知识图谱‌ 知识图谱初步学习(一)——本体+Protege新手学习

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前言(本体详解)

在开始学习知识图谱的过程中,首先就是要了解什么是本体()。

1.本体概念

本体的概念最初源自于哲学领域,在哲学中的定义为“对世界上客观事物的系统描述,即存在论”。哲学中的本体关心的是客观现实的抽象本质。而在计算机领域,本体是可以在语义的层次上来对知识进行描述,可以看做是某一个领域知识的通用模型。

人工智能界,最早给出本体定义的是等人,他们将本体定义为“给出构成相关领域词汇的基本术语和关系,以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义”。

本体是从客观世界中抽象出来的一个概念模型,这个模型包含了某个学科领域内的基本术语和术语之间的关系(或者称为概念以及概念之间的关系)。

简而言之,本体是共享概念模型的形式化、规范、明确的说明。这个定义包含了四个方面:共享(share)、概念化()、形式化()、明确(),下面对这4个分别介绍:

2.本体分类

本体最常见的分类是根据本体的应用主题来进行分类,通常分为以下5类:领域本体、通用/常识本体、语言学本体、任务本体和知识本体。依据本体的层次和领域依赖度,等人将其分为4类:顶层本体、领域本体、任务本体和应用本体。

3.本体组成

一个本体大部分由类(概念)(class)、关系()、函数()、公理()和实例()五种元素组成。

4.本体构建方法

W3C推荐的本体描述语言主要有RDF(资源描述框架 )、RDFS(RDF词汇描述语言RDF Schem)和OWL(Web本体语言Web )三种语言。

5.本体构建的原则

自问题域和具体工程的考虑,构造本体的过程也是各不相同的。由于没有一个标准的本体构造方法,不少研究人员出于指导开发本体的目的,从实践出发,提出了不少有益于构造本体的标准。下面列举一些在实践中被证明比较有用的本体构建准则。

清晰性和客观性( and ):本体应该通过客观定义和自然语言文档对所定义的术语给出明确的、客观的语义定义。完全性():本体所给出的术语定义是完整的,完全能表达所描述术语的含义。一致性():由术语得出的推论与术语本身的含义是相容的,即支持与其定义相一致的推理,不会产生矛盾;所定义的公理以及用自然语言进行说明的文档也应该具有一致性。最大单调可扩展性(

):向本体中添加通用或专用的术语时,不需要修改其已有的概念定义和内容,支持在已有的概念基础上定义新术语。最小本体承诺( ):本体约定应该最小,对待建模对象应给出尽可能少的约束。而所谓的承诺,在本体中指的是对怎样以一致的、相容的方式使用共享词汇所达成的共识。一般地,本体约定只要能够满足特定的知识共享需求即可,这可以通过定义约束最弱的公理以及只定义交流所需的词汇来保证。本体描述原则( ):本体中的类应该是互不相交的。概念层次多样化( of )增强多继承机制的能力。模块化设计()以最小化模块化之间的耦合度。语义距离最小化( of the ):兄弟概念之间的语义距离最小化,尽可能把含义相似的概念抽象出来,用相同的元语来表示。命名标准化( of names):尽可能使用标准的名字。

这十条构建准则给出了构造本体的基本思路和框架,然而,明显的不足之处就是它们所反映的内容非常模糊且难于把握。 6.本体应用

目前,国内外关于本体论的研究广泛应用于知识管理、信息抽取、自然语言的处

理、信息系统的集成以及语义 Web 等。研究多集中于以下方面:

① 信息检索。当前主流的信息检索多是基于关键词的搜索,带来的直接问题就 是会产生很多的无用信息,严重影响了检索的效率。本体因其具有良好的概念层次关系和逻辑推理功能,可以在语义层面上消除信息的冗余,提高搜索效率。

