web语义网与语义地理信息服务.pptx

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1、第第1 1章章 基础知识基础知识 Web语义网与语义地理信息服务语义网与语义地理信息服务主讲人：樊红教授主讲人：樊红教授测绘遥感国家重点实验室（武汉大学测绘遥感国家重点实验室（武汉大学）第第1 1章章 基础知识基础知识 1 项目背景项目背景2 语义网络核心技术语义网络核心技术3 Oracle 11g 语义技术4 应用案例应用案例1 语义网络语义网络报告内容报告内容第第1 1章章 基础知识基础知识 第一部分第一部分:语义网络语义网络第第1 1章章 基础知识基础知识 4第第1 1章章 基础知识基础知识 什么是语义网络什么是语义网络?Semantic Web is an extension of t

2、he current web in which information is given well-defined meaning,better enabling computers and people to work in cooperation.-Tim Bernes-Lee,James Hendler,Ora Lassila,The Semantic Web,Scientific American,May 20015第第1 1章章 基础知识基础知识 语义技术栈Standardsbased 6基本技术URI统一资源标识符Uniform resource identifierRDF资源描述

3、框架Resource description frameworkRDFSRDF框架RDF SchemaOWLWeb本体语言Web ontology language第第1 1章章 基础知识基础知识 语义数据管理特点发现数据关系通过结构化数据(database,apps,web services)非结构化数据(email,office documents)Multi-data types(graphs,spatial,text,sensors)文本挖掘和 网络挖掘架构Terabytes of structured&unstructured dataQueries are not defined

4、in advanceSchemas are continuously evolvingAssociate more meaning(context)to enterprise data to enable its(re)use across applications实现公司Web数据的共享和重用.建立在开放的、工业界 W3C标准之上:SQL,XML,RDF,OWL,OWL 2,SPARQL,SKOS7第第1 1章章 基础知识基础知识 第二部分第二部分:语义网络核心技术语义网络核心技术第第1 1章章 基础知识基础知识 2.1 RDF9第第1 1章章 基础知识基础知识 资源描述框架(RDF)用来网

5、络资源及其关系的数据模型可用图描述的模型图可以用多种序列化格式来描述:RDF/XML,N3,N-TRIPLE,构造单元:三元组的断言(用来描述一个事实)Subject Predicate Object “CA”http:/locatedInhttp:/producehttp:/producehttp:/customerOfhttp:/uses10第第1 1章章 基础知识基础知识 使用使用RDF集成数据的实例集成数据的实例参考参考 W3C Ivan Herman 提供的资料11第第1 1章章 基础知识基础知识 简单的书店的数据实例(dataset“A”)12第第1 1章章 基础知识基础知识 1s

6、t:输出第一个数据集13第第1 1章章 基础知识基础知识 关于输出数据的说明关系构成了“图”结点表示“实际”数据或包含一些文字图形在计算机中如何表示是没有关系的Data export does not necessarily mean physical conversion of the data关系可在查询时生成经由 SQL 为桥梁来自HTML 页面从Excel 表格中提取数据.One can export part of the data14第第1 1章章 基础知识基础知识 另一个书店数据(dataset“F”)15第第1 1章章 基础知识基础知识 2nd:输出第二个数据集16第第1 1章

7、章 基础知识基础知识 3rd:开始合并两个数据集17第第1 1章章 基础知识基础知识 3rd:开始合并两个数据集(cont.)18第第1 1章章 基础知识基础知识 3rd:合并同一资源19第第1 1章章 基础知识基础知识 开始构建查询使用数据集“F”现在能够回答查询问题，如:“give me the title of the original”well,donnes-moi le titre de loriginal 数据集“F”原来没有这个信息，通过与数据集“A”合并。现在可以给出答案。20第第1 1章章 基础知识基础知识 更多的例子比如，从常识知道，a:author 和 f:auteur

