Basi di Dati e Sistemi Informativi su Web

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1 Basi di Dati e Sistemi Informativi su Web Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Informatica Massimo Ruffolo ruffolo@icar.cnr.it Web: Istituto di CAlcolo e Reti ad alte prestazioni del Consiglio Nazionale delle Ricerche (ICAR-CNR) Exeura s.r.l. Spin-off dell Università della Calabria 1 Semantic Web The Semantic Web is an extension of the current Web in which information is given well-defined meaning, better enabling computers and people to work in cooperation. The mix of content on the Web has been shifting from exclusively human-oriented content to more and more data content. The Semantic Web brings to the Web the idea of having data defined and linked in a way that it can be used for more effective discovery, automation, integration, and reuse across various applications. For the Web to reach its full potential, it must evolve into a Semantic Web, providing a universally accessible platform that allows data to be shared and processed by automated tools as well as by people. The Semantic Web is an initiative of the World Wide Web Consortium (W3C), with the goal of extending the current Web to facilitate Web automation, universally accessible content, and the 'Web of Trust'. ( 2

2 Semantic Web Perchè il Semantic Web Ricerca dell informazione. Oggi esistono motori di ricerca basati sui principi dell Information Retrieval (Google, Altavista, Lycos), cataloghi aggiornati manualmente (Yahoo) Estrazione di informazione. Operata da esseri umani gli unici in grado di usare un approccio semantico, e da agenti software (web wrapper) che usano approcci sintattici Manutenzione delle informazioni. Aggiornamento di sorgenti testuali Generazione automatica di documenti. Pagine web i cui contenuti rispondono alle specifiche esigenze di un utente. 3 Semantic Web Nella visione di Tim Berners-Lee, il Web Semantico è un architettura strutturata su almeno quattro livelli: XML+XMLS OWL RDF+RDFS Description Logics,, linguaggi logici Livello logico (supporto al ragionamento) Livello ontologico (definizione di ontologie)? Livello schema OWL (definizione del vocabolario) RDFLivello dei dati (modello dei dati e sintassi per i metadati) 4

3 Semantic Web: panoramica sui linguaggi HTML XML XMLS RDF RDFS OWL Non distingue tra struttura del contenuto e rappresentazione del documento Permette di definire i propri tag e di strutturare le informazioni indipendentemente dalla loro futura ed eventuale resa grafica Definisce la struttura sintattica di un documento XML Permette di esprimere relazioni esistenti tra istanze concettuali (es. Autore-di(Buzzati, Deserto dei tartari)) Permette di definire relazioni e concetti (es. Autore-di è una relazione, Libro è un concetto) Poggia su RDFS e permette di esprimere pienamente classi, relazioni, istanze, vincoli, ecc. 5 Rex Stout è l autore di molti romanzi gialli aventi come protagonisti il famoso Nero Wolfe e il suo aiutante e narratore Archie Goodwin XML Markup <?xml version= 1.0?> <autore>rex Stout</autore> è l autore di molti <genere>romanzi gialli</genere> aventi come protagonisti il famoso <protagonista>nero Wolfe</protagonista> e il suo aiutante e narratore <narratore><protagonista> Archie Goodwin </protagonista></narratore> 6

4 Documenti XML Un documento XML è un insieme correttamente annidato di tag aperti e chiusi (elementi): <autore>rex Stout</autore> Gli elementi possono avere un numero arbitrario di coppie attributo-valore: <libro rilegatura= brossura > La Divina Commedia </libro> Un documento XML sintatticamente corretto è detto ben formato. 7 Struttura documenti XML Permettendo l annidamento, un documento XML può essere rappresentato mediante una struttura ad albero. Ad esempio: <?xml version= 1.0?> <autore> <nome> Rex </nome> <cognome> Stout </cognome> </autore> è l autore di molti <genere> romanzi gialli </genere> aventi come protagonisti il famoso <protagonista attributo= famoso > <nome> Nero </nome> <cognome> Wolfe </cognome> </protagonista> e il suo aiutante e narratore <narratore> <protagonista mansione= aiutante > <nome> Archie </nome> <cognome> Goodwin </cognome> </protagonista> </narratore> 8

5 Struttura documenti XML Permettendo l annidamento, un documento XML può essere rappresentato mediante una struttura ad albero. Ad esempio: radice documento autore genere protagonista narratore nome cognome Romanzo giallo nome cognome protagonista Rex Stout Nero Wolfe nome cognome Archie Goodwin 9 XML serializzazione Come sintassi di serializzazione per altri linguaggi Esempio: Java XML class Hello { static public void main(string[] args) { System.out.println( Hello world! ); } } Come markup per risorse (documenti, pagine web, configurazioni ecc.) Come formato uniforme per lo scambio dei dati 10

