Padrões da W3C para representaçãode conhecimento distribuída na web

Luciano Barbosa e Jacques RobinCIn-UFPE

Roteiro

1. Infra-estrutura da W3C para web semântica

2. XML3. XML Namespaces4. Estruturas de

documentos e esquema de dados XML

5. RDF6. Linguagens de

consultas paraXML e RDF

7. Máquinas de inferência para XML e RDF

DTDs

XML

RDF[S]

Namespaces

Stylesheets

CSS

XSLT

XQLQueries

XML-QL

Transformations

Acquisition

Protégé

Agents

Frames

Rules

XOL

SHOE

HornML

RFML

Ontobroker

FRODO

Infra-estrutura em camadas da W3C para web semântica

XML: padrão versátil de codificação de informação

eXtensible Markup LanguageInicialmente

Linguagem de codificação de documentosdocumentos web Simples alternativa para o HTML:

permitindo usuário definir suas próprias tags separando tags marcando conteúdo de tags especificando

apresentação Versão aumentada para web de um sub-conjunto de

SGMLAtualmente

Padrão universal para representação, integração e transmissão de documentos, dados, informação, documentos, dados, informação, conhecimento e softwareconhecimento e software !

Versatilidade total, invadiu a computação inteira

XML é texto: constituintes de um documento XML

Sintaxe básica Prólogo: cabeçalho do documento

Declaração XML Exemplo: <?xml version=“1.0”?>

Comentários Exemplo: <!--Comentário-->

Informações sobre esquemas (DTDs ou XMLS, opcional) Informações sobre apresentação (opcional)

Exemplo: <?Xml-stylesheet type=“text/CSS” href=“modelo.css” ?> Conteúdo: árvore de elementos

Elemento raiz: único Demais Elementos: representam os nós da árvore Exemplo: <exemplo> e </exemplo>

Atributos Interno ao tags, conjunto não ordenado

XML é texto e é árvore: exemplo de documento

<Cliente> <Nome> Luciano </Nome><Endereço> <Rua> Agamenon </Rua> <Bairro> Centro </Bairro> <Cep> 12345-000 </Cep> <Estado> PE </Estado></Endereço><Mail> lab@cin.ufpe.br </Mail></Cliente>

lab@cin.ufpe.br

Nome Endereço Mail

Cliente

Bairro Cep EstadoRua

Luciano

Agamenon PE12345-000Centro

XML: elementos ou atributos?

<Cliente Nome = Luciano, Mail = lab@cin.ufpe.br> <Endereço Rua = Agamenon, Bairro = Centro, Cep = 12345-000, Estado = PE> </Endereco></Cliente>

Endereço

Rua AgamenonBairro CentroCep 12345-000Estado PE

Cliente

Nome LucianoMail lab@cin.ufpe.br

As dualidades de XML

1. codificação para usuários humanos ou para software de processamento?

2. codificação de documentos ou de dados?3. codificação de dados ou de meta-dados?4. codificação para interoperabilidade ou para

desenvolvimento de aplicações?5. codificação para comunicação ou para

armazenamento?

Padrões e tecnologias baseadas em XML

XML namespace: distrbuição na webDTD e XML schema: especificação de esquema de

dados e validação de documentos segundo especificação

XHTML: HTML em sintaxe XMLCSS: provê informações de apresentação dos dadosXSLT: gramáticas de transformação para XMLXSL-FO: bibliotecas de objetos para layout gráficosXPath: caminhos em documentos XML como árvoresXpointer: referências a fragmentos de documentosXlink: laço web entre documentos e fragmentos XMLSax e DOM: definem interfaces para ler e manipular

documentos XML

Onipresença atual de XML

XML e sistemas distribuídos WWW – Web Server Intranets – gerenciamento de conhecimento Middleware – protocolo de comunicação

XML e inteligência artificial Ontologias Comunicação entres agentes

XML e bancos de dados: Integração de dados Data warehousing Sistemas de informação heterogêneos

XML: should I believe the hype?

