Curso ontologías - Modelando en E-R y RDF Schema

Modelamiento de ontologías usando RDF
Expositor: Francisco Cifuentes Silva
Sistemas y Servicios de Información en Red - BCN
09/04/12

Objetivos
• Modelado de datos mediante E-R
• RDF y RDFS para descripción de ontologías
• Cómo definir vocabularios
• Consideraciones adicionales
• Validación y herramientas

Principios básicos de
modelamiento

Principios básicos
• Modelamos para que la información tenga una
estructura conocida.
• El modelo debe existir para:
 Evitar la redundancia de datos y consecuentes problemas de
actualización
 Mantener integridad de los datos (relaciones coherentes)
 Verificar la consistencia de la información almacenada (los
datos responden al modelo)

Aproximaciones para modelado de datos
• Modelo relacional (lógico): E. Codd 1970
• Modelo entidad – relación (conceptual): P. Chen 1976
• Elementos:

Modelo Entidad – Relación
Modelo Entidad – Relación:
• Refleja la existencia de los datos, no lo que se hace con ellos
• No orientado a aplicaciones específicas
• Define elementos conceptuales
• Trabajaremos con una simplificación de él

Relaciones
Entidad Entidad
Persona Es Propietario Automovil
Conduce Atributos
Atributos
•Nombre •Marca
•Edad •Modelo
•Rut •Patente
Relaciones

Tiene dueño
Es conducido por

Elementos de un modelo Entidad – Relación:
• Entidad: recurso real o abstracto que representa a un conjunto de
instancias.
• Relación: asociación entre dos o más entidades, normalmente
representadas por un verbo.
• Atributo: propiedades de una entidad que tienen valores simples
como texto, números, fechas o booleanos.

fecha nombre
apellidos nacimiento teléfono fecha
fundación

nombres Trabaja
en
Persona Empresa

Simbología

• Entidad: Persona

• Relación: Trabaja
en

fecha
• Atributo: nacimiento

El modelo en entidades se traduciría a:
Trabaja
Persona en Empresa

•Pedro •Codelco
•Juan •Banco Chile
•Diego •Entel
•María •…
•Ana
•Karina
•…

Modelemos en E-R el siguiente problema:
• Deseamos modelar un sistema básico para aerolíneas considerando
personal, vuelos y ventas.
• El sistema debe almacenar información del personal en general. Existen
tres tipos de personal, pilotos, tripulacion y administrativos.
• Pilotos contratados, figuran sus datos personales y el tipo de avión que
pueden pilotar.
• Los administrativos tienen sus datos personales y el número de oficina.
• La compañía ofrece una serie de trayectos, los datos de un trayecto son:
origen, destino y duración
• De cada trayecto hay programadas una serie de vuelos durante el año.
Cada vuelo tiene: código,fecha,hora, pasajeros, tipo de avión .
• Un pasajero compra pasajes en una fecha para un determinado vuelo
especificando sus datos, el número de asientos y el administrativo que
realiza la operación.
• Cada piloto tiene asignado un avión fijo durante todo el año.
• Cada trayecto tiene aviones específicos asignados.

Nº Página
web nombre
Tipo oficina Nombre
funcionario completo

Fecha Trabaja en Aerolínea
ingreso
Personal

Sabe pilotar posee ofrece
vende
Pilotea modelo
Nº asiento origen
destino
tripula Avión
Pasaje Pertenece
Trayecto
a

duración
compra
pertenece a utiliza
pertenece a

Pasajero Lleva a Vuelo

Nombre Fecha-hora
completo código

Observaciones al modelo:
• Parte del diseño depende del criterio de quien modela, sin
embargo hay elementos que son evidentes.
• Se pueden realizar mejoras, ejemplo:
• Personal y Pasajeros son personas -> comparten
elementos comunes
• Administrativos y pilotos tienen diferencias, pero son
tratados como personal de forma similar.
• Existen atributos y relaciones con el mismo nombre para distintas
entidades. Eventualmente podrían ser propiedades con dominio y
rango múltiple.
• Para nuestro caso, una clave que reflejará que el elementos es
único es su URI.

