontologıa OWL

ComponentesClasesPropiedadesIndividuos


Clases en OWL

PropiedadesEn RDF Schema ya podıan definirse subclases, pero conOWL:Pueden construirse clases de otras existentespreviamente

Enumerarlas en su contenidoA traves de interseccion, union, complementariosA traves de restricciones apropiadas

OWL introduce Class y Thing para diferenciar las clases ylos individuos



Grafo


Operadores de conjuntos sobre clases

Operadores

Union de conjuntos mediante unionOfOtras posibilidades: intersectionOf y complementOf

Grafo


Clases disjuntas

Propiedadesowl:disjointWithUna instancia de una clase no puede pertenecersimultaneamente a otra clasep.e., ontologıa de comida: Definicion de Carne


Definicion de una clase mediante disjunciones conOWL

Grafo


Restricciones de Propiedades

RestriccionesLas clases pueden crearse mediante la restriccion delcomportamiento en esa claseLimitacion especıfica del rangoLas restricciones pueden ser:

De valorestodos los valores deben ser de cierta claseal menos un valor debe ser de cierta clase

De cardinalidad (p.e., ¿cuantas veces puede usarse unapropiedad en una instancia?)

cardinalidad maximacardinalidad mınimacardinalidad exacta


Ejemplo de restriccion de propiedades

Un Zumo es un LıquidoPotable que esta hecho al menos por1 pieza de fruta

Grafo

Otras restricciones: allValuesFrom, someValuesFrom yhasValue


Caracterizacion de propiedades

PropiedadesEn RDF Schema las propiedades se restringen medianterango (range) y dominio (domain)En OWL, se puede caracterizar el comportamiento

Propiedad transitiva, simetrica, funcional, etc.OWL distingue las propiedades de datos

DatatypeProperty se refiere a rangos sobre literales deRDF o de tipos simples en XML Schema

Muy util para aplicaciones basadas en ontologıas


Necesidades adicionales

NecesidadesLas ontologıas pueden llegar a ser muy grandes

Necesitan cuidados especialesPueden componerse en varios modulosPueden provenir de varios lugares y deben ser integrados

Las ontologıas estan en la web (Swooglehttp://swoogle.umbc.edu/)

Las aplicaciones usan varias, diferentes ontologıasUtilizar la misma ontologıa pero en distintos idiomasEquivalencias y relaciones entre terminos


Equivalencias

OperadoresEntre clases y propiedades

equivalentClass y equivalentPropertyEntre individuos

sameAsdifferentFrom, AllDifferent

Grafo


Control de versiones y anotaciones

NecesidadesLa clase owl:Ontology permite ”documentar 2asociarlacon otras ontologıas

owl:importsowl:versionInfo, owl:priorVersionowl:backwardCompatibleWith, owl:incompatibleWithrdfs:label, rdfs:comment

Control de versiones obsoletasowl:DeprecatedClass y owl:DeprecatedProperty


Lenguajes OWL

OWL LitePara usuarios que necesitan principalmente unaclasificacion jerarquizada y restricciones sencillasSolo permite expresar cardinalidad para valores 0 o 1

OWL DLMaxima expresividadManteniendo la computacion completa (se garantiza lacomputacion para todas las conclusiones) y decidible(tiempo finito)Admite todas las construcciones del lenguaje OWL perocon ciertas restricciones

OWL FullMaxima expresividad y libertad sintactica de RDFNo ofrece garantıas de computacionEs improbable que un software pueda soportar elrazonamiento completo para cada caracterıstica de OWLFull


¿Usar ontologıas OWL?

ConclusionesUna aplicacion basada completamente en ontologıas esun sistema muy complejo

Muy tediosa la implementacionRequiere muchos recursos el funcionamiento

No todas las aplicaciones necesitan ontologıas con OWLPuede llegar a complicar demasiado el sistema

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