Pontos fortes de XML Formato estruturado Tecnologia disponível e

barata Flexibilidade Padrão aberto Human-readable e

machine-readable Dados separado de

apresentação Grande base de usuários e

software reutilizáveis

Pontos fracos de XML Ocupa muito espaço Especificações não estão

completas Não otimizado para nada

(já que pretende resolver tudo )

XML namespaces (XMLNS):definição e motivação

Motivação Identificar unicamente os elementos (recursos) Reuso dos elementos Semelhantes a pacotes de linguagens de programação

Definição Coleção de nomes, identificado por uma referência URI Seu escopo vai além do conteúdo de um documento Declaração: xmlns=“URI”

XMLNS: URI e URL

URI (Unified Resource Identifier) Características

Identifica recursos por um nome garantidamente único Garantia de unicidade através de um órgão, que pode ou

não estar na web, ou através de URL Problemas

Múltiplos URIs podem significar a mesma coisaURL (Unified Resource Location)

Subconjunto de URI Além de identificar, localiza o recurso

XMLNS: abreviação e default

Abreviação: alias para uma URI<h:table xmlns:h="http://www.w3.org/TR/html4/">

<h:tr> <h:td>Apples</h:td> <h:td>Bananas</h:td>

</h:tr></h:table>

Default Namespaces: não é necessário prefixar os elementos filhos<table xmlns="http://www.w3.org/TR/html4/">

<tr><td>Apples</td><td>Bananas</td>

</tr></table>

Exemplo de documento XML usando XMLNS

<?xml version=“1.0”?><book:library

xmlns:book=“http://www.library.com/spec”><book:book>

< book: title> Machine Learning

</ book: title></ book: book>

</ book:library>

Tipos de documentos e esquema de dados XML

DTD Herança de SGML quando XML era só para documentos Expressividade adequada apenas para documentos,

insuficiente para dados e meta-dados Sintaxe diferente de XML

XML Schema (XMLS) Novo padrão, na visão moderna de XML para codificar

qualquer coisa Superar limitações de DTD No entanto atualmente DTD permanecem o formalismo

mais utilizado

DTD: constituintes e características

Especifica a estrutura e a sintaxe do documento XML

Sintaxe:<!DOCTYPE elemento-raiz [declaração-dos-elementos]><!ELEMENT nome-do-elemento tipo-do-elemento><!ATTLIST nome-do-elemento nome-atrib tipo-atrib valor-

default>

DTD: exemplo

Exemplo de DTD<!DOCTYPE Book [

<!ELEMENT Book (Book*)><!ELEMENT Book (Title, Author)><!ELEMENT Title (#PCDATA)><!ELEMENT Author (#PCDATA)>

]>

Exemplo de documento válido

<book> <Title> Machine Learning </Title> <Author> Tom M. Mitchell </Author></book>

DTD: limitações

Não usa sintaxe XMLQualquer caracter é permitidoNenhum suporte para NamespacesLimitado suporte para reusabilidade e

modularidadeNenhum suporte para evolução do esquema,

extensão ou herança de declaraçõesValor default para atributos e não para elementosLimitada capacidade para especificar tipos

Intervalos Suporta 10 tipos de dados

XML Schema (XMLS): constituintes e características

Características Sintaxe em XML Usa e suporta Namespaces Sistema de tipo parecido com OO

Herança, tipos abstratos Modularidade: inclusão e redefinição de esquema Documentação estruturada Restrição de cardinalidade para elementos Valores nulos Atributo e elemento defaults Não especifica um elemento raiz Grande e complicado

XML Schema (XMLS): constituintes e características

Constituintes Declaração de elemento: associa um elemento a um tipo

Exemplo: <element name=“Title” type=“xsd:string”/> Definição de tipos complexos

Exemplo: <complexType name=“book”> Definição de tipos simples

Exemplo: <simpleType name=“book”>

XMLS: exemplo Exemplo de XMLS<?xml version=“1.0”?><xsd:schema xmlns:xsd=“http://www.w3.org/2001/ XMLSChema” xmlns=“http://www.books.org” targetNamespace=“http://www.books.org”><xsd:elment name=“book”> <xsd:complexType> <xsd:sequence> <xsd:element ref= “Title”