② 信息抽取。传统的信息抽取技术尽管能提取出信息实体,但不能判别信息实 体间的分类与非分类关系。 应用了本体的信息抽取技术能有效地提升实体间分类与层 次关系,提高信息抽取的可用性。

③ 信息系统间的互操作。目前存在于分布式网络环境下的信息系统,所面临的 主要问题就是各系统间的不兼容性,其核心问题就是异构问题。本体作为概念间的规 范说明,能够从语法、模式及语义层面上解决特定领域的异构问题,从而为信息系统 的大规模融合提供可能的解决方案。

④ 语义 Web 服务。传统的语义 Web 对语义的操作能力有限,对服务的执行效 果产生根本的影响。本体理论作为语义网体系的核心层,提供共同的概念体系标准, 提升计算机的可理解性,提高语义 Web 的服务性能。

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一、简介 来源:Protégé软件是斯坦福大学医学院生物信息研究中心基于Java语言开发的本体编辑和知识获取软件,或者说是本体开发工具,也是基于知识的编辑器,属于开放源代码软件。用途:这个软件主要用于语义网中本体的构建,是语义网中本体构建的核心开发工具,现在的最新版本为5.5.0版本。

提供了本体概念类,关系,属性和实例的构建,并且屏蔽了具体的本体描述语言,用户只需在概念层次上进行领域本体模型的构建。 二、软件使用步骤 1.安装 首先进入官方下载地址,根据电脑的系统下载相应的版本,一般都是下载最新版本的。如下图:

下载之后解压缩得到以下文件夹,再找到后缀名为.exe的可执行文件双击打开,按照提示直接下一步即可安装完毕啦。

安装完成打开软件,有些tabs默认没有显示,在里面可以找到,如图:

2.使用

各tab的含义及作用如下:

改正: (对象属性),link an to an (实体和实体之间的关系)

(数据属性) , link an to the data(实例的数据)

对象属性和数据属性的定义可以这么理解:假如有-对夫妻小红和小绿,那么我们可以先定义两个类一男人、女人;小红是类”女人”的一个实例,小绿是类”男人”的一个实例。之后我们可以定义小红和小绿之间的夫妻关系,这个关系就是对象属性”夫妻”。同时我们又知道小红今年30岁,那么我们可以定义小红的一个数据属性”年龄”,属性值是”30″。

3.案例

以下图为例子,用创建文献本体。

(1)创建模型层数据

本体分为模型层和数据层,模型层主要定义类和类之间的关系。Thing是所有类型的根节点,也就是基类,所有的类型都是从Thing派生出来的。

在父类下面创建子类需要先选中父类,再按住快捷键ctrl+E创建新的子类,先创建内容、载体、语言、形式这是个大类,接着再创建各自的小类。如下图:

批量加入子类步骤如下:

(2)可以为实体之间添加关系

例如汉语与英语是互斥的关系,可以在class下面添加 with(与…不相交)选择英语。

(3)创建实体关系

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创建实体之间的关系,在 这个tab页面。编辑方法和添加类型的tab页面类似,最顶层的实体关系为owl:,选择后,点击工具栏的按钮或者右键选择add sub-,添加使用这个关系。对于“使用”这个关系,选择内容,选择语言,代表三元组中主语是内容,谓语是使用,宾语是语言,组成的三元组就是内容使用语言。

(4)创建实体属性

创建实体的属性,在Data 这个tab页面。添加属性后,在Built in 中选择xsd:,表示属性值类型是个字符串。

(5)创建实例

创建本体的实例,在 by class这个tab页面。这里我的案例没有用到这个,下次换一个案例试试。

(6)本体展示

最后可以点击来展示我们的本体啦,点击上方按钮会用不同方式来显示关系图。

动图如下,太有趣了吧~

三、问题解决方案汇总

暂时刚入门,后续遇到问题再进行汇总。

(2)点击确认

(3)选择存储路径,点击保存

(4)下次打开这里会有记录哒。

部分内容参考博客:1.

2.

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