Σύγκριση Προγραµµατιστικών ιεπαφών (APIs) για διαχείριση Οντολογιών Ιστού και Ανάπτυξη Μηχανισµού υποβολής Ευφυών Ερωτηµάτων

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΚΑΙ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Σύγκριση Προγραµµατιστικών ιεπαφών (APIs) για διαχείριση Οντολογιών Ιστού και Ανάπτυξη Μηχανισµού υποβολής Ευφυών Ερωτηµάτων ΓΕΡΑΣΙΜΟΣ ΤΖΟΓΑΝΗΣ ΠΑΤΡΑ 2009

2 2 Πρόλογος Η παρούσα διπλωµατική εργασία εκπονήθηκε στο Πανεπιστήµιο Πατρών, στο εργαστήριο Πληροφοριακών Συστηµάτων Υψηλών Επιδόσεων του Τµήµατος Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής από τον υπογράφοντα, το Σκοπός της εργασίας είναι η ανάλυση των προγραµµατιστικών διεπαφών για τη διαχείριση οντολογιών στο Σηµαντικό Ιστό και η πρόταση ενός µηχανισµού υποβολής ευφυών επερωτήσεων προς οντολογίες. Έγινε προσπάθεια η πρόταση αυτή να αντιµετωπίζει όσο γίνεται πληρέστερα το πρόβληµα της ανακάλυψης γνώσης από έγγραφα του Ιστού. Αφήνονται όµως παράλληλα και ανοιχτές προοπτικές ουσιαστικής επέκτασης των χαρακτηριστικών του προτεινόµενου µηχανισµού, προς την κατεύθυνση πάντα της υλοποίησης του οράµατος του Σηµαντικού Ιστού. Αξίζει να σηµειωθεί πως µέρος της εργασίας αυτής δηµοσιεύτηκε στο πανελλήνιο φοιτητικό συνέδριο Eureka! 2009 µε τίτλο Querying Ontologies: Retrieving Knowledge from Semantic Web Documents και βραβεύτηκε µε βραβείο καλύτερης εργασίας. Τις ευχαριστίες µου θέλω να εκφράσω στον επιβλέποντα της εργασίας, καθηγητή Θεόδωρο Σ. Παπαθεοδώρου, και στον διδάκτορα ηµήτριο Κουτσοµητρόπουλο, που µου έδωσαν την δυνατότητα να γνωρίσω ένα τόσο ενδιαφέρον αντικείµενο, και µου παρείχαν πολύτιµη βοήθεια καθ όλη τη διάρκεια της εκπόνησης της εργασίας.

3 3 Περίληψη Στην παρούσα διπλωµατική εργασία µελετώνται και συγκρίνονται µεταξύ τους µερικές από τις κυριότερες προγραµµατιστικές διεπαφές (APIs) που έχουν αναπτυχθεί για τη διαχείριση οντολογικών εγγράφων του Σηµαντικού Ιστού. Αυτές οι προγραµµατιστικές διεπαφές είναι εκφρασµένες σε JAVA, και κάθε µία προσφέρει ιδιαίτερα χαρακτηριστικά για την διαχείριση οντολογιών. Οι προγραµµατιστικές διεπαφές µελετήθηκαν και συγκρίθηκαν ως προς διάφορα χαρακτηριστικά. Σ αυτά περιλαµβάνονται οι οντολογικές γλώσσες τις οποίες υποστηρίζουν, ποια ιδιαίτερα υποσύνολα («διαλέκτους») γλωσσών µε συγκεκριµένα χαρακτηριστικά υποστηρίζουν, αλλά και οι δυνατότητες ανακάλυψης γνώσης που παρέχουν, µε την υποστήριξη κάποιας γλώσσας συγγραφής επερωτήσεων ή όχι. Επίσης µελετήσαµε τους στόχους κάθε διεπαφής και τα πεδία εφαρµογής της µε τα συγκριτικά πλεονεκτήµατα και τους περιορισµούς τους οποίους εισάγει. Τέλος, προτείνεται ένας µηχανισµός ανακάλυψης γνώσης από οντολογικά έγγραφα, και περιγράφεται η ανάπτυξή του. Ο µηχανισµός που αναπτύχθηκε είναι ένας µηχανισµός υποβολής ευφυών επερωτήσεων προς OWL οντολογίες, µε ευρύτερες εκφραστικές δυνατότητες από τις υπάρχουσες προτάσεις, που συνήθως προσανατολίζονται σε RDF έγγραφα ή θέτουν διάφορους περιορισµούς ως προς τη φύση των επερωτήσεων. Για το σκοπό χρησιµοποιήθηκε µια νέα πρόταση στις γλώσσες επερωτήσεων, η SPARQL-DL. Επίσης, στόχοι κατά την ανάπτυξη του µηχανισµού ήταν η λειτουργικότητα και η επεκτασιµότητα της συνολικής εφαρµογής. Στο πρώτο κεφάλαιο, αρχικά γίνεται µια εισαγωγή στο Σηµαντικό Ιστό, µε την περιγραφή των γενικών χαρακτηριστικών του, της αναγκαιότητας των υπηρεσιών του και των διαφόρων προσεγγίσεων υλοποίησής του. Περιγράφονται τα συγκεκριµένα χαρακτηριστικά των γλωσσών που συµµετέχουν αυτή τη στιγµή ή προορίζονται για να συµµετάσχουν στη δόµησή του, µε ιδιαίτερη έµφαση στη γλώσσα που συστήνει το World Wide Web Consortium, την OWL. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφονται οι γλώσσες συγγραφής επερωτήσεων που υπάρχουν αυτή τη στιγµή για την ανακάλυψη γνώσης από οντολογίες, τα συγκεκριµένα χαρακτηριστικά και οι αδυναµίες της κάθε µιας. Και πάλι δίνουµε ιδιαίτερη έµφαση στο πρότυπο του W3C, τη γλώσσα SPARQL, και στην προτεινόµενη εξέλιξή της, τη SPARQL-DL. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται οι πιο κοινές προγραµµατιστικές διεπαφές, τα χαρακτηριστικά που παρέχουν και οι αδυναµίες τους. Περιγράφονται ως προς τις οντολογικές γλώσσες που υποστηρίζουν, τις γλώσσες και γενικότερα τις µεθόδους επερωτήσεων που υποστηρίζουν και τα πεδία εφαρµογών στα οποία χρησιµοποιούνται. Περιγράφονται επίσης οι τρόποι διασύνδεσης των διάφορων διεπαφών µεταξύ τους ή µε άλλα τµήµατα λογισµικού, όπως µηχανισµούς συλλογισµού (reasoners). Στο τέταρτο και τελευταίο κεφάλαιο περιγράφεται ένας µηχανισµός υποβολής ευφυών επερωτήσεων και παρουσιάζεται η ανάπτυξή του. Περιγράφονται οι επιλογές των εργαλείων που χρησιµοποιήθηκαν και οι γενικότερες σχεδιαστικές επιλογές. Εκτελούνται πειράµατα ώστε να αξιολογηθεί αυτός ο µηχανισµός υποβολής επερωτήσεων και να διερευνηθούν οι περιορισµοί τους οποίους εισάγουν τα συγκεκριµένα εργαλεία που χρησιµοποιήσαµε αλλά και οι δυνατότητες που προκύπτουν από αυτά. Παρουσιάζονται οι πιθανές επεκτάσεις της εφαρµογής που αναπτύχθηκε, µε επιπλέον χαρακτηριστικά, ώστε για παράδειγµα να γίνει

4 προσβάσιµη από αποµακρυσµένες εφαρµογές. Τέλος, παρουσιάζεται ένα πιθανό σενάριο χρήσης της εφαρµογής σε πραγµατικό περιβάλλον, ώστε να γίνουν περισσότερο εµφανή τα πλεονεκτήµατα και η χρησιµότητα ενός τέτοιου µηχανισµού ανακάλυψης γνώσης. 4

5 5 Περιεχόµενα Πρόλογος...2 Περίληψη...3 Περιεχόµενα Σηµαντικός Ιστός και Οντολογικές γλώσσες Σηµαντικός Ιστός XML Resource Description Framework Βασικές Αρχές XML µορφή σύνταξης του RDF Σηµασιολογία του RDF και παρουσίαση ενός συστήµατος συνεπαγωγής Μειονεκτήµατα του RDF RDF Schema Βασικές Αρχές Η γλώσσα RDF Schema Σηµασιολογία του RDFS και παρουσίαση ενός συστήµατος συνεπαγωγής Μειονεκτήµατα του RDF Schema Web Ontology Language Βασικές Αρχές σε όρους απαιτήσεων Η γλώσσα OWL ιαστρωµάτωση της OWL και OWL Semantic Web Rules Language (SWRL)...26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2. Γλώσσες συγγραφής επερωτήσεων Εισαγωγή Η Γλώσσα Επερωτήσεων SPARQL Βασικές Αρχές Η Σύνταξη της SPARQL Μερικά σχόλια για την SPARQL Πρωτόκολλο SPARQL SPARQL-DL Άλλες γλώσσες επερωτήσεων...36 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3. Προγραµµατιστικές ιεπαφές (APIs) για ιαχείριση Οντολογιών Εισαγωγή Manchester OWL API Εισαγωγή Σχεδιασµός του API Υποστήριξη OWL Jena API RDF API OWL API Μηχανή επερωτήσεων SPARQL Jena και Protégé KAON ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4. Πρόταση µηχανισµού υποβολής ευφυών επερωτήσεων σε OWL οντολογίες...52

