Corso di Basi di dati e Sistemi Informativi A. A Corso di Laurea in Ingegneria Informatica. RDF e RDF Schema. 20/06/2013 Giuseppe Loseto 1

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1 Corso di Laurea in Ingegneria Informatica Corso di Basi di dati e A. A /06/2013 Giuseppe Loseto 1

2 Semantic Web [Berners-Lee et al., Scientific American, 2001] Il W3C (World Wide Web Consortium) considera il Semantic Web come l ideale evoluzione del Web da machine-representable a machine-understandable Il Web è una ragnatela di documenti collegati tra loro, per l'utilizzo umano Il Semantic Web è una ragnatela di informazioni connesse dalla semantica (il significato) documenti che possano al tempo stesso essere letti e compresi da esseri umani, ma anche acceduti ed interpretati da agenti automatici alla ricerca di contenuti Il Semantic Web punta a trasformare il Web in una grande base di conoscenza 2

3 Dal Web al Semantic Web Il Web già offre un'infrastruttura per pubblicare ed integrare contenuti (attraverso gli URL e i collegamenti) Occorre un framework che permetta di esprimere la conoscenza in modo che sia machine-understandable Occorre un linguaggio che: abbia una sintassi che assicuri l'interoperabilità abbia una semantica condivisa permetta di esprimere ontologie permetta elaborazioni efficienti, data la grandezza del Web Occorre un'infrastruttura che permetta di: aggiungere metadati ai documenti esistenti (evitare l'impresa impossibile di riscrittura del Web) referenziare entità in maniera univoca nell'intero Web un ontologia è una rappresentazione formale e condivisa di un dominio di interesse integrare diverse fonti di conoscenza in un ambiente distribuito quale è il Web 3

4 Polisemia e omonimia 4

5 Sinonimia 5

6 Semantic Web Layer Cake Servizi di inferenza e regole costruite al di sopra di un ontologia Definizione dei vocabolari di diversi domini per consentire la rappresentazione della conoscenza e il ragionamento su di essa Interoperabilità semantica (corrispondenze tra termini e analisi del contesto di un documento) Concetto di risorsa (Web e non) Annotazione standard delle risorse Concetto di documento univoco e astratto Strutture sintattiche per definire e scambiare dati 6

7 Resource Description Framework Resource Description Framework (RDF) è un modello generale e minimalista per descrivere relazioni che intercorrono tra oggetti nel Web E una delle più importanti raccomandazioni del W3C E' basato su tre concetti: Risorse: tutto ciò che viene descritto. Ogni risorsa è identificata da un URI; Proprietà: una coppia attributo-valore che si vuole associare ad una risorsa L'attributo è anch'esso identificato da un URI; Il valore può essere un'altra risorsa o un tipo di dato primitivo (stringa, intero...); Asserzioni (statement): l associazione di una proprietà ad una risorsa; 7

8 Statement RDF L'asserzione (statement) è l'unità informativa elementare in RDF Ha obbligatoriamente una struttura a tripla Soggetto Predicato Oggetto Afferma che una certa risorsa (soggetto) è legata ad un determinato valore (oggetto) attraverso una specifica proprietà (predicato) Soggetto e predicato devono essere necessariamente due URI mentre l oggetto può essere sia un URI, sia un dato. RDF si limita a definire la struttura degli enunciati, mentre gli URI si riferiscono a particolari raccolte al di fuori di RDF Un insieme di asserzioni RDF è detto modello 8

9 Rappresentazione grafica RDF Un modello RDF può essere rappresentato come un grafo orientato Esempio: source/the_matrix /ontology/starring ource/keanu_reeves source/speed urce/carrie-ann_moss La rappresentazione grafica anche se intuitiva non è adatta all elaborazione automatica RDF definisce una serie di rappresentazioni testuali dette serializzazioni 9

