«Σχεδιασμός και Ανάπτυξη Διεπαφής Πελάτη - Εξυπηρετητή για Υποστήριξη Συλλογισμού σε Κατανεμημένες Εφαρμογές του Σημαντικού Ιστού»

Transcript

1 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΓΙΑ ΤΟ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ «Σχεδιασμός και Ανάπτυξη Διεπαφής Πελάτη - Εξυπηρετητή για Υποστήριξη Συλλογισμού σε Κατανεμημένες Εφαρμογές του Σημαντικού Ιστού» Αγγελόπουλος Παναγιώτης A.M. 516 Επιβλέπων καθηγητής: Θεόδωρος Σ. Παπαθεοδώρου Τριμελής Επιτροπή: Παπαθεοδώρου Θεόδωρος Μπούρας Χρήστος Λυκοθανάσης Σπυρίδων Ιούλιος 2009 Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών «Επιστήμη και Τεχνολογία των Υπολογιστών»

2

3 Πανεπιστήμιο Πατρών Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Ηλεκτρονικών Υπολογιστών και Πληροφορικής Σχεδιασμός και Ανάπτυξη Διεπαφής Πελάτη - Εξυπηρετητή για Υποστήριξη Συλλογισμού σε Κατανεμημένες Εφαρμογές του Σημαντικού Ιστού Διπλωματική Εργασία για το Μεταπτυχιακό Δίπλωμα Ειδίκευσης του Αγγελόπουλου Παναγιώτη Α.Μ. 516 Επιβλέπων: Θεόδωρος Σ. Παπαθεοδώρου Τριμελής Επιτροπή: Παπαθεοδώρου Θεόδωρος Μπούρας Χρήστος Λυκοθανάσης Σπυρίδων Ιούλιος 2009

4 2009 Τα πνευματικά δικαιώματα της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι δεσμευμένα από τον Αγγελόπουλο Παναγιώτη και το Εργαστήριο Πληροφοριακών Συστημάτων Υψηλών Επιδόσεων.

5 Ευχαριστίες Την ευγνωμοσύνη και τις θερμότερες ευχαριστίες μου κατ αρχάς απευθύνω στον καθηγητή κ. Θεόδωρο Παπαθεοδώρου που μου εμπιστεύτηκε αυτό το ενδιαφέρον, αλλά και απαιτητικό θέμα. Η αρωγή του, επιστημονική και ηθική, ήταν και είναι πολύτιμη, όχι μόνο κατά τη διάρκεια εκπόνησης αυτής της εργασίας, αλλά και καθ όλη την διάρκεια της φοιτητικής μου ζωής, τόσο ως προπτυχιακός, όσο και ως μεταπτυχιακός φοιτητής. Πολλές ευχαριστίες επίσης οφείλω στους καθηγητές κ. Χρήστο Μπούρα και κ. Σπύρο Λυκοθανάση, που πρόθυμα δέχτηκαν να αξιολογήσουν το περιεχόμενο και τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας. Πολλοί συνάδελφοί μου, συνεργάτες και φίλοι μου συνετέλεσαν, σκόπιμα ή αθέλητα, στη διαμόρφωση κάποιων ιδεών που εκφράζονται σ αυτά που ακολουθούν και σίγουρα θα αδικούσα ορισμένους σε μία - αναπόφευκτα ατελή - προσπάθεια να τους ευχαριστήσω όλους. Ιδιαίτερες ευχαριστίες οφείλω να δώσω στους συναδέλφους μου, και αδελφικούς μου φίλους, Νικόλαο Καραπάνο και Χρήστο Μπακογιάννη, οι οποίοι με τις γνώσεις τους, την αμέριστη βοήθειά τους και την υπομονή τους, συνετέλεσαν τα μέγιστα για την ολοκλήρωση της εργασίας αυτής. Δεν μπορώ επίσης να μην αναφέρω τον Τζανέτο Πομόνη και Δημήτρη Κουτσομητρόπουλο: Η υποστήριξη, η συμπαράσταση ή και απλά η ανοχή των παραπάνω ανθρώπων είχαν καταλυτική επίδραση πάνω μου, σε στιγμές που δοκιμαζόταν η υπομονή και η αντοχή. Το πιο πιθανό όμως είναι ότι δεν θα γραφόταν ποτέ τίποτα απ όλα αυτά, αν απ την αρχή δεν ήταν δίπλα μου η οικογένειά μου και όλοι οι άνθρωποι που μ αγαπούν και με στηρίζουν. Σ αυτούς, τους δικούς μου ανθρώπους, αφιερώνεται η παρούσα εργασία. Πάτρα, Ιούλιος 2009

6

7 Περιεχόμενα Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Πρόλογος... 1 Κεφάλαιο 2 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες Ο Σημαντικός Ιστός Τα οφέλη του Σημαντικού Ιστού Δύσπιστες αντιδράσεις για το Σημαντικό Ιστό Τεχνολογίες και αρχιτεκτονική του Σημαντικού Ιστού Εφαρμογές του Σημαντικού Ιστού Οντολογίες Εισαγωγή στις Οντολογίες Ορισμοί της Οντολογίας Συστατικά μιας Οντολογίας Γλώσσες Οντολογίας Κεφάλαιο 3 Γλώσσες Λογικών Περιγραφής (OWL) και Συλλογισμός στο Σημαντικό Ιστό Λογικές Περιγραφής Η σύνταξη των λογικών περιγραφής Η διαμόρφωση (modeling) των λογικών περιγραφής Γλώσσα Οντολογίας Ιστού (OWL Ontology Web Language) Γενική περιγραφή Από την RDF(S) στην OWL OWL και Λογικές Περιγραφής Συλλογισμός Οντολογιών (Ontology Reasoning) Κεφάλαιο 4 Κατανεμημένος Υπολογισμός (Distributed Computing) Εισαγωγή στον Κατανεμημένο Υπολογισμό Τα πλεονεκτήματα από τη χρήση ενός κατανεμημένου συστήματος Λανθασμένες υποθέσεις και προβλήματα στον κατανεμημένο υπολογισμό Αρχιτεκτονικές ενός Κατανεμημένου Συστήματος... 31

8 4.3 Μια ενοποιημένη αρχιτεκτονική για εφαρμογές Ιστού επόμενης γενιάς (Web 3.0) Κεφάλαιο 5 Παρουσίαση του προβλήματος και της φιλοσοφίας της προτεινόμενης λύσης Παρουσίαση του προβλήματος OWL API Προγενέστερα εργαλεία διαχείρισης οντολογιών Εργαλεία Συλλογισμού (Reasoners) FaCT FaCT Racer Pellet Διεπαφή DIG (DIG Interface) Εισαγωγή Υπόβαθρο Περιγραφή της DIG διεπαφής DIG και OWL Σύντομη περιγραφή της φιλοσοφίας της προτεινόμενης λύσης Κεφάλαιο 6 Υλοποίηση Εισαγωγή Περιγραφή της προτεινόμενης λύσης Τεκμηρίωση της υλοποίησης Εφαρμογή Πελάτη (client) Εφαρμογή Εξυπηρετητή (Server) Μια δεύτερη έκδοση της διεπαφής μας Απαιτήσεις για την χρήση της διεπαφής μας Παρατηρήσεις κατά την υλοποίηση Τα πλεονεκτήματα της διεπαφής μας Κεφάλαιο 7 Συμπεράσματα Μελλοντική εργασία Συμπεράσματα Βασικά χαρακτηριστικά της διεπαφής μας Μελλοντική εργασία... 68

9 Παράρτημα Πειράματα Μετρήσεις Βιβλιογραφία... 79

10

11

12 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή - Πρόλογος 1 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Πρόλογος Η έρευνα αναφορικά με την εξέλιξη του Παγκόσμιου Ιστού (WWW) κινείται τα τελευταία χρόνια προς πιο ευφυείς και αυτοματοποιημένους τρόπους ανακάλυψης και εξαγωγής της πληροφορίας. Ο Σημαντικός Ιστός (Semantic Web) είναι μία επέκταση του σημερινού Ιστού, όπου στην πληροφορία δίνεται σαφώς προσδιορισμένη σημασία, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα στις μηχανές να μπορούν πλέον να επεξεργάζονται καλύτερα και να «κατανοούν» τα δεδομένα, τα οποία μέχρι σήμερα απλώς παρουσιάζουν. Για να λειτουργήσει ο Σημαντικός Ιστός, οι υπολογιστές θα πρέπει να έχουν πρόσβαση σε οργανωμένες συλλογές πληροφοριών, που καλούνται οντολογίες (ontologies). Οι οντολογίες παρέχουν μια μέθοδο αναπαράστασης της γνώσης στο Σημαντικό Ιστό και μπορούν επομένως να αξιοποιηθούν από τα υπολογιστικά συστήματα για τη διεξαγωγή αυτοματοποιημένου συλλογισμού (automated reasoning). Για την περιγραφή και την αναπαράσταση των οντολογιών του Σημαντικού Ιστού σε γλώσσες αναγνώσιμες από τη μηχανή, έχουν προταθεί και βρίσκονται υπό εξέλιξη διάφορες πρωτοβουλίες, με πιο σημαντική τη Γλώσσα Οντολογίας Ιστού (Web Ontology Language OWL). H γλώσσα αυτή αποτελεί πλέον τη βάση για την αναπαράσταση γνώσης στο Σημαντικό Ιστό, λόγω της προώθησής της από το W3C, και του αυξανόμενου βαθμού υιοθέτησής της στις σχετικές εφαρμογές. Το βασικότερο εργαλείο για την υλοποίηση εφαρμογών που διαχειρίζονται OWL οντολογίες, είναι το OWL API. Το OWL API αποτελείται από προγραμματιστικές βιβλιοθήκες και μεθόδους, οι οποίες παρέχουν μια υψηλού επιπέδου διεπαφή για την πρόσβαση και τον χειρισμό OWL οντολογιών. Το θεωρητικό υπόβαθρο που εγγυάται την εκφραστική και συλλογιστική ισχύ των οντολογιών, παρέχεται από τις Λογικές Περιγραφής (Description Logics). Οι Λογικές Περιγραφής αποτελούν ένα καλώς ορισμένο αποφασίσιμο υποσύνολο της Λογικής Πρώτης Τάξης και καθιστούν δυνατή την αναπαράσταση και ανακάλυψη γνώσης στο Σημαντικό Ιστό. Για την ανακάλυψη άρρητης πληροφορίας ενδείκνυται, επομένως, να αξιοποιηθούν συστήματα βασισμένα σε Λογικές Περιγραφής. Τα συστήματα αυτά ονομάζονται και εργαλεία Συλλογισμού (Reasoners). Χαρακτηριστικά παραδείγματα τέτοιων εργαλείων αποτελούν τα FaCT++ και Pellet.

