giới thiệu semantic web

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan để hoàn thành được luận văn, bản thân đã có quá trình tìm hiểu và học hỏi nghiêm túc. Những gì được trình bày trong luận văn là kết quả của quá trình học hỏi và nghiên cứu cùng với sự giúp đỡ hướng dẫn tận tình của giáo viên hướng dẫn và các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Luận văn không sao chép lại nội dung của các luận văn đã có. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT HTTP: Hypertext Transfer Protocol HTML: HyperText Markup Language XHTML: Extensible HyperText Markup Language RDF: Resource Description Framework FTP: File Transfer Protocol XML: Resource Description Framework URI: Uniform Resource Identifier URL: Uniform Resource Locator OWL: Web Ontology Language WWW: World Wide Web DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Kiến trúc Semantic Web 13 Hình 3-1: Đồ thị biểu diễn bộ ba 35 Hình 3-2: Đồ thị biểu diễn nhóm bộ ba 36 Hình 3-3 Mối quan hệ giữa các thành phần trong triple. 41 Hình 3-4 Mô tả một phát biểu đơn giản bằng đồ thị 41 Hình 3-5 Biểu diễn nhiều phát biểu cho cùng một subject 42 Hình 3-6 Plain Literal biểu diễn cho tuổi của Mr John 43 Hình 3-7 Kiểu Typed Literal biểu diễn cho tuổi của Mr John 44 Hình 3-8 Tạo địa chỉ(address) cho Mr John 46 Hình 3-9 Sử dụng một blank Node. 47 Hình 3-10 Mô tả 1 bag container đơn giản 52 Hình 3-11 Mô tả 1 Alt container đơn giản 53 Hình 3-12 Mô tả một RDF : Collection 55 Hình 3-13 Không gian domain và range của thuộc tính 60 Hình 4.1. Mô hình hệ thống tích hợp dữ liệu 74 Hình 4.2. Mô hình chuyển đổi cơ sở dữ liệu quan hệ sang XML 83 CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU SEMANTIC WEB 1.1. Worl wide web và những hạn chế của nó Các kĩ thuật tạo lập Web hiện tại phần nào cản trở khả năng phát triển dịch vụ thông tin trên nó. Sự đơn giản trong các kĩ thuật xây dựng tạo ra hiện tượng thắt cổ chai, gây khó khăn trong việc tìm kiếm, rút trích, bảo trì và phát sinh thông tin. Máy tính chỉ được dùng như những thiết bị gửi và trả thông tin, không thể truy xuất được những nội dung thật sự cần. Do đó, chúng chỉ hỗ trợ ở một giới hạn nào đó, việc truy xuất và xử lý thông tin. Kết quả tất yếu là người sử dụng phải chịu trách nhiệm không chỉ truy cập và xử lý thông tin mà còn phải rút trích và diễn giải thông tin. Tuy nhiên, Hoạt động thực tế tạo ra một khối lượng khổng lồ các tài nguyên trên Web. Điều này làm nảy sinh vấn đề rất quan trọng là làm thế nào để tìm kiếm chính xác tài nguyên mong muốn. Dữ liệu trong các file HTML chỉ hữu ích trong một vài ngữ cảnh nhưng có thể không đem lại ngữ nghĩa trong ngữ cảnh khác. Thêm vào đó, HTML không thể mô tả về dữ liệu đóng gói trong đó. Ví dụ, giả sử biết mã vùng (PostCode) và muốn tìm địa chỉ tương ứng. Do mỗi quốc gia có tên và hệ thống mã vùng khác biệt và Web không biểu diễn được mối liên hệ này, nên ta không thể nhận được kết quả như mong đợi. Trái lại, đối với Semantic Web, có thể chỉ ra kiểu mối liên hệ này, chẳng hạn, Zip Code tương đương với PostCode. Do vậy hoàn toàn có thể tìm được thông tin mong