6 XML serializzazione Come sintassi di serializzazione per altri linguaggi Esempio: Java XML <?xml version= 1.0?> <class name= Hello > <method name= main static= true scope= public returntype= void input= String[] > System.out.println( Hello world! ); </method> </class> Come markup per risorse (documenti, pagine web, configurazioni ecc.) Come formato uniforme per lo scambio dei dati 11 Come sintassi di serializzazione per altri linguaggi Come markup per risorse (documenti, pagine web, configurazioni ecc.) XML Markup Es. classificazione delle istanze di un documento: Tra i precursori del genere giallo troviamo <autore>edgar Allan Poe</autore>, con <romanzo genere= giallo >I delitti della Rue Morgue</romanzo>, e <autore>arthur Conan Doyle</autore> con il suo <personaggio>sherlock Holmes</personaggio>. Come formato uniforme per lo scambio dei dati 12

7 XML formato uniforme per lo scambio di dati Come sintassi di serializzazione per altri linguaggi Come markup per risorse (documenti, pagine web, configurazioni ecc.) Come formato uniforme per lo scambio dei dati Es. SOAP (Simple Object Access Protocol) <?xml version="1.0"?> <soap:envelope xmlns:soap=" soap:encodingstyle=" <soap:body xmlns:m=" <m:getstockprice> <m:stockname>ibm</m:stockname> </m:getstockprice> </soap:body> </soap:envelope> 13 XML Namespace Namespace = collezione di nomi identificati da URI (Uniform Resource Identifier) Associati a elementi e attributi all interno di documenti XML Permettono la visibilità al di fuori del singolo documento 14

8 XML namespace <author>dino Buzzati</author> <title>il deserto dei Tartari</title> <isbn> </isbn> </isbn> books.org XML ecommerce.org /schema XML isbn.org XML 15 XML Namespace <?xml version= 1.0 xmlns:books= xmlns:store= xmlns:isbn= <store:bookstore> <books:book> <books:title>il deserto dei Tartari</books:title> <books:author>dino Buzzati</books:author> <isbn:number> </isbn:number> </books:book> <books:book> <books:title>l isola di Arturo</books:title> <books:author>elsa Morante</books:author> <isbn:number> </isbn:number> </books:book> </store:bookstore> 16

9 Schemi sintattici XML DTD (Document Type Definition) Specifica annidamenti e combinazioni permesse di elementi, attributi ecc. Un doc XML conforme a DTD = valido XML Schema Definisce lo schema sintattico con la stessa sintassi XML Fa uso di namespace e definizione di tipi Un doc XML conforme a XML Schema = schema valido 17 Definizioni di tipo Semplici XML Schema <simpletype name= stringlist base= string derivedby= list /> Complessi <complextype name= indirizzo > <sequence> <element name= nome type= string /> <element name= via type= string /> <element name= cap type= decimal /> <element name= citta type= string /> </sequence> </complextype> Dichiarazioni di elementi e attributi <element name= elenco type= stringlist > Roma,Londra, Parigi,Lisbona,Madrid <nome>...</nome> <via>...</via> <cap>00100</cap> <citta>roma</citta> 18

10 Schema XML Schema <schema xmlns= targetnamespace= > <simpletype name= comment base= string > <maxlength value= 1024 > </simpletype> <element name= about type= comment > <element name= autore type= string > </schema> Istanza schema-valida <?xml version= 1.0 xmlns= <autore>luigi Pirandello</autore> <about>romanziere e commediografo</about> 19 Semantic Web: Le ontologie Cosa vogliamo esprimere: Classi (Personaggio, Autore, ecc.) Istanze (Sherlock Holmes, Arthur Conan Doyle) Relazioni (indaga-su, ha-scritto) Azioni e processi (aspetti dinamici) 20

11 Semantic Web: RDF RDF (Resource Description Framework) Standard del W3C E un modello di dati che lavora con tre tipi di elementi fondamentali: Risorse: entità riferite attraverso URI Proprietà: relazioni binarie tra risorse e/o valori atomici di tipo primitivo Affermazioni (o proposizioni): specificano il valore di una certa proprietà relativa a una risorsa 21 affermazione Semantic Web: RDF Autore( proprietà risorsa soggetto risorsa oggetto Si può esprimere come tripla del tipo (soggetto, predicato, oggetto): ( Autore, JohnDoe) 22

