05 - Protege & OWL API 的使用 - 本科毕设整理

其他 2018-08-14 18:28:29 阅读次数: 0
  • 我的本科毕设题目是《基于家居环境的智能推理引擎设计》，跟我的专业通信工程似乎……第一次接触语义网(Sementicweb)和网络本体语言(OWL)。主要研究了智能家居关键技术，分析了多种场景的智能家居环境特点、推理机技术，设计实现了一种基于家居环境的智能推理引擎。

当然，上面都是废话…当初累死累活找不到什么资料，现在…拖了这么久，整理一下Protege和OWL API的使用，万一有师弟师妹拿到这种鬼一样的毕设题目，或者…甚至听闻我这毕设要被做成MOOC和下届本科生的程序设计实验课程题目，哎，标准的坑货学长了。

Protege

1、是啥

  • 是斯坦福大学开发的OWL语言本体构建工具。官网了解一下：
    https://protege.stanford.edu

  • 基于Java，可视化界面，内置推理机和SWRL等插件，支持更多插件扩展

  • 功能完备，OWL API中的功能基本全都覆盖到了

  • 下载地址就在官网首页。
    或者我的百度云：
    Protege5.2 https://pan.baidu.com/s/1U5KaSwZLpHpULyERlfKw2w 密码：fydl

调研了Protege之后的我：“这东西这么6，我们还用啥JESS，Jena，OWL API啊？”
“别的国家能上天，我们就不上了么？”

2、Protege咋用啊（创建本体）

  • 界面
    界面
    界面花花绿绿，还算友好。比起枯燥的代码构建本体，人性化多了。
    当然刚一启动Protege肯定没这么多窗口，可以从Window，Views里调出各种窗口，建议先搞出来Class hierarchy、Class Description、Individuals、Individual Description、Individual Property Assertion、Object Property等这几个窗口。
  • 2.1 声明类（Class）

菜单点击file, new.每个本体有一个总的类owl:Thing。
我们在这个类的下面声明一个子类(subclass)，比如输入设备iDevices：
点击图2-1（Add subclass）,Name就叫iDevices。
图2-2
再声明输出设备oDevices类，可以点回到owl:Thing然后声明子类，也可以直接声明sibling class
图2-3

同理我们再声明一些类，就能实现一个类的架构出来。
图2-4

类的属性有：
图2-5
点击后面的加号就可以声明相应的属性，其中Equivalent To属性声明的是当满足这一条件时这个类等同于另一个指定的类；Subclass of,Disjoint with等顾名思义。

  • 2.2 声明个体（Individual）

点击图2-6声明个体，声明个体之后在这个个体的Description里可以声明它属于哪个类，在 Property Assertion里声明它具有的对象属性数据属性等。

  • 2.3 对象属性

在本体中如何表示“我是你师兄”这样一种关系呢？那就要用到对象属性。比如“人”这个类下的个体“我”具有“isFatherOf”，啊不是，具有“isBrotherOf”的对象属性，对象是“你”：
在 Object Property 里创建isBrotherOf这一对象属性，在 对象“我”的property assertion里声明
图2-7
这就行了。

  • 2.4 数据属性
    跟对象属性差不多，顾名思义数据属性，比如先声明Temperature这一数据属性，在代表温度传感器的个体XTemp里声明它具有Temperature这一数据属性，值是30 （℃）：
    图2-8

