Ontology Web Language

Die Web Ontology Language (kurz OWL) ist eine Spezifikation des W3C, um Ontologien anhand einer formalen Beschreibungssprache erstellen, publizieren und verteilen zu können. Es geht darum, Terme einer Domäne und deren Beziehungen formal so zu beschreiben, dass auch Software (z. B. Agenten) die Bedeutung verarbeiten („verstehen“) kann (können). OWL ist somit ein wesentlicher Bestandteil der Semantic-Web-Initiative von Tim Berners-Lee. OWL basiert technisch auf der RDF-Syntax und historisch auf DAML+OIL und geht dabei über die Ausdrucksmächtigkeit von RDF-Schema weit hinaus. Zusätzlich zu RDF und RDF-Schema werden weitere Sprachkonstrukte eingeführt, die es erlauben, Ausdrücke ähnlich der Prädikatenlogik zu formulieren.

Abkürzung

Das Akronym für Web Ontology Language hätte eigentlich WOL, nicht OWL sein müssen. Über den Ursprung des Buchstabenverdrehers findet man Antwort in den Archiven des W3C. Der Name OWL ist offensichtlich von Tim Finin in seiner E-Mail http://lists.w3.org/Archives/Public/www-webont-wg/2001Dec/0169.html vorgeschlagen worden. Die von ihm ursprünglich genannten Gründe sind wie folgt:

• Es ist klar, wie OWL auszusprechen ist (nämlich wie das englische Wort für Eule).
• Das Akronym eignet sich hervorragend zur Erstellung von Logos.
• Eulen werden mit Weisheit assoziiert.
• Es gibt eine interessante Hintergrundgeschichte.

Die genannte Hintergrundgeschichte betrifft ein Projekt von William A. Martin am MIT aus den 1970er Jahren mit dem Namen One World Language, einem frühen Versuch der Entwicklung einer universellen Sprache für die Wissensrepräsentation. Hartnäckig hält sich jedoch das Gerücht, der Buchstabenverdreher sei in Anspielung auf die literarische Figur der Eule aus Milnes Pu der Bär entstanden, die als einziges Tier im Wald ihren Namen schreiben kann - allerdings mit einem Buchstabendreher im englischen Original WOL statt OWL.

Sprachebenen: Lite, DL und Full

OWL kommt in drei verschiedenen Versionen daher. Dazu wurden die Sprachebenen OWL Lite, OWL DL und OWL Full definiert. Für den Einsatz von OWL Lite/DL wurden Einschränkungen definiert, welche die Entwicklung von Tools erleichtern bzw. vollständige Inferenz ermöglichen sollen.

OWL Lite

Die „Light-Version“ wurde mit dem Ziel geschaffen, eine einfach zu implementierende Untermenge der Sprache zu schaffen. Sie dient vor allem zum Erschaffen einfacher Taxonomien und leicht axiomatisierter Ontologien. Dabei sind verschiedene Sprachkonstrukte aus OWL DL nicht vorhanden.

OWL DL

Dies ist die Ebene, deren Semantik noch am ehesten an DAML+OIL heranreicht. DL steht für die Beschreibungslogik (description logic) $\mathcal{SHOIN} (D)$, welche zu einer entscheidbaren Untermenge der Prädikatenlogik erster Stufe äquivalent ist. Um die Abbildbarkeit auf diese Logik zu gewährleisten, wurden diverse Einschränkungen für den Einsatz von RDFS-Konstrukten eingefügt, zum Beispiel darf eine Klasse nicht Instanz einer anderen Klasse sein.

OWL Full

OWL Full besteht aus denselben Sprachkonstrukten wie OWL DL, verzichtet aber auf die dort vorhandenen Einschränkungen. Dadurch sind die Ontologien unentscheidbar, können dafür aber prädikatenlogische Ausdrücke höheren Grades ermöglichen.

Sprachkonstrukte

Die Spezifikation erweitert die Bedeutung von RDF und RDF-Schema um weitere Konstrukte, um die Ausdrucksmächtigkeit zu steigern (oder teilweise auch einzuschränken, um Entscheidbarkeit zu erreichen).

OWL unterscheidet Klassen, Eigenschaften (properties) und Instanzen. Klassen stehen für Begriffe (auch Konzepte; engl. concepts). Sie können Eigenschaften besitzen. Instanzen sind Individuen einer oder mehrerer Klassen.

Klassen betreffend

• <owl:class>
• <owl:oneOf>
• <owl:unionOf>
• <owl:intersectionOf>
• ...

Properties betreffend

• <owl:Restriction>
• <owl:allValuesFrom>
• <owl:someValuesFrom>
• ...