13 2 Εισαγωγή - Πρόλογος Κεφάλαιο 1 Από τα παραπάνω γίνεται προφανής ο λόγος για τον οποίο, τόσο το OWL API, όσο και τα εργαλεία Συλλογισμού, χρησιμοποιούνται από προτεινόμενα μοντέλα υλοποίησης εφαρμογών του Σημαντικού Ιστού επόμενης γενιάς (WEB 3.0), για την επικοινωνία και την υποβολή «έξυπνων» ερωτημάτων σε βάσεις γνώσης (knowledge bases). Στα μοντέλα αυτά προτείνεται, επίσης, η χρήση κατανεμημένης αρχιτεκτονικής 3-επιπέδων (3-tier distributed architecture), για την υλοποίηση εφαρμογών του Σημαντικού Ιστού. Σκοπός της διπλωματικής αυτής είναι ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη μιας διεπαφής Πελάτη Εξυπηρετητή (Client Server interface) για την υποστήριξη υπηρεσιών Συλλογισμού (reasoning) σε κατανεμημένες εφαρμογές του Σημαντικού Ιστού. Πιο συγκεκριμένα, η διεπαφή που θα υλοποιήσουμε αποτελείται από δύο μέρη. Το πρώτο παρέχει τα απαραίτητα αρχεία για την εκτέλεση ενός εργαλείου Συλλογισμού σε κάποιο απομακρυσμένο μηχάνημα (Server). Με τον τρόπο αυτό, το συγκεκριμένο μηχάνημα θα παρέχει απομακρυσμένες (remote) υπηρεσίες Συλλογισμού. Το δεύτερο μέρος (Client) περιέχει αρχεία, που δρουν συμπληρωματικά στις βιβλιοθήκες του OWL API, και του δίνουν νέες δυνατότητες. Συγκεκριμένα, δίνουν την δυνατότητα σε μια εφαρμογή, που είναι υλοποιημένη με το OWL API, να χρησιμοποιήσει τις υπηρεσίες που προσφέρονται από κάποιο απομακρυσμένο εργαλείο Συλλογισμού. Συνεπώς, η διεπαφή μας θα δώσει την δυνατότητα υιοθέτησης της χρήσης του OWL API και των εργαλείων Συλλογισμού από κατανεμημένες αρχιτεκτονικές για την υλοποίηση εφαρμογών του Σημαντικού Ιστού. Η ανάπτυξη των προαναφερθέντων θεμάτων ακολουθεί την παρακάτω δομή. Αρχικά, γίνεται μια εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις οντολογίες (Κεφάλαιο 2). Στη συνέχεια, γίνεται αναφορά στις Λογικές Περιγραφής, περιγράφεται πιο αναλυτικά η Γλώσσα Οντολογίας Ιστού (OWL) και γίνεται μια σύντομη εισαγωγή στην έννοια του Συλλογισμού (Reasoning) (Κεφάλαιο 3). Το επόμενο κεφάλαιο εστιάζει στον Κατανεμημένο Υπολογισμό (Distributed Computing) και περιγράφονται τα χαρακτηριστικά και οι αρχιτεκτονικές ενός κατανεμημένου υπολογιστικού συστήματος. Γίνεται, επίσης, σύντομη περιγραφή μιας ενοποιημένης αρχιτεκτονικής για εφαρμογές Ιστού επόμενης γενιάς (Web 3.0) (Κεφάλαιο 4). Στη συνέχεια, γίνεται μια πρώτη παρουσίαση του προβλήματος που θέλουμε να επιλύσουμε, και μια σύντομη περιγραφή των χαρακτηριστικών του OWL API. Ακολουθεί μια σύγκριση των σύγχρονων εργαλείων Συλλογισμού και η παρουσίαση του DIG interface. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με μια σύντομη περιγραφή της φιλοσοφίας της προτεινόμενης λύσης (Κεφάλαιο 5). Στο κεφάλαιο που ακολουθεί περιγράφεται αναλυτικά η υλοποίηση της διεπαφής μας. Παρέχεται η τεκμηρίωση του κώδικα, και παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα της υλοποίησής μας. (Κεφάλαιο 6). Τέλος, συνοψίζουμε τα συμπεράσματα που εξήχθησαν από αυτή τη διπλωματική εργασία, και αναφέρουμε τους βασικούς άξονες στους οποίους μπορεί να κινηθεί η μελλοντική εργασία σχετικά με το ευρύτερο θέμα που παρουσιάσαμε (Κεφάλαιο 7). Στο Παράρτημα γίνεται παρουσίαση των μετρήσεων και των πειραματικών εκτελέσεων που πραγματοποιήσαμε με την διεπαφή μας, και σχολιάζονται τα συμπεράσματα στα οποία καταλήξαμε.

14 Κεφάλαιο 2 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες 3 Κεφάλαιο 2 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες 2.1 Ο Σημαντικός Ιστός Η έννοια του Σηµαντικού Ιστού έχει οριστεί ήδη πολλές φορές στην πρόσφατη βιβλιογραφία (για παράδειγμα, [6], [7], [8], [9]) απ όπου η φύση και η µορφή του γίνονται άµεσα κατανοητές. Ο υπάρχων Παγκόσμιος Ιστός επιτρέπει στον καθένα να δημοσιεύει ανθρωπίνως αναγνώσιµες πληροφορίες που µπορούν να συνδεθούν µέσω υπερσυνδέσµων. Ο συνδυασµός ενός ομοιόμορφου τρόπου για τη σήµανση τέτοιων ιστοσελίδων µε κοινά πρωτόκολλα προσπέλασης που επιτρέπουν στις εφαρμογές πελάτη (π.χ. φυλλοµετρητές) να προσπελάζουν τα δεδομένα και η καθολική διασυνδεσιµότητα, έχουν µετασχηµατίσει αυτόν τον τρόπο δημοσίευσης και προσπέλασης της πληροφορίας. Ο Σηµαντικός Ιστός επιχειρεί να κάνει για τα επεξεργάσιµα από τη µηχανή δεδομένα, ό,τι ο Παγκόσµιος Ιστός έκανε για τα ανθρωπίνως αναγνώσιµα έγγραφα. Με άλλα λόγια, ο Σηµαντικός Ιστός είναι µία επέκταση του σηµερινού Ιστού, όπου στην πληροφορία δίνεται σαφώς προσδιορισµένη σηµασία, επιχειρώντας να καταστήσει τα µέχρι πρότινος αναγνώσιµα µόνο από τον άνθρωπο έγγραφα, προσπελάσιµα, αναγνώσιµα και κατανοήσιµα και από τη µηχανή. Συμπληρώνοντας το [10], απώτερος στόχος είναι ο Ιστός να µετατραπεί από ένα µεγάλο, διασυνδεδεµένο βιβλίο, σε µια µεγάλη, διασυνδεδεµένη βάση γνώσης Τα οφέλη του Σημαντικού Ιστού Υπάρχουν τρεις βασικοί λόγοι που ωθούν στην εξάπλωση της χρήσης του Σημαντικού Ιστού. Πρώτον, απλά και µόνο το γεγονός ότι τα δεδομένα καθίστανται διαθέσιµα, φέρει πλεονεκτήματα για τις εφαρμογές. Όπως ο Παγκόσµιος Ιστός έδωσε στον καθένα τη δυνατότητα να προσπελάζει πληροφορία που µέχρι τότε βρισκόταν αποµονωµένη σε τοπικά συστήµατα αρχείων ή τοπικά δίκτυα, ο Σηµαντικός Ιστός θα απελευθερώσει τα δεδομένα που βρίσκονται εγκλωβισμένα σε βάσεις δεδομένων, δίνοντας τη δυνατότητα σε εφαρμογές