6 6 4.1 Εισαγωγή Επιλογή των εργαλείων για ανακάλυψη γνώσης από OWL έγγραφα Επιλογή των εργαλείων για σχεδιασµό του interface της εφαρµογής Σχεδιασµός της εφαρµογής Σχεδιασµός του interface Σχεδιασµός και ανάπτυξη του µηχανισµού υποβολής ευφυών επερωτήσεων Πειράµατα και αξιολόγηση της εφαρµογής Εισαγωγή Βασικά OWL-DL ερωτήµατα TBox, RBox και µεικτά ABox/TBox/RBox ερωτήµατα ιακεκριµένες και µη διακεκριµένες µεταβλητές Επερωτήσεις ιεραρχίας κλάσεων/ιδιοτήτων χρησιµοποιώντας τα ειδικά ατοµικά ερωτήµατα της SPARQL-DL Υποστήριξη επερωτήσεων µε συγκεκριµένα OWL 2 χαρακτηριστικά...72 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5. Συµπεράσµατα Αξιολόγηση της εφαρµογής και πιθανές επεκτάσεις Ένα σενάριο χρήσης της εφαρµογής...76 Αναφορές...79

7 7

8 8 1. Σηµαντικός Ιστός και Οντολογικές γλώσσες 1.1 Σηµαντικός Ιστός Το World Wide Web σήµερα απαρτίζεται από συνδεδεµένα έγγραφα (ιστοσελίδες), των οποίων το περιεχόµενο είναι υπερκείµενο που έχει γραφτεί σε mark-up γλώσσα, όπως η HTML. Χρησιµοποιώντας έναν web browser, ο χρήστης µπορεί να αποκτήσει πρόσβαση στο ουσιαστικό περιεχόµενο της ιστοσελίδας, που έχει τη µορφή που καθορίζει ο HTML κώδικας της σελίδας. Αυτό το περιεχόµενο της σελίδας αποτελείται από κείµενο σε φυσική γλώσσα, πολυµέσα κλπ. Αυτή η προσέγγιση έκανε την δηµιουργία ιστοσελίδων αρκετά απλή και την πρόσβαση από τους χρήστες στην πληροφορία που περιέχεται στις ιστοσελίδες αρκετά εύκολη, ιδιαίτερα αν η µορφή της ιστοσελίδας ήταν αρκετά εύληπτη. Αυτό οδήγησε στην τεράστια ανάπτυξη του web, µε αποτέλεσµα σήµερα να υπάρχει τεράστιος αριθµός ιστοσελίδων και καινούριες να δηµιουργούνται κάθε µέρα. Αυτή ακριβώς η τεράστια ανάπτυξη όµως ανέδειξε και τις εγγενείς αδυναµίες της προσέγγισης που περιγράψαµε. Σήµερα στο web υπάρχει αποθηκευµένη συνολικά τεράστια ποσότητα γνώσης στις ιστοσελίδες του, την οποία είναι αδύνατο να βρει και να επεξεργαστεί ο χρήστης χωρίς τη χρήση κάποιας εξελιγµένης µηχανής αναζήτησης, όπως για παράδειγµα η Google. Αλλά ακόµα και µε µια τέτοια µηχανή αναζήτησης, η λειτουργία της ανακάλυψης γνώσης παραµένει προβληµατική. Σε µια επερώτηση του χρήστη για ανακάλυψη γνώσης, συχνά συµβαίνει να επιστρέφεται τεράστιος αριθµός ιστοσελίδων, από τις οποίες µόνο λίγες είναι σχετικές. Άλλες φορές δεν επιστρέφονται καθόλου σχετικά αποτελέσµατα. Ακόµη, σηµασιολογικά ταυτόσηµα ερωτήµατα µπορεί να επιστρέψουν διαφορετικά αποτελέσµατα, αν έστω και ένας χαρακτήρας διαφέρει από ερώτηµα σε ερώτηµα. Τέλος, ακόµα και αν ο χρήστης έχει στη διάθεσή του όλες τις σχετικές µε το θέµα που τον ενδιαφέρει ιστοσελίδες, θα πρέπει µόνος του να προσπελάσει το περιεχόµενο των σελίδων για να αποµονώσει την πληροφορία που τον ενδιαφέρει από το συνολικό περιεχόµενο, που µπορεί να περιλαµβάνει πληροφορίες για άλλα θέµατα, διαφηµίσεις, κλπ. Το βασικό πρόβληµα είναι ότι µια τέτοια µηχανή αναζήτησης δεν µπορεί να επεξεργαστεί τις ιστοσελίδες παρά µόνο λεκτικά. Με άλλα λόγια, η πληροφορία που υπάρχει στα έγγραφα του Ιστού δεν είναι «προσπελάσιµη από τη µηχανή». Αυτό το πρόβληµα είναι στην πραγµατικότητα εγγενής αδυναµία του Ιστού, αφού οφείλεται στον τρόπο δηµιουργίας των ιστοσελίδων µε χρήση της HTML και δεν είναι αδυναµία της χρησιµοποιούµενης µηχανής αναζήτησης. Εποµένως αυτό που χρειάζεται είναι το περιεχόµενο των ιστοσελίδων να αναπαρίσταται σε µορφή που είναι δυνατό να προσπελαστεί από τη µηχανή. Σαν παράδειγµα, ας υποθέσουµε ότι σ ένα HTML έγγραφο υπάρχει ο κώδικας: <div>the author of ABook is J. Morrison </div> Το πρόβληµα µε βάση αυτά που είπαµε είναι πως µια µηχανή δεν µπορεί να κατανοήσει για παράδειγµα την πληροφορία πως το κείµενο µιλάει για κάποιο βιβλίο, ή πως ο συγγραφέας του βιβλίου είναι ο J. Morrison. Αυτή η πληροφορία είναι βέβαια άµεσα αντιληπτή από έναν άνθρωπο που διαβάζει το κείµενο. Σαν µια αρχική και απλοϊκή προσπάθεια να αντιµετωπιστεί το πρόβληµα, θα µπορούσαµε να χρησιµοποιήσουµε ένα σύνολο ετικετών XML, στων οποίων το νόηµα θα είχαµε συµφωνήσει από πριν. Μπορούµε εποµένως να µορφοποιήσουµε την γνώση που περιέχει η παραπάνω πρόταση όπως φαίνεται παρακάτω. Είναι φανερό ότι από µια τέτοια µορφοποίηση όπου υπάρχει πληροφορία για τη σηµασία του περιεχοµένου σε

9 9 µια ιστοσελίδα, µια µηχανή µπορεί να απαντήσει µε απόλυτη αξιοπιστία ερωτήµατα όπως π.χ. ποιος είναι ο συγγραφέας του βιβλίου ABook. <book> <title> ABook </title> <author> J. Morrison </author> </book> Αυτή η προσέγγιση είναι πολύ περιοριστική, αφού ο αριθµός των εννοιών που µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε είναι πεπερασµένος και ίσος µε τον αριθµό των XML tags που υπάρχουν στο λεξιλόγιο που έχουµε καθορίσει. Μια καλύτερη προσέγγιση είναι να χρησιµοποιήσουµε µια κοινή γλώσσα για να ορίσουµε τις έννοιες που υπάρχουν σε ένα πεδίο ενδιαφέροντος και τις σχέσεις µεταξύ τους, να ορίσουµε δηλαδή ένα λεξιλόγιο. Με άλλα λόγια χρειαζόµαστε µια γλώσσα συγγραφής «οντολογιών». Σύµφωνα µε τον ορισµό του T. R. Gruber, ο οποίος βελτιώθηκε αργότερα από τον R. Studer, οντολογία είναι µια σαφής και φορµαλιστική συγκεκριµενοποίηση µιας νοερής εικόνας ( An ontology is an explicit and formal specification of a conceptualization. ). Πιο απλά, µια οντολογία απλά περιγράφει µε φορµαλιστικό τρόπο ένα πεδίο ενδιαφέροντος. Μια οντολογία αποτελείται από όρους που περιγράφουν τις έννοιες που απαρτίζουν αυτό το πεδίο και τις σχέσεις µεταξύ τους, όπως είπαµε παραπάνω. Αυτή τη στιγµή, οι πιο σηµαντικές γλώσσες συγγραφής οντολογιών, ή πιο απλά οντολογικές γλώσσες, είναι οι εξής: RDF (Resource Description Framework): παρέχει ένα µοντέλο δεδοµένων για την µοντελοποίηση των αντικειµένων (πόρων - resources) και των σχέσεων µεταξύ αυτών των αντικειµένων. Ένα τέτοιο µοντέλο δεδοµένων µπορεί να αναπαρασταθεί µε διάφορους τρόπους, π.χ. διαγραµµατικά ή χρησιµοποιώντας ένα XML σχήµα σύνταξης. Είναι το πρότυπο του W3C για την περιγραφή πόρων στο Web. RDFS (RDF Schema): γλώσσα µε την οποία µπορούµε να ορίσουµε ένα λεξιλόγιο για την περιγραφή ιδιοτήτων και κλάσεων RDF πόρων (στιγµιότυπων), ενώ παρέχει και σηµασιολογία για την ιεραρχία ιδιοτήτων και κλάσεων. OWL (Web Ontology Language): επίσης γλώσσα µε την οποία µπορούµε να ορίσουµε ένα λεξιλόγιο για την περιγραφή ιδιοτήτων και κλάσεων, αλλά µε πλουσιότερη σηµασιολογία από το RDF Schema, επιτρέποντας για παράδειγµα τον ορισµό σχέσεων µεταξύ κλάσεων επιπλέον των σχέσεων ιεραρχίας, π.χ. δύο κλάσεις µπορούν να είναι ξένες µεταξύ τους ή ίσες, µπορεί να ορίζεται το πλήθος των στιγµιότυπων µιας κλάσης, ισότητα κλάσεων, απαριθµητές κλάσεις, αλλά και περισσότερες κατηγορίες ιδιοτήτων και χαρακτηριστικά ιδιοτήτων όπως ότι µια ιδιότητα µπορεί να είναι αντίστροφη µιας άλλης. 1.2 XML Πριν την εκτεταµένη αναφορά στις γλώσσες που χρησιµοποιούνται για την συγγραφή οντολογιών, είναι χρήσιµο να γίνει µια σύντοµη ανασκόπηση στην XML (Extensible Markup Language), που είναι και µια αρχική προσπάθεια να γίνει το περιεχόµενο του web προσπελάσιµο από τη µηχανή, και µάλιστα είναι πρότυπο του World Wide Web Consortium (W3C). Η XML, όπως φαίνεται και από το όνοµά της, είναι και αυτή µία markup γλώσσα, όπως η HTML, χρησιµοποιεί δηλαδή ετικέτες για να δώσει