Resource Description Framework

Qué es RDF
• Resource Description Framework – Marco de trabajo para la
descripción de recursos
• Recomendación W3C desde febfero de 2004 http://www.w3.org/
TR/rdf-primer/
• La primera definición surge en 1999 por TmBL, de ahí la URL en
el espacio de nombre:
xmlns:rdf=http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#

Qué es RDF
• Descripción mediante lógica declarativa
• Solo dos constructos básicos: URIs y valores
• URI: http://www.ejemplo.com/Juanito
• Valor: “123”, “Valor textual”, “2012-12-21”, verdadero/falso

• Web Semántica -> se usa HTTP

Qué es RDF
• Basado en el concepto de Tripleta (RDF triple)
• En RDF todo se describe con tripletas
• Una tripleta RDF se compone de tres partes:
– Sujeto: de quién se está hablando.
– Predicado (o también llamado propiedad): qué se está declarando.
– Objeto: el valor de lo declarado.

Qué es RDF
• Ejemplo:

Sujeto Predicado Objeto
http://ejemplo.com/juan http://ejemplo.com/nacimiento “1945-01-02”
http://ejemplo.com/juan http://ejemplo.com/tieneHijo http://ejemplo.com/pedro
http://ejemplo.com/juan http://ejemplo.com/viveEn http://wikisiit.cl/valparaiso
http://wikisiit.cl/valparais http://wikisiit.cl/tieneCut “501”
o

De quién se habla Qué se está declarando El valor de lo declarado

Qué es RDF
Las declaraciones se pueden representar como un grafo dirigido:


http://ejemplo.com/tieneHijo
http://ejemplo.com/pedro

http://ejemplo.com/viveEn

http://wikisiit.cl/valparaiso

“501” http://wikisiit.cl/tieneCut

Qué es RDF
Este grafo puede ser declarado como un subconjunto mediante URI:
http://www.ejemplo.com/migrafo : grafo nombrado (Named graph)

RDF es composicional

“1990-07-13”

http://ejemplo.com/pedro
http://ejemplo.com/nacimiento
http://ejemplo.com/viveEn

http://wikisiit.cl/valparaiso
http://ejemplo.com/Persona

“501” http://wikisiit.cl/tieneCut

rdf:type
http://ejemplo.com/luis
“1301”

http://wikisiit.cl/tieneCut http://ejemplo.com/viveEn
http://wikisiit.cl/santiago

Qué es RDF
• Sujeto siempre es una URI y representan un recurso.

• Predicado siempre es una URI y representa una conexión entre
un sujeto y un objeto, normalmente una relación del sujeto con
algo o un atributo del sujeto.

• Objeto puede ser tanto una URI o un valor literal.

Sujeto Predicado Objeto
http://ejemplo.com/juan http://ejemplo.com/tieneHijo http://ejemplo.com/pedro
http://ejemplo.com/juan http://ejemplo.com/viveEn http://wikisiit.cl/valparaiso
http://wikisiit.cl/valparais http://wikisiit.cl/tieneCut “501”
o

Qué es RDF
• Ejemplo en RDF (sintaxis N TRIPLES):

<http://ejemplo.com/juan> <http://ejemplo.com/nacimiento> “1945-01-02” .

<http://ejemplo.com/juan> <http://ejemplo.com/tieneHijo> <http://ejemplo.com/pedro> .

<http://ejemplo.com/juan> <http://ejemplo.com/viveEn> <http://wikisiit.cl/valparaiso> .

<http://wikisiit.cl/valparaiso> <http://wikisiit.cl/tieneCut> “501”.

Archivo ejemplo.ntriples

Sintaxis de RDF
Algunas Sintaxis de RDF:
• RDF/XML: Una de las más complejas a la lectura humana, pero más
facilmente procesable por estar en XML.
• N3: Descripciones declarativas simples, permite definir espacios de
nombre (prefijos) que facilitan la lectura.
• N Triples: Subconjunto de N3, pero a diferencia de ella no permite la
definición de prefijos.
• JSON: Sintaxis orientada a utilizar la información directamente en
Javascript o un parser de este. Los datos se estructuran como un arreglo
asociativo o hash map.
• CSV: Describe los datos columnas, orientado a la visualización en hojas
de cálculo.
• RDFa: Permite incrustar RDF en atributos (RDF a) de etiquetas HTML.
• YAML: Similar a JSON, pero con la sintaxis de YAML.

Qué es RDF
• Para simplificar la escritura se definen espacios de nombre
(prefijos) de la forma:
@PREFIX ej: <http://ejemplo.com/> .