15 4 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες Κεφάλαιο 2 και εργαλεία να προσπελάζουν καθολικά αυτά τα δεδομένα. Περαιτέρω, η ικανότητα της διασύνδεσης των δεδομένων από διαφορετικές πηγές επιτρέπει νέους τρόπους πλοήγησης στην πληροφορία και την ανακάλυψη νέων σχέσεων και συσχετισµών. εύτερον, ενεργοποιείται η δυνατότητα της αυτοματοποιημένης επεξεργασίας αυτής της πληροφορίας. Εφόσον τα δεδομένα που διαµοιράζονται στον Ιστό παραµένουν, όπως τώρα, εκφρασµένα κυρίως σε φυσική γλώσσα, περιορίζονται και οι τρόποι µε τους οποίους τα συστήµατα λογισµικού µπορούν να προσθέσουν αξία σε αυτές τις πληροφορίες, γιατί η επεξεργασία φυσικής γλώσσας βρίσκεται ακόµα πολύ πέρα από το να δίνει εύρωστα αποτελέσµατα. Οι σύγχρονες τεχνικές επεξεργασίας κειµένου µπορεί να επαρκούν για τη δεικτοδότηση και ανάκτηση τέτοιων εγγράφων, αλλά δεν µπορούν να υποστηρίξουν την επεξεργασία της σηµασίας των περιεχοµένων τους. εν είναι δυνατή, για παράδειγµα, άµεσα και εύκολα, η εξαγωγή λεπτοµερειών (όπως καλλιτέχνες, τοποθεσίες, ηµεροµηνίες) από ένα άρθρο για µια επερχόµενη καλλιτεχνική εκδήλωση, ώστε να ελεγχθούν ως προς ένα προσωπικό ηµερολόγιο. Ούτε είναι επίσης δυνατό, παρά µόνο χρησιµοποιώντας εύθραυστες τεχνικές συλλογής στοιχειώδους πληροφορίας στον Ιστό (web scraping), να συλλεχθούν πληροφορίες για τιµές και συγκρίσεις προϊόντων από διαφορετικούς ιστοτόπους, ώστε να διευκολύνουν σε µια πιθανή αγορά. Καθιστώντας τέτοιες πληροφορίες διαθέσιµες σε µορφή κατανοήσιµη από τη µηχανή, σηµαίνει ότι µπορούν να κατασκευαστούν εφαρµογές που θα επεξεργάζονται ενεργά αυτές τις πληροφορίες - να τις συλλέγουν, να τις αναλύουν, να τις φιλτράρουν, να τις συσχετίζουν, να τις διασυνδέουν και να τις αξιοποιούν προς όφελος της συγκεκριµένης εργασίας. Τρίτον, ο Σηµαντικός Ιστός αποτελεί σε µεγάλο βαθµό µια επέκταση του υπάρχοντος Ιστού. Η κοινή αναπαράσταση των δεδοµένων επιτρέπει τον εµπλουτισµό του ανθρωπίνως αναγνώσιµου Ιστού µε σηµασιακή πληροφορία ή µεταδεδοµένα - επιτρέποντας την στενότερη συνεργασία µεταξύ υπολογιστών και ανθρώπων. Το γεγονός αυτό ενεργοποιεί εφαρµογές, όπως η σηµασιακή αναζήτηση - µηχανές αναζήτησης που µπορούν να κατανοήσουν για παράδειγµα τη διαφορά µεταξύ ενός αρχείου υπολογιστή και ενός αρχείου δηµόσιας υπηρεσίας και µπορούν εποµένως να επιστρέφουν στο χρήστη σηµασιολογικά (και όχι απλώς συντακτικά) ταιριάσµατα για την αναζήτησή του Δύσπιστες αντιδράσεις για το Σημαντικό Ιστό Όπως είναι λογικό όμως, δεν λείπουν και αυτοί που αντιδρούν στην υιοθέτηση και εξάπλωση της χρήσης των τεχνολογιών του Σημαντικού Ιστού. Στη συνέχεια παραθέτουμε κάποια από τα επιχειρήματά τους.

16 Κεφάλαιο 2 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες 5 Μη πρακτική δυνατότητα υλοποίησης Όσοι αντιδρούν στο Σημαντικό Ιστό αμφισβητούν την πρακτική δυνατότητα πραγματοποίησης μιας πλήρους ή ακόμα και μερικής υλοποίησης του Σημαντικού Ιστού. Η κριτική του Cory Doctorow γίνεται από την προοπτική της ανθρώπινης συμπεριφοράς και των προσωπικών προτιμήσεων. Για παράδειγμα, οι άνθρωποι λένε ψέματα: μπορούν συνεπώς να τοποθετήσουν πλαστά μεταδεδομένα στην ιστοσελίδα τους, σε μία προσπάθεια να παραπλανηθούν οι μηχανές του Σημαντικού Ιστού, που υποθέτουν αφελώς την ακρίβεια των μεταδεδομένων. Το φαινόμενο αυτό έγινε γνωστό όταν μεταδεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για να ξεγελάσουν τον αλγόριθμο ταξινόμησης του AltaVista, ώστε να εμφανίσει σε υψηλότερες θέσεις συγκεκριμένες ιστοσελίδες. Οι Peter Gärdenfors και Timo Honkela επισημαίνουν ότι οι βασισμένες στη λογική τεχνολογίες του Σημαντικού Ιστού, καλύπτουν μόνο ένα μέρος τέτοιων φαινομένων που σχετίζονται με τη σημασιολογία [11] [12]. Εκεί που οι τεχνολογίες του Σημαντικού Ιστού έχουν υιοθετηθεί σε μεγαλύτερο βαθμό, είναι μεταξύ εξειδικευμένων κοινοτήτων και οργανισμών. Οι πρακτικοί περιορισμοί, όσον αφορά την υιοθέτηση των νέων τεχνολογιών, έχουν εμφανιστεί λιγότερο προκλητικοί όταν η περιοχή και το πεδίο είναι περιορισμένες, σε σχέση με το ευρύ κοινό και τον Παγκόσμιο Ιστό. [13] Μια απραγματοποίητη ιδέα Το αρχικό άρθρο του 2001 από τον Tim Berners-Lee περιέγραφε μια αναμενόμενη εξέλιξη του υπάρχοντος Ιστού στον Σημαντικό Ιστό. [14] Μια τέτοια εξέλιξη δεν έχει ακόμα εμφανιστεί. Και μάλιστα, σε ένα πιο πρόσφατο άρθρο του Tim Berners-Lee και των συναδέλφων του, δήλωσε ότι: «Αυτή η απλή ιδέα, εντούτοις, παραμένει κατά ένα μεγάλο μέρος απραγματοποίητη.» [15] Λογοκρισία και ιδιωτικότητα Ο ενθουσιασμός για το Σημαντικό Ιστό θα μπορούσε να μετριαστεί από τις ανησυχίες σχετικά με τη λογοκρισία και την ιδιωτικότητα. Για παράδειγμα, οι τεχνικές ανάλυσης κειμένου μπορούν τώρα να παρακαμφθούν εύκολα με τη χρησιμοποίηση άλλων λέξεων, μεταφορών, ή με τη χρήση εικόνων αντί λέξεων. Μια προηγμένη εφαρμογή του Σημαντικού Ιστού θα διευκόλυνε πολύ τις κυβερνήσεις στον έλεγχο την προβολής και της δημιουργίας των on-line πληροφοριών, δεδομένου ότι θα ήταν πολύ εύκολο σε μια αυτοματοποιημένη μηχανή λογοκρισίας κειμένου να καταλάβει τέτοιες πληροφορίες. Επιπλέον, με τη χρήση αρχείων FOAF και μεταδεδομένων θέσης (geo-location meta-data), θα υπήρχε πολύ λίγη ανωνυμία σχετικά με τον συγγραφέα άρθρων που εμφανίζονται, π.χ. σε ένα προσωπικό blog.

17 6 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες Κεφάλαιο 2 Διπλασιασμός των σχημάτων εξόδου (output formats) Μια άλλη κριτική του Σημαντικού Ιστού αναφέρει πως είναι πιο χρονοβόρο να δημιουργηθεί και να δημοσιευθεί το περιεχόμενο επειδή θα πρέπει να υπάρχουν δύο σχήματα (formats) για ένα τμήμα δεδομένων: ένα για την ανθρώπινη ανάγνωση και ένα για τις μηχανές. Εντούτοις, πολλές εφαρμογές του Ιστού που βρίσκονται υπό ανάπτυξη, αντιμετωπίζουν το πρόβλημα αυτό, με τη δημιουργία ενός αναγνώσιμου από τη μηχανή σχήματος, κατά τη δημοσίευση των δεδομένων ή κατόπιν αιτήματος μιας μηχανής για τέτοια δεδομένα. Η ανάπτυξη των microformats είναι μια απάντηση σε αυτού του είδους την κριτική. Προδιαγραφές όπως το erdf και το RDFa επιτρέπουν σε στοιχεία RDF να ενσωματωθούν σε σελίδες HTML. Ο μηχανισμός GRDDL επιτρέπει στο υπάρχον υλικό (συμπεριλαμβανομένων των microformats), να ερμηνευθεί αυτόματα ως RDF, έτσι ώστε όσοι δημοσιεύουν περιεχόμενο να μπορούν να χρησιμοποιούν ένα ενιαίο σχήμα, όπως η HTML Τεχνολογίες και αρχιτεκτονική του Σημαντικού Ιστού Ο Σηµαντικός Ιστός είναι οργανωμένος σε µια σειρά επιπέδων. Τα επίπεδα αυτά δεν ανταποκρίνονται αυστηρά στην έννοια της αρχιτεκτονικής λογισµικού, αλλά αποτελούν περισσότερο τεχνολογικά επίπεδα λειτουργικότητας. Η Εικόνα 2.1 παρουσιάζει την διαστρωμάτωση των τεχνολογιών στις οποίες βασίζεται η εξέλιξη του Ιστού [16]. Εικόνα 2.1 Η αρχιτεκτονική του Σηµαντικού Ιστού.