minOccurs=“1” maxOccurs=“1”/> <xsd:element ref= “Author”

minOccurs=“1” maxOccurs=“1”/> </xsd:sequence> </xsd:complexType></xsd:element><xsd:element name=“Title” type=“xsd:string”/><xsd:element name=“Author”

type=“xsd:string”/></xsd:schema>

Exemplo de documento válido

<?xml version=“1.0”?><book xmlns=“http://www.books.org” xmlns:xsi=“http://www.w3.org/2001/XMLSChema-instance”xsi:schemaLocation=“http://www.books.org book.xsd”><book> <Title> Machine Learning </Title> <Author> Tom M. Mitchell </Author></book>

Processamento de XML

Verificação: bem formado independentemente do conjunto de tags utilizado, de DTD ou de XMLS

Validação: verifica conformidade ao conjunto de tags e suas retrições de ordenamento e aninhamento especificado em uma DTD ou XMLS

Parsing: gerar árvore a partir do texto Transformação: XSLT regras de reescrituras baseadas no

casamento de padrão com documento de entrada e copiando e reestruturando material que casou em um documento de saída

Consultas: enxergando documentos XML como BD, recuperar documentos, elementos, atributos etc. Ex.: XQuery, XSLT,

Armazenamento persistente: SGBD nativo XML usando árvores no lugar de tabela como modelo físico e XMLS como modelo lógico, API de transformação de XML de e para modelos de dados relacionais e O-R

Raciocínio automático: LoPiX, máquina de inferência aceitando XML com variáveis lógica na conclusão e premissas das suas regras

Ontologia acadêmica abaixo da ontologia geral do AIMA em XMLS

Exemplo de ontologia em XMLS

<complexType name=“Person”> <sequence>

<element name=“name” type=“string”/><element name=“address” type=“string”/><element name=“email” type=“string”/><element name=“publication” type=“Publication” minOccurs=“0” maxOccurs=“unbounded”/>

</sequence></complexType><complexType name=“Employee”> <complexContent> <extension base=“Person”> <element name=“affiliation” type=“Organization”/> </complexContent></complexType>

Exemplo de ontologia em XMLS

<complexType name=“Student”> <complexContent> <extension base=“Person”> <element name=“studiesAt” type=“University”/> </complexContent></complexType><complexType name=“PhDStudent”> <complexContent> <extension base=“Student”> <extension base=“Researcher”> <element name=“supervisor” type=“AcademicStaff”/> </complexContent></complexType>

RDF: definição e motivação

Limitações de XML Schema para representação de: Estabelece ordem de elementos (não natural para

metadados) Problema de escalabilidade: manter a ordem de dados Estrutura de árvore força ordem nos elementos, o que

limita versatilidade de uso para um determinado conhecimento ou meta-dado

Resource Definition Framework Modelo para descrever recursos Usa XML como sintaxe Baseado em um modelo de grafo no lugar de árvore Melhora a descoberta, o acesso e o gerenciamento das

informações da Web

RDF é texto: constituintes de uma descrição RDF

Formas de representação Tripla:

Sujeito: recurso Objeto: outro recurso Predicado: relação que associa vários recursos

Como grafo: Sujeitos são nós Objetos também são nós ou literais (átomos) Predicados são os arcos que ligam os nós

Recursos são unicamente identificados por URI

RDF é texto: exemplo

[Sujeito = <http://www.cin.ufpe.br/~lab>, Predicado

=<http://gosta.exemplo.org/termo/gosta>, Objeto = http://www.cmu.edu/Mitchell/Machine_

Learning ]

http://www.cin.ufpe.br/~lab

http://www.cmu.edu/Mitchell/Machine_Learning

http://gosta.exemplo.org/termo/gosta

RDF é grafo: ¼ de século depoisa volta das redes semânticas

Redes semânticas Forma de representar linguagem natural Formato para organizar expressões numa forma fácil de

ser computadaRDF é uma rede semântica para a Web

Redes Semânticas

spine has

vertebrate

mammal bird

canary ostrich

heart

hair

fly

wings

walkdoesn’t fly

yellow

isa

isa

isa

can

freddie hugo

isa

RDF em XML

Texto tripla:[Sujeito=<http://uri-of-

document>, Predicado=<dc:Creator>, Objeto=<Creator_001>][Sujeito=<Creator_001>, Predicado=<card:name>, Objeto=<Jonh Smith>][Sujeito=<Creator_001>, Predicado=<card:email>,