12 Semantic Web: XML autoredi( ) haprezzo( 10 euro ) autoredi ISBN haprezzo 10 euro 23 Semantic Web: serializzazione RDF RDF, essendo un modello di dati, può essere serializzato in modi diversi. Ad esempio, come sequenza di triple oppure in XML: ( Mario ) <?xml version= 1.0?> <rdf:rdf xmlns:rdf= > <rdf:description> <rdf:subject resource= /> <rdf:predicate resource= /> <rdf:object>mario</rdf:object> </rdf:description> </rdf:rdf> 24

13 Semantic Web: RDF Schema RDF non fornisce meccanismi per dichiarare classi o proprietà né per definire relazioni tra proprietà e risorse RDF Schema Permette la definizione di un vocabolario per le proprietà RDF e la specifica dei tipi di oggetti cui possono essere applicate 25 Semantic Web: RDFS Classi Base Sono definite le seguenti classi (risorse di tipo rdfs:class): rdfs:resource: rappresenta tutto ciò che viene descritto in RDF (corrispondente di Object in Java) rdfs:property: rappresenta il sottoinsieme di risorse che sono proprietà rdfs:class: corrisponde al concetto di tipo (corrispondente alla nozione di classe nei linguaggi OO) Albero Platano subclassof type Platano1 in viale Gorizia 26

14 Semantic Web: RDFS proprietà base RDFS definisce le proprietà (ovvero risorse di tipo rdfs:property): rdfs:type: indica che una risorsa è istanza di una classe (1 risorsa, molti tipi) rdfs:subclassof: relazione sottoinsieme - sovrainsieme tra classi (una classe può essere sottoclasse di molte classi) rdfs:subpropertyof: una proprietà è una specializzazione di un altra (1 proprietà, 0-n specializzazioni) rdfs:seealso: una risorsa contiene informazioni su un altra risorsa rdfs:isdefinedby: sottoproprietà di rfds:seealso, indica quale risorsa definisce un altra risorsa (es. quale schema?) 27 Semantic Web: RDFS vincoli rdfs:constraintproperty è una sottoclasse di rdf:property. Le sue istanze sono proprietà utilizzate all interno di vincoli. RDF Schema permette di imporre: Vincoli di dominio (rdfs:domain) Istanze di rdfs:constraintproperty Vincolano l applicazione di una proprietà a una o più classi Vincoli di intervallo (rdfs:range) Istanze di rdfs:constraintproperty Vincolano il valore di una proprietà a un determinato intervallo scelto su istanze di classi 28

15 Semantic Web: RDFS esempio di vincoli Vincola la proprietà appartienea: All applicazione su istanze della classe Oggetto Ad assumere valori che siano istanze della classe Persona <rdf:description ID= appartienea > <rdf:type resource= rdf-syntax-ns#property /> <rdfs:domain rdf:resource= Oggetto /> <rdfs:range rdf:resource= Persona /> </rdf:description> 29 classe sottoclasse Semantic Web: RDFS classi, sottoclassi, risorse risorsa definisce la classe 30

16 Semantic Web: RDFS classi, sottoclassi e tipi 31 Semantic Web: I livelli ontologico e logico Il livello ontologico Fornisce gli strumenti per la definizione e l uso di ontologie Si fonda su RDF e RDF Schema per definire le primitive di modellazione delle ontologie Il livello logico Fa uso della logica per rispondere a interrogazioni, mediante regole di inferenza e altre tecniche logiche e non Non specifica le euristiche di un particolare motore di inferenza 32

17 Semantic Web: OWL OWL (Ontology Web Language) Standard del W3C Si basa su RDF (per le istanze) e RDFS (per classi e proprietà) e ne estende l espressività Unifica tre aspetti importanti: Semantica formale e supporto al ragionamento efficiente (Description Logic) Ricche primitive di modellazione (Frame) Proposte standard per notazioni sintattiche (W3C, comunità Web) 33 Semantic Web: OWL Classi subclassof, intersectionof, unionof, complementof, enumeration, equivalence, disjoint Proprietà symmetric, transitive, functional, inverse Functional range, domain, subpropertyof, inverseof, equivalentproperty Affermazioni sulle istanze sameindividualas, differentfrom, AllDifferent 34

