Sb96724

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее издание предназначено для выполнения лабораторного практикума по дисциплине «Семантический Web», предусмотренной учебным планом подготовки магистров по специализации «Распределенные интеллектуальные системы и технологии».

Семантический Web является сравнительно новым и динамично развивающимся направлением в области распределенных систем, основанных на знаниях [1], [2]. Оформившийся как самостоятельное направление в начале ХХI в., он в настоящее время достиг технологической зрелости и подкреплен официальными рекомендациями консорциума W3C, имеющими статус международных стандартов. Технологии семантического Web являются основой создания глобальной базы знаний – Linked Data, а также широко используются при разработке различных информационных систем корпоративного уровня.

Пособие содержит описание трех первых работ лабораторного практикума, охватывающих базовые аспекты проектирования и разработки систем на основе технологий семантического Web с использованием современных инструментальных средств – редактора онтологий Protégé и библиотеки Jena, поддерживающей разработку приложений семантического Web на языке программирования Java.

Выполнение лабораторного практикума предполагает наличие базовых знаний и практических навыков программирования на языке Java.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Разработка информационных ресурсов семантического Web с использованием редактора Protégé

Цель работы: сформировать практические навыки создания информационных ресурсов семантического Web с использованием редактора онтологий Protégé.

Общие сведения

Основой семантического Web являются совместно используемые знания (информационные ресурсы), представленные с использованием стандартизированных консорциумом W3C языков RDF, RDF Schema и OWL [3]–[5]. Создание таких ресурсов является важнейшей задачей построения

3

семантического Web, для решения которой используются различные программные средства.

Наиболее известным и популярным из этих средств в настоящее время является среда Protégé [6], имеющая следующие основные особенности:

•она является свободно распространяемой программной платформой, включающей редактор онтологий и фреймворк для построения баз знаний;

•разрабатывается на языке Java и, как следствие, является кроссплатформенной;

•имеет открытую, легко расширяемую архитектуру за счет поддержки модулей расширения функциональности (плагинов);

•поддерживается широким сообществом разработчиков, исследователей, правительственных и корпоративных пользователей;

•используется для решения задач управления знаниями в разнообразных областях (биомедицина, корпоративное моделирование и др.).

Сообщество разработчиков Protégé поддерживает и развивает две платформы: Protégé Desktop и WebProtégé.

WebProtégé представляет собой клиент-серверную среду разработки онтологий с Web-доступом, поддерживающую совместную работу распределенных пользователей по созданию онтологий.

В настоящем цикле лабораторных работ используется среда Protégé Desktop, локально устанавливаемая на компьютеры пользователей. На момент сдачи в печать настоящего пособия (июнь 2018 г.) актуальной версией является Protégé 5.2.0.

Protégé Desktop распространяется в форме zip-файла, который можно скачать на сайте https://protege.stanford.edu/products.php#desktop-protege. В

состав дистрибутива включена 64-разрядная среда исполнения Java (Java Runtime Environment, JRE), поэтому для запуска Protege нет необходимости иметь на компьютере заранее установленную среду исполнения Java.

Для установки Protégé Desktop на компьютер пользователя необходимо выполнить следующее:

1. Загрузить zip-файл с Protégé Desktop, для чего загрузить браузером страницу https://protege.stanford.edu/products.php#desktop-protege и щелкнуть кнопку «Download for Windows».

2. После завершения загрузки на компьютер пользователя файла Protégé- 5.2.0-win.zip перейти в папку с загруженным файлом. (На компьютерах,

работающих под управлением ОС Windows, обычно это папка

4

«C:/Пользователи/<Имя_пользователя>/Загрузки», в нелокализованной версии Windows – «C:/Users/<Имя_пользователя>/Downloads».)

3.Щелкнуть на файле Protégé-5.2.0-win.zip правой кнопкой мыши и выбрать из контекстного меню пункт «Извлечь все...» («Extract All...»).

4.В появившемся диалоговом окне «Распаковка сжатых ZIP-папок»

(«Extract Compressed Folders») щелкнуть кнопку «Обзор…» («Browse…») и

выбрать место установки Protégé, например, папку «C:/Program Files» (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Выбор места установки Protégé

Protégé будет распакован в указанное место в папку с именем

«Protégé-5.2.0» (рис. 1.2).