18 Κεφάλαιο 2 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες 7 Όπως φαίνεται, ο Σηµαντικός Ιστός θεµελιώνεται πάνω στην ήδη υπάρχουσα υποδοµή του Ιστού: στο πρωτόκολλο HTTP για τη μεταφορά, στα URIs για την ονοματολογία, στην κωδικοποίηση Unicode για καθολική προσπέλαση και στην XML ως κοινή συντακτική µορφή. Πάνω από τις τεχνολογίες αυτές ο Σηµαντικός Ιστός προσθέτει συνολικά πέντε επίπεδα, ορισμένα από τα οποία έχουν ήδη υλοποιηθεί: Μια κοινή αναπαράσταση για ηµιδοµηµένα δεδομένα και µεταδεδοµένα, το RDF. Μια κοινή αναπαράσταση για τις οντολογίες (ontologies), που επιτρέπουν στους όρους που χρησιμοποιούνται στο επίπεδο δεδοµένων να ορίζονται και να συσχετίζονται µεταξύ τους (RDFS, DAML+OIL, ΟWL). Το επίπεδο της λογικής (logic), που παρέχει το υπόβαθρο για τη δυνατότητα αυτοματοποιημένου συλλογισµού και συμπερασμών βάσει των πληροφοριών που δοµούνται σε µια οντολογία. Το επίπεδο αυτό επιπλέον καθιστά δυνατή και ισχυροποιείται από τη χρήση τυπικών κανόνων, βάσει τον οποίων γίνεται εφικτή η (ψευδό-) νοήμονα διαδικασία λήψης αποφάσεων από τις υπολογιστικές µηχανές. To επίπεδο της απόδειξης (proof), ώστε τα αποτελέσµατα που συμπεραίνονται από δεδομένα στο Σηµαντικό Ιστό να µπορούν να οδηγήσουν πίσω στις υποθέσεις που τα προκάλεσαν. Το επίπεδο της εμπιστοσύνης (trust), όπου σε συνδυασµό µε την τεχνολογία των ψηφιακών υπογραφών (digital signatures), θα εξασφαλίζει το βαθµό στον οποίο οι πληροφορίες που διακινούνται, επεξεργάζονται και συμπεραίνονται στο Σηµαντικό Ιστό είναι αξιόπιστες, µε αυτοματοποιημένο τρόπο (για παράδειγµα, στην επικοινωνία µεταξύ πρακτόρων) Εφαρμογές του Σημαντικού Ιστού Ο Σηµαντικός Ιστός βρίσκει ή φιλοδοξεί να βρει µια πληθώρα εφαρμογών σε πολλά και ετερόκλητα πεδία της επιστήµης των υπολογιστών. Η διαχείριση και ανακάλυψη γνώσης, η διαλειτουργικότητα και ολοκλήρωση πληροφοριακών συστημάτων [17], οι ψηφιακές βιβλιοθήκες [18], το ηλεκτρονικό εμπόριο [19], η ηλεκτρονική εκπαίδευση [20], τα οµότιµα δίκτυα [21], ο υπολογισµός Πλέγματος [22] και οι Υπηρεσίες Ιστού είναι µερικά µόνο από αυτά. Στη συνέχεια εξετάζονται συνοπτικά ορισμένες ενδεικτικές εφαρµογές του Σηµαντικού Ιστού, πολλές από τις οποίες αλληλοσυμπληρώνονται. Πύλες ιαδικτύου Μια δικτυακή πύλη µπορεί να περιγραφεί ως ένας δικτυακός τόπος που παρέχει πληροφοριακό περιεχόµενο για ένα κοινό θέµα, για παράδειγµα µια πόλη ή ένα πεδίο ενδιαφέροντος. Μια πύλη επιτρέπει στους ενδιαφερόµενους να λαµβάνουν νέα, να συζητούν

19 8 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες Κεφάλαιο 2 µεταξύ τους, να χτίζουν µια κοινότητα και να βρίσκουν συνδέσµους προς άλλους δικτυακούς πόρους κοινού ενδιαφέροντος. Προκειµένου η πύλη να είναι επιτυχής, θα πρέπει να παρέχει την αφετηρία για τον εντοπισµό ενδιαφέρουσας πληροφορίας. Συνήθως το περιεχόµενο αυτό υποβάλλεται από µέλη της κοινότητας, που συχνά το εντάσσουν κάτω από µια θεµατική κατηγορία. Ένας άλλος τρόπος συλλογής περιεχοµένου βασίζεται στο χαρακτηρισµό του περιεχοµένου αυτού από παρόχους περιεχοµένου µε πληροφορία που µπορεί να χρησιµοποιηθεί για το διαµοιρασµό του. Ο χαρακτηρισµός αυτός έχει συνήθως τη µορφή ετικετών µεταδεδοµένων που προσδιορίζουν για παράδειγµα το θέµα του περιεχοµένου, την προέλευσή του κτλ. Ωστόσο, µια απλή δεικτοδότηση των θεµατικών κατηγοριών µπορεί να µην αρκεί, ώστε η κοινότητα να έχει την απαιτούµενη από τα µέλη της ικανότητα αναζήτησης στο περιεχόµενο. Ένας πιο ευφυής διαµοιρασµός της πληροφορίας απαιτεί τον ορισµό µιας οντολογίας από τη δικτυακή πύλη. Μια τέτοια οντολογία παρέχει την ορολογία που απαιτείται για την περιγραφή του περιεχοµένου και των αξιωµάτων που ορίζουν νέους όρους, χρησιµοποιώντας άλλους όρους µέσα στην οντολογία. Για παράδειγµα, µια οντολογία µπορεί να περιλαµβάνει ορολογίες, όπως «ανακοίνωση σε συνέδριο», «δηµοσίευση», «άνθρωπος» και «συγγραφέας». Η οντολογία αυτή µπορεί να περιέχει ορισµούς που δηλώνουν, για παράδειγµα, ότι «όλες οι ανακοινώσεις σε συνέδρια είναι δηµοσιεύσεις» και «οι συγγραφείς των δηµοσιεύσεων είναι άνθρωποι». Σε συνδυασµό µε γεγονότα, οι ορισµοί αυτοί καθιστούν δυνατό το συµπερασµό άλλων, εξίσου αληθινών, γεγονότων. Πολυµεσικές συλλογές Οι τεχνολογίες του Σηµαντικού Ιστού µπορούν να χρησιµοποιηθούν για να προστεθεί σηµασιολογικός σχολιασµός σε συλλογές εικόνων, ήχου ή άλλων αντικειµένων που δεν είναι κείµενο. Είναι ακόµα δυσκολότερο για τις µηχανές να εξάγουν χρήσιµη σηµασιολογία για πολυµεσικό περιεχόµενο απ ότι για κείµενο φυσικής γλώσσας. Εποµένως, τέτοιοι τύποι πόρων µπορούν να χαρακτηριστούν µε λεζάντες ή µεταδεδοµένα. Επειδή όµως διαφορετικοί άνθρωποι µπορεί να περιγράψουν διαφορετικά αυτούς τους πόρους, είναι σηµαντικό οι υπηρεσίες αναζήτησης να εκτείνονται πέρα από το απλό συντακτικό ταίριασµα. Σε µια συλλογή πολιτισµικών εικόνων για παράδειγµα, οι οντολογίες θα αποτυπώνουν την πρόσθετη γνώση για το πεδίο και θα µπορούν να χρησιµοποιηθούν για τη βελτίωσης της ανάκτησης αυτών των εικόνων. Οι πολυµεσικές οντολογίες µπορεί να χαρακτηρίζονται από δύο παράγοντες: είτε από το µέσο είτε από το περιεχόµενο. Οι οντολογίες µέσου µπορούν να έχουν ταξινοµίες των διαφορετικών τύπων µέσου και να περιγράφουν τις ιδιότητές τους. Για παράδειγµα, το βίντεο µπορεί να περιλαµβάνει ιδιότητες για το µήκος του αποσπάσµατος και τα χωρίσµατα των σκηνών. Οι οντολογίες περιεχοµένου µπορεί να περιγράφουν το θέµα του πόρου, όπως για παράδειγµα την τοποθεσία ή τους συµµετέχοντες. Επειδή τέτοιες οντολογίες δεν είναι συγκεκριµένες ως προς κάποιο µέσο, µπορούν να επαναχρησιµοποιηθούν από άλλα

20 Κεφάλαιο 2 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες 9 έγγραφα που αναφέρονται στο ίδιο γνωστικό πεδίο. Αναζητήσεις όπου ο τύπος του µέσου είναι σηµαντικός, µπορούν να συνδυάζουν οντολογίες µέσου µε οντολογίες περιεχοµένου. Οµότιµα ίκτυα Τα οµότιµα (P2P) δίκτυα µπορούν να συνδυαστούν µε το Σηµαντικό Ιστό για την υποστήριξη ενός αποκεντρωµένου περιβάλλοντος, όπου οι µετέχοντες διατηρούν ανεξάρτητες όψεις του κόσµου, ενώ συγχρόνως διαμοιράζονται γνώση µε τέτοιους τρόπους, ώστε το διαχειριστικό κόστος να παραµένει χαµηλό, αλλά η ανακάλυψη και ο εντοπισµός της γνώσης να είναι εύκολη. Βασικό ζήτηµα για την επιτυχία αυτού του συνδυασµού είναι η χρήση της Αναδυόµενης Σηµασιολογίας (Emergent Semantics). Η Αναδυόµενη Σηµασιολογία βασίζεται σε οντολογίες που αναπτύσσουν διαφορετικοί άνθρωποι, τµήµατα ή οργανισµοί. Αφορά στο θέµα της επικάλυψης µεταξύ των οντολογικών ορισµών και στη χρήση των εννοιών και των σχέσεων µε τα πραγµατικά δεδοµένα, µε στόχο την εξαγωγή διαµοιρασµένων οντολογιών για σύνολα ατόµων ή οµάδων ανθρώπων. Ευφυή εργαλεία µπορούν κατ επέκταση να αξιοποιήσουν αυτούς τους ορισµούς για να διασφαλίσουν ότι η γνώση είναι κατάλληλα δοµηµένη, προκειµένου να µπορεί να εντοπιστεί. Η διαχείριση γνώσης λαµβάνει χώρα µε κατανεµηµένο τρόπο, χωρίς την επιβάρυνση της κεντρικοποιηµένης διαχείρισης. Από την άλλη τα οµότιµα δίκτυα, όπως λειτουργούν αυτή τη στιγµή, µπορούν να επωφεληθούν από τα πλεονεκτήµατα της σηµασιακής αναζήτησης που ο Σηµαντικός Ιστός καθιστά δυνατή. Επιπλέον είναι δυνατό να χρησιµοποιηθούν βασισµένοι σε οντολογίες µηχανισµοί που εκµεταλλεύονται τη σχέση οµοιότητας µεταξύ των οντολογιών, προκειµένου να διευκολυνθεί η διαδικασία επιλογής εταίρων (peer selection) χωρίς επιβάρυνση του οµότιµου δικτύου. Πράκτορες Ο Σηµαντικός Ιστός µπορεί να δώσει στους πράκτορες τη δυνατότητα να κατανοούν και να συνδυάζουν ετερογενείς πληροφοριακούς πόρους. Ένα παράδειγµα αποτελεί ένας πράκτορας ο οποίος αποθηκεύει τις προτιµήσεις του χρήστη (όπως τα είδη των ταινιών που του αρέσουν ή τα φαγητά που προτιµά) και χρησιµοποιεί αυτές τις πληροφορίες για να προγραµµατίσει τις βραδινές του δραστηριότητες. Ο προγραµµατισµός αυτός εξαρτάται από την ποικιλία του περιβάλλοντος των παρεχόµενων υπηρεσιών και από τις ανάγκες του χρήστη. Κατά τη διαδικασία του καθορισµού των κατάλληλων υπηρεσιών, µπορούν να αξιοποιηθούν κατατάξεις ή κριτικές που παρέχονται από άλλες υπηρεσίες (π.χ. κριτικές για ταινίες από έναν εξειδικευµένο ιστότοπο). Αυτός ο τύπος πρακτόρων απαιτεί οντολογίες πεδίου που περιέχουν την ορολογία για εστιατόρια, κινηµατογράφους κ.α., καθώς και οντολογίες υπηρεσιών που αναπαριστούν την ορολογία που χρησιµοποιείται από τις αντίστοιχες υπηρεσίες. Οι οντολογίες αυτές αποτυπώνουν τις πληροφορίες που απαιτούνται από µια εφαρµογή, για να µπορεί να