8、是同一个概念。但是，系统缺乏此项知识，故目前无法自动合并它们。为此，可加入更多的知识：（1）a:author same as f:auteur（2）它们都代表“Person”（3）在某个领域，已经这样定义了一个“Person”术语：“Person”由它的名字和 homepage唯一确定；“Person”代表一个种类，表示一类特定类型的资源。21第第1 1章章 基础知识基础知识 3rd 使用更多的知识之后.22第第1 1章章 基础知识基础知识 可以支持更丰富的查询操作！数据集“F”现在可以查询:“donnes-moi la page daccueil de lauteur de lorigina

9、le”well“give me the home page of the originals auteur”数据集“F”or“A”都不包含这类信息现在，可以查到这个信息，因为：合并了数据集“A”和数据集“F”增加了几个简单的断言，起到了“胶水”的作用.23第第1 1章章 基础知识基础知识 2.2 OWL2.2 OWL本体语言本体语言24第第1 1章章 基础知识基础知识 RDF基本元素基本元素例示 例如：:John:MovieXYZ,:PurchaseOrder432类Class represents a group/category/categorization of instances例如：

10、:John rdf:type:Student属性将数据连接到一起例如，:John:brother:Mary,:John:hasAge“33”xsd:integer.25第第1 1章章 基础知识基础知识 RDF 框架框架(RDFS)核心语言的构造rdfs:subClassOf:A rdfs:subClassOf:B instance of A is also instance of B rdfs:subPropertyOf(property transfer):p1 rdfs:subPropertyOf:p2,:a:p1:b :a:p2:b:firstAuthor rdfs:subPropert

11、yOf :Authorskos:prefLabel rdfs:subPropertyOf rdfs:labelrdfs:domain 和rdfs:range(指定如何使用属性):p1 rdfs:domain:D,:a:p1:b :a rdf:type:D:p2 rdfs:range:R,:a:p2:b :b rdf:type:R例如 :performSurgeryOn rdfs:domain :Surgeon :performSurgeryOn rdfs:range :Patient rdfs:label,seeAlso,isDefinedBy,:Jack rdfs:seeAlso http:

12、/Jack_Blog26使用推理导出隐含关系 第第1 1章章 基础知识基础知识 Web Ontology Language(OWL)与 RDFS相比有更强的表达力与Property有关的结构owl:inverseOfE.g.:write owl:inverseOf:authoredByowl:SymmetricProperty:relatedTo rdf:type owl:SymmetricPropertyfoaf:knows is not defined as a symmetric property!owl:TransitiveProperty:partOf rdf:type owl:Tr

13、ansitiveProperty.skos:broader rdf:type owl:TransitivePropertyowl:equivalentPropertyowl:FunctionalProperty:hasBirthMother rdf:type owl:FunctionalPropertyowl:InverseFunctionalPropertyfoaf:mbox rdf:type owl:InverseFunctionalPropertyInstances(owl:sameAs,owl:differentFrom)27使用推理导出隐含关系 第第1 1章章 基础知识基础知识 OW

14、L 与Class有关的结构owl:equivalentClassowl:disjointWith:Boys owl:disjointWith :Girlsowl:complementOf:Boys owl:complementOf :Non_Boysowl:unionOf,owl:intersectionOf,owl:oneOfowl:Restriction is used to define a class whose members have certain restrictions w.r.t a property owl:someValuesFromowl:allValuesFromo

15、wl:hasValue28第第1 1章章 基础知识基础知识 29与Class相关的结构owl:disjointWith:Boys owl:disjointWith :Girlsowl:complementOf:Boys owl:complementOf :Non_Boysowl:unionOf,owl:intersectionOf,owl:oneOfowl:Restriction is used to define a class whose members have certain restrictions w.r.t a property owl:someValuesFromowl:all

16、ValuesFromowl:hasValueOWL29owl:someValuesFrom:ApprovedPurchaseOrder owl:equivalentClass a owl:Restriction;owl:onProperty :approvedBy;owl:someValuesFrom :Manager :PO1 :approvedBy:managerXyz :managerXyz rdf:type :Manager :PO1 rdf:type :ApprovedPurchaseOrder第第1 1章章 基础知识基础知识 30OWL与Class相关的结构owl:equivale

