An Introduction to Semantic Web (I)

Introduction to Semantic Web (Part I)

(Based on the book Programming the Semantic Web. from O'Reilly)

What is the Semantic Web?

Semantic refers basically to the meaning of anything tha is under evaluation. In few words something has semantic content if it has a meaning within the context it is been evaluated.

For example: “34” Doesn’t have any real meaning at all. Just a number
On the other hand “34 celcius degrees”. Has a meaning tha anybody can understand (it’s hot)

Semantic Web tries to integrate semantic expressions to the Web. Giving meaning to the data on it, and not just showing meaningless raw data. In this way, knowledge instead of data can be exposed and shared between machines with humans or other machines.

Knowledge representation.

To represent knowledge instead of data, this data must be delevered with it’s meaning. The meaning of the data is actually data about the data, which is known as metadata.
So to represent the knowledge on the Web we must provide the descriptive metadata along with the actual data. This is important to understand: Unlike a database (for example) where the meaning of the data comes somehow in the table and column names, in our representations the metadata goes hand in hand with the actual data.

The basic constructor for the representation of semantic data is the Triple. A Triple is nothing more than a languaje construction of the form (subject, predicate, object). Where “subject” is normally an entity, “predicate” is an attribute or characteristic applied to the subject over the object, which can be an entity with further relations, or literal final value, like a String.

For example: Aragorn son_of Arathorn

With this simple representation we can describe infinite relations and meaningful semantic attributes on infinite entitites originating a complex directed graph of semantic relationships between nodes.

The idea is to represent everything we can as Triples, and save them to a Triple Store. There are many of this triplestores on line, but we’ll see this in the next article.


Example of a mini triple store for our Lord of The Rings Triples:                                                                                                                                                                                                     

Subject	Predicate	Object
Aragorn	son_of	Arathorn
Frodo	bearer_of	Anillo
Sam	friend_of	Frodo
Frodo	is_a	Hobbit
Aragorn	takes_care_of	Frodo
Pippin	friend_of	Frodo

As you can see, the idea is to define a standard language for a particular domain and make it easy to extend and share. The structure itself of the Triple Store makes it easy to extend (By adding new Triples) and the sharing comes from standarizing the language used for the particular domain (which we’ll see in the next article). This sharing and extending is the fundamental to the Semantic Web ideas.

As we mentioned before, to represent semantic data and relationships we use directed graphs. For the Triple Store from before, the graph would be something like:

This kind of structure allows us to give answers to questions like the following, in natural language and in Triple mode.

Natural Language	Triple	Meaning
¿who takes care of Frodo?	? takes_care_of Frodo	Returns all Triples that make the sentence true. In our case Aragorn takes_care_of Frodo
Who is a hobbit and a ring bearer?	?a is_a Hobbit ?a bearer_of Anillo	Like the previous case, but this time with a binding variable which must make both sentences true. In our case this is true just for Frodo. Frodo es_un Hobbit Frodo portador_de Anillo
Who is Sam friend of and also a hobbit?	Sam friend_of ?a a? is_a hobbit	Like in the previous case but with the binding variable in different positions. Sam friend_of Frodo Frodo is_a hobbit
Who is friend of Frodo?	? friend_of Frodo	Triple with multiple results. Sam friend_of Frodo Pippin friend_of Frodo

Infering new Triples

From the data and asserts existent in our triplestore, as from our knowledge of the specific domain, we can build rules that help us create new knowledge in our store.

For example. We can define a Rule saying “If X is friend of Frodo the X is friend of Sam”. By implementing this inference rule, we will generate new Triples of knowledge in our store.


Graph merging and linked data

Other option all this alloes, is graph merging. For example, let’s suppose we find somewhere a Triplestore refering to “The Hobbit” novel. It could be merged with our datastore and create more knowledge in our store:

For example. Our Triplestore

Frodo nephew_of Bilbo

The Hobbit

Bilbo saves dwarfes

By relating both Bilbos, we can add this new knowledge to our Triplestore.

This introduction was focused on the description of how the Semantic Web essentials works. In the next article we’ll see the standards languages and tools that make use of this concepts to deliver content and share it  on the Web.

Sharing will be machine-human and most importantly machine-machine.

We’ll see public Triplestores and how to merge them, query them, make inferences out of them and more.

Carlo

Introduction to semantic Web from a p...

Introduccion a la Red Semantica desde el punto de vista de un programador. (Parte I)

(Basado en el libro Programming the Semantic Web. de O'Reilly)

¿Que es la Red Semantica?

Semantica se refiere basicamente al significado de un elemento cualquiera. En pocas palabras algo tiene contenido semantico, si tiene significado dentro del contexto especifico en el que se está evaluando.

Por ejemplo "34". No tiene ningun significado mas que un numero.

Sin embargo "34 grados celcius de temperatura". Tiene un significado que cualquier persona puede entender e interpretar facilmente. (Hace calor).

La Red Semantica, intenta integrar las expresiones semanticas a la Web. Dando significado a los datos que se encuentran en ella, y no unicamente presentando dichos datos sin significado. Permitiendo de esta forma representar conocimiento en vez de datos crudos y compartirlos entre maquinas.

Representacion del conocimiento

Para representar conocimiento y no datos, es necesario dar significado a estos datos. Información acerca de los datos es lo que conocemos como Metadatos. Por lo tanto para representar el conocimiento en la Red, debemos proveer los datos que forman el conocimiento, y los metadatos que describen estos datos. Es importante entender que los metadatos van explicitamente acompañando a los datos. es Decir, la semantica acompaña al dato.