18 Semantic Web: OWL classi E possibile esprimere una classe come sottoclasse: <owl:class rdf:id= Fiume"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#corsodacqua"/> </owl:class> E possibile definire una sottoclasse esprimendo delle restrizioni rispetto a un altra classe: <rdfs:subclassof rdf:id= Fiume > <owl:restriction> <owl:onproperty rdf:resource="#sfocia"/> <owl:allvaluesfrom rdf:resource="#mare"/> </owl:restriction> </rdfs:subclassof> 35 Semantic Web: OWL classi intersectionof: <owl:class rdf:id= Pinguino"> <rdfs:subclassof> <owl:intersectionof rdf:parsetype="collection"> <owl:class rdf:about="#uccello"/> <owl:class rdf:about="#esserichenonvolano"/> </owl:intersectionof> </rdfs:subclassof> </owl:class> equivalentclass: <owl:class rdf:id= BacinoDAcqua"> Bacino <owl:equivalentclass D Acqua rdf:resource=" </owl:class> disjointwith: <owl:class rdf:id= Fiume"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#corsodacqua"/> <owl:disjointwith rdf:resource="#ruscello"/> <owl:disjointwith rdf:resource="#rivolo"/> Fiume <owl:disjointwith rdf:resource="#torrente"/> </owl:class> Uccello EsseriChe NonVolano Pinguino Bacino CorsoDAcqua Ruscello 36

19 unionof: <owl:class rdf:id= Organismo"> <rdfs:subclassof> <owl:unionof rdf:parsetype="collection"> <owl:class rdf:about="#animale"/> <owl:class rdf:about="#vegetale"/> </owl:intersectionof> </rdfs:subclassof> </owl:class> Semantic Web: OWL classi oneof (definizione estensionale di classe): <owl:class rdf:id= Continente"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#regione"/> <owl:oneof rdf:parsetype="collection"> <geo:continente rdf:about=" <geo:continente rdf:about=" <geo:continente rdf:about=" <geo:continente rdf:about=" <geo:continente rdf:about=" </owl:oneof> </owl:class> complementof: <owl:class rdf:id= Artefatto"> <rdfs:subclassof rdf:resource="#oggetto"/> <owl:complementof rdf:resource="#oggettonaturale"/> </owl:class> Organismo Animale Asia Continente Oggetto Oggetto Naturale Artefatto Vegetale Europa 37 Semantic Web: OWL proprietà Due tipi di proprietà: owl:objectproperty è la classe di proprietà che hanno come valore un oggetto istanza di una classe Ruota parte-di Automobile owl:datatypeproperty è la classe di proprietà che hanno come valore un dato di tipo semplice o strutturato (rdfs:literal o XML Schema built-in datatype) Autore nome xsd:string 38

20 Semantic Web: OWL cardinalità delle proprietà E possibile restringere la cardinalità delle proprietà con: owl:mincardinality owl:maxcardinality Esempio: <owl:class rdf:id= Automobile"> <rdfs:subclassof rdf:resource= Veicolo"/><rdfs:subClassOf> <owl:restriction> <owl:onproperty rdf:resource="#ha-parte"/> <owl:mincardinality rdf:datatype="&xsd;nonnegativeinteger">4</owl:mincardin ality> <owl:maxcardinality rdf:datatype="&xsd;nonnegativeinteger">4</owl:mincardin ality> </owl:restriction> </rdfs:subclassof> </owl:class> 39 Semantic Web: OWL istanze Si istanzia creando un tag con il nome della classe: <Fiume rdf:id="tevere"/> Si lega l istanza ad altre istanze mediante le ObjectProperty definite: 1 4 ha-parte Automobile Ruota auto1 ruota1 <Ruota rdf:id= ruota1 > <Automobile rdf:id= auto1 > <ha-parte rdf:resource="#ruota1 /> </Automobile> 40

21 Semantic Web: OWL espressività OWL Full: piena espressività OWL DL: la stessa espressività delle Description Logics No metaclassi (classe di una classe) Non è possibile restringere la cardinalità di proprietà transitive OWL Lite: owl:mincardinality o owl:maxcardinality. I soli valori consentiti sono per owl:cardinality sono 0 e 1. Non sono disponibili owl:hasvalue, owl:disjointwith, owl:one of, owl:complementof, owl:unionof. OWL Full OWL DL OWL Lite 41 Riferimenti WEB OWL Guide fornisce una buona descrizione di OWL con molti esempi: OWL Reference è una guida completa e dettagliata: Per tutti gli altri documenti OWL, e informazioni su Semantic Web: La home page di Roberto Navigli, semantic web e ontologie 42