type？整成integer还是整成float看你喜好。

再咋用啊（创建规则库）

  • 2.5 SWRLTab的使用
    由于用OWL语言直接写规则很麻烦，可读性也较差（看个例子？：），因此可以用SWRL这个很棒的插件。
    例：温度高过阈值了开空调并保持其他制热设备关闭 的规则OWL语言实现：
<DLSafeRule>
        <Annotation>
            <AnnotationProperty IRI="http://swrl.stanford.edu/ontologies/3.3/swrla.owl#isRuleEnabled"/>
            <Literal datatypeIRI="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#boolean">true</Literal>
        </Annotation>
        <Annotation>
            <AnnotationProperty abbreviatedIRI="rdfs:comment"/>
            <Literal datatypeIRI="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string">温度高开启空调制冷</Literal>
        </Annotation>
        <Annotation>
            <AnnotationProperty abbreviatedIRI="rdfs:label"/>
            <Literal datatypeIRI="http://www.w3.org/2001/XMLSchema#string">S1</Literal>
        </Annotation>
        <Body>
            <ClassAtom>
                <Class IRI="#HTemp"/>
                <Variable IRI="#p"/>
            </ClassAtom>
            <ClassAtom>
                <Class IRI="#iDevices"/>
                <Variable IRI="#p"/>
            </ClassAtom>
            <ObjectPropertyAtom>
                <ObjectProperty IRI="#hasTemp"/>
                <Variable IRI="#p"/>
                <Variable IRI="#y"/>
            </ObjectPropertyAtom>
        </Body>
        <Head>
            <ObjectPropertyAtom>
                <ObjectProperty IRI="#TurnCold"/>
                <NamedIndividual IRI="#Air"/>
                <NamedIndividual IRI="#TestSucc"/>
            </ObjectPropertyAtom>
            <ObjectPropertyAtom>
                <ObjectProperty IRI="#TurnOff"/>
                <NamedIndividual IRI="#Control"/>
                <NamedIndividual IRI="#Fireplace"/>
            </ObjectPropertyAtom>
            <ObjectPropertyAtom>
                <ObjectProperty IRI="#TurnOff"/>
                <NamedIndividual IRI="#Fireplace"/>
                <NamedIndividual IRI="#TestSucc"/>
            </ObjectPropertyAtom>
            <ObjectPropertyAtom>
                <ObjectProperty IRI="#TurnOn"/>
                <NamedIndividual IRI="#Control"/>
                <NamedIndividual IRI="#Air"/>
            </ObjectPropertyAtom>
        </Head>
    </DLSafeRule>

而SWRL的实现呢？

iDevices(?p) ^ hasTemp(?p, ?y) ^ HTemp(?p) -> TurnOn(Control, Air) ^ TurnCold(Air, TestSucc) ^ TurnOff(Fireplace, TestSucc) ^ TurnOff(Control, Fireplace)

SWRL的官网：http://www.w3.org/Submission/SWRL/
当然，如果你直接按照官网给的例子写规则是会报错的，大概是他们太久没更新了语法不太对……至于SWRL的语法，看上面那个例子也就很清楚了吧。简单解释一下就是：
iDevices里的某个个体(?p)，它具有对于另一个体(?y)的对象属性(hasTemp)并且( ^ )它也是高温(Htemp)类的个体，那么(->)就让个体Control具有对于Air的对象属性TurnOn以及 吧啦吧啦吧啦后面一串规则。
当你搞了一坨规则以后：
图2-9

  • 2.6 本体内的参数决策
    利用Class 的Equivalent To属性，比如温度Temp类下有高温HTemp低温LTemp和常温NTemp等等不想disjoint的子类，可以通过让Temp类的个体，若其Temperature数据属性大于某个值就等同于高温类HTemp，就可以完成本体内的决策。
    以LTemp为例
    图2-喵喵喵?
    它的Equivalent To属性声明是这样的
Temperature some xsd:integer[<= 10]

需要注意的是……

大于等于的写法[>=10]，=号和后面的数字之间不需要空格
小于等于的写法[<= 10]，=号和后面的数字必须要由空格，不然报错
喵喵喵？这是什么鬼bug……

最后，
保存你创建的本体，会生成相应的.owl文件

用Protege构建本体就到这吧。

OWL API

基于OWL API可以醉蟹简单地开发，对本科生来说目的肯定是入门一下Java和HTML。主要包括：

  • 读取本体，创建本体Model

  • 修改本体中某些数值、属性等

  • 调用推理机，根据本体中的规则库进行推理

1.读取本体

  • 1.1 读本体文件
JFileChooser FileChooser = new JFileChooser();
FileChooser.setCurrentDirectory(new File("C://Users/Doraoct/eclipse-workspace/InferenceEngine/ontology/"));
FileChooser.setDialogTitle("请选择本体文件");
int returnVal = FileChooser.showOpenDialog(null);
    if(JFileChooser.APPROVE_OPTION == returnVal)
    {
        InFilePosition = FileChooser.getSelectedFile();
……
……
……
    }
  • 1.2 创建本体Model
OWLOntologyManager  OOM         = OWLManager.createOWLOntologyManager();
OWLOntology         myOntology  = OOM.loadOntologyFromOntologyDocument(InFilePosition);
OWLDataFactory      DF          = OOM.getOWLDataFactory();
  • 1.3 例：把前端输入的温度写进本体