5. Запустить Protégé можно двойным щелчком на файле Protégé.exe либо двойным щелчком на файле run.bat. В последнем случае будет отображаться консоль с выводимыми в нее сообщениями о запуске.

Для быстрого доступа к Protégé рекомендуется создать на рабочем столе ярлык. Для этого необходимо щелкнуть правой кнопкой на файле Protégé.exe и в выпавшем контекстном меню выбрать пункты «Отправить» → «Рабочий стол (создать ярлык)». (В нелокализованной версии: «Send to» → «Desktop (create shortcut)».)

5

Рис. 1.2. Содержание папки с установленным Protégé

После установки Protégé и создания на рабочем столе ярлыка можно приступать к выполнению цикла лабораторных работ. Прежде всего следует освоить создание онтологий с использованием редактора Protégé.

1.2.Методика выполнения работы

1.Запуск редактора онтологий Protégé.

Щелкните на рабочем столе ярлык Protégé (или запустите файл Protege.exe в папке его хранения). Откроется главное окно Protégé (рис. 1.3).

Под строкой меню находятся стандартные вкладки:

•Active Ontology (Активная онтология);

•Entities (Сущности);

•Individuals by class (Индивидуумы по классам);

•DL Query (Запросы дескриптивной логики).

Новый проект всегда открывается с активной вкладкой Active Ontology, на которой отображается общая информация об онтологии – название, адрес (IRI), количественные метрики (общее число классов, свойств и т. д.).

6

Рис. 1.3. Главное окно Protégé

2. Создание классов.

2.1.Выберите вкладку Entities, далее – вложенную вкладку Classes, предназначенную для создания, просмотра и редактирования классов онтологии. Выберите класс Thing. Все создаваемые классы будут подклассами класса Thing.

2.2.В верхнем левом углу панели классов щелкните кнопку создания класса. Откроется окно, в котором будет предложено ввести имя создаваемого класса (рис. 1.4). Введите в это поле Человек и щелкните кнопку ОК.

7

Рис. 1.4. Окно создания класса

Окно закроется, и в панели классов отобразится новый класс, как показано на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Новый класс в иерархии

3. Создание подклассов.

3.1. Для создания подкласса некоторого класса необходимо выбрать соответствующий базовый класс (суперкласс, надкласс). В панели классов выберите щелчком класс Человек, после чего щелкните кнопку создания

класса . Задайте вновь создаваемому классу имя Учащийся.

3.2.Для класса Учащийся создайте подклассы: Школьник, Студент и Аспирант.

3.3.Аналогично создайте иерархию классов, показанную на рис. 1.6.

8

Рис. 1.6. Иерархия классов

Класс может являться подклассом сразу нескольких классов. Например, класс Аспирант является подклассом класса Преподаватель и класса Учащийся. В этом случае необходимо выделить в панели классов класс Аспирант, уже существующий как подкласс класса Учащийся, и в панели Description, расположенной в правой части окна, найти пункт SubClass Of и добавить в него класс Преподаватель. Добавление класса выполняется щелчком кнопки рядом с пунктом SubClass Of. При щелчке должно появиться окно, показанное на рис. 1.7.

Рис. 1.7. Окно выбора суперкласса

9

Выберите в этом окне класс Преподаватель и щелкните кнопку ОК. Пункт SubClass Of для класса Аспирант примет вид, показанный на рис. 1.8.

Рис. 1.8. Суперклассы

4. Создание свойств классов.

4.1. В онтологиях, основанных на языке OWL, свойства классов делятся на две категории:

•примитивные (data properties);

•объектные (object properties).

Значениями примитивных свойств являются базовые типы данных (литералы). Значениями объектных свойств являются индивиды (экземпляры классов).

Рассмотрим сначала создание примитивных свойств. Убедитесь, что выбрана вкладка Entities, и выберите вложенную вкладку Data properties. В открывшейся панели свойств выберите свойство topDataProperty (рис. 1.9).

Рис. 1.9. Панель примитивных свойств

Для создания нового свойства необходимо щелкнуть кнопку , расположенную в верхнем левом углу. На экране появится окно создания нового примитивного свойства, показанное на рис. 1.10.

10