10 10 πληροφορίες για τα δεδοµένα της ιστοσελίδας. Η XML όπως και η HTML είναι SGML εφαρµογή, συµµορφώνεται δηλαδή στην πρότυπη γενικευµένη γλώσσα markup, που είναι η SGML. Σ αυτά τα βασικά σηµεία τελειώνουν όµως οι οµοιότητες της XML µε την HTML. Η κυριότερη διαφορά τους είναι ότι ενώ οι ετικέτες τις HTML δίνουν πληροφορία για τη µορφοποίηση του περιεχοµένου της ιστοσελίδας, αυτές της XML δίνουν πληροφορίες για τη δοµή του εγγράφου, δηλαδή πληροφορίες για τα δεδοµένα του εγγράφου και τις σχέσεις µεταξύ τους. Στο παραπάνω παράδειγµα, γίνονται σαφή τα δεδοµένα ότι µιλάµε για βιβλίο, ότι ο τίτλος του βιβλίου είναι ABook και ότι ο συγγραφέας του βιβλίου είναι ο J. Morrison. Με άλλα λόγια, δίνονται µε ρητό τρόπο πληροφορίες για τη δοµή του κειµένου. Με αυτό τον τρόπο αυτές οι πληροφορίες γίνονται προσπελάσιµες από την µηχανή. Αυτό δεν ήταν δυνατό στο αντίστοιχο HTML έγγραφο, όπου µπορούσε να γίνει απλά λεκτική επεξεργασία της πρότασης The author of ABook is J. Morrison και να χρησιµοποιηθούν διάφορες ευριστικές µέθοδοι εξαιρετικά επιρρεπείς σε λάθη για να κατανοήσει η µηχανή αυτές τις πληροφορίες. Μια δεύτερη µεγάλη διαφορά της XML σε σχέση µε την HTML είναι ότι στη δεύτερη οι ετικέτες είναι συγκεκριµένες και έχουν προκαθορισµένο νόηµα. Αντίθετα, ο χρήστης µπορεί να ορίσει διαφορετικές κάθε φορά XML ετικέτες ανάλογα µε το πεδίο συζήτησης. Για παράδειγµα, όπως στο παραπάνω παράδειγµα ο χρήστης όρισε και χρησιµοποίησε τις ετικέτες <book>, <author>, <title>, σε κάποια άλλη περίπτωση µε διαφορετικό πεδίο συζήτησης θα µπορούσε να ορίσει τις ετικέτες, <car>, <model>, <manufacturer>, <price>, κοκ. ηλαδή, ο χρήστης µπορεί να ορίσει ένα λεξιλόγιο κατάλληλο για την εφαρµογή του. Η γλώσσα XML και η σύνταξή της Ένα XML έγγραφο αποτελείται από τον πρόλογο, το σύνολο των στοιχείων που περιέχει και προαιρετικά έναν επίλογο. Ο πρόλογος του εγγράφου περιλαµβάνει υποχρεωτικά την XML δήλωση, που δηλώνει ότι το συγκεκριµένο έγγραφο είναι XML έγγραφο, την έκδοση της XML και την κωδικοποίηση των χαρακτήρων που χρησιµοποιούνται στο κείµενο. Προαιρετικά στον πρόλογο µπορεί να ορίζεται και µια αναφορά σε εξωτερικό έγγραφο που περιέχει την πληροφορία για την δοµή του κειµένου. Το επόµενο τµήµα περιλαµβάνει τα στοιχεία του εγγράφου. Κάθε στοιχείο αποτελείται υποχρεωτικά από ένα opening tag, το περιεχόµενο του στοιχείου και ένα closing tag. To περιεχόµενο όπως φαίνεται και στο παράδειγµα που δώσαµε παραπάνω µπορεί να είναι κείµενο ή άλλα στοιχεία, µπορεί όµως ένα στοιχείο να είναι και κενό περιεχοµένου. Μπορεί επίσης σε κάποιο στοιχείο να ανατίθεται και ένα χαρακτηριστικό (attribute), π.χ. θα µπορούσαµε στο παραπάνω παράδειγµα να γράψουµε: <book yearofpublishing="2009"> Αυτό το τµήµα µπορεί ακόµη να περιέχει σχόλια, που είναι απλό κείµενο το οποίο θα αγνοηθεί από τον XML parser. Τα σχόλια έχουν την εξής µορφή: <!-- comment --> Όσο αφορά τη δοµή ενός XML εγγράφου, αυτή µπορεί να οριστεί χρησιµοποιώντας είτε ένα DTD έγγραφο, το οποίο µπορεί να είναι εσωτερικό ή εξωτερικό (ώστε να µπορεί να χρησιµοποιηθεί από περισσότερα από ένα xml έγγραφα), είτε χρησιµοποιώντας XML Schema. Αυτός ο ορισµός της δοµής του εγγράφου

11 11 περιλαµβάνει στοιχεία όπως όλα τα ονόµατα στοιχείων και χαρακτηριστικών που µπορούν να χρησιµοποιηθούν από το έγγραφο. Επίσης πρέπει να οριστούν τι τιµές µπορεί να πάρει ένα χαρακτηριστικό, τι είδους στοιχεία µπορεί να περιλαµβάνει ένα άλλο στοιχείο κοκ. Ο ορισµός της δοµής του κειµένου σε XML Schema προσφέρει περισσότερες δυνατότητες, κυρίως όσο αφορά τον ορισµό τύπων δεδοµένων. Θα πρέπει να σηµειώσουµε ότι ένα XML έγγραφο µπορεί να χρησιµοποιεί περισσότερα από ένα DTD ή XML schemas. Σ αυτή την περίπτωση αν το XML έγγραφο περιέχει ένα στοιχείο του οποίου το όνοµα εµφανίζεται σε δύο ή και περισσότερα από τα DTD ή schemas που χρησιµοποιεί, θα προκύψει σύγκρουση ονοµάτων όταν ένας parser επιχειρήσει να ελέγξει την εγκυρότητα του εγγράφου. Η λύση σ αυτό το πρόβληµα δίνεται µε την χρησιµοποίηση namespaces. Ορίζουµε ένα namespace ως εξής: xmlns:prefix="location", όπου location είναι η διεύθυνση ενός DTD ή ενός schema. Στη συνέχεια, όταν χρησιµοποιούµε ένα στοιχείο el, όπως αυτό ορίζεται στο παραπάνω DTD ή schema, πρέπει να γράψουµε prefix:el. Με αυτό τον τρόπο ο parser καταλαβαίνει πως πρέπει να χρησιµοποιήσει τον ορισµό του στοιχείου el που υπάρχει στη θέση location. 1.3 Resource Description Framework Βασικές Αρχές Το RDF [1] είναι στην πραγµατικότητα ένα µοντέλο δεδοµένων (data model) παρά µια οντολογική γλώσσα. Το βασικό δοµικό του στοιχείο είναι η πρόταση (statement), που είναι µια τριάδα υποκείµενο-κατηγόρηµα-αντικείµενο. Αυτό το µοντέλο µπορεί να έχει διάφορες µορφές σύνταξης, µε πιο κοινή την σύνταξη που είναι βασισµένη σε XML. Οι βασικές έννοιες του RDF είναι οι πόροι (resources), οι ιδιότητες (properties) και οι προτάσεις που αναφέραµε παραπάνω. Ένας πόρος είναι ένα οποιοδήποτε αντικείµενο στο web για το οποίο µπορούµε να παρέχουµε πληροφορίες µέσα από µια πρόταση RDF. Κάθε πόρος αναγνωρίζεται από ένα URI (Uniform Resource Identifier), το οποίο µπορεί να είναι απλά ένα URL (Uniform Resource Locator). Ιδιότητα είναι ένα κατηγόρηµα σε µια τριάδα και δηλώνει µια σχέση ανάµεσα στο υποκείµενο και στο αντικείµενο της τριάδας. Οι ιδιότητες και πάλι αναγνωρίζονται από ένα URI, το οποίο βέβαια µπορεί και πάλι να είναι ένα URL. Όπως είπαµε, µια πρόταση είναι µια τριάδα υποκείµενο-ιδιότητα-αντικείµενο, όπου η ιδιότητα συσχετίζει το υποκείµενο µε το αντικείµενο της πρότασης. Το αντικείµενο µπορεί να είναι ένας πόρος αλλά µπορεί και να είναι ένα κυριολεκτικό (literal). Τα κυριολεκτικά είναι συγκεκριµένες τιµές (συµβολοσειρές) µε συγκεκριµένη δοµή. Μπορούµε να δούµε µια τέτοια τριάδα σαν ένα βασικό γράφο όπως φαίνεται στο Σχήµα 1. Μια RDF έκφραση είναι ένα σύνολο από τέτοιες τριάδες, και αντίστοιχα θα αναφερόµαστε σε έναν RDF γράφο. Η αναπαράσταση µιας έκφρασης RDF σαν γράφος που αποτελείται από πολλές τριάδες σαν αυτές του σχήµατος 1.1, παρέχει µια οπτικά εύληπτη αναπαράσταση για τον άνθρωπο. Χρειαζόµαστε όµως και µια αναπαράσταση που να είναι προσπελάσιµη και επεξεργάσιµη από την µηχανή, και αυτό γίνεται χρησιµοποιώντας µια XML αναπαράσταση.

