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语义网基础教程(原书第3版)


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(希)Grigoris Antoniou (荷)Paul Groth (荷)Frank van Harmelen(荷)Rinke Hoekstra      著
978-7-111-47544-6
49.00
171
2014年09月15日
胡伟 程龚 黄智生 译
计算机 > 计算机网络
MIT Press
1367
简体中文
16
A Semantic Web Primer,Third Edition
教材
计算机科学丛书








是一本语义网的入门性教科书,本书的作者在语义网研究和应用方面有着广博的见识和丰富的经验。自2004年出版第一版以来,本书已被许多大学和研究机构选为语义网课程教材并被翻译为多国语言,第一版的中文翻译版也由中国科学技术大学的陈小平教授等译。伴随语义网技术的快速发展,本书两度大幅更新。在最新的第三版中,作者加入了新近成为W3C推荐标准的OWL2和规则语言的内容,同时补充了N3/Turtle和RDFa等流行的RDF语法,另外还介绍了最新的语义网典型应用。总之,这是一本理论与实践相结合、通俗易懂的好书。
“‘数据万维网’发展迅速,但是如果你真的想要理解正在发生什么,则需要理解其光环的背后有什么。本书深入剖析并展示了‘语义’系统如何应对规模的变化,以及是什么限制了它们。本书是面向万维网的工程知识的原汁原味、最好的教材。”
—— Dave Robertson,爱丁堡大学信息学院院长
“本书第3版紧跟快速发展的语义网技术的步伐,带领读者从入门开始掌握语义网应用开发的细节。本版更好地调整了内容,强调了SPARQL等关键技术并探讨了链接数据等新趋势。”
—— Jerome Euzenat,法国国家信息与自动化研究院(INRIA)高级研究科学家

随着网络内容的机器解读,语义网的发展孕育着万维网及其应用的一场革命。本书为这个持续发展的领域提供了一个导引,描述了其核心思想、语言和技术。本书可用作教材或专业人员的自学读本,主要介绍适合本科程度的基础概念和技术,并提供了练习和项目、建议阅读材料等,旨在帮助读者通过学习得以自行开发有关的应用。
第3版彻底更新了这本使用广泛的教材,提供了大量反映这个快速发展领域的新内容。

主要内容包括
● 对多种语言(OWL2、规则)的讲解扩展了RDF和OWL,引入了Turtle和RDFa的介绍。
● 第4章专门致力于介绍OWL2这一新的W3C标准。
● 新增了对查询语言SPARQL、规则语言RIF,以及规则和本体语言及应用的交互可能性的介绍。
● 第6章关于语义网的应用体现了过去几年语义网的快速发展。
● 第7章提供了构建工程的思路。

作者简介
Grigoris Antoniou 希腊赫拉斯研究和技术基金会(Foundation for Research and Technology Hellas,FORTH)计算机科学研究所教授。他是语义网OWL语言创始人之一,主要研究兴趣包括近似推理、语义技术等。
Paul Groth、Frank van Harmelen和Rinke Hoekstra 分别是荷兰阿姆斯特丹自由大学(VU University Amsterdam)计算机科学系知识表示与推理研究组的副教授、教授和博士后研究员。
与传统观念不同的是,信息系统作为量身定做的、成本密集型的数据库应用的时光一去不复返了。这种变化一部分是受到逐渐成熟的软件产业的推动(软件产业大量使用了现成的通用组件和标准的软件解决方案),而另一部分则是由于信息革命的冲击。反过来,这种改变导致了对信息服务的一系列全新需求,即要求其表示模式与交互模式的统一性、软件体系结构的开放性以及使用范围的全局性。这些需求主要来自诸如电子商务、银行业、制造业(包括软件产业本身)、培训、教育和环境管理等领域,恕不一一列举。