17、ntClassowl:disjointWith:Boys owl:disjointWith :Girlsowl:complementOf:Boys owl:complementOf :Non_Boysowl:unionOf,owl:intersectionOf,owl:oneOfowl:Restriction is used to define a class whose members have certain restrictions w.r.t a property owl:someValuesFromowl:allValuesFromowl:hasValue30owl:allValue

18、sFrom:Vegetarian rdfs:subClassOf a owl:Restriction;owl:onProperty :eats;owl:allValuesFrom :VegetarianFood :Jen rdf:type:Vegetarian.:Jen :eats :Marzipan.:Marzipan rdf:type :VegetarianFood.We SHOULD not use :eats rdfs:range :VegetarianFood 第第1 1章章 基础知识基础知识 31OWL与Class相关的结构owl:equivalentClassowl:disjoi

19、ntWith:Boys owl:disjointWith :Girlsowl:complementOf:Boys owl:complementOf :Non_Boysowl:unionOf,owl:intersectionOf,owl:oneOfowl:Restriction is used to define a class whose members have certain restrictions w.r.t a property owl:someValuesFromowl:allValuesFromowl:hasValue31owl:hasValue:HighPriorityItem

20、 owl:equivalentClass a owl:Restriction;owl:onProperty :hasPriority;owl:hasValue :High :Item1 rdf:type:HighPriorityItem.:Item1 :hasPriority :High第第1 1章章 基础知识基础知识 OWL与Class相关的结构Cardinality restrictions constrain the number of distinct individuals that can associate with a class instance via a particul

21、ar propertyowl:minCardinalityowl:maxCardinality owl:cardinality例如.篮球赛至少需要两个球员可以表示为。a owl:Restriction;owl:onProperty :hasPlayer;owl:minCardinality 2 其他DatatypeProperty,AnnotationProperty,OntologyProperty,32第第1 1章章 基础知识基础知识 报告内容Part 1-语义Web简介和商业用户案例Part 2:RDF和SPARQLPart 3:Ontology 语言(RDFS,OWL)简介Part 4

22、:Oracle 数据库11g 版本2 语义技术:存储,查询，公司 RDFPart 5:推理,Oracle 数据库 Adaptor,实用程序,和性能Part 6:Tips and Best Practices Part 7:在语义应用中使用 RDFS/OWL Part 8:性能和可伸缩性评价33第第1 1章章 基础知识基础知识 2.3 SPARL34第第1 1章章 基础知识基础知识 查询语言查询语言:SQL(SQL Query Language)Oracle 2006SELECT SALARY,HIRE_DATE FROM EMPS WHERE EMP_ID=13954EMP_IDNAMEHIR

23、E_DATESALARY13954Joe2000-04-144800010335Mary1998-11-235200004182Bob2005-02-1021750第第1 1章章 基础知识基础知识 查询语言查询语言:XQuery(XML Query)Oracle 2006for$e in document(my_employees.xml)where$emp/emp/emp-id=13954 return$emp/emp/salary第第1 1章章 基础知识基础知识 Chapter 3A Semantic Web Primer37RDF 查询语言有什么不同？查询语言有什么不同？采用采用XML

24、表示表示XML抽象级别比RDF 更低XML有多种文法表示 RDF 语句因而需要不同的Xquery查询，例如：/uni:lecturer/uni:title if uni:title element/uni:lecturer/uni:title if uni:title attributeBoth XML representations equivalent!第第1 1章章 基础知识基础知识 两种两种RDF(S)SQL-like 语言语言RDQLImplementations:Jena,Sesame,RDFStore,.RQLImplementations:RQL,SPARQL,.第第1 1章章