muốn. Nếu như các thành phần chính yếu của dữ liệu trong Web trình bày theo dạng thức thông thường, khó sử dụng dữ liệu này một cách phổ biến. Một thiếu sót của Web hiện nay là thiếu cơ cấu hiệu quả để chia sẻ dữ liệu khi ứng dụng được phát triển một cách độc lập. Do đó, cần phải mở rộng Web để máy có thể hiểu, tích hợp dữ liệu, cũng như tái sử dụng dữ liệu thông qua các ứng dụng khác nhau. Để khắc phục các yếu điểm của Web hiện tại, khái niệm “Semantic Web” đã ra đời. 1 1.2. Sự ra đời của Semantic Web Semantic Web (hay Web có ngữ nghĩa) là thế hệ mở rộng của Web hiện tại được đưa ra bởi Tim Berners-Lee vào khoảng năm 1998. Mục tiêu ban đầu của Semantic Web là hỗ trợ người dùng tìm kiếm thông tin trên mạng một cách nhanh chóng, chuẩn xác và thông minh hơn so với các công cụ tìm kiếm truyền thống. Kể từ đó đến nay, các kỹ thuật liên quan đến Semantic Web không ngừng được hoàn thiện. Các ứng dụng liên quan đến Semantic Web cũng được mở rộng như: Phát triển các chuẩn công nghệ chung để biểu diễn thông tin và cho phép máy tính có thể hiểu được một số thông tin trên Web, hỗ trợ tìm kiếm thông minh, hỗ trợ việc khám phá, tách chiết thông tin, tích hợp dữ liệu và tự động hóa một số công việc được thực hiện thủ công. Xét về mặt bản chất, Semantic Web chỉ là một công cụ để con người cũng như máy tính sử dụng để biểu diễn thông tin, hay nói chính xác hơn Semantic Web là một dạng dữ liệu trên Web. Khác với các dạng thức dữ liệu được trình bày trong HTML, dữ liệu trong Semantic Web được đánh dấu, phân lớp, mô hình hóa, được bổ sung thêm các thuộc tính, các mối liên hệ… theo các lĩnh vực cụ thể, qua đó giúp cho các phần mềm máy tính có thể hiểu được dữ liệu và tự động xử lý được những dữ liệu đó. Semantic Web làm cho các dịch vụ thông minh hơn, ví dụ như môi giới thông tin, tác nhân tìm kiếm, bộ lọc thông tin v.v. Những dịch vụ thông minh trên hệ thống web giàu ngữ nghĩa sẽ vượt trội hơn những phiên bản sẵn có hiện tại của các dịch vụ này, vốn giới hạn về chức năng xử lý. 1.2.1. Semantic Web là gì? Semantic Web không phải là Web chuyên biệt, nhưng là một mở rộng của Web hiện tại, theo đó thông tin được xác định ý nghĩa tốt hơn, cho phép máy tính và người cộng tác với nhau tốt hơn. Semantic Web được hình thành từ ý tưởng của Tim Berners-Lee, người phát minh ra WWW, URI, HTTP và HTML. 2 Semantic Web là một mạng lưới các thông tin, được liên kết sao cho chúng có thể được xử lý dễ dàng bởi các máy tính ở phạm vi toàn cầu. Nó được xem là cách mô tả thông tin rất hiệu quả trên World Wide Web và cũng được xem là một cơ sở dữ liệu có khả năng liên kết toàn cầu. Semantic Web là một phương pháp cho phép định nghĩa và liên kết dữ liệu một cách có ngữ nghĩa, nhằm phục vụ cho máy tính có thể “hiểu” được. Semantic Web còn cung cấp một môi trường chia sẻ và xử lý dữ liệu một cách tự động bằng máy tính. Ví dụ, giả sử cần so sánh giá để chọn mua một bó hoa hay cần tra cứu catalog của các hãng chế tạo xe khác nhau, để tìm ra thiết bị thay thế cho các bộ phận bị hư hỏng của xe Volvo 740. Thông tin ta thu được trực tiếp trên Web có thể trả lời các câu hