Sb96724

отображения онтологий может использовать плагин OntoGraf. Для его активации (если он еще не активирован) в главном меню Protégé необходимо выбрать пункт Window/Tabs и в появившемся подменю поставить галочку напротив пункта OntoGraf (рис. 2.1).

Рис 2.1. Активизация вкладки OntoGraf

После этого в основном окне Protégé должна появиться вкладка с названием OntoGraf. При выборе этой вкладки в левой части окна отображается панель с иерархией классов, в правой – область диаграмм графического отображения онтологии, в верхней части расположена панель инструментов.

Для добавления класса на диаграмму необходимо щелкнуть на нем в панели классов. OntoGraf позволяет выбирать различные способы отображения онтологии с помощью соответствующих кнопок на панели инструментов. Кроме того, поддерживается фильтрация по отображаемым типам элементов – классам, свойствам и экземплярам.

21

Рис. 2.2. Диаграмма классов

На рис. 2.2 показан пример отображения диаграммы классов для учебной онтологии, рассмотренной в Лабораторной работе № 1.

2.2.Методика выполнения работы

1.Спроектировать онтологию, описывающую предметную область, в соответствии с вариантом задания, согласованным с преподавателем. Варианты предметных областей могут быть выбраны из приведенного ниже списка или предложены студентом самостоятельно. Реализовать спроектированную онтологию с использованием редактора Protégé.

функциональные и обратно функциональные, а также должны быть заданы ограничения кардинальности.

2. Активировать (если он еще не активирован) в главном меню Protégé плагин OntoGraf. С помощью вкладки OntoGraf отобразить графически онтологию или ее часть, выбранную для иллюстрации возможностей

OntoGraf.

22

Варианты предметных областей:

1.Продукты питания (виды продуктов, блюда, меню и др.).

2.Транспорт (воздушный, наземный, личный, общественный, грузовой, пассажирский, типы и марки автомобилей и др.).

3.Компьютеры и комплектующие (настольные, мобильные, персональные, сервера, комплектующие: материнские платы, память, процессор и др.).

4.Средства связи (стационарная, мобильная, спутниковая, типы оборудования и др.).

2.3.Содержание отчета

1.Цель выполнения работы.

2.Графическое изображение разработанной онтологии из выбранной предметной области.

3.Скриншоты экранных форм с вкладками созданных классов, свойств и индивидуумов.

4.Скриншот онтологии во вкладке OntoGraf.

5. Представление созданной онтологии в машинном формате.

6. Выводы о результатах работы.

2.4. Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите и охарактеризуйте основные шаги при проектировании онтологий.

2. В чем отличие примитивных и объектных свойств?

3.Приведите примеры обратных, функциональных и обратно функциональных свойств.

4.Приведите примеры транзитивных, симметричных и асимметричных свойств.

5.Приведите примеры рефлексивных и иррефлексивных свойств.

6. Как активизировать вкладку для визуализации онтологий OntoGraf?

7. Какие варианты отображения онтологии позволяет выбирать

OntoGraf?

8. Как выбрать требуемый вариант отображения онтологии в OntoGraf?

23

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 Разработка приложений семантического Web с использованием библиотеки Jena

Цель работы: сформировать базовые навыки программного доступа к информационным ресурсам семантического Web и их обработки с использованием фреймворка Jena.

3.1. Общие сведения

Jena – свободно распространяемый Java-фреймворк с открытым исходным кодом для построения приложений семантического Web и связанных данных (Linked Data). Разработка Jena как библиотеки Javaклассов была начата фирмой Hewlett Packard. В настоящее время развитие фреймворка Jena поддерживается фондом Apache Software Foundation [9].

На момент сдачи в печать настоящего пособия (июнь 2018 г.) актуальной версией является apache-jena-3.5.0, доступная для скачивания по адресу: https://jena.apache.org/download/index.cgi. Начиная с версии 3.0.0 Jena

требует для работы Java 8.

Создание моделей. Внутреннее представление семантического ресурса (в частности, онтологии) в Jena называется моделью. Модели соответствует базовый интерфейс Model, предоставляющий доступ к RDF-тройкам. Интерфейс OntModel расширяет Model, добавляя поддержку классов, свойств и экземпляров. Именно этот интерфейс используется для работы с онтологиями.

Простейший способ создания модели:

OntModel model = ModelFactory.createOntologyModel();

При этом создается модель с параметрами по умолчанию. В число параметров входят: язык (RDFS, OWL Lite, OWL DL, OWL Full), способ хранения модели (в оперативной памяти или в базе данных), способ логического вывода. Но на параметры по умолчанию лучше не полагаться, так как они могут отличаться в разных версиях Jena. Рекомендуется пользоваться следующим способом создания модели:

OntModel model = ModelFactory.createOntologyModel(OntModelSpec.OWL_DL_MEM);

Класс OntModelSpec служит для задания параметров модели. В нем существует ряд предопределенных констант, например:

24

•OntModelSpec.OWL_DL_MEM – язык OWL DL, хранение модели в памяти, отсутствие логического вывода (именно этот вариант рекомендуется

врамках данной работы);

•OntModelSpec.OWL_LITE_MEM – язык OWL Lite, хранение модели

впамяти, отсутствие логического вывода;

•OntModelSpec.OWL_DL_MEM_TRANS_INF – язык OWL DL,

хранение модели в памяти, логический вывод для транзитивных отношений.