12 12 Περιγράφοντας σε γενικές γραµµές την XML µορφή σύνταξης του RDF, µπορούµε να αναφέρουµε ότι ένα έγγραφο RDF αναπαρίσταται από ένα XML στοιχείο που έχει σαν ετικέτα rdf:rdf. Αυτό το στοιχείο περιέχει έναν αριθµό από προτάσεις (τριάδες), που χρησιµοποιούν την XML ετικέτα rdf:description. Κάθε µία από αυτές τις προτάσεις έχει σαν υποκείµενο έναν πόρο που µπορεί να αναγνωρίζεται µε έναν από τους εξής τρεις τρόπους: Σχήµα 1.1 Μια πρόταση RDF Προσθέτοντας στην ετικέτα το χαρακτηριστικό (attribute) about. Με αυτόν τον τρόπο αναφερόµαστε σε ένα πόρο που υπάρχει ήδη. Προσθέτοντας στην ετικέτα το χαρακτηριστικό ID. Με αυτόν τον τρόπο δηµιουργούµε ένα νέο πόρο. Χωρίς καθόλου όνοµα. Σ αυτήν την περίπτωση υποκείµενο της πρότασης µας είναι ένας blank node. Ένα παράδειγµα µιας RDF έκφρασης που αποτελείται από δύο τριάδες που έχουν το ίδιο υποκείµενο (αναφέρονται στον ίδιο πόρο) σε XML σύνταξη φαίνεται παρακάτω: <?xml version="1.0" encoding="utf-16"?> <rdf:rdf> xmlns:rdf= xmlns:ex= </rdf:rdf> <rdf:description rdf:about=" <ex:title>ex:αβοοκ</ex:title> <ex:author>ex:j. Morrison</ex:author> </rdf:description> Οι δύο προτάσεις αναφέρονται στον πόρο Οι ιδιότητες και των δύο εµφανίζονται σαν ετικέτες, και τα αντικείµενα (οι τιµές των ιδιοτήτων) σαν περιεχόµενο των στοιχείων που ορίζουν αυτές οι ετικέτες. Η σειρά µε την οποία εµφανίζονται στο XML δέντρο οι δύο προτάσεις δεν είναι σηµαντική µε βάση το µοντέλο δεδοµένων του RDF. Η ίδια έκφραση σε αναπαράσταση RDF γράφου φαίνεται στο σχήµα 1.2.

13 13 Σχήµα 1.2 Παράδειγµα: ένας RDF γράφος Πρέπει να σηµειώσουµε πως στο RDF δεν υπάρχουν προκαθορισµένοι τύποι δεδοµένων για τα κυριολεκτικά. Παρ όλα αυτά, ένα κυριολεκτικό µπορεί να αντιστοιχιστεί σε οποιονδήποτε τύπο δεδοµένων ο οποίος αναγνωρίζεται από ένα URI. Συνήθως πάντως χρησιµοποιούµε τους ενυπάρχοντες τύπους δεδοµένων στο XML Schema. Για παράδειγµα, αν θέλαµε να επεκτείνουµε τον παραπάνω γράφο αναθέτοντας έναν ακέραιο αριθµό σαν την ηλικία του συγγραφέα, η καινούρια πρόταση θα είχε την εξής µορφή (σε σύνταξη Notation3 ή N3 ή απλά σαν τριάδα): (J. Morrison, ex:age, 35^^ Με τη σηµειογραφία ^^ αντιστοιχίζουµε ένα κυριολεκτικό σε ένα τύπο δεδοµένων. Η σηµειογραφία αυτή είναι διαφορετική αν χρησιµοποιήσουµε XML µορφή σύνταξης. Πάντως, θα µπορούσαµε να χρησιµοποιήσουµε οποιονδήποτε τύπο δεδοµένων που ορίζεται εξωτερικά σε κάποιο URI, αν και στην πράξη χρησιµοποιούµε τους τύπους δεδοµένων του XML Schema XML µορφή σύνταξης του RDF Σ αυτή την παράγραφο θα δώσουµε µια πιο λεπτοµερή περιγραφή της σύνταξης του RDF σε XML. Αρχικά, πρέπει να πούµε ότι στο RDF διατηρείται ο µηχανισµός namespace της XML, αφού και πάλι έχουµε να κάνουµε µε ένα XML έγγραφο. Στο RDF όµως ο µηχανισµός αυτός δεν αντιµετωπίζει µόνο το πρόβληµα της συνωνυµίας πόρων. ίνει επιπλέον τη δυνατότητα να εισάγουµε σε ένα RDF έγγραφο τους πόρους που έχουν οριστεί σε ένα άλλο RDF έγγραφο. Ο χρήστης µπορεί έτσι να εισάγει καινούρια χαρακτηριστικά σε αυτούς τους πόρους, και να χρησιµοποιήσει πόρους που έχουν οριστεί σε διάφορα έγγραφα. Θα πρέπει να σηµειώσουµε πως σύµφωνα µε όσα είπαµε, ένας RDF γράφος ενώνει µέσω των σχέσεών τους πόρους, χωρίς να έχει νόηµα να µιλήσουµε για ορισµό ενός πόρου σε κάποιο συγκεκριµένο σηµείο του γράφου. Παρ όλα αυτά είπαµε πως το χαρακτηριστικό rdf:about χρησιµοποιείται για την αναφορά σε ένα πόρο που έχει οριστεί ήδη και χρησιµοποιούµε το rdf:id για να ορίσουµε ένα καινούριο πόρο. Αυτή η διάκριση γίνεται απλά για λόγους αναγνωσιµότητας. Τα στοιχεία που περιέχει ένα στοιχείο rdf:description είναι τα στοιχεία ιδιοτήτων (property elements). Στο παραπάνω παράδειγµα τα <ex:title> και <ex:author> είναι τέτοια στοιχεία. Τα στοιχεία αυτά πρέπει να ισχύουν όλα ταυτόχρονα (συζευκτικά). Σε ένα στοιχείο ιδιότητας που παίρνει σαν τιµή ένα κυριολεκτικό (ή µε άλλα λόγια το αντικείµενο της τριάδας είναι κυριολεκτικό), πρέπει να χρησιµοποιήσουµε το χαρακτηριστικό rdf:datatype για να ορίσουµε τι τιµές µπορεί να πάρει αυτό το κυριολεκτικό (π.χ. rdf:datatype= &xsd;integer για ακέραιο).

14 14 Στη συνέχεια θα περιγράψουµε µε µεγαλύτερη λεπτοµέρεια τη σύνταξη του RDF. Κατ αρχήν, για να αναφερθούµε ρητά σε έναν πόρο σε µία πρόταση δεν αρκεί να τον αναφέρουµε µε το URI, αλλά πρέπει να χρησιµοποιήσουµε το χαρακτηριστικό rdf:resource. Έτσι, και στο παραπάνω παράδειγµα έπρεπε να γράψουµε <ex:author rdf:resource= ex:j. Morrison />. Επίσης υπάρχει η δυνατότητα να έχουµε εµφωλευµένες εκφράσεις, δηλαδή να έχουµε ένα στοιχείο rdf:description µέσα σε ένα άλλο. Σ αυτή την περίπτωση, αν στην εσώτερη πρόταση ορίζεται ένας νέος πόρος, άλλες προτάσεις µπορούν να αναφέρονται σ αυτή (global scope). Ένα πολύ σηµαντικό στοιχείο της σύνταξης του RDF είναι το rdf:type. Στο παραπάνω παράδειγµα, αν θέλουµε να δηλώσουµε ρητά πως το book1 είναι βιβλίο πρέπει να συµπεριλάβουµε στο Description στοιχείο την πρόταση <rdf:type rdf:resource="&ex;book"/>. Είναι επίσης σηµαντικό να συµπληρώσουµε πως είναι δυνατό να συντοµεύσουµε την σύνταξη ενός RDF εγγράφου, αντικαθιστώντας σε ένα description στοιχείο που περιέχει ένα στοιχείο rdf:type, το rdf:description µε το όνοµα που ορίζεται στο στοιχείο rdf:type. Πρόσθετος κανόνας σύντµησης που προκύπτει από την XML, µας επιτρέπει να αντικαταστήσουµε στοιχεία ιδιοτήτων που δεν περιέχουν άλλα στοιχεία µε XML attributes. Τα παραπάνω συνοψίζονται µε ένα παράδειγµα: <rdf:description rdf:about=" <rdf:type rdf:resource="&ex;book"/> <ex:title>ex:αβοοκ</ex:title> <ex:author rdf:resource= ex:j. Morrison /> </rdf:description> Συνοψίζουµε το παραπάνω στοιχείο description εφαρµόζοντας και τους δύο κανόνες ως εξής: <ex:book rdf:about= book1 ex:title= ABook > <ex:author rdf:resource= ex:j. Morrison /> </ex:book> Για λόγους πληρότητας θα πρέπει να αναφέρουµε πως στο RDF ορίζονται στοιχεία container, που µας δίνουν τη δυνατότητα να δηµιουργήσουµε προτάσεις που αναφέρονται σε πολλούς πόρους σαν ένα ενιαίο σύνολο. Τρία τέτοια στοιχεία είναι διαθέσιµα: rdf:bag, όπου η σειρά των περιεχόµενων πόρων δεν έχει σηµασία., και µπορούν να εµφανίζονται περισσότερες από µία φορές ίδιοι πόροι. rdf:seq, όπου η σειρά έχει σηµασία, αλλά και πάλι µπορεί να υπάρχουν πολλαπλές εµφανίσεις. rdf:alt, ένα σύνολο από εναλλακτικές επιλογές. Τα περιεχόµενα ενός container είναι στοιχεία που ονοµάζονται rdf:_1, rdf:_2, rdf:_3, κοκ. Εναλλακτικά µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε για τα περιεχόµενα στοιχεία το όνοµα rdf:li. Στο παράδειγµά µας, ενδεχοµένως θα θέλαµε να µιλήσουµε για όλα τα βιβλία που έχει γράψει ο συγκεκριµένος συγγραφέας. Σ αυτή την περίπτωση η σειρά δεν έχει σηµασία, εποµένως θα πρέπει να χρησιµοποιήσουµε το rdf:bag. Αν χρειάζεται να χρησιµοποιήσουµε ένα στοιχείο που να αναφέρεται σε πολλούς πόρους (όπως ένα container στοιχείο) αλλά θέλουµε να κλείσουµε τα περιεχόµενά