  未来的信息系统必须支持与各种运行在异构平台和分布式信息网络上的独立多厂商数据源和遗留应用的平滑交互。元数据在描述这类数据源并使之融合为一体时将起到至关重要的作用。
  同时,面向社区的更多样化交互模式将必须由下一代信息系统来提供支持。这些交互可能涉及导航、查询和检索,并且必须与个性化通知、标注和分析机制相结合。这些交互也将必须提供与应用软件的智能化接口,并且需要动态地集成到定制的、高度连接的协同环境中。此外,政府和企业等在信息资源上大量投资,需要特定的措施来确保其内容的安全性、保密性和准确性。
  所有这些都是下一代信息系统所面临的挑战,我们将这样的系统称为协同信息系统(cooperative information system)。
  专业地讲,协同信息系统将服务于以内容–社区–商务(content-community-commerce)为特征的多样化需求。这些需求源自现有的软件解决方案(例如企业资源规划系统和电子商务系统)的当前发展趋势。
  建立协同信息系统的一个主要挑战在于开发新技术以满足目前大量投资的信息资源和系统不断增强和演化的需要。这些技术必须提供一个恰当的基础设施以支持软件开发和演化。
  协同信息系统的早期研究成果正在成为面向社区的信息门户或网关的核心技术。如一个提供“一站式购物”的网关提供了广泛的信息资源和服务,从而获得了一个忠实的用户群。
  面向协同信息系统的研究进展并非来自信息技术中的单一研究领域。数据库和基于知识的系统、分布式系统、群件以及图形用户界面都已经是成熟的技术。随着个别技术的逐步完善,技术进步的最大杠杆将来自建立和管理一个无缝连接的协同信息系统的进展。
  数据源中的数据之所以有用,是因为它们建立了现实世界及其主题(或应用程序、论域)的部分模型。数据语义(data semantic)的问题在于建立和维护数据源,即模型(model)和它所涉及主题间的对应关系。这些模型可以是存储某公司员工资料的数据库,描述零件、项目与供应商的数据库模式,提供大学信息的网站,或描述滑铁卢战役的一个纯文本文件。这样的问题自从第一个数据库出现之后就一直与我们相伴。然而,只要数据库的运行环境仍然是封闭和相对稳定的,该问题就仍然可控。在这样的环境下,数据的含义可以从数据库中正确地提取出来,并委托给一小组常规用户和应用程序。
  万维网的出现改变了这一切。今天的数据库已经以某种方式在万维网上可用,其中用户、应用程序及其使用都是开放的,而且处于不断变化之中。在这样的环境下,数据的语义必须随数据一起创建。对于人类用户,通过选择适当的表示形式来实现。但是对于应用程序,这种语义则必须以一种形式化的、机器可处理的形式提供。因此需要语义网。
  毫不奇怪,蒂姆·伯纳斯–李的倡议受到了研究人员和开发人员等的巨大关注。现在已有国际语义网系列会议、爱思唯尔出版的《Semantic Web Journal》,以及产业委员会正在关注第一代语义网技术标准。
  本书介绍了语义网概念,包括XML、DTD和XML模式,RDF和RDFS,OWL,逻辑和推理等。本书的另一个特色是通篇使用例子和应用来展现概念。希望读者会觉得本书有趣、精辟,并从中受益。
出版者的话
中文版序
译者序
前言
第1章 语义网的愿景 1
1.1 引言 1
1.1.1 语义网的动机 1
1.1.2 语义网的设计方案 1
1.1.3 语义网的基础技术 2
1.1.4 从数据到知识 2
1.1.5 语义网的万维网体系结构 3
1.1.6 如何由此及彼 3
1.1.7 我们的现状 4
1.2 语义网技术 4
1.2.1 显式元数据 4
1.2.2 本体 5
1.2.3 逻辑 7
1.2.4 语义网与人工智能 9
1.3 一种分层方法 9
1.4 本书内容安排 11
1.5 小结 11
建议阅读 11
第2章 描述万维网资源:RDF 13
2.1 引言 13
2.2 RDF:数据模型 14
2.2.1 资源 14
2.2.2 属性 15
2.2.3 声明 15
2.2.4 图 15