10 Serializzazione RDF/XML Occorre una sintassi per la serializzazione di RDF per: salvare modelli RDF in forma persistente (e.g. su file) trasferirli da un'applicazione ad un'altra consentire il loro recupero dal Web Notazione RDF/XML permette di vedere RDF come un linguaggio costruito sopra XML rappresenta la sintassi più prolissa ma sono possibili abbreviazioni Esempio uso dei namespace XML per la dichiarazione dei prefissi uso della nidificazione per la definizione di più elementi riferiti allo stesso soggetto <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dbpedia-owl=" xmlns:dbpedia=" <rdf:description rdf:about=dbpedia:the_matrix> <dbpedia-owl:starring rdf:resource=dbpedia:keanu_reeves/> </rdf:description> </rdf:rdf> 10

11 Serializzazione N-Triples Notazione N-Triples ogni frase è esattamente una tripla soggetto-predicato-oggetto, separati da almeno uno spazio e un punto alla fine corrisponde ad una lista di coppie (soggetto, oggetto) più l etichetta dell arco che li unisce gli enunciati si susseguono uno dopo l altro Esempio: < < < < < < Soggetto Predicato Oggetto 11

12 Serializzazione Turtle Notazione Turtle (Terse RDF Triple Language) estende la notazione N-Triples è possibile dichiarare i prefissi utilizzati negli dbpedia : dbpedia-owl : < quando più tuple riguardano la stessa coppia (soggetto, predicato) è possibile dichiararle in sequenza separate da virgola dbpedia:the_matrix dbpedia-owl:starring dbpedia:keanu_reeves, dbpedia:carrie-ann_moss. Soggetto Predicato Oggetto quando più tuple riguardano lo stesso soggetto è possibile indicarle in sequenza separando le coppie (predicato, oggetto) da punto e virgola dbpedia:the_matrix Soggetto dbpedia-owl:starring dbpedia:keanu_reeves, Pred/Oggetto #1 dbpedia:carrie-ann_moss; dbpedia-owl:director Pred/Oggetto #2 dbpedia:the_wachowskis. 12

13 Serializzazione Notation3 (N3) Notazione N3 serializzazione compatta e non-xml di RDF definita da Tim Berners-Lee e altri elementi della community del Semantic Web più di una semplice serializzazione, introduce nuovi elementi che estendono il modello dei dati RDF (es. supporto per regole RDF-based, implicazioni logiche, ) Superset della serializzazione base N-Triples Turtle N3 N-Triples Subset semplificato e RDF-only della serializzazione N3 13

14 Termini predefiniti in RDF Predicato Type indica che un soggetto è di tipo oggetto dbpedia:the_matrix rdf:type dbpedia-owl:film. può essere abbreviato con a, a sua volta abbreviazione di is a dbpedia:the_matrix a dbpedia-owl:film. Classe Property tutti i predicati RDF appartengono a questa classe dbpedia-owl:starring a rdf:property. dbpedia-owl:director a rdf:property. Classi contenitore a volte è importante fare riferimento ad un insieme di risorse tali risorse devono essere inserite all interno di un contenitore che sarà l oggetto dello statement RDF definisce tre tipi di contenitori Bag: è un insieme con ripetizioni. L ordine non è rilevante; Sequence (Seq): è un insieme con ripetizioni ed un ordine definito tra le risorse presenti; Alternative (Alt): è un insieme senza ripetizioni in cui può essere scelto uno solo degli elementi. L ordine degli elementi può essere usato per esprimere preferenza; 14

15 Bag - Esempio rdf:type rdf:bag dbpedia:u2 cd:artist rdf:_1 dbpedia:bono rdf:_4 rdf:_3 rdf:_2 dbpedia:larry _Mullen,_Jr. dbpedia:the_ Edge dbpedia:adam _Clayton dbpedia:u2 cd_artist _:z. _:z rdf:type rdf:bag. _:z rdf:_1 dbpedia:bono. _:z rdf:_2 dbpedia:larry_mullen,_jr. _:z rdf:_3 dbpedia:adam_clayton. _:z rdf:_4 dbpedia:the_edge. E possibile usare rdf:li al posto di rdf:_1, rdf:_2, 15

16 Risorse anonime (blank nodes) Usate per definire collezioni di oggetti senza URI Spesso raccolgono informazioni eterogenee Sono identificate attraverso un particolare _:identificatore con visibilità locale rispetto al file in cui appare sisinflab:di_sciascio contact:office Via Orabona, 4 Bari Italy sisinflab:di _Sciascio contact:office _:off contact:phone <tel: > contact:address contact:street _:add contact:city Bari Via Orabona, 4 contact:country Italy 16