（为啥要前端输入？还不是因为没有真的传感器）

OWLDataProperty     Temperature = DF.getOWLDataProperty     (IRI.create(base+"#Temperature"));
OWLNamedIndividual  IndiXT      = DF.getOWLNamedIndividual  (IRI.create(base + "#XTemp"));
OWLDataPropertyAssertionAxiom ODPAA = DF.getOWLDataPropertyAssertionAxiom(Temperature, IndiXT,InsideTemp);
IRI                 documentIRI = OOM.getOntologyDocumentIRI(myOntology);
AddAxiom            addAxiom    = new AddAxiom(myOntology, ODPAA);
OOM.applyChange(addAxiom);
  • 1.4 例：从本体读温度传感器数值
Map<OWLDataPropertyExpression, Set<OWLLiteral>> ODPV=IndiXT.getDataPropertyValues(myOntology);
String StringODPV = ODPV.toString();
StringODPV=StringODPV.trim();//去空格
//输出是标签形式的一长串，往前端显示数字的话可以百度个代码吧string里的数字拿出来就是了。我的代码实在没脸放。
  • 1.5 调用HermiT推理机
OWLReasonerFactory RF = new Reasoner.ReasonerFactory();//调用HermiT 推理机
OWLReasoner reasoner = RF.createNonBufferingReasoner(myOntology);
System.out.println(reasoner.getReasonerName()+"版本信息："+reasoner.getReasonerVersion());
reasoner.precomputeInferences();//Infer All 
ArrayList<InferredAxiomGenerator<? extends OWLAxiom>> IAG = new ArrayList<InferredAxiomGenerator<? extends OWLAxiom>>();

下面的输出选项可供选择你想要输出的推理结果：

IAG.add(new InferredSubClassAxiomGenerator());
IAG.add(new InferredClassAssertionAxiomGenerator());
IAG.add(new InferredDataPropertyCharacteristicAxiomGenerator());
IAG.add(new InferredDisjointClassesAxiomGenerator());
IAG.add(new InferredEquivalentClassAxiomGenerator());
IAG.add(new InferredEquivalentDataPropertiesAxiomGenerator());
IAG.add(new InferredEquivalentObjectPropertyAxiomGenerator());
IAG.add(new InferredInverseObjectPropertiesAxiomGenerator());
IAG.add(new InferredSubDataPropertyAxiomGenerator());
IAG.add(new InferredObjectPropertyCharacteristicAxiomGenerator());
IAG.add(new InferredPropertyAssertionGenerator());
IAG.add(new InferredSubObjectPropertyAxiomGenerator());
  • 1.6 读取个体的对象属性（可用于读取推理结果呀）
OWLNamedIndividual IndiAir = DF.getOWLNamedIndividual(IRI.create(base + "#Air"));
Map<OWLObjectPropertyExpression, Set<OWLIndividual>> OOPA=IndiAir.getObjectPropertyValues(Inquire);
tempStr=OOPA.toString();
//你自己的判断规则，我只是举个例子
if (tempStr.indexOf("#TurnCold>=[<http://www.semanticweb.org/doraoct/ontologies/2018/2/untitled-ontology-7#TestSucc>]")!=-1){textField_25.setText("制冷中");}
if (tempStr.indexOf("#TurnHot>=[<http://www.semanticweb.org/doraoct/ontologies/2018/2/untitled-ontology-7#TestSucc>]")!=-1){textField_25.setText("制热中");}
if (tempStr.indexOf("#TurnOff>=[<http://www.semanticweb.org/doraoct/ontologies/2018/2/untitled-ontology-7#TestSucc>]")!=-1){textField_25.setText("已关闭");}
  • 1.7 如果你真的像我一样头铁要尝试用OWL写规则进本体……
//哎，比如大于等于0不能直接声明成>=0，必须得声明称一个OWLFacetRestriction
OWLFacetRestriction dayudengyu0 = DF.getOWLFacetRestriction(MIN_INCLUSIVE, DF.getOWLLiteral(0));
OWLFacetRestriction xiaoyudengyu15 = DF.getOWLFacetRestriction(MAX_INCLUSIVE, DF.getOWLLiteral(15));
//气哭了
OWLDataRange LTempDR = DF.getOWLDatatypeRestriction(integerDatatype,dayudengyu0,xiaoyudengyuXXXTemp);//设定数值限制
OWLDataSomeValuesFrom LTR = DF.getOWLDataSomeValuesFrom(Temperature, LTempDR);//将数值显示应用到Teperature属性
OWLClassExpression LTE = DF.getOWLObjectIntersectionOf(Temp, LTR);//将属性添加到Temp属性下
OWLEquivalentClassesAxiom LTEq = DF.getOWLEquivalentClassesAxiom(LTemp, LTE);//将这一属性定义为HTemp的EquivalentTo属性
OOM.addAxiom(myOntology, LTEq);

何必呢哈哈哈。

双盲答辩的时候，
答辩组长 ：你这引擎可真菜啊
答辩老师A：你指导教师是XX吧（她说对了）
我 ：？？？？？

我，广告，点开：
https://www.zhihu.com/question/270364088/answer/358743546

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转载自blog.csdn.net/BUPTOctopus/article/details/81562114
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