Языки описания онтологий. Основные синтаксические структуры: классы, отношения, аксиомы

6.1. Архитектура метаданных в World Wide Web

Документы, метаданные, связи

Когда вы переходите по ссылке URL, то получаете нечто. Мы будем называть это нечто ресурсом Сети. Часто под ресурсом понимается документ, поскольку в Сети много читабельных (удобных для чтения человеком) документов - HTML-страниц, PDF-документов и т.п. Иногда ресурс - это просто некий объект, когда полученный ресурс имеет машинопонятный вид или обладает скрытым внутренним состоянием.

В рамках этого раздела термины "ресурс", "объект" и "документ" являются синонимами.

Неотъемлемой характеристикой любого ресурса Сети является сопровождающая его информация. Эту "сверхинформацию", или информацию об информации (о ресурсе), принято называть метаданными.

Под метаданными будем понимать машинопонятную информацию о веб-ресурсах и других сущностях.

Термин "машинопонятная" является ключевым. Речь идет о понимании информации программными агентами. Причем "понимании" с одной целью - использовать информацию для решения задач, возложенных на них (агентов) пользователем.

Метаданные должны иметь хорошо определенную ясную структуру и семантику.

Пример 1. Метаданные.

Объект, извлеченный из сети по протоколу HTTP, может иметь дополнительную информацию (метаданные):

• дата создания или дата прекращения действия;
• владелец;
• другая информация.

Таким образом, в Сети есть данные - ресурсы, есть метаданные - информация о ресурсах. Эта информация, в свою очередь, тоже может рассматриваться как данные (ресурс).

Приведем два постулата (А1 и А2), на которых основана архитектура метаданных Сети.

А1. Метаданные - это данные (другими словами, информация об информации - это тоже информация).

Поскольку метаданные - это данные, то они могут храниться в ресурсе (могут быть представлены как ресурс). То есть любой ресурс Сети может хранить как данные, так и метаданные о себе или о других ресурсах. На практике в Сети существует 3 способа передачи/получения метаданных:

1. метаданные хранятся и передаются внутри документа (тег HEAD в HTML, данные о документе MS Word);
2. сообщение метаданных происходит во время HTTP ( GET, POST или PUT ) передачи;
3. метаданные хранятся в каком-то другом документе.

Итак, метаданные могут храниться внутри самого документа, внутри другого документа либо передаваться вместе с документом средствами протокола HTTP.

Форма метаданных

Метаданные состоят из высказываний о данных и при представлении имеют форму имени (или типа высказывания) и набора параметров.

А2. Архитектура, представляемая метаданными, является набором независимых высказываний (утверждений).

Как следствие, при группировке двух и более высказываний об одном ресурсе они объединятся логическим " И ". Альтернативные высказывания являются независимыми, а их наборы представляют собой неупорядоченные множества.

Конечно, высказывания можно комбинировать и другим способом, используя сложные синтаксические правила, но основной формой представления является неупорядоченный список, элементы которого связаны логическим " И ".

Наиболее распространенной формой высказывания является следующая модель:

Ресурс - атрибут - значение

Здесь ресурс - это объект, о котором фиксируется высказывание, атрибут - некоторое свойство или параметр объекта, значение представляет некоторое значение из области значений атрибута (или диапазона значений атрибута данного объекта).

Пример 2. Модель "Ресурс - атрибут - значение".

E-mail - Date - 01.01.2006
E-mail - From - Vasya

В общем виде высказывание может быть выражено так:

(A u1 p q ...),

где А - имя (или идентификатор) типа высказывания (такие как Author, Date и т.п.), u1 - URI ресурса, о котором делается высказывание, p, q,  - другие параметры, зависящие от типа высказывания, в том числе и представляющие значение атрибута.

Здесь можно провести аналогию с языками программирования. При описании метаданных фиксирование высказывания можно сравнить с вызовом функции в процедурном языке.

В объектно-ориентированных языках программирования объект, для которого вызывается метод, имеет особое место среди других параметров (аргументов вызова). Для примера достаточно вспомнить ключевое слово " this " в C++. Также и в метаданных объект, о котором фиксируется высказывание ( u1 ), имеет особое место.