17 Risorse anonime (blank nodes) sisinflab:di_sciascio contact:office Via Orabona, 4 Bari Italy sisinflab:di_sciascio contact:office _:off. _:off contact:phone <tel: >. _:off contact:address _:add. _:add contact:city Bari. _:add contact:country Italy. _:add contact:street Via Orabona, 4. 17

18 Reificazione Riduzione ad oggetto dell'asserzione Dopo avere reificato l asserzione si potranno esprimere ulteriori proprietà su di essa Proprietà di reificazione rdf:statement corrisponde all'insieme chiamato asserzione nel data model di RDF rdf:subject corrisponde al soggetto nel data model RDF rdf:predicate corrisponde al predicato nel data model RDF rdf:object corrisponde all' oggetto nel data model RDF dbpedia:matrixstarringkeanu rdf:type rdf:statement ; rdf:subject dbpedia:the_matrix ; rdf:predicate dbpedia-owl:starring ; rdf:object dbpedia:keanu_reeves ; dc:creator dbpedia:dbpedia. 18

19 Tipizzazione dei literal L oggetto di un asserzione può essere un URI o un letterale (literal). Es.: Bari, 50, Normalmente è considerato una stringa e scritto tra virgolette Se si tratta di un espressione linguistica può essere aggiunta l informazione sulla lingua dbpedia:the_lord_of_the_rings dc:title The lord of the Il signore degli Le Seigneur des E possibile anche assegnare ad un literal un datatype per indicare esplicitamente il tipo di dato Si aggiunge dopo il valore la sequenza ^^datatype I datatype più usati sono quelli definiti da XML Schema string, boolean, integer, float, double, duration, datetime, time, date, hexbinary, anyuri, QName, dbpedia:the_lord_of_the_rings dbpprop:pages 1216 ^^xsd:integer 19

20 A che serve RDF? Non bastava XML per i metadati sul Web? In XML chiunque può definire tag e attributi......e chiunque può interpretarli come vuole In RDF invece se più persone (o programmi) usano lo stesso URI per una risorsa o proprietà, essi ne condividono esattamente il significato Questo però non basta a fornire l'interoperabilità a livello semantico richiesta dalle applicazioni concepite per il Semantic Web Il modello di RDF non permette di effettuare validazione di un valore o restrizione di un dominio di applicazione di una proprietà L asserzione seguente, seppur corretta, non avrebbe significato dbpedia:the_matrix dbpedia-owl:starring 1216 ^^xsd:integer. 20

21 Vocabolari RDF RDF è stato progettato per essere usato insieme a vocabolari condivisi Un vocabolario è un insieme di proprietà che hanno un preciso significato Sono stati prodotti vocabolari standard per diversi domini applicativi Se usiamo solo vocabolari standard, la semantica delle nostre asserzioni RDF potrà essere facilmente condivisa Uno dei vocabolari più famosi il Dublin Core Metadata Initiative (DC), relativo al dominio dei documenti (anche multimediali e ipertestuali) Contenuti Title Subject Description Type Source Relation Coverage Proprietà intellettuale Creator Publisher Contributor Rights Istanza Date Format Identifier Language 21

22 RDF Schema RDF Schema (RDFS) permette di definire i propri vocabolari A differenza di XML Schema o di un DTD (Document Type Definition), RDF Schema non vincola la struttura del documento, ma fornisce informazioni utili all interpretazione del documento stesso RDF Schema è definito in termini di RDF stesso RDF Schema definisce un insieme di risorse RDF da usare per descrivere caratteristiche e relazioni tra termini generici Per tale motivo è spesso indicato come vocabolario di RDF o linguaggio ontologico 22

23 Classi e predicati di RDFS rdfs:class - Corrisponde al concetto di classe nella programmazione objectoriented. Quando viene definita un nuovo elemento RDF, la risorsa che la rappresenta deve essere di tipo rdfs:class dbpedia-owl:film a rdfs:class. rdfs:resource - Ogni risorsa RDF è istanza di questa classe (anche rdfs:class) rdfs:literal - Rappresenta un letterale (stringa, intero, ) 1216 ^^xsd:integer a rdfs:literal. rdfs:datatype - Rappresenta un tipo di dato (xsd:integer, xsd:decimal, ) ^^xsd:integer a rdfs:datatype. rdf:property - Rappresenta le proprietà. E sottoclasse di rdfs:resource. rdfs:subclassof - Specifica la relazione di ereditarietà fra classi Può essere assegnata solo a istanze di rdfs:class Una classe può essere sottoclasse di più classi (ereditarietà multipla) 23