• Sintaxis N3 permite el uso de prefijos

@PREFIX ws: <http://wikisiit.cl/> .

ej:juan ej:nacimiento “1945-01-02” ;
ej:tieneHijo ej:pedro .
ej:viveEn ws:valparaiso .
ws:valparaiso ws:tieneCut “501” .

Reglas y Convenciones de sintaxis en N3
• Nombres de clases se escriben con caracteres alfanuméricos, con
la primera letra de cada palabra en mayúscula y sin espacios
ej:VehiculoMotorizado a rdfs:Class .

• Nombres de entidades se escriben bajo la misma regla anterior,
salvo que la primera palabra completa va en minúscula
ej:motoAK2344 a ej:VehiculoMotorizado.
ej:avionRTR334 a ej:VehiculoMotorizado.

• Una tripleta siempre termina con punto .

Algunas reglas de sintaxis en N3
• Múltiples clases de un recurso se separan por comas.
ej:avionRTR334 a ej:VehiculoMotorizado, ej:VehiculoAereo,
ej:AvionDePasajeros.
• Múltiples declaraciones para un mismo recurso se pueden
simplificar separándolas por punto y coma.
ej:avionRTR334 a ej:VehiculoMotorizado, ej:Avion;
ej:patente “RTR334”;
ej:piloto ej:juan.
• Es lo mismo que:
ej:avionRTR334 a ej:VehiculoMotorizado .
ej:avionRTR334 a ej:Avion .
ej:avionRTR334 ej:patente “RTR334” .
ej:avionRTR334 ej:piloto ej:juan.

Clases en RDF
• Una clase será, para nuestro caso, equivalente a una entidad E-R
• Para definir una clase en RDF se utiliza el predicado y objeto
rdf:type rdfs:Class o rdf:type owl:Class .
• En N3 rdf:type = a

ej:Persona rdf:type rdfs:Class .
ej:Persona a owl:Class .
ej:NormaLegal a rdfs:Class .
ej:Pais a owl:Class .

ej:chile a ej:Pais .
ej:juan a ej:Persona .

Clases en RDF
• La clase de una entidad se define mediante rdf:type.
• Objetos literales definen tipos xsd o declaraciones propias
• Objetos que son recursos con URI definen tipo con rdf:type

@PREFIX rdf: <http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#> .

ej:juan a ej:Persona, bcn:Funcionario ;
ej:nacimiento “1945-01-02”^^xsd:date ;
ej:tieneHijo a rdf:Property .
ej:pedro rdf:type ej:Estudiante .

¿Cómo definir las clases?
• Dadas las entidades de nuestro dominio, agruparlas de acuerdo a
un criterio natural. Ejemplo:
– Luis, Pedro, Juan, son personas -> tipo = miprefijo:Persona
– El Mercurio, TVN, Radio Futuro, son medios de comunicación ->
miprefijo:MedioDeComunicación

• Una misma entidad puede pertenecer a múltiples clases. Ejemplo:
– Luis, Pedro, Juan -> mp:Estudiante, mp:Mamífero, mp:Cliente
– Luis -> Escritor
– Juan-> Periodista
– Pedro, Ingeniero

Jerarquía en RDF
• Existen clases más generales y más específicas bajo un mismo
concepto (Jerarquía)
• RDF permite definir jerarquía de clases y propiedades mediante
dos predicados:
– rdfs:subClassOf
– rdfs:subPropertyOf

ej:pedro a foaf:Person .
foaf:Person rdfs:subClassOf foaf:Agent .
foaf:Organization rdfs:subClassOf foaf:Agent .

ej:pedro ej:tieneHijo ej:juan.
ej:tieneHijo rdfs:subPropertyOf ej:tieneFamiliar .

Jerarquía en RDF
ej:pedro a foaf:Person .
foaf:Person rdfs:subClassOf foaf:Agent .
foaf:Organization rdfs:subClassOf foaf:Agent .

ej:pedro ej:tieneHijo ej:juan.
ej:tieneHijo rdfs:subPropertyOf ej:tieneFamiliar .