25、 基础知识基础知识 39RDQL简介简介RDF Data Query LanguageJDBC/ODBC friendly简单SELECTsome informationFROMsomewhereWHEREthis matchANDthese constraintsUSINGthese vocabularies第第1 1章章 基础知识基础知识 40实例实例第第1 1章章 基础知识基础知识 41实实 例例q1 包含查询:SELECT?xWHERE(?x,John Smith)执行 q1(m1.rdf):java jena.rdfquery-data m1.rdf-query q1结果x =第第1

26、 1章章 基础知识基础知识 42实例实例返回具有属性 FN 和相关值的所有资源:SELECT?x,?fnameWHERE(?x,?fname)结果:x|fname =|John Smith|Sarah Jones|Matt Jones第第1 1章章 基础知识基础知识 43例子例子返回 Jones的名字:SELECT?givenNameWHERE(?y,Jones),(?y,?givenName)结果:givenName=Matthew Sarah第第1 1章章 基础知识基础知识 44使用使用URI 前缀前缀RDQL 允许 USING 子句定义前缀:SELECT?x WHERE(?x,vCard

27、:FN,John Smith)USING vCard FOR SELECT?givenNameWHERE(?y,vCard:Family,Smith),(?y,vCard:Given,?givenName)USING vCard FOR 第第1 1章章 基础知识基础知识 45限制限制不考虑 RDF(S)语义例如:ex:human rdfs:subClassOf ex:animalex:student rdfs:subClassOf ex:humanex:john rdf:type ex:student查询:“To which class does the resource John belon

28、g?”Expected answer:ex:student,ex:human,ex:animalHowever,the query:SELECT?xWHERE(,rdf:type,?x)USING rdf FOR Yields only:解决方案：Inference Engines第第1 1章章 基础知识基础知识 SPARQLSPARQL代表代表SPARQL 协议和RDF 查询语言支持 Staab 2006:extract information in the form of URIs,blank nodes,plain and typed literals.提取 RDF 子图 构造新RDF图

29、基于查询图的信息第第1 1章章 基础知识基础知识 基本图形模式基本图形模式Set of Triple PatternsTriple Pattern similar to an RDF Triple(subject,predicate,object),but any component can be a query variable;literal subjects are allowedMatching a triple pattern to a graph:bindings between variables and RDF TermsMatching of Basic Graph Patt

30、ernsA Pattern Solution of Graph Pattern GP on graph G is any substitution S such that S(GP)is a subgraph of G.xvrdf:typerdf:Propertyrdf:type rdf:type rdf:PropertySELECT?x?v WHERE?x?x?v?book dc:title?title第第1 1章章 基础知识基础知识 基本图形模式基本图形模式-多重匹配多重匹配PREFIX foaf:SELECT?name?mbox WHERE?x foaf:name?name.?x foa

31、f:mbox?mbox prefix foaf:._:a foaf:name Johnny Lee Outlaw._:a foaf:mbox ._:b foaf:name Peter Goodguy._:b foaf:mbox .namemboxJohnny Lee OutlawPeter GoodguyGroup Graph Pattern (set of graph patterns)also!数据QueryQuery Result第第1 1章章 基础知识基础知识 基本图形模式基本图形模式-空结点空结点PREFIX foaf:SELECT?x?name WHERE?x foaf:name?

32、name prefix foaf:._:a foaf:name Alice._:b foaf:name Bob.xname_:c“Alice“_:d“Bob”数据QueryQuery Result第第1 1章章 基础知识基础知识 图形模式图形模式Basic Graph Pattern set of Triple PatternsGroup Pattern -a set of graph patterns must all matchValue Constraints -restrict RDF terms in a solutionOptional Graph Patterns.-additi

33、onal patterns may extend the solutionAlternative Graph Pattern two or more possible patterns are triedPatterns on Named Graphs -patterns are matched against named graphs第第1 1章章 基础知识基础知识 组模式组模式PREFIX foaf:SELECT?name?mbox WHERE?x foaf:name?name.?x foaf:mbox?mbox PREFIX foaf:SELECT?name?mbox WHERE?x f