21 10 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες Κεφάλαιο 2 διακρίνει και να εξισορροπεί τις προτιµήσεις του χρήστη. Τέτοιες πληροφορίες µπορεί να προέρχονται από διάφορες πηγές, όπως πύλες, εξειδικευµένοι ιστότοποι, υπηρεσίες κράτησης και γενικά από τον Ιστό. 2.2 Οντολογίες Εισαγωγή στις Οντολογίες Η πληροφορία και κατ επέκταση, η γνώση που αποκτούμε για το πραγματικό ή φανταστικό περιβάλλον είναι πραγματικά μακραίωνο ζητούμενο το πώς αποτυπώνεται. Η πληροφορία συγκεκριμένα περί του υπαρκτού, περί του όντος, ο «λόγος» δηλαδή «περί του όντος», όπως για πρώτη φορά στην ιστορία ορίζεται στα αριστοτέλεια κείμενα, συνιστά την οντολογία: Οντολογία είναι η οριστική και εξαντλητική ταξινόμηση των οντοτήτων σε όλες τις σφαίρες της ύπαρξης, συμπεριλαμβανομένων των ειδών των σχέσεων με τις οποίες συνδέονται [Smith & Welty, 2001]. Η ανάγκη βέβαια για μια τέτοια αποτύπωση είναι εμφανής: α) διασώζει τη μέχρι τώρα κερδηθείσα γνώση β) είναι το πρώτο βήμα για το διαμοιρασμό και την κοινοποίηση της γνώσης αυτής και γ) αποτελεί τη βάση για τη δημιουργία νέας γνώσης. Για παράδειγμα, η εφεύρεση της τυπογραφίας εξυπηρετεί αυτούς τους σκοπούς. Αξιοσημείωτο είναι όμως πως, ακριβώς οι τρεις αυτοί λόγοι είναι που οδηγούν και επιβάλλουν την αναπαράσταση της πληροφορίας και σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή. Ένας πραγματικά πολύσημος και γενικός όρος όπως κυρίως η φιλοσοφική του πορεία έχει δείξει, η οντολογία είναι σήμερα μια συνήθης λέξι-κλειδί στα επηρεασμένα από το Σημαντικό Ιστό πληροφοριακά περιβάλλοντα. Χωρίς να παραγνωρίζουμε την πρωτοκαθεδρία του σχεσιακού μοντέλου για αναπαράσταση πληροφορίας σε υπολογιστικά συστήματα (το οποίο άλλωστε ως ένα βαθμό μπορεί να αναχθεί σε οντολογία Ιστού), καθώς και τις φιλοσοφικές προεκτάσεις του όρου, στο κεφάλαιο αυτό της διατριβής δεχόμαστε την υπόθεση ότι: Το μέσο για την αποτύπωση της γνώσης στο περιβάλλον του Παγκόσμιου Ιστού είναι οι Οντολογίες Ιστού. Η υπόθεση αυτή επιτυγχάνει να παρακάμψει το φιλοσοφικό πρόβλημα της οντολογίας και ταυτόχρονα εισάγει την ιδιαιτερότητα της αναπαράστασης γνώσης στον Παγκόσμιο Ιστό, παίρνοντας έτσι αποστάσεις από άλλες μεθόδους αναπαράστασης, δόκιμες σε πληροφοριακά συστήματα. Για μια διεξοδικότερη συζήτηση σχετικά με τις χρήσεις, τους ορισμούς και τις απαρχές της οντολογίας ο αναγνώστης παραπέμπεται στο [Κουτσομητρόπουλος, 2004]. Στη συνέχεια γίνεται μια πολύ σύντομη παρουσίαση των δύο συνηθέστερων ορισμών της (πληροφοριακής) οντολογίας.

22 Κεφάλαιο 2 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες Ορισμοί της Οντολογίας Οντολογία κατά Gruber Ίσως ο πιο διαδεδομένος και αξιόπιστος ορισμός της οντολογίας, όσον αφορά τη χρήση της στην επιστήμη των υπολογιστών εν γένει, είναι αυτός που δόθηκε πρώτα από τον Gruber [Gruber, 1993a; Gruber, 1993b]: Οντολογία είναι ο προσδιορισμός μιας εννοιολογικής σύλληψης. Μια εννοιολογική σύλληψη (conceptualization) ορίζεται ως το σύνολο των αντικειμένων, των εννοιών και άλλων οντοτήτων που θεωρείται ότι υπάρχουν σε μια περιοχή ενδιαφέροντος και των μεταξύ τους σχέσεων. Ουσιαστικά μια εννοιολογική σύλληψη είναι μια αφηρημένη, απλοποιημένη εικόνα του κόσμου που επιθυμούμε να αναπαραστήσουμε για κάποιο συγκεκριμένο σκοπό. Κάθε βάση γνώσης, κάθε σύστημα βασισμένο σε γνώση και κάθε ευφυής πράκτορας δεσμεύεται προς μια τέτοια εννοιολογική σύλληψη, άμεσα ή έμμεσα. Όταν η γνώση ενός πεδίου αναπαρίσταται με έναν δηλωτικό φορμαλισμό, το σύνολο των αντικειμένων που μπορούν να αναπαρασταθούν (το τι «υπάρχει» ως προς τα συστήματα Τεχνητής Νοημοσύνης) ονομάζεται σύμπαν αναφοράς. Το σύνολο αυτό των αντικειμένων και οι περιγραφόμενες μεταξύ τους σχέσεις αποτυπώνονται στο λεξιλόγιο αναπαράστασης με το οποίο ένα πρόγραμμα αναπαριστά τη γνώση. Έτσι, στο πεδίο της Τεχνητής Νοημοσύνης, η οντολογία ενός προγράμματος μπορεί να προσδιοριστεί ως το σύνολο των όρων αναπαράστασης. Σε μια τέτοια οντολογία υπάρχουν ορισμοί, που συσχετίζουν τα ονόματα των οντοτήτων του σύμπαντος αναφοράς (όπως κλάσεις, σχέσεις, συναρτήσεις ή άλλα αντικείμενα) με τις εκφράσεις που περιγράφουν το τι σημαίνουν αυτά τα ονόματα, καθώς και τυπικά αξιώματα, που περιορίζουν τη διερμήνευση και την ορθή χρήση αυτών των όρων. Ένας πράκτορας δεσμεύεται προς μια οντολογία, όταν οι παρατηρούμενες ενέργειές του είναι συνεπείς προς τους ορισμούς της οντολογίας. Πρακτικά, μια οντολογία ορίζει το λεξιλόγιο με το οποίο οι πράκτορες ανταλλάσσουν δηλώσεις και ερωτήματα, ενώ οντολογικές δεσμεύσεις είναι συμφωνίες να χρησιμοποιηθεί το κοινό λεξιλόγιο με συνεκτικό και συνεπή τρόπο. Ο κατά Gruber ορισμός επομένως ορίζει την οντολογία σε στενή σχέση με τη φιλοσοφική της σημασία, ως την απτή αποτύπωση μιας αντίληψης για ένα σύμπαν αναφοράς, αρκετά συγκεκριμενοποιημένης και περιορισμένης από τυπικά αξιώματα, αλλά και αρκετά γενικής για να είναι χρήσιμη. Οντολογία κατά Guarino Όμως, όπως φάνηκε, το πρόβλημα με τον ορισμό του Gruber ήταν ότι άφηνε χώρο για πολλές πιθανές ερμηνείες, που οδηγούσαν πολλές φορές σε κατάχρηση του όρου, καθώς