El constructor básico para la representación del conocimiento es el "tripleta". Un tripleta no es mas que una construcción de la forma: sujeto, predicado, objeto. Donde sujeto es normalmente una entidad, predicado es un atributo o caracteristica sobre esa entidad, y el objeto, puede ser o una entidad, que puede relacionarse con otras, o un valor literal final, como una cadena o un numero.

Por ejemplo Aragorn hijo_de Arathorn

Con esta simple representación podemos describir infinitas relaciones y atributos semanticos sobre distintas entidades, originando un complejo Grafo dirigido de relaciones semanticas. Todos las "tripletas" que se generan se guardan en una estructura conocida como el Almacenamiento de tripletas.

Ejemplo:

                                                                                                                                                                                                                                

Sujeto	Predicado	Objeto
Aragorn	hijo_de	Arathorn
Frodo	portador_de	Anillo
Sam	amigo_de	Frodo
Frodo	es_un	Hobbit
Aragorn	cuida_de	Frodo
Pippin	amigo_de	Frodo

Como se puede observar en el ejemplo anterior, la idea es definir un lenguaje estandar para un dominio particular, que como queda demostrado por el propio ejemplo, es muy facil de extender y compartir, lo cual es la escencia de la Red Semantica.
Facil de Extender porque para añadir nuevas relaciones solo es necesario añadir un tripleta mas al almacen.
Facil de compartir porque es un lenguaje sencillo que se estandariza alrededor de un dominio y que puede ser utilizado por todos para referirse a ese dominio.

Como mencionamos antes, la representación de los datos semanticos, se da mediante el uso de grafos dirigidos. El grafo del ejemplo anterior seria asi:

Esta estructura nos permitiria responder a los siguientes problemas planteados en lenguaje natural y a modo de tripletas:

Lenguaje natural	tripletas	Significado_de_las_tripletas______________________________________________
¿Quien cuida de Frodo?	? cuida_de Frodo	Nos devuelve todas las tripletas que coincidan con el predicado. En este caso Aragorn cuida_de Frodo
¿Quien es un Hobbit y porta el anillo?	?a es_un Hobbit ?a portador_de Anillo	Como el caso anterior. Pero esta vez con una variable de enlace que debe cumplir los 2 predicados. En este caso solo Frodo lo cumple: Frodo es_un Hobbit Frodo portador_de Anillo
¿De quien es Sam amigo, que ademas es un Hobbit?	Sam amigo_de ?a a? portador_de anillo	Igual que el caso anterior pero con las variables de enlace cambiadas de posición Sam amigo_de Frodo Frodo portador_de Anillo
¿Quien es Amigo de Frodo?	? amigo_de Frodo	tripleta con multiples resultados posibles que satisfacen la "ecuacion" Sam amigo_de Frodo Pippin amigo_de Frodo

Inferencia de nuevas tripletas

A partir de los datos, y las afirmaciones planteados en nuestra base asi como de nuestro conocimiento del mundo y del dominio en particular, podemos crear reglas que nos ayuden a crear nuevo conocimiento en nuestro almacen.

Por ejemplo. Podemos definir una Regla diciendo que "Si X es amigo de Frodo, entonces X es amigo de SAM". Al implementar esta regla de inferencia, se generarán nuevas tripletas por cada tripleta de los amigos de Frodo.

Combinacion de Grafos

Otra opción que nos permite este enfoque, es la combinación de Grafos. Por ejemplo, supongamos que nos llega un conjunto de tripletas referentes a la novela "El Hobbit". Se podría facilmente combinar con nuestro almacen de tripletas y hacer nuestra base de conocimiento mas grande y completa.

Ejemplo En nuestro Grafo podriamos tener:

Frodo sobrino_de Bilbo

En el Hobbit:

Bilbo salva_a Enanos

Al tener relación los identificadores "Bilbo", podemos hacer este ultimo tripleta parte de nuestra base de conocimientos. Combinado así los grafos.


Desarrollaremos nuestro propio Almacen de tripletas en Groovy para ver como almacenamos y accedemos a este conocimiento. Guardaremos las tripletas en memoria en esta implementación. y utilizaremos Groovy para el desarrollo. Crearemos El sistema para hacer Queries a los datos, El sistema para crear los enlaces entre variables y la creación de Reglas de Inferencia.

API del triplestore

//Añadir Triple al Almacen de Triples

void add(subject,predicate,object)

// Hace una query pasando una serie de clausulas al metodo de la forma "?alguien hijo_de Arathorn y ?alguien amigo_de Frodo",  y retorna las tripletas que hagan verdad todos los predicados en conjunto.

def query(clauses)

// Añadir una clase que implemente una regla de inferencia.

void add(inferenceRule)

//Ejecutar las reglas de inferencia y cargar las nuevos tripletas:

void infereTriples()


El codigo Fuente en Groovy estará disponible en http://code.google.com/p/groovysemantictriplestore/

Hemos visto una implementación Rudimentaria hecha a mano de un Almacen de tripletas en Groovy, que nos muestra la esencia del funcionamiento de la RED semantica. Sin embargo, es una solución completamente personal y no distribuible. En la siguiente entrega veremos como el uso de Estandars nos permite utilizar el conocimiento adquirido para crear almacenes de datos semanticos que nos permitan compartirlos con otras personas y mas importante aun, con maquinas.

La siguiente entrega por tanto estará orientada a la estandarización, y como hacer compartible nuestro conocimiento de un dominio por Internet. Veremos como combinar grafos existentes y muchas otras cosas relacionadas con las herramientas y tecnologías que hay a nuestra disposición para el manejo de datos semanticos.