В ООП набор методов (функций), которые можно вызвать для данного объекта, ограничен (интерфейсами или типом объекта). При описании метаданных набор типов высказываний, которые возможно сделать для данного объекта, потенциально не ограничен и определяется только выбором словаря.

Пространство имен атрибутов

Значения атрибутов и отношений могут сильно варьироваться, они могут задаваться спецификацией архитектуры или протокола. Но значения атрибутов могут быть определены для нужд одного конкретного приложения. Поэтому набор отношений и имен атрибутов должен быть легко расширяемым, а следовательно, он должен быть расширяемым децентрализовано. Пространство URI подходит для определения имен атрибутов.

Пример 3. Словари с именами атрибутов.

• HTML-элементы внутри элемента HEAD ;
• заголовки HTTP-запроса, уточняющие атрибуты объекта.

(оба словаря определены внутри конкретных спецификаций, написанных на английском языке)

Связи

Отношение между двумя ресурсами будем называть связью. Связь представляется тройкой

(A u1 u2),

где А - тип отношения, U1 - URI первого ресурса, U2 - URI второго ресурса.

Связи являются основой навигации в Сети. Они могут использоваться для построения структур внутри WWW, а также для создания семантической Сети, в которой могут быть представлены знания об окружающем мире. Иными словами, связи могут применяться для определения структуры данных (в этом случае они являются метаданными), но могут быть использованы и как форма представления данных.

Связи, как и прочие метаданные, могут быть переданы тремя (указанными выше) способами.

Одна из основных задач, решаемых при проектировании архитектуры метаданных Сети, состоит в том, чтобы сделать информацию самоописывающейся (self-describing).

Однако узким местом системы всегда является способ определения семантики метаданных и данных, применяемых внутри системы. Например, семантика метаданных заголовков e-mail и HTTP-сообщений определяется вручную на английском языке в виде спецификаций соответствующих протоколов. Эта семантика понятна людям (конечно, тем, кто знает английский). Чтобы теперь перейти к семантике, понятной машине, нужно использовать подходящий логический язык или язык представления знаний. Тогда семантика (точное значение) некоторого высказывания может быть выражена в терминах других отношений (более абстрактных концептов логического языка).

Преимущество самоописывающейся информации состоит в том, что нет необходимости согласовывать значение каждого термина централизованно, стандартизировать семантику высказываний. Язык RDF позволяет описывать метаданные о любых ресурсах Сети (и даже о сущностях, находящихся за ее пределами).

RDF

RDF - язык представления информации о ресурсах WWW. В частности, RDF служит для представления метаданных, связанных с ресурсами Сети, таких как "заголовок", "автор", "дата последнего изменения страницы". Но RDF может использоваться и для представления информации о ресурсах "второго типа", на которые можно только ссылаться (или идентифицировать в Сети при помощи URI), но невозможно непосредственно получить к ним доступ через Сеть.

Может оказаться, что в некоторых случаях для управления метаданными достаточно использовать XML и XML Schema (либо вообще ограничиться подэлементом HEAD элемента HTML). Но этот подход слабо масштабируется: при увеличении объема метаданных, усложнении их структуры управление метаданными, построенными на основе XML Schema, становится трудоемкой задачей, для решения которой и предназначен RDF.

Модель данных RDF. RDF-граф

Базовой структурной единицей RDF является коллекция троек (или триплетов), каждая из которых состоит из субъекта, предиката и объекта (S,P,O). Набор триплетов называется RDF-графом. В качестве вершин графа выступают субъекты и объекты, в качестве дуг - предикаты (или свойства). Направление дуги, соответствующей предикату в данной тройке (S,P,O), всегда выбирается так, чтобы дуга вела от субъекта к объекту.

Рис. 6.1. RDF-тройка

Каждая тройка представляет некоторое высказывание, увязывающее S, P и O.

Первые два элемента RDF-тройки (субъект и предикат) идентифицируются при помощи URI. Объектом же может быть как ресурс, идентифицируемый при помощи URI, так и RDF-литерал (значение).