2.2.5 指向声明和图 16
2.2.6 处理更丰富的谓语 17
2.3 RDF语法 18
2.3.1 Turtle 18
2.3.2 其他语法 21
2.4 RDFS:添加语义 23
2.4.1 类和属性 23
2.4.2 类层次和继承 24
2.4.3 属性层次 25
2.4.4 RDF和RDFS的分层对比 25
2.5 RDF模式:语言 26
2.5.1 核心类 27
2.5.2 定义联系的核心属性 27
2.5.3 限制属性的核心属性 27
2.5.4 对具体化有用的属性 27
2.5.5 容器类 28
2.5.6 效用属性 28
2.5.7 示例:住房供给 28
2.5.8 示例:汽车 29
2.6 RDF和RDF模式的定义 30
2.6.1 RDF 30
2.6.2 RDF模式 31
2.7 RDF和RDF模式的公理化语义 32
2.7.1 方法 33
2.7.2 基本谓词 33
2.7.3 RDF 33
2.7.4 RDF模式 36
2.8 RDF和RDFS的一个直接推理系统 37
2.9 小结 38
建议阅读 38
练习和项目 39
第3章 查询语义网 41
3.1 SPARQL基础设施 41
3.2 基础知识:匹配模式 42
3.3 过滤器 45
3.4 处理一个开放世界的构造子 46
3.5 组织结果集 48
3.6 其他形式的SPARQL查询 49
3.7 查询模式 50
3.8 通过SPARQL更新来增加信息 51
3.9 “跟着感觉走”原则 52
3.10 小结 53
建议阅读 53
练习和项目 53
第4章 万维网本体语言:OWL2 54
4.1 引言 54
4.2 本体语言的需求 54
4.2.1 语法 54
4.2.2 形式语义 55
4.2.3 表达能力 55
4.2.4 推理支持 56
4.3 OWL2和RDF/RDFS的兼容性 57
4.4 OWL语言 58
4.4.1 语法 59
4.4.2 本体文档 60
4.4.3 属性类型 60
4.4.4 属性公理 63
4.4.5 类公理 65
4.4.6 属性上的类公理 67
4.4.7 个体事实 71
4.5 OWL2概要 72
4.6 小结 73
建议阅读 74
练习和项目 75
第5章 逻辑与推理:规则 77
5.1 引言 77
5.1.1 逻辑与规则 77
5.1.2 语义网上的规则 79
5.2 单调规则的例子:家庭关系 80
5.3 单调规则:语法 80
5.3.1 规则 81
5.3.2 事实 81
5.3.3 逻辑程序 82
5.3.4 目标 82
5.4 单调规则:语义 83
5.4.1 谓词逻辑语义 83
5.4.2 最小Herbrand模型语义 84
5.4.3 闭证据和参数化证据 84
5.5 OWL2 RL:当描述逻辑遇见规则 85
5.6 规则交换格式:RIF 87
5.6.1 概述 87
5.6.2 RIF-BLD 87
5.6.3 与RDF和OWL的兼容性 89
5.6.4 用RIF描述OWL2 RL 90
5.7 SWRL 91
5.8 用SPARQL描述规则:SPIN 91
5.9 非单调规则:动机和语法 93
5.9.1 漫谈 93
5.9.2 语法定义 94
5.10 非单调规则的例子:交易中介 94
5.10.1 Carlos的需求的形式化 95
5.10.2 可获得的公寓的表示 96
5.10.3 选择一间公寓 97
5.11 RuleML 97
5.12 小结 99
建议阅读 100
练习和项目 101
第6章 应用 103
6.1 GoodRelations 103
6.1.1 背景 103
6.1.2 样例 104
6.1.3 运用 105
6.1.4 著作 105
6.2 BBC艺术家 105
6.2.1 背景 105
6.2.2 样例 106
6.2.3 运用 107
6.3 BBC世界杯2010网站 107
6.3.1 背景 107
6.3.2 样例 107
6.3.3 运用 109
6.4 政府数据 109