15 15 του, δηλαδή να µην είναι δυνατό να προστεθούν καινούρια στοιχεία σ αυτό το στοιχείο από κάποια άλλη RDF έκφραση, θα πρέπει να χρησιµοποιήσουµε το στοιχείο rdf:list, που δηλώνει µια δοµή λίστας. Τέλος, θα πρέπει να αναφέρουµε ότι στο RDF υπάρχει η δυνατότητα να αναφερθούµε σε µια πρόταση σαν σε resource (reification mechanism). Αυτή η πολύ σηµαντική δυνατότητα παρέχεται µέσα από το στοιχείο rdf:statement και αναθέτοντας ένα ID στην πρόταση (rdf:about ή rdf:id). Στο σώµα αυτού του στοιχείο αναθέτουµε τιµές (χρησιµοποιώντας το rdf:resource) στα στοιχεία rdf:subject, rdf:predicate, rdf:object, ορίζοντας µ αυτόν τον τρόπο το υποκείµενο, το κατηγόρηµα και το αντικείµενο της πρότασης Σηµασιολογία του RDF και παρουσίαση ενός συστήµατος συνεπαγωγής Αφού περιγράψαµε τις αρχές και την σύνταξη του RDF, θα πρέπει να περιγράψουµε τη σηµασία (ή σηµασιολογία) αυτών των αρχών, άρα και τη σηµασιολογία (semantics) του RDF. Η περιγραφή της σηµασιολογίας του RDF θα πρέπει να γίνει µε φορµαλιστικό τρόπο, ώστε να γίνει ρητή και προσπελάσιµη από την µηχανή. Επίσης έτσι θα γίνει δυνατό για εργαλεία συλλογισµού (reasoners) να προσφέρουν υπηρεσίες συλλογισµού και εκτίµησης της λογικής συνοχής σε έγγραφα RDF. Ο φορµαλισµός που µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την περιγραφή της σηµασιολογίας είναι η κατηγορηµατική λογική (predicate logic). Οι τύποι που χρησιµοποιούνται σε µια τέτοια φορµαλιστική περιγραφή της σηµασιολογίας αναφέρονται σαν αξιώµατα. Πάντως µια τέτοια αξιωµατική περιγραφή της σηµασιολογίας είναι υπολογιστικά δύσκολο να υποστηριχτεί από εργαλεία συλλογισµού, ιδιαίτερα όταν ο αριθµός των προτάσεων είναι µεγάλος. Υπάρχει όµως η δυνατότητα να διατυπωθεί η σηµασιολογία του RDF απευθείας σε όρους RDF τριάδων. Σ αυτή την περίπτωση ένα σύστηµα συµπερασµού για το RDF αποτελείται από κανόνες της µορφής: Αν η έκφραση Ε περιλαµβάνει συγκεκριµένες τριάδες, Τότε πρόσθεσε στην Ε καινούριες τριάδες Μια πλήρης περιγραφή της σηµασιολογίας είναι διαθέσιµη στο [2]. Εδώ θα δώσουµε ένα παράδειγµα: Αν η Ε περιλαµβάνει την τριάδα (x, p, y) Τότε η E περιλαµβάνει επίσης την τριάδα (p, rdf : type, rdf : property) Μειονεκτήµατα του RDF Το RDF έχει δεχτεί ιδιαίτερη κριτική για ορισµένα εγγενή µειονεκτήµατά του, όπως ότι χρησιµοποιεί µόνο δυαδικές ιδιότητες. Βέβαια ιδιότητες µε περισσότερα ορίσµατα µπορούν να περιγραφούν µε χρήση περισσότερων από µιας δυαδικών ιδιοτήτων, αλλά µια τέτοια λύση και πάλι είναι δυσανάγνωστη, περίπλοκη και µάλλον αφύσικη. Ένα άλλο πρόβληµα είναι πως η επιλογή οι ιδιότητες να είναι ιδιαίτερη περίπτωση πόρων παρότι προσφέρει µεγάλη ευελιξία, είναι ασυνήθιστη πρακτική και µπορεί να προκαλέσει σύγχυση στους σχεδιαστές. Επίσης, ο µηχανισµός που επιτρέπει να γίνονται προτάσεις σχετικά µε άλλες προτάσεις (reification mechanism), εισάγει έναν υψηλό βαθµό πολυπλοκότητας που µάλλον είναι αφύσικος και αχρείαστος για µια βασική γλώσσα όπως το RDF. Παρά τα παραπάνω µειονεκτήµατα, το RDF έχει ήδη γίνει πρότυπο του W3C όπως αναφέραµε, και σε κάθε περίπτωση δεν προορίζεται να είναι η γλώσσα στην οποία θα γράφονται τα έγγραφα του semantic web, αλλά ως η βάση για υψηλότερου επιπέδου αναπαραστάσεις.

16 RDF Schema Βασικές Αρχές Το RDF επιτρέπει στο χρήστη να ορίσει ένα λεξιλόγιο για να περιγράψει έναν πόρο στο web, χωρίς να σχετίζεται άµεσα µε κάποιο πεδίο, ούτε ορίζει µε κάποιο τρόπο τη σηµασιολογία κάποιου πεδίου. Αυτό ο χρήστης µπορεί να το κάνει µε το RDF Schema [3]. ηλαδή µε το RDF Schema µπορούµε να περιγράψουµε ένα πεδίο, γι αυτό το RDF Schema είναι µια οντολογική γλώσσα. Για να περιγράψουµε ένα πεδίο χρειάζεται να µιλήσουµε για κλάσεις αντικειµένων, όπου ένα αντικείµενο είναι ένας πόρος. Μία κλάση ορίζει ένα τύπο αντικειµένων, µε αντίστοιχο τρόπο όπως αυτό συµβαίνει σε µια αντικειµενοστραφή γλώσσα προγραµµατισµού. Στο παράδειγµα που δώσαµε παραπάνω, θα µπορούσαµε να ορίσουµε το ABook να είναι στιγµιότυπο της κλάσης book. Η σχέση µεταξύ κλάσεων και στιγµιότυπων ορίζεται στο RDF µε χρήση του rdf:type. Χρησιµοποιώντας το RDF Schema µπορούµε να ορίσουµε ιδιότητες των κλάσεων αλλά και ιδιότητες ιδιοτήτων. Άλλωστε στο RDF κάθε ιδιότητα είναι στιγµιότυπο της κλάσης property. Μ αυτόν τον τρόπο µπορούµε και να θέσουµε περιορισµούς στο τι µπορεί να δηλωθεί σε ένα RDF έγγραφο, π.χ. να ορίσουµε το πεδίο τιµών µιας ιδιότητας. Με το RDF Schema µπορούµε να ορίσουµε σχέσεις ιεραρχίας µεταξύ κλάσεων. Λέµε ότι µια κλάση C είναι υποκλάση µιας κλάσης C αν κάθε στιγµιότυπο της κλάσης C είναι και στιγµιότυπο της κλάσης C. Αυτή η σχέση υποκλάσεων, ορίζει µια ιεραρχία κλάσεων, η οποία δεν είναι απαραίτητο να είναι αυστηρή. Μία κλάση µπορεί να έχει πολλές υπερκλάσεις. Αν συµβαίνει αυτό, σηµαίνει απλά πως κάθε στιγµιότυπο της κλάσης είναι ταυτόχρονα στιγµιότυπο κάθε µίας από της υπερκλάσεις της. Η σχέση ιεραρχίας µπορεί να αναπαρασταθεί και γραφικά όπως στο σχήµα 1.3. Η ακµή από µία κλάση χαµηλότερου επιπέδου προς µια υψηλότερου σηµαίνει πως η πρώτη κλάση είναι υποκλάση της δεύτερης. Το ότι η ιεραρχία δεν είναι αυστηρή σηµαίνει πως µια τέτοια γραφική αναπαράσταση δεν είναι απαραίτητο να είναι δέντρο. Σχήµα 1.3 Γραφική αναπαράσταση µιας σχέσης ιεραρχίας ηλώνοντας στο RDF Schema πως µια κλάση είναι υποκλάση µιας άλλης, δηλώνεται όπως είπαµε ότι κάθε στιγµιότυπο της πρώτης κλάσης είναι και στιγµιότυπο της υπερκλάσης της. Η σηµασία αυτού (semantics) είναι πως δεν χρειάζεται να δηλώσουµε ξανά για την κλάση αυτή κάθε ιδιότητα που έχουµε δηλώσει για την υπερκλάση της ώστε να ισχύει για κάποιο στιγµιότυπό της, αλλά το στιγµιότυπο κληρονοµεί αυτόµατα αυτή την ιδιότητα.