24 rdfs:subclassof - Esempio ex:motorvehicle rdf:type rdfs:class. ex:passengervehicle rdf:type rdfs:class. ex:van rdf:type rdfs:class. ex:minivan rdf:type rdfs:class. ex:passengervehicle rdfs:subclassof ex:motorvehicle. ex:van rdfs:subclassof ex:motorvehicle. ex:minivan rdfs:subclassof ex:van. ex:minivan rdfs:subclassof ex:passengervehicle.) ex:motorvehicle rdfs:subclassof rdfs:subclassof ex:passengerve hicle ex:van rdfs:subclassof rdfs:subclassof ex:minivan 24

25 Classi e predicati di RDFS rdfs:subpropertyof - Istanza di rdf:property usata per specificare che una proprietà è una specializzazione di un altra. Ogni proprietà può essere la specializzazione di zero o più proprietà rdfs:seealso - Istanza di rdf:property usata per indicare una risorsa che potrebbe fornire ulteriori informazioni riguardo al soggetto rdfs:isdefinedby - Sottoproprietà di rdfs:seealso, indica una risorsa che definisce il soggetto di un asserzione rdfs:label - Usata per fornire una versione leggibile da utenti umani del nome di una risorsa rdfs:comment - Usata per inserire commenti riguardanti una risorsa rdfs:domain (dominio) - Usato come predicato di una risorsa r, indica le classi (soggetto) a cui può essere applicata r. rdfs:range (codominio) - Usato come predicato di una risorsa r, indica le classi che saranno oggetto di un asserzione che ha r come predicato VINCOLI 25

26 RDFS - Esempio rdfs:property dbpediaowl:work rdfs:subclassof rdfs:domain a dbpediaowl:starring rdfs:range dbpediaowl:film dbpediaowl:software dbpediaowl:person a a a dbpedia:gzip dbpedia:the _Matrix dbpedia-owl:starring dbpedia:keanu _Reeves 26

27 Utilità di RDFS Un RDF Schema può essere usato per validare (dal punto di vista semantico) un modello RDF, nello stesso modo in cui si può validare una base di conoscenza rispetto ad un'ontologia La semantica di RDFS permette semplici inferenze: Se r è di classe A e A è sottoclasse della classe B, allora r è di classe B Se A è sottoclasse di B e B è sottoclasse di C, allora A è sottoclasse di C (per la transitività di subclassof) Il riuso e l'estensione dei vocabolari e la capacità di inferenza rendono gli agenti software più intelligenti Se un agente incontra una proprietà sconosciuta, ma conosce una superproprietà di quella proprietà, può comunque eseguire elaborazioni significative 27

28 Limiti di RDFS RDFS è poco espressivo Non permette di definire vincoli di esistenza e cardinalità Non permette di definire proprietà transitive, inverse, simmetriche Difficoltà nel fornire servizi di ragionamento, a causa dell assenza di ragionatori nativi Per questo è stata introdotto OWL (Web Ontology Language) come W3C Recommendation Estende RDFS Basato su linguaggi di Knowledge Representation noti Specifica formale del linguaggio per favorire il ragionamento Capacità espressiva notevole e modulare 28

29 Riferimenti Resource Description Framework (RDF) W3C Recommendation, 10 February 2004, RDF/XML Syntax Specification W3C Recommendation,10 February 2004, N-Triples - A line-based syntax for an RDF graph W3C Working Group Note, 09 April 2013, Turtle (Terse RDF Triple Language) W3C Candidate Recommendation 19 February 2013, Notation3 (N3): A readable RDF syntax W3C Team Submission, 28 March 2011, Dublin Core Metadata Initiative, RDF Vocabulary Description Language 1.0: RDF Schema W3C Recommendation, 10 February 2004, 29