Семантическая паутина

Не следует путать с Семантическая сеть.

Пожалуйста, актуализируйте данные В этой статье данные предоставлены преимущественно за 2005—2008 гг.

Семанти́ческая паути́на (англ. Semantic Web) — это направление развития Всемирной паутины, целью которого является представление информации в виде, пригодном для машинной обработки.

В обычной Паутине, основанной на HTML-страницах, информация заложена в тексте страниц и извлекается человеком с помощью браузера. Семантическая же паутина предполагает запись информации в виде семантической сети с помощью онтологий. Таким образом программа-клиент может непосредственно извлекать из паутины факты и делать из них логические заключения. Семантическая паутина работает параллельно с обычной Паутиной и на её основе, используя протокол HTTP и идентификаторы ресурсов URI.

Термин «семантическая паутина» был впервые введён сэром Тимом Бернерсом-Ли (изобретателем Всемирной паутины) в мае 2001 года в журнале «Scientific American»^[1], и называется им «следующим шагом в развитии Всемирной паутины». Позже в своём блоге он предложил ^[2] в качестве синонима термин Гигантский Глобальный Граф (Giant Global Graph, GGG, по аналогии с WWW). Концепция семантической паутины была принята и продвигается Консорциумом Всемирной паутины^[3].

Основная идея

Семантическая паутина — это надстройка над существующей Всемирной паутиной, которая призвана сделать размещённую в ней информацию более понятной для компьютеров. Машинная обработка возможна в семантической паутине благодаря двум её важнейшим характеристикам.

Граф визитной карточки основателя Википедии в формате RDF. Элементы этого графа — как узлы, так и дуги (кроме литерала, изображённого в оранжевом прямоугольнике^[4]) — являются URI.

• Повсеместное использование унифицированных идентификаторов ресурсов (URI), широко известных как адреса. Традиционно в Интернете эти идентификаторы используются для установки ссылок на адресуемый объект (например, веб-страницу, файл или ящик электронной почты). В семантической паутине URI используются также для именования объектов, то есть каждый URI однозначно называет некоторый объект. Свои URI в семантической паутине есть не только у страниц, но и у объектов реального мира (людей, городов, художественных произведений и так далее), и даже у абстрактных понятий (например, у свойств «имя», «должность», «цвет»). Поскольку URI глобально уникальны, они позволяют называть одни и те же предметы в разных местах в семантической паутине. При этом URI протокола HTTP (то есть начинающиеся с http://) можно одновременно использовать как адреса документов, содержащих машино-читаемые описания этих предметов^[5].

• Использование семантических сетей и онтологий. Современные методы автоматической обработки данных, доступных в Интернете, как правило, основаны на частотном и лексическом анализе текстового содержимого, которое прежде всего предназначено для восприятия человеком. В семантической паутине вместо этого используется стандарт RDF, описывающий семантические сети (графы), в которых узлы и дуги имеют URI. Утверждения, кодируемые с помощью RDF, в дальнейшем можно интерпретировать с помощью онтологий, созданных по стандартам RDF Schema и OWL, чтобы получать из них логические заключения. В основе онтологий лежат математические формализмы, называемые дескрипционными логиками.

Критика

Практическая нереализуемость

В 2006 году журнал «IEEE Intelligent Systems» опубликовал новую статью Тима Бернерса-Ли «Semantic Web Revisited» («Семантическая паутина: пересмотр»)^[6], в которой автор называет описанный подход к организации информации в вебе «простой идеей, до сих пор в большой степени нереализованной». Несмотря на все преимущества, предоставляемые семантической паутиной в случае её внедрения, другие авторы ^[кто?] также высказывают сомнения в возможности её полной реализации.

Комментаторы указывают на различные причины, которые могут быть препятствием к этому, начиная с человеческого фактора^[7] (люди склонны избегать работы по поддержке документов с метаданными, открытыми остаются проблемы истинности метаданных, и т. д.), и заканчивая косвенным указанием Аристотеля на отсутствие очевидного способа деления мира на различимые концепты. Это ставит под сомнение возможность существования онтологии верхнего уровня, критической для семантической паутины. Аристотель в «Топике» использует понятие differentia specifica, или наличие у понятий различимого качества, как основу для группировки понятий в классы. Философ уверен в наличии бесконечного числа понятий, из чего следует бесконечность числа классов, в которые их можно объединить. Для выделения такого количества классов необходимо бесконечно много различимых качеств, наличие которых Аристотель подвергает сомнению.

Дублирование информации

Необходимость описания метаданных так или иначе приводит к дублированию информации. Каждый документ должен быть создан в двух экземплярах: размеченным для чтения людьми, а также в машинно-ориентированном формате. Этот недостаток семантической паутины был главным толчком к созданию так называемых микроформатов^[8] и языка RDFа^[9]. Последний является вариантом языка RDF и отличается от него тем, что не определяет собственного синтаксиса, а предназначен для внедрения в XML-атрибуты XHTML-страниц.