34、oaf:name?name;foaf:mbox?mbox 第第1 1章章 基础知识基础知识 值限制值限制PREFIX dc:PREFIX ns:SELECT?title?price WHERE?x ns:price?price.FILTER?price 30.?x dc:title?title.prefix dc:.prefix:.prefix ns:.:book1 dc:title SPARQL Tutorial.:book1 ns:price 42.:book2 dc:title The Semantic Web.:book2 ns:price 23.titlepriceThe Seman

35、tic Web 23DataQueryQuery Result第第1 1章章 基础知识基础知识 53能够使用正规表达式能够使用正规表达式PREFIX dc:PREFIX ldap:PREFIX foaf:SELECT?name?name2?doc dc:title?title.FILTER regex(?title,“SPARQL”).?doc dc:creator?reseacher.?researcher ldap:email?email.?researcher ldap:name?name“Find the name and email addresses of authors of a

36、 paper about SPARQL”第第1 1章章 基础知识基础知识 可选图形模式可选图形模式PREFIX dc:PREFIX ns:SELECT?title?price WHERE?x dc:title?title.OPTIONAL?x ns:price?price.FILTER?price 30 prefix dc:.prefix:.prefix ns:.:book1 dc:title SPARQL Tutorial.:book1 ns:price 42.:book2 dc:title The Semantic Web.:book2 ns:price 23.titleprice“SPA

37、RQL Tutorial“The Semantic Web 23DataQueryQuery Result第第1 1章章 基础知识基础知识 多重选择块多重选择块PREFIX foaf:SELECT?name?mbox?hpage WHERE?x foaf:name?name.OPTIONAL?x foaf:mbox?mbox.OPTIONAL?x foaf:homepage?hpage prefix foaf:.prefix rdf:.prefix rdfs:._:a foaf:name Alice._:a foaf:homepage ._:b foaf:name Bob._:b foaf:m

38、box .DataQueryQuery ResultnameMboxhpage“Alice“Bob“第第1 1章章 基础知识基础知识 可选图模式可选图模式PREFIX dc10:PREFIX dc11:SELECT?x?y WHERE?book dc10:title?x UNION?book dc11:title?y prefix dc10:.prefix dc11:._:a dc10:title SPARQL Query Language Tutorial._:b dc11:title SPARQL Protocol Tutorial._:c dc10:title SPARQL._:c dc

39、11:title SPARQL(updated).DataQueryQuery ResultxySPARQL(updated)SPARQL Protocol Tutorial SPARQL SPARQL Query Language Tutorial 第第1 1章章 基础知识基础知识 RDF 数据集数据集RDF data stores may hold multiple RDF graphs:record information about each graphqueries that involve information from more than one graph RDF Datas

40、et in SPARQL terminologythe background graph,which does not have a name,and zero or more named graphs,identified by URI reference the relationship between named and background graphs:(i)to have information in the background graph that includes provenance information about the named graphs(the applic

41、ation is not directly trusting the information in the named graphs)(ii)to include the information in the named graphs in the background graph as well.第第1 1章章 基础知识基础知识 RDF数据集数据集-命名图和背景图的关系命名图和背景图的关系#Background graph prefix dc:.dc:publisher Bob.dc:publisher Alice.#Graph:http:/example.org/bob prefix fo

42、af:._:a foaf:name Bob._:a foaf:mbox .#Graph:http:/example.org/alice prefix foaf:._:a foaf:name Alice._:a foaf:mbox .第第1 1章章 基础知识基础知识 RDF数据集数据集-命名图和背景图的关系命名图和背景图的关系#Background graph prefix foaf:._:x foaf:name Bob._:x foaf:mbox ._:y foaf:name Alice._:y foaf:mbox .#Graph:http:/example.org/bob prefix fo