Instanzen betreffend

• <owl:sameAs>

Beispiel

Das Beispiel beschreibt die Konzepte <Person>, <Gender> und <Woman>. Eine Frau ist definiert als eine <Person> mit dem Wert <female> im Property <gender>, das der Klasse <Gender> angehören muss. Die Instanz <STilgner> ist somit als <Person> beschrieben eine Frau (<Woman>). Mittels Inferenz kann diese Zugehörigkeit ermittelt werden.

<rdf:RDF
  xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
  xmlns:rdfs="http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#"
  xmlns:owl="http://www.w3.org/2002/07/owl#"
  xmlns="http://localhost:8080/OWLBuergerInformation.owl#"
  xml:base="http://localhost:8080/OWLBuergerInformation.owl">
 
  <owl:Ontology rdf:about=""/>   
 
  <owl:Class rdf:ID="Gender"/>
  <owl:Class rdf:ID="Person"/> 
  <owl:Class rdf:ID="Woman">
    <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Person"/>
    <owl:equivalentClass>
      <owl:Restriction>
        <owl:onProperty rdf:resource="#Gender"/>
        <owl:hasValue rdf:resource="#female" rdf:type="#Gender"/>
      </owl:Restriction>
    </owl:equivalentClass>
  </owl:Class>
 
  <owl:ObjectProperty rdf:ID="gender"
     rdf:type="http://www.w3.org/2002/07/owl#FunctionalProperty">
    <rdfs:range rdf:resource="#Gender"/>
    <rdfs:domain rdf:resource="#Person"/>
  </owl:ObjectProperty>
  <owl:DatatypeProperty rdf:ID="name"
     rdf:type="http://www.w3.org/2002/07/owl#FunctionalProperty">
    <rdfs:range rdf:resource="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string"/>
    <rdfs:domain rdf:resource="#Person"/>
  </owl:DatatypeProperty>
  <owl:DatatypeProperty rdf:ID="firstname"
     rdf:type="http://www.w3.org/2002/07/owl#FunctionalProperty">
    <rdfs:range rdf:resource="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string"/>
    <rdfs:domain rdf:resource="#Person"/>
  </owl:DatatypeProperty>
 
  <Person rdf:ID="STilgner" firstname="Susanne" name="Tilgner">
    <Gender rdf:resource="#female"/>
  </Person>
</rdf:RDF>

Tools

Da die OWL-Spezifikation relativ neu ist, existieren zur Zeit nur wenige Tools.

allgemeine Werkzeuge

• Eclipse Plugin mit Editor, Validator, ... SWeDE Eclipse Plugin
• Semantic Works 2007 von Altova
• Protégé, Ontologie-Editor mit OWL-Plugin von der Stanford University [1]
• SWOOP ehemals von mindswap entwickelt, jetzt bei Google Code

Frameworks

• Jena Framework von HP Labs HP Labs Semantic Web Research
• Java-API: OWL-API

Validierung

• OWL-Ontologie-Validator (Klassifiziert in OWL Lite, OWL DL und OWL Full) OWL Validator

Inferenz

• RACER OWL Reasoner
• FaCT
• FaCT++ OpenSource OWL Reasoner
• Pellet OpenSource OWL Reasoner
• KAON2 OWL Reasoner mit Stärken bei großen Instanzmengen

Sonstige

• KAON2 OWL Tools
• DERI Ontology Management Environment (DOME)
• UML2OWL Tool - Modellierung von OWL DL Ontologien mit UML / Transformation von UML Klassendiagrammen in valide OWL DL Dokumente

Literatur

• Pascal Hitzler, Markus Krötzsch, Sebastian Rudolph, York Sure: Semantic Web. Grundlagen. Springer, 2008, ISBN 978-3-540-33993-9

Siehe auch

• Semantic Web
• Ontologie (Informatik)
• RDF
• Beschreibungslogik
• F-Logic
• FOAF

Weblinks

• OWL Semantics und Syntax Definitionen des W3C
• OWL Technical Report des W3C
• Ontology Engineering mit dem Protégé-OWL Plugin

Standards des World Wide Web Consortiums

Empfehlungen (recommendations): Canonical XML | CDF | CGI | CSS | DOM | HTML | MathML | OWL | PLS | RDF | RDF-Schema | SISR | SMIL | SOAP | SRGS | SSML | SVG | SPARQL | Timed Text | VoiceXML | WSDL | XForms | XHTML | XML | XML Base | XML Events | XML Information Set | XML Schema | XML Signature | XPath | XPointer | XQuery | XSL Transformation | XSL-FO | XSL | XLink

Anmerkungen (notes): XHTML+SMIL | XAdES

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