Чтение и сохранение моделей. Jena поддерживает загрузку моделей как из файлов на локальной машине, так и из ресурсов на удаленных серверах. Для загрузки используется универсальный метод интерфейса Model:

read(String url).

При загрузке онтологий Jena обрабатывает данные об импортируемых онтологиях и позволяет автоматически загружать эти онтологии. Для задания параметров импорта используется вспомогательный класс

OntDocumentManager:

OntDocumentManager manager =

model.getDocumentManager();

Основные методы этого класса, относящиеся к процессу импорта онтологий:

•setProcessImports(boolean processImports) – включает или выключает автоматический импорт онтологий;

•addIgnoreImport(String uri) – позволяет выборочно задавать адреса (URI) тех онтологий, которые не нужно импортировать;

•addAltEntry(String docURI, String locationURL) –

позволяет задать локальный адрес, по которому хранится копия онтологии, расположенной на удаленном сервере. Это делается для повышения скорости

инадежности загрузки онтологий (так как скорость скачивания удаленной онтологии может быть небольшой, а в худшем случае такая онтология может быть временно недоступной).

Для сохранения модели используется следующий метод интерфейса

OntModel:

write(java.io.OutputStream out).

25

Работа с ресурсами онтологии (классами, свойствами,

экземплярами). В Jena все интерфейсы, соответствующие ресурсам онтологии (классам, свойствам, экземплярам), являются расширением базового интерфейса OntResource, который в свою очередь является расширением интерфейсов Resource и RDFNode. Ниже приведен список атрибутов онтологических ресурсов, к которым возможен доступ через интерфейс OntResource:

•versionInfo – версия ресурса;

•comment – комментарий;

•label – название ресурса, ориентированное на человека;

•seeAlso – адрес, по которому можно получить подробную информацию о ресурсе;

•isDefinedBy – специальная форма seeAlso, указывающая адрес, по которому находится определение ресурса;

•sameAs – адрес другого ресурса, аналогичного рассматриваемому;

•differentFrom – адрес другого ресурса, который по определению отличен от рассматриваемого.

Для каждого из этих атрибутов в интерфейсе OntResource существует стандартный набор методов:

•add<property> – добавляет атрибуту еще одно значение;

•set<property> – удаляет все текущие значения атрибута и устанавливает указанное новое значение;

•list<property> – возвращает итератор по всем значениям атрибута;

•get<property> – возвращает значение атрибута, если оно есть. Если нет, возвращает null. Если у атрибута несколько значений, возвращает одно произвольно выбранное;

•has<property> – возвращает true, если задано хотя бы одно значение атрибута. Для некоторых атрибутов этот метод называется is<property>;

•remove<property> – удаляет указанное значение из списка значений атрибута.

Примеры конкретных методов: addSameAs(Resource r), isSameAs(Resource r).

Еще один важный метод интерфейса OntResource: remove() – удаляет из онтологии указанный ресурс и все отношения, в которых он находится, т. е. является их объектом или субъектом.

26

Работа с классами. Классы – это основные элементы онтологии. Классу в онтологии соответствует интерфейс OntClass. Получить класс с определенным URI можно следующим образом:

OntClass teacherClass = model.getOntClass(“http://www.eltech.ru/semweb/tutorial.

owl#Преподаватель”);

Здесь model – экземпляр OntModel, в который была загружена учебная онтология.

Для создания нового класса используется метод createClass(String uri):

OntClass studentClass = model.createClass(“http://www.eltech.ru/semweb/tutorial.owl#

Студент”);

Если класс с заданным URI уже существует в модели, то новый класс не создается, используется существующий.

Для получения списка всех классов в модели используется метод listClasses():

for (ExtendedIterator iter = model().listClasses();iter.hasNext();)

{OntClass tempClass = (OntClass) iter.next(); System.out.println(tempClass.getLocalName());

}

Через интерфейс OntClass возможен доступ к следующим атрибутам:

•subClass – подклассы данного класса;

•superClass – надклассы данного класса;

•equivalentClass – классы, представляющие то же самое понятие, что и данный класс;

•disjointWith – классы, которые не могут иметь с данным классом общих экземпляров (например, таково отношение между классами «Мужчина» и «Женщина»).

По аналогии с методами работы с атрибутами OntResource в OntClass существуют методы установки, добавления, получения, удаления значений перечисленных выше атрибутов. Например, получить список всех подклассов класса «Преподаватель» можно следующим образом:

OntClass teacherClass = model.getOntClass(“http://www.eltech.ru/semweb/tutorial.owl#

Преподаватель”);

for (Iterator i = teacherClass.listSubClasses(); i.hasNext(); ) {

27

OntClass c = (OntClass) i.next(); System.out.println(c.getLocalName());

}

Работа с экземплярами классов. Экземплярам в онтологии соответствует интерфейс Individual.