6.4.1 背景 109
6.4.2 运用 110
6.5 《纽约时报》 111
6.6 Sig.ma和Sindice 111
6.7 OpenCalais 112
6.8 Schema.org 113
6.9 小结 113
第7章 本体工程 114
7.1 引言 114
7.2 手工构建本体 114
7.2.1 确定范围 114
7.2.2 考虑复用 115
7.2.3 枚举术语 115
7.2.4 定义分类 115
7.2.5 定义属性 115
7.2.6 定义刻面 115
7.2.7 定义实例 116
7.2.8 检测异常 116
7.3 复用已有本体 116
7.3.1 专家知识的编纂 116
7.3.2 集成的词汇表 117
7.3.3 上层本体 117
7.3.4 主题层次 117
7.3.5 语言学资源 117
7.3.6 百科知识 117
7.3.7 本体库 118
7.4 半自动化的本体获取 118
7.4.1 自然语言本体 119
7.4.2 领域本体 119
7.4.3 本体实例 119
7.5 本体映射 120
7.5.1 语言学方法 120
7.5.2 统计方法 121
7.5.3 结构方法 121
7.5.4 逻辑方法 121
7.5.5 映射实现 121
7.6 发布关系数据库 121
7.6.1 映射术语 121
7.6.2 转换工具 122
7.7 语义网应用体系结构 122
7.7.1 知识获取 123
7.7.2 知识存储 123
7.7.3 知识维护 124
7.7.4 知识使用 124
7.7.5 应用体系结构 124
7.7.6 框架 124
建议阅读 124
练习和项目 125
第8章 总结 128
8.1 原理 128
8.1.1 提供一个从轻量级到重量级技术的路线 128
8.1.2 标准节约时间 128
8.1.3 链接是关键 129
8.1.4 一点语义可以影响深远 129
8.2 展望 129
附录 XML基础 130
索引 156
高速发展的万维网已成为人类历史上影响最深远、最广泛的信息传播媒介,同时也推动着下一代万维网技术的发展。1998 年,万维网的发明人蒂姆·伯纳斯–李(Tim Berners-Lee)提出了语义网(Semantic Web,也译作语义万维网)的设想。2001年,《科学美国人》杂志刊登题为“The Semantic Web”的科普文章,宣告了语义网的诞生。同年,万维网联盟(W3C)成立了一系列工作组,致力于制定语义网技术规范。随着资源描述框架(RDF)、万维网本体语言(OWL2)、RDF查询语言(SPARQL)及规则交换格式(RIF)等一批技术规范被确立为推荐标准,语义网为万维网上的知识表示、推理、交换和复用奠定了基础。随之而来的是语义网技术在众多领域的蓬勃发展和广泛应用。
  本书是语义网的入门性教科书,作者在语义网研究和应用方面有着广博的见识和丰富的经验。自2004年出版第1版以来,本书已被许多大学和研究机构选为语义网课程教材并被翻译为多国语言,其中文翻译版由中国科学技术大学的陈小平教授等译。伴随语义网技术的快速发展,本书两度大幅更新。在最新的第3版中,作者加入了新近成为W3C推荐标准的OWL2和规则语言的内容,同时补充了N3/Turtle和RDFa等流行的RDF语法,另外还介绍了最新的语义网典型应用。总之,这是一本理论与实践相结合、通俗易懂的好书。
  本书的翻译工作由胡伟、程龚和黄智生3人共同完成。胡伟负责翻译了第1~2章、第4章和第7~8章,并统稿全书。程龚负责翻译了第3章、第5~6章和附录部分。黄智生负责翻译了序言,并审校全书。另外,特别感谢本书作者Frank van Harmelen教授就书中多处细节为译者进行了解答和确认,并为翻译提供了一切便利。
  限于水平,译文中难免有错误与不足之处,欢迎读者朋友批评指正。

译者
2014年6月
计算机\网络理论\语义Web
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