Невозможность получения коммерческой выгоды

Известно, что основное финансирование современных интернет-ресурсов (за исключением строго некоммерческих проектов) обеспечивают рекламодатели. Главный критерий, от которого зависит стоимость рекламного места — посещаемость сайта. Однако в случае реализации семантических поисковых систем, которые будут сами отбирать и сразу предоставлять нужную пользователю информацию, отпадает необходимость посещать сайт — источник материала, а значит пользователь не увидит рекламу, и как следствие прекратится финансирование интернет-проектов.^[10]

Реализация

Языки описания

Стек понятий семантической паутины

Техническую часть семантической паутины составляет семейство стандартов на языки описания, включающее XML, XML Schema, RDF, RDF Schema, OWL, а также некоторые другие. Располагая их в порядке повышения уровня абстракции, реализуемого тем или иным языком, получаем:

• XML предоставляет синтаксис для определения структуры документа, подлежащего машинной обработке. Синтаксис XML не несёт семантической нагрузки.
• XML Schema определяет ограничения на структуру XML-документа. Стандартный синтаксический анализатор языка XML в состоянии проверить произвольный XML-документ на соответствие его структуры так называемой схеме документа, описанной в XML Schema.
• RDF представляет собой простой способ описания экземплярных данных в формате субъект-отношение-объект, в котором в качестве любого элемента этой тройки используются только идентификаторы ресурсов. Существует стандартизованное отображение этих троек на XML-документы предопределённой структуры (то есть консорциумом W3 определена схема XML-документов, содержащих RDF-описания), а также на другие форматы представления (например, в нотацию N3).
• RDF Schema описывает набор атрибутов (здесь их точнее назвать отношениями), таких, как rdfs:Class, для определения новых типов RDF-данных. Языком поддерживается также отношение наследования типов rdfs:subClassOf.
• OWL расширяет возможности по описанию новых типов (в частности, добавлением перечислений), а также позволяет описывать новые типы данных RDF Schema в терминах уже существующих (например, определять тип, являющийся пересечением или объединением двух существующих).
• Микроданные (HTML microdata) — это международный стандарт семантической разметки HTML-страниц, с помощью атрибутов, описывающих смысл информации, содержащейся в тех или иных HTML-элементах. Такие атрибуты делают контент страниц машиночитаемым, то есть позволяют в автоматическом режиме находить и извлекать нужные данные.

Логический вывод

Форматы описания метаданных в семантической паутине предполагают проведение логического вывода на этих метаданных, и разрабатывались с оглядкой на существующие математические формализмы в этой области. Формализм, лежащий в основе формата, даёт возможность делать заключения о свойствах программ, обрабатывающих данные в этом формате.

Особенно сильно это относится к языку OWL. Базовым формализмом для него являются дескрипционные логики, а сам язык разбит на три вложенных подмножества (в порядке вложенности): OWL Lite, OWL DL и OWL Full^[11]. Доказано^[12], что логический вывод на метаданных с выразительностью OWL Lite выполняется за полиномиальное время (другими словами, задача вывода принадлежит к классу P). OWL DL описывает максимальное разрешимое в данный момент подмножество дескрипционных логик, но некоторые запросы по таким данным могут требовать экспоненциального времени выполнения. OWL Full реализует все существующие конструкторы дескрипционных логик, но не каждый запрос в этом подмножестве языка может быть разрешён (слово «разрешён» здесь употребляется в значении, основанном на корне «решать»).

Простая структура предикатов языка RDF, в свою очередь, позволяет использовать при его обработке опыт из теорий логических баз данных, логики предикатов и т. д.

Проекты

Дублинское ядро

Одним из первых серьёзных и популярных проектов, основанных на принципах семантической паутины, стал проект «Дублинское ядро» (англ. Dublin Core), реализуемый инициативной организацией Dublin Core Metadata Initiative (DCMI). Это открытый проект, цель которого — разработать стандарты метаданных, которые были бы независимы от платформ и подходили бы для широкого спектра задач. Конкретнее, DCMI занимается разработкой словарей метаданных общего назначения, стандартизирующих описания ресурсов в формате RDF.^[13]

RSS (версий 0.90 и 1.0)

Версии 0.90 и 1.0 формата RSS основаны на RDF. Информация в нём представляется как и в RDF, тройками субъект-отношение-объект. Необходимо отметить, что несмотря на то, что ему присущи многие недостатки семантической паутины (например, дублирование информации), этот простейший формат быстро стал чрезвычайно популярным за счёт узкой категоризации подмножества используемых метаданных. Отличие RSS от RDF состоит в том, что субъектом тройки всегда является сайт-источник RSS-файла, а в качестве отношений используются самые очевидные свойства документов, имеющие отношение к часто обновляющимся источникам информации: дата написания, автор, постоянная ссылка, и т. д. Другими словами, RSS — узкоспециализированное подмножество RDF.^[14]