17 17 Στο RDF Schema, σε αντίθεση µε µια αντικειµενοστραφή γλώσσα προγραµµατισµού, οι ιδιότητες ορίζονται καθολικά σαν κλάσεις και δεν είναι απλά ιδιότητες κλάσεων. Υπάρχει η δυνατότητα να ορίσουµε καινούριες ιδιότητες και υπάρχουσες κλάσεις να αποκτήσουν αυτές τις ιδιότητες. Αυτός είναι ένας πολύ ισχυρός µηχανισµός του RDF Schema αφού επιτρέπει να χρησιµοποιούµε κλάσεις που έχουν οριστεί αλλού και να αλλάζουµε τις ιδιότητές τους, αποτελεί όµως και µια ιδιοτροπία του RDF Schema σε σχέση µε τη συνήθη προσέγγιση που ακολουθείται στις αντικειµενοστραφείς γλώσσες προγραµµατισµού. Ο µηχανισµός της ιεραρχίας εφαρµόζεται και στις ιδιότητες, δηλαδή είναι δυνατό µια ιδιότητα να είναι υποιδιότητα (subproperty) µιας άλλης. Αυτό σηµαίνει πως αν για ένα υποκείµενο και ένα αντικείµενο ισχύει µια ιδιότητα, και αυτή η ιδιότητα είναι υποιδιότητα µιας δεύτερης ιδιότητας, τότε το υποκείµενο και το αντικείµενο συνδέονται και µε τη δεύτερη ιδιότητα Η γλώσσα RDF Schema Σ αυτήν την παράγραφο θα περιγράψουµε τη γλώσσα που χρησιµοποιείται στο RDF Schema για να εκφράσει τις πληροφορίες για ένα πεδίο όπως προκύπτουν από τις βασικές αρχές που αναφέραµε παραπάνω. Οι βασικές αρχές του RDF Schema ορίζονται όπως είδαµε παραπάνω χρησιµοποιώντας πόρους (resources) και ιδιότητες (properties). Εποµένως, µια καλή επιλογή για τον φορµαλισµό που µπορούµε να χρησιµοποιήσουµε για το RDF Schema ώστε να µπορεί να εκφράσει αυτές τις βασικές αρχές είναι το ίδιο το RDF. Για παράδειγµα, έστω ότι θέλουµε να ορίσουµε την κλάση author να είναι υποκλάση της κλάσης artist: 1. ορίζουµε τους απαραίτητους πόρους για τις κλάσεις author και artist και subclassof, 2. Ορίζουµε τον πόρο subclassof να είναι ιδιότητα και 3. γράφουµε την τριάδα (author, subclassof, artist). Από τα παραπάνω προκύπτει ότι ένα RDFS έγγραφο είναι έγκυρο RDF έγγραφο. Παρακάτω θα περιγράψουµε πληρέστερα τις αρχές του RDF Schema. Το RDFS έχει ορισµένες κλάσεις πυρήνα: rdfs:resource, που είναι η κλάση όλων των πόρων. rdfs:class, που είναι η κλάση όλων των κλάσεων. rdfs:literal, η κλάση όλων των κυριολεκτικών. rdf:property, η κλάση όλων των ιδιοτήτων. rdf:statement, η κλάση όλων των προτάσεων. Επίσης, το RDFS έχει ορισµένες ιδιότητες πυρήνα για τον ορισµό σχέσεων µεταξύ πόρων: rdf:type, που την ορίσαµε και στην παρουσίαση του RDF και «συσχετίζει» έναν πόρο µε τη κλάση στην οποία ανήκει. Ο πόρος αυτός δηλώνεται µε αυτόν τον τρόπο να είναι στιγµιότυπο αυτής της κλάσης. rdfs:subclassof, που συσχετίζει την κλάση που είναι στη θέση του υποκειµένου της πρότασης µε µία υπερκλάση της. Όπως αναφέραµε και παραπάνω, ορίζεται κάθε στιγµιότυπο της υποκλάσης να είναι στιγµιότυπο και της υπερκλάσης της, και επίσης µια κλάση µπορεί να έχει περισσότερες από µία υπερκλάσεις. rdfs:subpropertyof, που συσχετίζει µια ιδιότητα µε µια υπερ-ιδιότητά της.

18 18 Οι ιδιότητες rdfs:subclassof και rdfs:subpropertyof είναι εξ ορισµού µεταβατικές. Αξιοσηµείωτο είναι πως η κλάση rdfs:class είναι υποκλάση της rdfs:resource, αλλά αφού η τελευταία είναι η κλάση όλων των πόρων, ισχύει επίσης ότι η rdfs:resource είναι στιγµιότυπο της rdfs:class. Επίσης υπάρχουν και ιδιότητες πυρήνα για την επιβολή περιορισµών σε ιδιότητες, όσο αφορά το εύρος τους και τις κλάσεις από τις οποίες µπορούν να προέρχονται τα αντικείµενα τα οποία χαρακτηρίζουν (σε µαθηµατικούς όρους, το πεδίο τιµών και το πεδίο ορισµού της ιδιότητας): rdfs:domain, που ορίζει το πεδίο ορισµού µιας ιδιότητας, rdfs:range, που ορίζει το εύρος, δηλαδή το πεδίο τιµών µιας ιδιότητας Επίσης υπάρχουν οι ιδιότητες που χρησιµοποιούνται για να µπορούµε να αναφερθούµε σε µια πρόταση σαν ενιαίο πόρο (reification): rdf:subject, που συσχετίζει τον νέο πόρο µε το υποκείµενο της πρότασης rdf:predicate, που συσχετίζει τον νέο πόρο µε το κατηγόρηµα της πρότασης rdf:object, που συσχετίζει τον νέο πόρο µε το αντικείµενο της πρότασης Υπάρχουν τέλος και γενικής χρήσης ιδιότητες. Παρακάτω παρουσιάζονται οι ιδιότητες που ορίζουν υπερσυνδέσεις προς τοποθεσίες στο web όπου ορίζεται κάποιος πόρος: rdfs:seealso, που συσχετίζει έναν πόρο µε έναν άλλο πόρο που τον εξηγεί rdfs:isdefinedby, που είναι υποιδιότητα του rdfs:seealso και συσχετίζει έναν πόρο µε την τοποθεσία όπου βρίσκεται ο ορισµός του (σε RDF Schema) Παρακάτω φαίνονται οι ιδιότητες που παρέχουν πληροφορίες προς τον χρήστη για κάποιον πόρο: rdfs:comment, που είναι σχόλια σε µορφή απλού κειµένου που συσχετίζονται µε µία πηγή rdfs:label, που είναι µια ετικέτα, στην ουσία ένα όνοµα, που συσχετίζεται µε έναν πόρο. Μπορεί µεταξύ άλλων να χρησιµεύσει και σαν όνοµα ενός κόµβου στη γραφική αναπαράσταση ενός RDF εγγράφου. Τελειώνοντας την παρουσίαση της γλώσσας του RDF Schema, θα αναφέρουµε τις container κλάσεις (οι τρεις πρώτες είναι οι γνωστές από τα container elements που παρουσιάσαµε κατά την παρουσίαση του RDF): rdf:bag rdf:seq rdf:alt rdfs:container, που είναι η υπερκλάση όλων των container κλάσεων, συµπεριλαµβανοµένων των παραπάνω τριών Σηµασιολογία του RDFS και παρουσίαση ενός συστήµατος συνεπαγωγής Εδώ θα κάνουµε µια γενική περιγραφή της σηµασιολογίας (semantics) του RDF Schema. Μία πλήρης και φορµαλιστική περιγραφή υπάρχει διαθέσιµη στο [2]. Έχουµε ήδη αναφερθεί στη σηµασία της φορµαλιστικής περιγραφής της σηµασιολογίας του RDF. Τα ίδια ισχύουν βέβαια και στην περίπτωση του RDF Schema αλλά και για κάθε οντολογική γλώσσα, αφού πάντα χρειαζόµαστε την αυτοµατοποιηµένη υποστήριξη από εργαλεία όπως οι reasoners.