Для получения экземпляра с заданным URI используется следующий способ:

Individual inst = model.getIndividual(“http://www.eltech.ru/semweb/

tutorial.owl#Студент_3”);

Для получения списка всех экземпляров класса используется метод listInstances() интерфейса OntClass:

OntClass studentClass = model.getOntClass(“http://www.eltech.ru/semweb/tutorial.owl#Студ ент”);

for (ExtendedIterator iter = studentClass.listInstances();iter.hasNext();) {

Individual inst = (Individual) iter.next(); System.out.println(inst.getLocalName());

}

Для создания нового экземпляра класса используется следующий способ:

OntClass studentClass = model.getOntClass (“http://www.eltech.ru/semweb/tutorial.owl#Студент”); Individual inst =

model.createIndividual("http://www.eltech.ru/semweb/ tutorial.owl#Студент_5", studentClass);

Работа со свойствами. Свойству в онтологии соответствует интерфейс

OntProperty (и его базовый интерфейс Property).

Получить доступ к определенному свойству можно следующим образом:

OntProperty nameProp = model.getOntProperty(“http://www.eltech.ru/semweb/

tutorial.owl#имя”);

Для работы со значениями свойств конкретного экземпляра класса используются следующие методы интерфейса Individual (на самом деле они определены в базовом интерфейсе OntResource):

28

•getPropertyValue(Property p) – возвращает значение свойства, если оно определено. Если нет, возвращает null. Если у экземпляра задано несколько значений свойства, возвращается одно произвольно выбранное значение. Значение свойства возвращается в виде объекта типа RDFNode, который является или литералом (интерфейс Literal), или ссылкой на другой ресурс онтологии (интерфейс OntResource);

•setPropertyValue(Property p, RDFNode value) - удаляет все текущие значения свойства экземпляра, после чего устанавливает указанное новое значение;

•addProperty(Property p, RDFNode value) - добавляет еще одно значение свойству экземпляра;

•listPropertyValues(Property property) - возвращает итератор по всем значениям свойства экземпляра;

•removeProperty(Property property, RDFNode value) -

удаляет указанное значение из списка значений свойства экземпляра.

3.2. Методика выполнения работы

Для онтологии, созданной в Лабораторной работе № 2, необходимо выполнить следующие шаги:

1.Создать модель.

2.Загрузить в модель онтологии из файла.

3.Напечатать названия всех классов в онтологии.

4.Напечатать свойства объектов (например, фамилии всех студентов).

5.Удалить объект.

6.Добавить объект.

7.Сохранить модель в файле.

3.3.Содержание отчета

1.Цель выполнения работы.

2.Краткие сведения о библиотеке классов Jena.

3.Фрагменты программного кода и описание особенностей программной реализации следующих действий:

- создание в Java-приложении онтологической модели;

-загрузка в модель онтологии из файла;

-вывод в консоль названий классов, содержащихся в онтологии;

-добавление и удаление класса из онтологии;

29

-вывод в консоль названий всех свойств выбранного класса;

-удаления и добавления индивидуума выбранного класса;

-сохранение модели в файле.

3.4.Вопросы для самоконтроля

1.Охарактеризуйте основные возможности фреймворка Jena.

2.Как создать в Java-приложении онтологическую модель?

3.Как загрузить в модель онтологию из файла?

4.Как выбрать из онтологии и вывести в консоль названия всех содержащихся в онтологии классов?

5.Как добавить и удалить из онтологии некоторый класс?

6.Как выбрать и вывести в консоль названия всех свойств класса?

7.Как добавить индивидуума в некоторый класс (удалить из него)?

8.Как сохранить онтологию (модель) в файле?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Интеллектуальные агенты, многоагентные системы и семантический Web: концепции, технологии, приложения / М. Г. Пантелеев, Д. В. Пузанков

идр. СПб.: Технолит, 2008. 292 с.

2.Пантелеев М. Г., Водяхо А. И., Жандаров В. В. Технологии семантического Веб: учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2008. 64 с.

3.Официальный сайт RDF. URL: https://www.w3.org/RDF/.

4.Официальный сайт RDFS. URL: https://www.w3.org/TR/rdf-schema/.

5.Официальный сайт OWL. URL: https://www.w3.org/TR/owl2-quick- reference/.

6.Официальный сайт редактора онтологий Protégé. URL: https://protege.stanford.edu/.

7.Официальный сайт проекта Open Ontology Repository. URL: http://ontolog.cim3.net/wiki/OpenOntologyRepository.html.

8.Официальный сайт проекта Linked Open Vocabularies (LOV). URL: http://lov.okfn.org/dataset/lov/.

9.Официальный сайт Jena. URL: https://jena.apache.org/index.html.

30