23 12 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες Κεφάλαιο 2 εκφραζόταν με ιδιαίτερα γενικό τρόπο. Στο [Guarino, 1998] o Guarino επιχειρεί να εκλεπτύνει τον παραπάνω ορισμό, απομακρύνοντας περισσότερο την οντολογία από την εννοιολογική σύλληψη, διότι μόνο προσεγγιστικά μπορεί η πρώτη να εξηγήσει τη δεύτερη: Μια οντολογία είναι μια λογική θεωρία που ερμηνεύει την επιδιωκόμενη σημασία ενός τυπικού λεξιλογίου, δηλαδή την οντολογική του δέσμευση προς μια συγκεκριμένη εννοιολογική σύλληψη του κόσμου. Τα επιδιωκόμενα μοντέλα μιας λογικής γλώσσας που χρησιμοποιούν ένα τέτοιο λεξιλόγιο περιορίζονται από αυτήν την οντολογική δέσμευση. Μια οντολογία αποτυπώνει έμμεσα αυτή τη δέσμευση (και την υποκείμενη εννοιολογική σύλληψη), με το να προσεγγίζει αυτά τα επιδιωκόμενα μοντέλα. Ένα μοντέλο μιας λογικής γλώσσας είναι μια ερμηνεία του λεξιλογίου της γλώσσας, δηλαδή ένα σύνολο συσχετισμών των εννοιών και των αντικειμένων του κόσμου με τους όρους του λεξιλογίου. Τα επιδιωκόμενα μοντέλα είναι τα μοντέλα εκείνα που είναι συμβατά με την οντολογική δέσμευση, είναι δηλαδή ερμηνείες του λεξιλογίου που ανταποκρίνονται στη συγκεκριμένη εννοιολογική σύλληψη. Τα επιδιωκόμενα λοιπόν μοντέλα μιας λογικής γλώσσας αποτυπώνουν άμεσα (επακριβώς) τη δέσμευσή της προς μια εννοιολογική σύλληψη. Μια οντολογία αποτυπώνει μόνο έμμεσα αυτή τη δέσμευση προσεγγίζοντας τα επιδιωκόμενα μοντέλα (βλ. εικόνα 2.2). Εικόνα 2.2: Σχηματική απεικόνιση του κατά Guarino ορισμού της οντολογίας Συστατικά μιας Οντολογίας Οι σύγχρονες οντολογίες έχουν πολλές δομικές ομοιότητες, ανεξάρτητα από τη γλώσσα στην οποία εκφράζονται. Οι περισσότερες οντολογίες περιγράφουν άτομα-στιγμιότυπα

24 Κεφάλαιο 2 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες 13 (individuals-instances), κλάσεις (έννοιες) (classes-concepts), ιδιότητες (attributes), και σχέσεις (relations). Στη συνέχεια, περιγράφεται κάθε ένα από αυτά τα συστατικά. Τα συνήθη συστατικά των οντολογιών περιλαμβάνουν: Άτομα (Individuals): περιπτώσεις (instances) ή αντικείμενα (τα βασικά ή «πρωταρχικού επιπέδου» αντικείμενα). Κλάσεις (Classes): σύνολα, συλλογές, έννοιες, τύποι αντικειμένων, ή είδη πραγμάτων. Ιδιότητες (Attributes): πτυχές, ιδιότητες, χαρακτηριστικά γνωρίσματα, ή παράμετροι που τα αντικείμενα (και οι κλάσεις) μπορούν να έχουν. Σχέσεις (Relations): τρόποι με τους οποίους οι κλάσεις και τα στιγμιότυπα μπορούν να αλληλοσυσχετίζονται. Όροι λειτουργικότητας (Function terms): σύνθετες δομές που διαμορφώνονται από συγκεκριμένες σχέσεις, και μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντί ενός στιγμιοτύπου σε μια δήλωση. Περιορισμοί (Restrictions): τυπικά δηλωμένες περιγραφές του τι πρέπει να ισχύει έτσι ώστε κάποιος ισχυρισμός να γίνεται αποδεκτός ως είσοδος. Κανόνες (Rules): δηλώσεις στη μορφή μιας «if-then» πρότασης, που περιγράφουν τα λογικά συμπεράσματα που μπορούν να προκύψουν από έναν ισχυρισμό σε μια ιδιαίτερη μορφή. Αξιώματα (Axioms): ισχυρισμοί (συμπεριλαμβανομένων και των κανόνων) διατυπωμένοι σε μια λογική μορφή, που στο σύνολό τους εμπεριέχουν τη γενική θεωρία που η οντολογία περιγράφει στο πεδίο εφαρμογής της. Γεγονότα (Events): η αλλαγή των ιδιοτήτων ή των σχέσεων Οι οντολογίες κωδικοποιούνται συνήθως χρησιμοποιώντας γλώσσες οντολογίας (ontology languages) Γλώσσες Οντολογίας Στα πλαίσια του Σημαντικού Ιστού οι οντολογίες αναμένεται να παίξουν σημαντικό ρόλο στο να βοηθούν αυτοματοποιημένες διαδικασίες («ευφυείς πράκτορες») να προσπελάζουν πληροφορίες. Συγκεκριμένα οι οντολογίες αναμένεται να χρησιμοποιηθούν για την παροχή δομημένων λεξιλογίων που θα εξηγούν τις σχέσεις μεταξύ διαφορετικών όρων, επιτρέποντας έτσι στους ευφυείς πράκτορες (αλλά και στους ανθρώπους) να ερμηνεύουν τη σημασία τους ευέλικτα, αλλά και χωρίς αμφισημία.

25 14 Εισαγωγή στο Σημαντικό Ιστό και στις Οντολογίες Κεφάλαιο 2 OWL OIL DAML+OIL XOL SHOE OML RDF(S) XML Εικόνα 2.3: «πυραμίδα» των γλωσσών αναπαράστασης οντολογιών για το Σημαντικό Ιστό. Κατά καιρούς έχουν προταθεί διάφορες αναγνώσιμες από τη μηχανή γλώσσες για την αναπαράσταση και ανταλλαγή γνώσης και οντολογιών. Στις πρώτες ιστορικά από αυτές τις γλώσσες και πρωτόκολλα συγκαταλέγονται η KIF και το OKBC. Τα τελευταία χρόνια, ο συνδυασμός των πλεονεκτημάτων που έφερε η XML και η επιθυμία για σημασιολογική σήμανση στο Διαδίκτυο, οδήγησαν σε μια νέα γενιά γλωσσών, κατάλληλων για αναπαράσταση οντολογιών στον Ιστό: H SHOE, η XOL, η OML, η DAML+OIL και η OWL ανήκουν στις γλώσσες αυτές. Η Εικόνα 2.3 παρουσιάζει την ιεραρχία, από άποψη της χρονολογικής εξέλιξης και εκφραστικής ισχύος, των βασισμένων σε XML γλωσσών αναπαράστασης. Η OWL, λόγω της σπουδαιότητάς της, παρουσιάζεται πιο αναλυτικά στο επόμενο κεφάλαιο.

26 Κεφάλαιο 3 Γλώσσες Λογικών Περιγραφής και Συλλογισμός στο Σημαντικό Ιστό 15 Κεφάλαιο 3 Γλώσσες Λογικών Περιγραφής (OWL) και Συλλογισμός στο Σημαντικό Ιστό 3.1 Λογικές Περιγραφής Οι Λογικές Περιγραφής (Description Logics) είναι μια οικογένεια γλωσσών αναπαράστασης γνώσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αναπαραστήσουν τους εννοιολογικούς ορισμούς μιας περιοχής εφαρμογής (application domain) (γνωστής ως γνώση ορολογίας) με έναν δομημένο και τυπικά κατανοητό τρόπο. Ο όρος λογική περιγραφής αναφέρεται, αφ' ενός, στις εννοιολογικές περιγραφές που χρησιμοποιούνται για να περιγράψουν μια περιοχή και, αφ' εταίρου, στην βασισμένη στη λογική σημασιολογία που μπορεί να δοθεί μέσω μιας μετάφρασης, στην πρώτης τάξης λογική κατηγορήματος (firstorder predicate logic). Η λογική περιγραφής σχεδιάστηκε ως επέκταση στα πλαίσια και τα σημαντικά δίκτυα, τα οποία δεν περιείχαν επίσημη, βασισμένη στη λογική, σημασιολογία. Διαμορφώνουν μια μεσαίου επιπέδου λύση: συμπεριλαμβάνουν κάποιες πιο εκφραστικές διαδικασίες σε σχέση με την προτασιακή λογική και έχουν πιο αποδοτικά προβλήματα απόφασης από την πρώτης τάξης λογική κατηγορήματος. Η λογική περιγραφής πήρε το όνομά της στη δεκαετία του '80. Πριν από αυτό ονομαζόταν (χρονολογικά): συστήματα ορολογίας, και εννοιολογικές γλώσσες. Σήμερα η λογική περιγραφής έχει εξελιχθεί σε έναν ακρογωνιαίο λίθο του Σημαντικού Ιστού, λόγω της χρήση της στο σχεδιασμό των οντολογιών Η σύνταξη των λογικών περιγραφής Η σύνταξη των λογικών περιγραφής αποτελείται από: Ένα σύνολο μοναδιαίων συμβόλων κατηγορήματος που χρησιμοποιούνται για να δηλώσουν τα ονόματα εννοιών (concept names) Ένα σύνολο δυαδικών σχέσεων που χρησιμοποιούνται για να δηλώσουν τα ονόματα ρόλων (role names)