Con esta información, podríamos inferir cosas “como obtener los familiares
de un agente”

Propiedades en RDF
• Las entidades de una misma clase siempre tienen elementos
comunes a nivel estructural. Ejemplo:
– Persona: nombre, número de pasaporte, dirección, etc.
– Medio de comunicación: director, periodostas, noticias
• A estos elementos comunes les llamaremos propiedades
asociadas a la clase.
• Las propiedades no pertenecen a las clases.
• Las propiedades conectan recursos con otros recursos.
• Las propiedades son entidades de tipo rdf:Property

Propiedades en RDF
• Las propiedades o predicados en RDF pueden relacionarse con
entidades de múltiples clases.
• Se puede restringir su dominio mediante rdfs:domain y su rango
mediante rdfs:range
• Entidades de distintas clases pueden tener una misma propiedad.

ej:juan a foaf:Person, ej:Funcionario ;
Sujeto, propiedad, objeto foaf:name “Ministro Juan”;
ej:foto <http://www.juan.cl/yo.jpg> .
ej:bcn a foaf:Organization;
foaf:name “Biblioteca del Congreso
Elementos del Elementos del
Nacional”;
dominio rango ej:foto <http://www.bcn.cl/foto.jpg> .

foaf:name rdfs:domain foaf:Agent.
ej:foto rdfs:domain ej:Funcionario,
foaf:Organization .
foaf:name rdfs:range xsd:string .
ej:foto rdfs:range ej:Foto .

Tipos de propiedades
Respecto a E-R, las propiedades son relaciones + atributos, en RDF:
• Object Properties: Propiedades que tienen como en su objeto
(rango) a un recurso declarado en una URI
• Datatype Properties: Propiedades que tienen en su objeto
(rango) un valor literal.
@PREFIX owl: <http://www.w3.org/2002/07/
owl#> .

ej:juan ej:nacimiento “1945-01-02” ;


ej:nacimiento a rdf:Property.
ej:tieneHijo a rdf:Property .
ej:nacimiento a owl:DatatypeProperty .
ej:tieneHijo a owl:ObjectProperty .

Documentar la ontología
 Uno de los puntos más importantes en el desarrollo de una ontología
 Permitirá entender el modelo y el contexto por quienes la usen
 Documentar clases y propiedades permitirá mejorar el modelo
 Puede ser multilingüe y versionada
 Propiedades estándar para documentación: rdfs:label y rdfs:comment

ej:Persona rdfs:label “Persona”@es ;
rdfs:label “Person”@en ;
rdfs:label “Personne”@fr;
rdfs:label “Person”@de;
rdfs:comment “Un ser humano, esta clase es sub clase de
foaf:Person”@es;
rdfs:comment “A human being, this class is subclass of
foaf:Person”@en .

Vocabularios y ontologías
Existen vocabularios de uso general que ya modelan ciertos
dominios, algunas de las más conocidas son:
– FOAF: Friend of a friend
– DC: Dublin Core
– GN: Geonames
– GEO: Información geográfica
– SDMX: Información estadística
– XBRL: Información financiera y económica
– Datacube / Scovo: Estadísticas y OLAP
– TIME: Tiempo, fechas, periodos
– BIO: Información biográfica
– FRBR: Información bibliográfica

Vocabularios BCN:

– bcntransparency: Modelo organizacional orientado a la transparencia
– bcnbio: Modelo de información biográfica de personas y organismos
– bcngeo: Modelo de información geográfica del país
– bcnnorms: Modelo de normas
– bcnres: Modelo de recursos legislativos
– bcncon: Modelo de congreso nacional

Consideraciones con nuestra ontología
Definición de URI de la ontología:
URL de mi sitio Web + “ontologias/”+nombreOntología
Ej: http://datos.bcn.cl/ontologies/bcn-biographies#

• A partir de esta URI se describirán todas las clases y propiedades de la
ontología.
• También en ella se publicarán las restricciones y reglas que definamos

Definición del prefijo de la ontología:
 No más de 8 caracteres por prefijo (simplificar)
 Verificar si está en uso: http://prefix.cc

Para buscar vocabularios existentes relacionados con nuestro
dominio, algunas herramientas (http://www.w3.org/wiki/Search_engines):

http://kmi-web05.open.ac.uk/WatsonWUI/

http://swoogle.umbc.edu/

http://ws.nju.edu.cn/falcons/objectsearch/

Validación de nuestra ontología
Verificación de integridad y consistencia:
http://swse.deri.org/RDFAlerts/

Validación RDF y visualización en SVG:
http://www.w3.org/RDF/Validator/

Generación de documentación:
http://ontorule-project.eu/parrot/parrot

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