Objeto=<smith@home.com>]

XML<rdf:rdf> <rdf:Description rdf:href=“http://uri-of-

document”> <dc:Creator

rdf:href=“#Creator_001”/> </rdf:Description> <rdf:Description rdf:ID=“Creator_001”> <card:name> Jonh Smith </card:name> <card:email> smith@home.com </card:email> </rdf:Description></rdf:rdf>

“smith@home.com”

http://uri-of-document Creator_001

dc:Creator

card:name card:email

“John Smith”

RDF em XML: Grafo

RDF em XML: Árvore

card:name

rdf:Description

rdf:ID Creator_001

card:email

rdf:Description

rdf:href http://uri-of-Document

dc:Creator

rdf:href #Creator_001

“John Smith” “smith@home.com”

rdf:rdf

RDF e XMLNS

<?xml version=“1.0” ?><rdf:RDF xmlns:rdf=“http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-

ns#” xmlns:dc=“http://purl.org/DC/”>

<rdf:Description about=“http://rama.cpe.fr/index.html”> <dc:Creator rdf:resource=“mailto:am@cpe.fr”/> </rdf:Description></rdf:RDF>

Namespace para as especificações RDF

Namespace para uma especificação customizada

Sujeito

ObjetoPredicado

RDF Schema (RDFS): definição e motivação

Provê um sistema de tipo básicoProvê mapeamento entre recursos e propriedadesPermite a construção de estruturas hierárquicasMesma sintaxe que RDFInteroperabilidade de metadados de diferentes

comunidadesPermite codificar, trocar e reusar estrutura de

metadados

RDFS: constituintes de um esquema de descrições

Classes básicas rdfs:Resource : todas as coisas descritas são recursos

(Objeto) rdfs:Property: propriedades rdfs:Class :similar à noção de classe em OO

Propriedades Básicas rdf:type: indica que um recurso é membro de uma classe rdfs:subClassOf: similar à noção de subclasse em OO rdfs:subPropertyOf: indica que uma propriedade é

especialização de outra

RDFS em XML: exemplo Exemplo de RDFS<? xml version=“1.0” ?>< rdf xmlns:rdf = “http://w3.org/TR/Pr-

rdf-syntax#” xmlns:rdfs=“http://w3.org/TR/WD-rdf-schema#” >

<rdf:Description ID = “Title”> <type resource =

"http://w3.org/TR/PR-rdf-syntax#Property" />

<rdfs:label> Title </RDFS:label></rdf:Description> <rdf:Description ID = "Creator" > < rdf:type resource =

"http://w3.org/TR/PR-rdf-syntax#Property" />

<rdfs:label> Author or Creator </rdfds:label>

</rdf:Description> </rdf>

Exemplo de descrição RDF<?xml version=“1.0” ?><rdf:RDF

xmlns:rdf=“http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#”> xmlns:dc=“http://purl.org/DC/”>

<rdf:Description

about=“http://dstc.com.au/report.htm”>

<dc:Creator

rdf:resource=“mailto:am@cpe.fr”/> <dc:Title = “Report” /> </rdf:Description></rdf:RDF>

Ontologia acadêmica abaixo da ontologia geral do AIMA em RDFS

Exemplo de ontologia em RDFS: versão triplos

[Sujeito=Person, Predicado=subClassOf, Objeto= Resource] [Sujeito=Employee, Predicado=subClassOf, Objeto=Person] [Sujeito=Student, Predicado=subClassOf, Objeto=Person] [Sujeito=PhDStudent, Predicado=subClassOf,

Objeto=Student] [Sujeito= PhDStudent, Predicado=subClassOf,

Objeto=Researcher] [Sujeito=Person, Predicado=type, Objeto=Class] [Sujeito=Employee, Predicado=type, Objeto=Class] [Sujeito=Student, Predicado=type, Objeto=Class] [Sujeito=PhDStudent, Predicado=type, Objeto=Class] [Sujeito=Researcher, Predicado=type, Objeto=Class]