19 19 Στο RDFS το subclassof είναι ιδιότητα. Αν η κλάση C είναι υποκλάση της κλάσης C, κάθε στιγµιότυπο της C είναι και στιγµιότυπο της κλάσης C. Οµοίως και για το subpropertyof. Αν η ιδιότητα p είναι υποιδιότητα της ιδιότητας p και ισχύει η τριάδα (s, p, o), τότε ισχύει και η τριάδα (s, p, o). Οι ιδιότητες domain και range είναι περιοριστικές ιδιότητες, γιατί θέτουν περιορισµούς στις ιδιότητες στις οποίες εφαρµόζονται. Αν το domain µιας ιδιότητας p είναι D, τότε για κάθε τριάδα (s, p, o), το s ανήκει στην κλάση D. Αντίστοιχα αν η ιδιότητα p έχει range R, τότε για κάθε τριάδα (s, p, o), το o ανήκει στο R. Από τα παραπάνω συνάγονται τα εξής: Το domain της ιδιότητας range είναι η κλάση Property. Το range της ιδιότητας range είναι η κλάση Class. Το domain της ιδιότητας domain είναι η κλάση Property. Το range της ιδιότητας domain είναι η κλάση Class. Έτσι λοιπόν ορίζεται η σηµασιολογία του RDF Schema. Στα παραπάνω για λόγους αναγνωσιµότητας παραλείψαµε τα προθέµατα, πχ αναφέρουµε το rdfs:domain απλά σαν domain. Όπως και στην περίπτωση του RDF θα δώσουµε µερικούς αντίστοιχους ενδεικτικούς κανόνες συνεπαγωγής. Το σύνολο αυτών των κανόνων είναι πάντως µικρό και είναι διαθέσιµο στο [2]. 1. Αν η έκφραση E περιέχει τις τριάδες (u, rdfs : subclassof, v) και (v, rdfs : subclassof, w), Τότε η Ε περιέχει και την τριάδα (u, rdfs : subclassof, w) Αυτός είναι ο κανόνας που κωδικοποιεί την µεταβατικότητα της ιδιότητας rdfs:subclassof. 2. Αν η έκφραση E περιέχει τις τριάδες (u, rdf : type, v) και (v, rdfs : subclassof, w), Τότε η Ε περιέχει και την τριάδα (u, rdf : type, w) Αυτός ο κανόνας κωδικοποιεί την σηµασιολογία της rdfs:subclassof, που περιγράψαµε παραπάνω Μειονεκτήµατα του RDF Schema Τόσο το RDF Schema όσο και το RDF έχουν περιορισµένες εκφραστικές δυνατότητες, και αυτό έγινε σκόπιµα από το W3C, στην προσπάθεια το Semantic Web να χτιστεί βαθµιαία πάνω σε επίπεδα µε διαφορετική εκφραστικότητα. Έτσι, το RDF περιορίζεται σε δυαδικές ιδιότητες, και το RDF Schema περιορίζεται σε σχέσεις ιεραρχίας κλάσεων και ιεραρχίας ιδιοτήτων, σε περιορισµούς του πεδίου ορισµού και του πεδίου τιµών των ιδιοτήτων και σε σχέσεις στιγµιότυπων κλάσεων. Παρακάτω περιγράφουµε µερικά χαρακτηριστικά αναπαράστασης οντολογικής γνώσης, που λείπουν από το RDF Schema: i. Τοπική εµβέλεια των ιδιοτήτων. Όταν ορίζουµε το range σε µια ιδιότητα αυτό ισχύει για όλες τις κλάσεις. Παρ όλα αυτά, µερικές φορές θα θέλαµε η ίδια ιδιότητα να έχει διαφορετικό πεδίο τιµών για διαφορετικές κλάσεις. Για

20 20 ii. iii. iv. παράδειγµα, αν ορίσουµε την ιδιότητα eats, θέλουµε να έχει διαφορετικό range για στιγµιότυπα της κλάσης cow και διαφορετικό για την κλάση dog. Θέλουµε να µπορούµε να εκφράσουµε το γεγονός ότι δύο κλάσεις είναι ξένες µεταξύ τους π.χ. οι κλάσεις adult και child. Ένωση, τοµή και συµπλήρωµα κλάσεων. Περιορισµός του αριθµού των διαφορετικών τιµών που µπορεί να πάρει µια ιδιότητα (περιορισµοί αριθµού στοιχείων συνόλου). Π.χ., µπορεί να θέλουµε να ορίσουµε ότι ένα πελάτης µπορεί να έχει µόνο έναν κωδικό πελάτη, ή ότι ένας πελάτης έχει κάνει τουλάχιστον µία αγορά. v. Άλλα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά ιδιοτήτων, πχ µερικές φορές θα θέλαµε να πούµε ότι µια ιδιότητα είναι µεταβατική, µοναδική ή αντίστροφη µιας άλλης ιδιότητας. Το επόµενο επίπεδο εκφραστικότητας είναι η οντολογική γλώσσα Web Ontology Language (OWL), που ήδη έχει γίνει πρότυπο του W3C. 1.5 Web Ontology Language Το RDF και το RDF Schema όπως είπαµε έχουν περιορισµένες εκφραστικές δυνατότητες. Το Web Ontology Working Group του W3C έχει προσδιορίσει αρκετές περιπτώσεις χρήσης στο Σηµαντικό Ιστό που θα απαιτούσαν µεγαλύτερη εκφραστικότητα απ ότι µπορεί να προσφέρει το RDFS. Εποµένως προέκυψε η ανάγκη για µια πλουσιότερη οντολογική γλώσσα. Οι πρώτες προσπάθειες οδήγησαν διαφορετικές ερευνητικές οµάδες σε Ευρώπη και Αµερική σε διαφορετικές λύσεις. Το αµερικανικό ερευνητικό πρακτορείο DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) δηµιούργησε την οντολογική γλώσσα DAML (DARPA Agent Markup Language) [4]. Η DAML ήταν βασισµένη στο RDF. Στην Ευρώπη αναπτύχθηκε η OIL(Ontology Inference Layer) [5], από τους Dieter Fensel, Frank van Harmelen και Ian Horrocks. Η OIL βασίζεται στα Description Logics και είναι συµβατή µε το RDF Schema. Τα χαρακτηριστικά των δύο αυτών γλωσσών συνδυάστηκαν σε µία νέα γλώσσα, την DAML+OIL [6]. Η DAML+OIL εξελίχτηκε τελικά στην Web Ontology Language (OWL) [7] Βασικές Αρχές σε όρους απαιτήσεων Σ αυτή την παράγραφο θα περιγράψουµε σε γενικές γραµµές τις αρχές πάνω στις οποίες στηρίχθηκε ο σχεδιασµός της οντολογικής γλώσσας OWL. Θα το κάνουµε αυτό απαριθµώντας τις γενικές απαιτήσεις τις οποίες χρειάζεται να ικανοποιεί µια οντολογική γλώσσα αλλά και τις συγκεκριµένες απαιτήσεις που υπήρχαν στην περίπτωση της OWL. Μια οντολογική γλώσσα πρέπει να επιτρέπει στους χρήστες να περιγράφουν µε ρητό τρόπο το εννοιολογικό περιεχόµενο ενός πεδίου, και γι αυτό το σκοπό θα πρέπει να έχει καλά ορισµένο συντακτικό, φορµαλιστικά ορισµένη σηµασιολογία και επαρκή εκφραστικότητα. Η απαίτηση για καλά ορισµένο συντακτικό εξασφαλίζει ότι η πληροφορία που περιέχεται σε µια οντολογία είναι προσπελάσιµη και επεξεργάσιµη από τη µηχανή. Η OWL χρησιµοποιεί την ίδια βασισµένη σε XML σύνταξη µε το RDF και το RDFS, αφού είναι χτισµένη σαν επέκταση αυτών. Το µειονέκτηµα της δυσαναγνωσιµότητας

21 21 από τον άνθρωπο αυτής της µορφής σύνταξης δεν θεωρείται σηµαντικό, αφού αυτό που περιµένουµε είναι ο χρήστης να µπορεί να γράφει τις οντολογίες του χρησιµοποιώντας εξειδικευµένα εργαλεία ανάπτυξης οντολογιών (όπως το Protégé που θα παρουσιάσουµε σε επόµενο κεφάλαιο). Η φορµαλιστική περιγραφή της σηµασιολογίας της γλώσσας εξασφαλίζει ότι η σηµασία της γνώσης περιγράφεται ακριβώς και ότι η ερµηνεία της δεν υπόκειται σε υποκειµενικές επιλογές. Επίσης επιτρέπει σε κάποιον (άνθρωπο ή µηχανή) να κρίνει για τη γνώση. Αυτό σηµαίνει πως καθίσταται δυνατό να εξάγει σίγουρα συµπεράσµατα από τη δοθείσα γνώση, και εφόσον πρόκειται για οντολογική γνώση, θέλουµε να µπορούµε να κρίνουµε τα εξής: Ένα αντικείµενο είναι µέλος µιας συγκεκριµένης κλάσης, το οποίο προκύπτει είτε από σχέσεις ιεραρχίας είτε από την ικανοποίηση συγκεκριµένων συνθηκών τιµών σε συγκεκριµένες ιδιότητες. Τη συνέπεια µιας οντολογίας, δηλαδή αν περιέχει ή όχι λάθη. Την ισοδυναµία κλάσεων. Όσο αφορά την εκφραστικότητα της οντολογικής γλώσσας, αυτή θα πρέπει να περιλαµβάνει τουλάχιστον τα χαρακτηριστικά που περιγράφονται στο τµήµα Θα πρέπει πάντως η εκφραστική δύναµη της οντολογικής γλώσσας να είναι τέτοια ώστε η υπολογιστική της πολυπλοκότητα να παραµένει ανεκτή. Γι αυτό το λόγο, η OWL δεν είναι εφικτό να σχεδιαστεί σαν άµεση επέκταση του RDFS, δηλαδή απλά προσθέτοντας νέα γλωσσικά χαρακτηριστικά στο RDFS, όπως θα ήταν το ιδανικό µε βάση την λογική της διαστρωµάτωσης του Semantic Web. Αυτό συµβαίνει γιατί υπάρχουν δοµές όπως η rdfs:class και η rdf:property που έχουν απαγορευτικά αυξηµένη εκφραστικότητα Η γλώσσα OWL Η OWL έχει οριστεί σαν τρεις διαφορετικές υπο-γλώσσες, η κάθε µία µε διαφορετική εκφραστικότητα και υπολογιστική πολυπλοκότητα: OWL Full: περιλαµβάνει όλα τα χαρακτηριστικά και όλες τις αρχές της OWL που περιγράψαµε παραπάνω. Με άλλα λόγια, αυτή είναι ολόκληρη η γλώσσα. Είναι πλήρως συµβατή µε το RDF αλλά από την άλλη είναι τόσο εκφραστική ώστε να είναι µη αποφασίσιµη γλώσσα. OWL DL: Η OWL DL έχει µερικούς περιορισµούς σε σχέση µε την OWL Full, ώστε να είναι υπολογιστικά αποδοτική. εν είναι πλήρως συµβατή µε το RDF. Ένα RDF έγγραφο πρέπει να τροποποιηθεί για να µπορεί να θεωρηθεί έγκυρο OWL DL έγγραφο. Το αντίστροφο ισχύει φυσικά πάντα. OWL Lite: Περαιτέρω περιορισµοί επιβάλλονται στην OWL-Lite, ώστε να είναι και πιο εύληπτη από τον άνθρωπο και πιο εύκολο να υλοποιηθεί από εργαλεία ανάπτυξης οντολογιών. Παρακάτω θα περιγράψουµε αναλυτικά τη γλώσσα OWL, και στη συνέχεια θα πούµε ποια από αυτά τα χαρακτηριστικά λείπουν από κάθε υπο-γλώσσα. Θα πρέπει να αναφέρουµε εδώ ότι αυτή την στιγµή έχει προταθεί η έκδοση της OWL που καλείται OWL 2 (ή OWL 1.1), στην οποία έχουν προστεθεί νέα χαρακτηριστικά, τα οποία και αυτά θα αναφερθούν στη συνέχεια.