27 16 Γλώσσες Λογικών Περιγραφής και Συλλογισμός στο Σημαντικό Ιστό Κεφάλαιο 3 Έναν επαναλαμβανόμενο ορισμό για τον καθορισμό εννοιολογικών όρων, από τα ονόματα εννοιών και τα ονόματα ρόλων, χρησιμοποιώντας «κατασκευαστές» (constructors). Γενικά, μια έννοια δηλώνει το σύνολο των στιγμιοτύπων που ανήκουν σε αυτή, και ένας ρόλος δηλώνει μια σχέση μεταξύ εννοιών. Η σύνταξη ενός μέλους της οικογένειας των λογικών περιγραφής χαρακτηρίζεται από τον επαναλαμβανόμενο ορισμό, στον οποίο δηλώνονται οι κατασκευαστές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να διαμορφώσουν εννοιολογικούς όρους. Στους πιο συνηθισμένους κατασκευαστές περιλαμβάνονται οι λογικοί κατασκευαστές της λογικής πρώτης τάξης, όπως η διατομή (intersection) ή η σύγκλιση (conjunction) των εννοιών, η ένωση (union) ή η απόκλιση (disjunction) των εννοιών, η άρνηση (negation) ή το συμπλήρωμα (complement) των εννοιών, ο περιορισμός τιμών (value restriction) (καθολικός περιορισμός), ο υπαρξιακός περιορισμός (existential restriction), κλπ. Άλλοι κατασκευαστές μπορούν επίσης να συμπεριλαμβάνουν περιορισμούς στους ρόλους, που είναι κάτι συνηθισμένο για τις δυαδικές σχέσεις, όπως είναι, η αντιστροφή, η μεταβατικότητα, η λειτουργικότητα, κλπ. Ειδικά για τη διατομή και την ένωση, οι λογικές περιγραφής χρησιμοποιούν τα σύμβολα και για να τις διακρίνουν από το «λογικό ΚΑΙ» (AND) και το «λογικό Ή» (OR) της λογικής πρώτης τάξης Η διαμόρφωση (modeling) των λογικών περιγραφής Στις λογικές περιγραφής, γίνεται μια διάκριση μεταξύ του λεγόμενου TBox (terminological box) και του ABox (assertional box). Γενικά, το TBox περιέχει προτάσεις που περιγράφουν ιεραρχίες εννοιών (για παράδειγμα, σχέσεις μεταξύ των εννοιών), ενώ το ABox περιέχει προτάσεις που δηλώνουν σε πιο σημείο στην ιεραρχία ανήκουν τα στιγμιότυπα (για παράδειγμα, σχέσεις μεταξύ των στιγμιοτύπων και των εννοιών). Για παράδειγμα, η δήλωση: (1) Κάθε υπάλληλος είναι ένα πρόσωπο ανήκει στο TBox, ενώ η δήλωση: (2) Ο Bob είναι υπάλληλος ανήκει στο ABox. Εδώ πρέπει να αναφέρουμε ότι η διάκριση μεταξύ TBox και ABox δεν είναι σημαντική, με την έννοια ότι τα δύο αυτά «είδη» προτάσεων δεν αντιμετωπίζονται διαφορετικά στη λογική πρώτης τάξης (στην οποία εντάσσονται οι περισσότερες λογικές περιγραφής). Όταν μεταφράζεται σε λογική πρώτης τάξης, ένα αξίωμα ένταξης (subsumption axiom) όπως το (1), είναι απλά ένας υπό όρους περιορισμός στα μοναδιαία κατηγορήματα (unary predicates) (έννοιες), με μόνο τις μεταβλητές να εμφανίζονται σε αυτόν. Προφανώς, μια πρόταση αυτής της μορφής δεν είναι προνομιούχος ή ξεχωριστή σε σχέση με τις προτάσεις στις οποίες εμφανίζονται μόνο σταθερές, όπως η (2).

28 Κεφάλαιο 3 Γλώσσες Λογικών Περιγραφής και Συλλογισμός στο Σημαντικό Ιστό 17 Τότε γιατί εισήχθη αυτή η διάκριση; Ο αρχικός λόγος είναι ότι η διάκριση αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί κατά την περιγραφή και τη διατύπωση των διαδικασιών απόφασης σε διάφορες λογικές περιγραφής. Για παράδειγμα, ένα εργαλείο συλλογισμού (reasoner) μπορεί να επεξεργαστεί το TBox και το ABox χωριστά, εν μέρει επειδή ορισμένα βασικά προβλήματα συμπερασμού συσχετίζονται με το ένα αλλά όχι με το άλλο (η «ταξινόμηση» (classification) συσχετίζεται με το TBox, ενώ ο «έλεγχος στιγμιοτύπου» (instance checking) στο ABox). Ένα άλλο παράδειγμα είναι ότι η πολυπλοκότητα του TBox μπορεί να έχει μεγάλες επιπτώσεις στην απόδοση μιας δεδομένης διαδικασίας απόφασης για μια συγκεκριμένη λογική περιγραφής, ανεξάρτητα από το ABox. Κατά συνέπεια, είναι χρήσιμο να υπάρχει ένας τρόπος να αναφερθούμε στο συγκεκριμένο μέρος της βάσης γνώσης. Ο δευτερεύων λόγος είναι ότι η διάκριση αυτή μπορεί να έχει νόημα από την προοπτική του σχεδιαστή της βάσης γνώσης. Είναι εύλογο να υπάρξει μια διάκριση μεταξύ της δικής μας αντίληψης των όρων/εννοιών που υπάρχουν στον κόσμο (αξιώματα κλάσης (class axioms) στο TBox) και των ιδιαίτερων εκδηλώσεων αυτών των όρων/εννοιών (ισχυρισμοί στιγμιοτύπων (instance assertions) στο ABox). Υπάρχουν δύο χαρακτηριστικά γνωρίσματα των λογικών περιγραφής που δεν συναντώνται στους περισσότερους άλλους φορμαλισμούς περιγραφής δεδομένων: Οι Λογικές Περιγραφής δεν κάνουν την «Υπόθεση Μοναδικού Ονόματος» (Unique Name Assumption - UNA) ή την «Υπόθεση Κλειστού Κόσμου» (Closed World Assumption - CWA). Η μη ύπαρξη της UNA σημαίνει ότι δύο έννοιες με διαφορετικά ονόματα μπορούν, μέσω κάποιου συμπεράσματος, να αποδειχθούν ότι είναι ισοδύναμες. Η μη ύπαρξη της CWA, ή αλλιώς η ύπαρξη της «Υπόθεσης Ανοικτού Κόσμου» (Open World Assumption - OWA) σημαίνει ότι η έλλειψη γνώσης ενός γεγονότος, δεν υπονοεί αμέσως τη γνώση της άρνησης ενός γεγονότος. Όπως αναφέραμε και στην εισαγωγή του κεφαλαίου, η λογική περιγραφής έχει εξελιχθεί σε έναν ακρογωνιαίο λίθο του Σημαντικού Ιστού, λόγω της χρήση της στο σχεδιασμό των οντολογιών. Πολλές γλώσσες αναπαράστασης οντολογιών βασίζονται στις Λογικές Περιγραφής. Η σημαντικότερη από αυτές είναι η Γλώσσα Οντολογίας Ιστού (Web Ontology Language - OWL), στην οποία θα αναφερθούμε πιο αναλυτικά στη συνέχεια του κεφαλαίου. 3.2 Γλώσσα Οντολογίας Ιστού (OWL Ontology Web Language) Η ενότητα αυτή είναι αφιερωμένη στη Γλώσσα Οντολογίας Ιστού (OWL Ontology Web Language). Θεωρούμε ότι η γλώσσα αυτή αποτελεί πλέον τη βάση για την αναπαράσταση γνώσης στο Σημαντικό Ιστό, λόγω της προώθησής της από το W3C, του αυξανόμενου

29 18 Γλώσσες Λογικών Περιγραφής και Συλλογισμός στο Σημαντικό Ιστό Κεφάλαιο 3 βαθμού υιοθέτησής της στις σχετικές εφαρμογές και των επιθυμητών χαρακτηριστικών που φέρει, λόγω σχεδιασμού, από εκφραστικής και υπολογιστικής άποψης. Στα επόμενα γίνεται μια εισαγωγή στη γλώσσα αυτή και στη διάκρισή της στις τρεις βασικές διαλέκτους που την απαρτίζουν. Κατόπιν εξετάζονται οι αδυναμίες του RDF(S) και πώς η OWL συμπληρώνει τα κενά αυτά. Τέλος εντοπίζονται οι διαφορές με το θεωρητικό λογικό της υπόβαθρο, τις Λογικές Περιγραφής Γενική περιγραφή H OWL [McGuinness & Harmelen, 2004] είναι η πιο πρόσφατη εξέλιξη στις γλώσσες οντολογιών για το (Σημαντικό) Ιστό. Είναι σημαντικό να αναφερθεί ότι η OWL (που αναπτύσσεται από το W3C) δεν έχει περάσει πολύς καιρός από τότε που οριστικοποιήθηκε, καθώς μόλις τον Φεβρουάριο του 2004 πέρασε σε κατάσταση Σύστασης (W3C Recommendation). Η OWL έχει δεχτεί επιρροές από τις περισσότερες γλώσσες που έχουν μέχρι τώρα αναφερθεί, αλλά ιδιαίτερα η DAML+OIL είναι αυτή που αποτέλεσε το εναρκτήριο σημείο για την ανάπτυξη της γλώσσας. H σημαντική ομοιότητα με την DAML+OIL αποτελεί ουσιαστικό πλεονέκτημα, καθώς τα υπάρχοντα εργαλεία μπορούν, σχετικά εύκολα, να τροποποιηθούν, ώστε να υποστηρίζουν την OWL. Η OWL, όπως και οι προκάτοχοί της, ακολουθεί το συντακτικό της RDF(S), εμπλουτίζοντας όμως το λεξιλόγιό της για την περιγραφή των κλάσεων και των ιδιοτήτων, υποστηρίζοντας, μεταξύ άλλων, σχέσεις μεταξύ των κλάσεων (π.χ. ότι δύο κλάσεις είναι ξένες), πληθικότητα (περιορισμοί αριθμού), ισότητα, περισσότερα χαρακτηριστικά των ιδιοτήτων (π.χ. συμμετρία) και κλάσεις απαρίθμησης (χρήση ονοματικών). Η μεγαλύτερη εκφραστικότητα που προσδίδεται στη γλώσσα με τον τρόπο αυτό, είναι αναγκαία για το Σημαντικό Ιστό, καθώς επιτρέπει τη χρήση συστημάτων συλλογισμού για την διεξαγωγή αποτελεσματικών συμπερασμών πάνω στις οντολογίες που αναπαρίσταται στον Ιστό με τη γλώσσα αυτή. Μεγαλύτερη όμως εκφραστική δύναμη συνεπάγεται τη διεξαγωγή συμπερασμών αυξανόμενης πολυπλοκότητας έως και μη αποφασισιμότητας. Για το λόγο αυτό, η OWL ακολουθεί τη γνωστή προσέγγιση των διαδοχικών επιπέδων: Η OWL Lite έχει σχεδιαστεί για την έκφραση ιεραρχιών ταξινόμησης και απλών περιορισμών ιδιοτήτων. Για παράδειγμα, ενώ η OWL Lite υποστηρίζει περιορισμούς πληθικότητας, οι μόνες τιμές που επιτρέπονται είναι 0 και 1. Είναι πιο εύκολο να σχεδιαστούν εργαλεία και να αντιστοιχιστούν θησαυροί όρων και ταξινομίες στην OWL Lite από ότι στα άλλα εκφραστικότερα επίπεδα. H OWL Lite αντιστοιχεί στη Λογική Περιγραφής SHIF(D).