Заметим, что формат RSS версии 2.0, хотя и не является форматом, основанным на RDF, позволяет внедрение произвольного XML-содержимого, находящегося в собственных пространствах имён XML. Это позволяет использовать RDF-описания также и в нём (используя пространство имён rdf).^[15]

FOAF

Проект «Friend of a Friend» («Друг друга») позволяет описывать отношение знакомства с помощью RDF. Любой его участник может идентифицировать себя уникальным образом с помощью URI (например, mailto-адресом электронной почты, адресом блога, и т. п.), создать свой профиль, используя предопределённые для FOAF отношения на языке RDF, и перечислить идентификаторы людей, которых этот участник знает. Это описание может обрабатываться автоматически; на его основе можно строить сети доверия, анализировать структуру социальных групп, и т. д.^[16]

DBpedia

DBpedia — проект, направленный на извлечение структурированной информации из данных, созданных в рамках проекта Wikipedia. DBpedia позволяет пользователям запрашивать информацию, основанную на отношениях и свойствах ресурсов Википедии, в том числе ссылки на соответствующие базы данных. Начат группой добровольцев из Свободного университета Берлина и Лейпцигского университета, в сотрудничестве с OpenLink Software, и впервые был опубликован в 2007 году. Проект DBpedia использует Resource Description Framework (RDF) для представления извлеченной информации. По состоянию на апрель 2010, базы данных DBpedia состоят из более чем 1 млрд единиц информации, из которых 257 млн были взяты из английской версии Википедии и 766 млн извлечены из версий на других языках^[17].

См. также

• Отображение онтологий
• Семантическая вики
• Список новых перспективных технологий
• Семантические веб-сервисы

Примечания

1. ↑ The Semantic Web. Scientific American, 17 мая 2001, русский перевод: Семантическая Сеть
2. ↑ Giant Global Graph., русский перевод: Тим Бёрнерс-Ли. Гигантский Глобальный Граф
3. ↑ Раздел о Семантической паутине на сайте W3C  (англ.)
4. ↑ Resource Description Framework (RDF): Concepts and Abstract Syntax  (англ.). Консорциум Всемирной паутины (10 февраля 2004 года). — W3C Recommendation. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 12 сентября 2010.
5. ↑ Cool URIs for the Semantic Web  (англ.). Консорциум Всемирной паутины (3 декабря 2008 года). — W3C Interest Group Note. Архивировано из первоисточника 24 августа 2011. Проверено 12 сентября 2010.
6. ↑ Semantic Web Revisited, IEEE Intelligent Systems, июнь 2006
7. ↑ Cory Doctorow, Metacrap: Putting the torch to seven straw-men of the meta-utopia, август 2001
8. ↑ Rohit Khare, Tantek Çelik, Microformats: A Pragmatic Path to the Semantic Web, январь 2006
9. ↑ RDFa Primer
10. ↑ Ахиллесова пята Семантического Веба, Компьютерра
11. ↑ The Species of OWL in OWL Language Guide
12. ↑ OWL Full, OWL DL and OWL Lite in OWL Language Reference
13. ↑ Dublin Core Metadata Initiative (DCMI)
14. ↑ RSS 1.0 Specification
15. ↑ RSS 2.0 Specification
16. ↑ Friend of a Friend
17. ↑ DBpedia Mappings

Литература

• Dieter Fensel, Wolfgang Wahlster, Henry Lieberman, James Hendler Spinning the Semantic Web: Bringing the World Wide Web to Its Full Potential. — The MIT Press, 2002. — ISBN 0262062321
• Towards the Semantic Web: Ontology-driven Knowledge Management. — John Wiley & Sons, 2003. — ISBN 0470848677
• Toby Segaran, Colin Evans, Jamie Taylor Programming the Semantic Web. — 2009. — ISBN 0596153813
• Luciano Floridi Web 2.0 vs. the Semantic Web: A Philosophical Assessment // Episteme. — 2009. — Т. 6. — № 1. — С. 25--37. — DOI:10.3366/E174236000800052X

Ссылки

• Официальный портал (англ.)
• Общественный портал (англ.)
• Русскоязычный сайт о семантической паутине (технологии, проекты, инструменты)
• Спецификации языка OWL: OWL Language Reference и OWL Language Guide
• Dublin Core Metadata Initiative (DCMI) (англ.)
• Microformats (англ.)
• Rohit Khare, Tantek Çelik, Microformats: A Pragmatic Path to the Semantic Web (англ.)
• Начальное руководство по RDFa разметке для HTML и xHTML верстальщиков
• Лекция в PDF «Семантический веб» курса Юрия Лифшица «Алгоритмы для интернета»