22 22 Η OWL χρησιµοποιεί το RDF για την σύνταξή της, και τα στιγµιότυπα ορίζονται όπως στο RDF. Ακόµη, οι δοµές της OWL owl:class, owl:datatypeproperty και owl:objectproperty είναι εξειδικεύσεις των αντίστοιχων δοµών του RDF. Πέρα όµως από τη χρήση της XML µορφής σύνταξης του RDF, υπάρχουν και άλλες µορφές σύνταξης για την OWL, µε πιο αξιοσηµείωτες µια αφαιρετική µορφή σύνταξης (abstract syntax) που ορίζεται στο [8], και µια γραφική βασισµένη στην UML, οι οποίες είναι περισσότερο φιλικές προς το χρήστη. Παρακάτω θα περιγράψουµε την RDF µορφή σύνταξης δίνοντας και µερικά παραδείγµατα abstract σύνταξης. Ένα OWL έγγραφο (ή OWL οντολογία) είναι ένα RDF έγγραφο. Η ρίζα του εγγράφου είναι ένα rdf:rdf στοιχείο, όπου καθορίζονται και τα χρησιµοποιούµενα namespaces. Ακολουθείται από ένα στοιχείο owl:ontology, που περιέχει διάφορες δηλώσεις όπως σχόλια, έκδοση του εγγράφου και κυρίως άλλες οντολογίες που χρησιµοποιούνται. Το τελευταίο γίνεται µε χρήση του owl:imports στοιχείου. Η ιδιότητα owl:imports είναι µεταβατική. Ένα παράδειγµα των παραπάνω σε αφαιρετική σύνταξη όµως είναι: Ontology( Annotation(rdfs:comment "An example OWL ontology") Annotation(rdfs:label "Book Ontology") Annotation(owl:imports Μπορούµε να ορίσουµε µια νέα κλάση χρησιµοποιώντας το owl:class στοιχείο. Η owl:class είναι υποκλάση της rdfs:class. Αυτή την κλάση µπορούµε να την δηλώσουµε ξένη µε µία άλλη χρησιµοποιώντας το owl:disjointwith ή ισοδύναµη µε κάποια άλλη χρησιµοποιώντας το owl:equivalentclass. Αυτό µπορεί να γίνει όχι µόνο κατά τον ορισµό αλλά και σε άλλη αναφορά της κλάσης χρησιµοποιώντας το rdf:about. Υπάρχουν δύο προκαθορισµένες κλάσεις, η πιο γενική κλάση owl:thing και η κενή κλάση owl:nothing. Ακολουθούν µερικά παραδείγµατα ορισµού κλάσης σε abstract syntax. Class(Car partial Vehicle) DisjointClasses(Vehicle Boat) Όσο αφορά τις ιδιότητες, στην OWL υπάρχουν δύο ειδών: οι ιδιότητες αντικειµένων (owl:objectproperty), που συσχετίζουν αντικείµενα µε άλλα αντικείµενα, και οι ιδιότητες τύπων δεδοµένων (owl:datatypeproperty), που συσχετίζουν κάποιο αντικείµενο µε κάποια τιµή ενός τύπου δεδοµένων. Στην OWL δεν υπάρχουν προκαθορισµένοι τύποι δεδοµένων, αλλά µπορεί ο χρήστης να χρησιµοποιήσει τους τύπους που ορίζονται στο XML Schema. Μπορούµε να ορίσουµε περισσότερα από ένα πεδία ορισµού (domain) και πεδία τιµών (range) για µια ιδιότητα. Σ αυτήν την περίπτωση, το πεδίο ορισµού ή τιµών της ιδιότητας είναι η τοµή των πεδίων αυτών. Επίσης υπάρχει η δυνατότητα να ορίσουµε αντίστροφες ιδιότητες (owl:inverseof). Τέλος, υπάρχει η δυνατότητα να ορίσουµε ισοδύναµες ιδιότητες χρησιµοποιώντας το στοιχείο owl:equivalentproperty. Επίσης υπάρχουν κάποιες ειδικές ιδιότητες, που χρησιµοποιούνται για το χαρακτηρισµό ιδιοτήτων: owl:transitiveproperty, που ορίζει µια ιδιότητα να είναι µεταβατική, owl:symmetricproperty, που ορίζει µια ιδιότητα να είναι συµµετρική,

23 23 owl:functionalproperty, που ορίζει µια συναρτησιακή ιδιότητα, δηλαδή µια ιδιότητα που έχει το πολύ µία τιµή για κάθε αντικείµενο, owl:inversefunctionalproperty, που ορίζει µια ιδιότητα στην οποία δύο αντικείµενα δεν είναι δυνατό να έχουν την ίδια τιµή. Στην OWL µπορούµε να ορίσουµε µια κλάση C να έχει ορισµένα χαρακτηριστικά, µε χρήση του στοιχείου owl:restriction. Αυτό είναι αντίστοιχο µε το να ορίσουµε την C να είναι υποκλάση µιας καινούριας κλάσης C, η οποία έχει τα χαρακτηριστικά που ορίζονται στο σώµα του restriction. Στην περίπτωση αυτή όµως, η κλάση C παραµένει ανώνυµη. Σ αυτή την περίπτωση αναφερόµαστε στην κλάση σαν class expression, για να τη διακρίνουµε από την περίπτωση µιας κλάσης που ορίζεται µε owl:class. Στο σώµα του owl:restriction, πρέπει να υπάρχει το στοιχείο owl:onproperty, το οποίο θα ακολουθείται από ένα από τα εξής: owl:hasvalue, που ορίζει µια συγκεκριµένη τιµή που πρέπει να παίρνει η ιδιότητα που καθορίστηκε παραπάνω, owl:allvaluesfrom, που ορίζει ότι η ιδιότητα θα παίρνει τιµές από την κλάση που ορίζεται σαν αντικείµενο της ιδιότητας owl:allvaluesfrom, owl:somevaluesfrom, που ορίζει ότι η ιδιότητα θα παίρνει τουλάχιστον µία τιµή από την κλάση που ορίζεται σαν αντικείµενο της ιδιότητας owl:somevaluesfrom. Ένας άλλος τύπος περιορισµών που µπορεί να επιβληθεί σε µια ιδιότητα µέσω του owl:onproperty, είναι περιορισµοί πλήθους στοιχείων συνόλου: owl:mincardinality, που ορίζει τον ελάχιστο αριθµό τιµών που µπορεί να πάρει µία ιδιότητα, π.χ. για την κλάση book στην ιδιότητα belongstocategory, θα µπορούσαµε να θέσουµε τον περιορισµό: <owl:mincardinality rdf:datatype="&xsd;nonnegativeinteger"> 1 </owl:mincardinality>, ηλαδή απαιτούµε να ανήκει σε τουλάχιστον µία κατηγορία. owl:maxcardinality, που ορίζει το µέγιστο αριθµό τιµών που µπορεί να πάρει µια ιδιότητα, owl:cardinality, που ορίζει ότι µια ιδιότητα µπορεί να πάρει ακριβώς n τιµές. Επιπλέον, υπάρχει η δυνατότητα στην OWL να συνδυάσουµε µε Boolean πράξεις διαφορετικές κλάσεις, δηλαδή να ορίσουµε µια κλάση σαν ένωση, τοµή, ή συµπλήρωµα κλάσεων. Η ένωση ορίζεται µε το στοιχείο owl:unionof, η τοµή µε owl:intersectionof, και το συµπλήρωµα µε owl:complementof. Στην OWL µπορούµε να ορίσουµε µια απαρίθµηση, δηλαδή µια κλάση που ορίζεται µέσα από την απαρίθµηση όλων των στοιχείων της µε το στοιχείο owl:oneof. Σαν παράδειγµα, ας δούµε τον ορισµό µιας κλάσης weekdays : <owl:class rdf:id="weekdays"> <owl:oneof rdf:parsetype="collection"> <owl:thing rdf:about="#monday"/> <owl:thing rdf:about="#tuesday"/> <owl:thing rdf:about="#wednesday"/> <owl:thing rdf:about="#thursday"/> <owl:thing rdf:about="#friday"/> <owl:thing rdf:about="#saturday"/>