30 Κεφάλαιο 3 Γλώσσες Λογικών Περιγραφής και Συλλογισμός στο Σημαντικό Ιστό 19 Η OWL DL υποστηρίζει τη μέγιστη δυνατή εκφραστικότητα, χωρίς απώλεια της αποφασισιμότητας. Η OWL DL ονομάζεται έτσι λόγω της αντιστοιχίας της με τις Λογικές Περιγραφής και συγκεκριμένα με τη Λογική Περιγραφής SHOIN(D). Η OWL Full προορίζεται για χρήστες που επιθυμούν μέγιστη εκφραστικότητα και την πλήρη εκφραστική ελευθερία του RDF χωρίς όμως εγγυήσεις επιλυσιμότητας. Για παράδειγμα η OWL Full επιτρέπει σε μια κλάση να ορίζεται ως συλλογή ατόμων και συγχρόνως να θεωρείται άτομο η ίδια (πράγμα που οδηγεί σε κυκλικούς ορισμούς εννοιών και επομένως σε μη αποφασισιμότητα). Θεωρείται απίθανο ότι κάποιο σύστημα συλλογισμού θα μπορέσει ποτέ να υποστηρίξει όλα τα χαρακτηριστικά της OWL Full. H OWL DL και η OWL Full χρησιμοποιούν το ίδιο λεξιλόγιο, αλλά η OWL DL υπάγεται σε κάποιους περιορισμούς, κυριότερος από τους οποίους είναι η απαίτηση για διαχωρισμό των τύπων: Μια κλάση δεν μπορεί να είναι συγχρόνως άτομο ή ιδιότητα και μια ιδιότητα δεν μπορεί να είναι συγχρόνως άτομο ή κλάση. Όσον αφορά τη σχέση με το RDF, η OWL Full μπορεί να θεωρηθεί επέκταση του RDF, ενώ οι OWL Lite και OWL DL μπορούν να θεωρηθούν επεκτάσεις μιας περιορισμένης όψης του RDF: Κάθε OWL (Lite, DL, Full) έγγραφο είναι ένα RDF έγγραφο και κάθε RDF έγγραφο είναι ένα OWL Full έγγραφο. Η OWL έχει αυξημένη εκφραστικότητα και σε σχέση με την DAML+OIL. H OWL DL μπορεί να θεωρηθεί ως η περισσότερο ισοδύναμη με την DAML+OIL, με τη διαφορά ότι έχουν αφαιρεθεί οι προσδιορισμένοι περιορισμοί αριθμού από τη γλώσσα, δεδομένου ότι δεν παρουσιαζόταν ουσιαστική ανάγκη για τη διατήρησή τους και επιπλέον ήταν δύσκολο να υλοποιηθούν. Άλλες αλλαγές περιλαμβάνουν τυπογραφικές αλλαγές και μετονομασίες, ενώ στην OWL έχουν ενσωματωθεί και οι πρόσφατες ενημερώσεις στον ορισμό της RDF(S) Από την RDF(S) στην OWL To RDF και το RDFS επιτρέπουν την αναπαράσταση ενός μόνο μέρους της οντολογικής γνώσης. Τα αξιώματα μοντελοποίησης του RDF(S) αφορούν την οργάνωση λεξιλογίων σε ιεραρχίες: σχέσεις υποκλάσης και υπο-ιδιότητες, περιορισμοί πεδίου ορισμού και πεδίου τιμών και στιγμιότυπα κλάσεων. Λείπουν όμως ορισμένα χαρακτηριστικά, που περιλαμβάνουν [Antoniou & Harmelen, 2004]: Τοπική εμβέλεια των ιδιοτήτων. Το rdfs:range ορίζει το πεδίο τιμών μιας ιδιότητας, π.χ. τρώει, για όλες τις κλάσεις. Έτσι στο RDFS δεν μπορούμε να δηλώσουμε τέτοιους περιορισμούς, που να εφαρμόζονται για ορισμένες κλάσεις μόνο. Για παράδειγμα, δεν μπορούμε να πούμε ότι οι αγελάδες τρώνε μόνο φυτά, ενώ κάποια άλλα ζώα μπορούν να τρώνε και κρέας. Ξένες κλάσεις. Ορισμένες φορές είναι χρήσιμο να πούμε ότι δυο κλάσεις δεν έχουν κοινά στοιχεία. Για παράδειγμα, οι κλάσεις αρσενικό και θηλυκό είναι ξένες. Στο

31 20 Γλώσσες Λογικών Περιγραφής και Συλλογισμός στο Σημαντικό Ιστό Κεφάλαιο 3 RDFS όμως μπορούμε να δηλώσουμε μόνο σχέσεις υπαγωγής, π.χ. ότι το θηλυκό είναι υποκλάση του άνθρωπος. Δυαδικοί συνδυασμοί των κλάσεων. Είναι συχνά επιθυμητή η κατασκευή νέων κλάσεων από το συνδυασμό άλλων κλάσεων, χρησιμοποιώντας ένωση, τομή και συμπλήρωμα. Για παράδειγμα, ο ορισμός της κλάσης άνθρωπος μπορεί να είναι η ένωση των αρσενικό και θηλυκό. Το RDFS δεν επιτρέπει την έκφραση τέτοιων ορισμών. Περιορισμοί πληθικότητας. Κάποιες φορές είναι επιθυμητό να τίθενται περιορισμοί στο πόσες διακριτές τιμές μπορεί ή πρέπει να έχει μια ιδιότητα. Για παράδειγμα, ότι ένας άνθρωπος έχει ακριβώς δύο γονείς ή ότι ένα μάθημα διδάσκεται από τουλάχιστον ένα καθηγητή. Ειδικά χαρακτηριστικά των ιδιοτήτων. Είναι σκόπιμο ορισμένες φορές να πούμε ότι μια ιδιότητα είναι μεταβατική (π.χ. «μεγαλύτεροαπό»), μοναδιαία («έχειμητέρα») ή η αντίστροφη μιας άλλης («τρώει» και «τρώγεταιαπό»). Χρειαζόμαστε επομένως μια οντολογική γλώσσα πιο πλούσια από το RDFS, που να προσφέρει τουλάχιστον αυτά τα χαρακτηριστικά. Κατά το σχεδιασμό μιας τέτοιας γλώσσας, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη η ανταγωνιστικότητα μεταξύ υψηλής εκφραστικής ισχύος και αποδοτικού συλλογισμού. Όσο πιο πλούσια είναι η γλώσσα, τόσο μειώνεται η αποδοτικότητα του συλλογισμού. Χρειάζεται επομένως ένας συμβιβασμός, μια γλώσσα δηλαδή που να είναι αρκούντως εκφραστική, ενώ ταυτόχρονα να υποστηρίζεται από σχετικά αποδοτικούς μηχανισμούς συλλογισμού OWL και Λογικές Περιγραφής Η OWL Full, όντας πιο κοντά στη θεωρία μοντέλου του RDF και μη έχοντας το χαρακτηριστικό της αποφασισιμότητας [Horrocks, Patel-Schneider, & Harmelen, 2003] δεν αντιστοιχεί ούτε συντακτικά ούτε σημασιακά σε κάποια Λογική Περιγραφής. Ωστόσο, ακόμα και η OWL DL, που ισοδυναμεί εκφραστικά με την Λογική Περιγραφής SHOIN(D) [Horrocks & Patel-Schneider, 2003], έχει ορισμένες διαφορές από τις Λογικές Περιγραφής, κυρίως ως προς το συντακτικό, τις εκφράσεις σχολιασμού (annotations) και τις δυνατότητες εισαγωγής (import). Οι διαφορές αυτές παρέχουν τη γέφυρα μεταξύ των τυπικών Λογικών Περιγραφής και του Σημαντικού Ιστού: Η OWL χρησιμοποιεί αναφορές URI ως ονόματα και κατασκευάζει τις αναφορές αυτές με τον τρόπο που χρησιμοποιείται στο RDF. Είναι επομένως σύνηθες στην OWL να χρησιμοποιούνται προσδιορισμένα ονόματα σαν συντομογραφίες για τις αναφορές URI, όπως, για παράδειγμα, το προσδιορισμένο όνομα owl:thing για την αναφορά URI H OWL συγκεντρώνει πληροφορίες σε οντολογίες, που είναι γενικά αποθηκευμένες ως έγγραφα Ιστού, γραμμένα σε RDF/XML. Οι οντολογίες μπορούν να εισάγουν άλλες οντολογίες, προσθέτοντας τις πληροφορίες από την εισαγόμενη οντολογία στην τρέχουσα. Η OWL επιτρέπει τη χρήση ιδιοτήτων σχολιασμού RDF για την επισύναψη πληροφοριών σε κλάσεις, ιδιότητες και οντολογίες, όπως π.χ. owl:deprecatedclass.