43、af:._:a foaf:name Bob._:a foaf:mbox .#Graph:http:/example.org/alice prefix foaf:._:a foaf:name Alice._:a foaf:mbox .第第1 1章章 基础知识基础知识 查询数据集查询数据集#Graph:http:/example.org/foaf/aliceFoaf prefix foaf:.prefix rdf:.prefix rdfs:._:a foaf:name Alice._:a foaf:mbox ._:a foaf:knows _:b._:b rdfs:seeAlso .rdf:typ

44、e foaf:PersonalProfileDocument._:b foaf:name Bob._:b foaf:mbox ._:b foaf:age 32.#Graph:http:/example.org/foaf/bobFoaf prefix foaf:.prefix rdf:.prefix rdfs:._:1 foaf:mbox ._:1 rdfs:seeAlso ._:1 foaf:age 35.rdf:type foaf:PersonalProfileDocument.第第1 1章章 基础知识基础知识 查询数据集查询数据集-访问图形标记访问图形标记PREFIX foaf:SELEC

45、T?src?bobAge WHERE GRAPH?src?x foaf:mbox .?x foaf:age?bobAge srcbobAge 32 35 第第1 1章章 基础知识基础知识 查询数据集查询数据集-由图形标记限制由图形标记限制PREFIX foaf:PREFIX data:SELECT?age WHERE GRAPH data:bobFoaf?x foaf:mbox .?x foaf:age?age age35第第1 1章章 基础知识基础知识 查询数据集查询数据集-查询模式限制查询模式限制PREFIX data:PREFIX foaf:PREFIX rdf:PREFIX rdfs:

46、SELECT?mbox?age?ppd WHERE GRAPH data:aliceFoaf?alice foaf:mbox ;foaf:knows?whom.?whom foaf:mbox?mbox;rdfs:seeAlso?ppd.?ppd a foaf:PersonalProfileDocument.GRAPH?ppd?w foaf:mbox?mbox;foaf:age?age mboxageppd 35 第第1 1章章 基础知识基础知识 构造和输出图构造和输出图Data:prefix foaf:._:a foaf:givenname Alice._:a foaf:family_name

47、 Hacker._:b foaf:firstname Bob._:b foaf:surname Hacker.Query:PREFIX foaf:PREFIX vcard:CONSTRUCT?x vcard:N _:v._:v vcard:givenName?gname._:v vcard:familyName?fname WHERE?x foaf:firstname?gname UNION?x foaf:givenname?gname .?x foaf:surname?fname UNION?x foaf:family_name?fname .Result:prefix vcard:._:v

48、1 vcard:N _:x._:x vcard:givenName Alice._:x vcard:familyName Hacker._:v2 vcard:N _:z._:z vcard:givenName Bob._:z vcard:familyName Hacker.第第1 1章章 基础知识基础知识 布尔查询布尔查询prefix foaf:.prefix rdf:.prefix rdfs:._:a foaf:name Alice._:a foaf:homepage ._:b foaf:name Bob._:b foaf:mbox .PREFIX foaf:ASK?x foaf:name

49、Alice TRUE.第第1 1章章 基础知识基础知识 SPARQL(RDF查询语言）查询语言）查询 RDF 数据Find pairs of siblings(same parents)SELECT?x?yFROM WHERE?x hasFather?f.?x hasMother?m.?y hasFather?f.?y hasMother?m.FILTER(?x!=?y)JohnJaniceSammySuzieMattMarthaCathyJackCindyTom1234Result(bindings)?x?y Suzie MattMatt SuzieCathy JackJack CathyT

50、om CindyCindy Tom1234hasFatherhasMother66第第1 1章章 基础知识基础知识 2.4 GEOSPARL67第第1 1章章 基础知识基础知识 GeoSPARQL目的目的为实现者和用户提供一个共同的目标Oracle,BBN Parliament,Virtuoso,OWLIM,Franz,利用SPARQL的可扩展性框架对于一般用户足够简单，同时对GIS专业人士有足够的能力调解基于定性空间推理的系统和基于定量的几何形状的系统ISO 19107 Spatial SchemaISO 13249 SQL/MMSimple FeaturesWell Known Text(