Exemplo de ontologia em RDFS: versão grafo

s = rdfs:subClassOft = rdf:type

Person

Employee

Student

PhDStudentResearcher

ss

ss

rdfs:Resource

srdfs:Class

t

t

t

t

tt

Exemplo de ontologia em RDFS: versão XML

<rdf:RDF xml:lang="en" xmlns:rdf=http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns# xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#">

<rdf:Description ID=“Person"> <rdf:type resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class"/> <rdfs:subClassOf rdf:resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Resource"/> </rdf:Description> <rdf:Description ID=“Employee"> <rdf:type resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class"/> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Person"/> </rdf:Description> <rdf:Description ID=“Student"> <rdf:type resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class"/> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Person"/> </rdf:Description> <rdf:Description ID=“PhDStudent"> <rdf:type resource="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#Class"/> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Student"/> <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Researcher"/> </rdf:Description> </rdf:RDF>

Herança múltipla

Person herda de Employee

Um atributo “ID” define um novo recurso

RDF Schema Namespace

XQuery: linguagem de consulta para BD XML

Baseada na sintaxe XMLDerivada de uma linguagem de consulta XML

chamada QuiltProjetada para ser pequenaConsultas são concisas e de fácil compreensãoPode ser usada em qualquer fonte de dados em

XMLLinguagem fortemente tipadaSistema de tipo baseado em XML Schema

Exemplo de uso de XQuery para consultar ontologia em XML(S)

XML - artists.xml<artists> <artist> <name> Cash </name> <album live=“no”> <name> Live and on the Air

</name> <year> 1997 </year> </artist> <artist> <name> Denver </name> <album live=“yes”> <name> Denver </name> <year> 1979 </year> </artist></artists>

consulta: document(“artists.xml”)/artists/artist/album[year=“1997”]

Resultado da consulta<album live=“no”> <name> Live and on the Air

</name> <year> 1997 </year><album>

RDQL: linguagem de consulta para BD RDF

Implementação de um linguagem de consulta SQL para RDF

Linguagem derivada do SquishQLTrata RDF como dadosProvê uma forma de escrever expressões mais

declarativas, para que um sistema a utilize

Exemplo de uso de RDQL para consultar ontologia em RDF(S)

Exemplo 1: Recuperar o valor de uma dada propriedade de um dado recursoSELECT ?x WHERE  (<http://somewhere/res1>, <http://somewhere/pred1>, ?x)

Exemplo 2: RestriçõesSELECT ?a, ?b WHERE  (?a, <http://somewhere/pred1>, ?b) AND    ?b < 5

TRIPLE: uma máquina de inferência dedutiva para RDF(S)

Linguagem de consulta, inferência e transformação para RDF

Permite a manipulação de RDF sobre semânticas diferentes

Interessante para integração de dados

Exemplo de regras dedutiva TRIPLE completando ontologia em RDF(S)

// RDFS cars example@cars { // xyz := "http://www.w3.org/2000/03/example/vehicles#". xyz:MotorVehicle[rdfs:subClassOf -> rdfs:Resource]. xyz:PassengerVehicle[rdfs:subClassOf ->

xyz:MotorVehicle]. xyz:Truck[rdfs:subClassOf -> xyz:MotorVehicle]. xyz:Van[rdfs:subClassOf -> xyz:MotorVehicle]. xyz:MiniVan[ rdfs:subClassOf -> xyz:Van; rdfs:subClassOf -> xyz:PassengerVehicle].} // queryFORALL X,Y <- X[rdfs:subClassOf->Y]@rdfschema(cars).

Recapitulação

Infra-estrutura da W3C para web semântica: URI fornece a forma de identificar unicamente os

elementos XML fornece a sintaxe básica XML Namespace provê uma forma de disponibilizar para

a Web Apesar de XMLS ser uma melhoria em relação à DTD

ainda possui restrições de expressibilidade RDF: rede semântica para Web RDF Schema: uso de ontologias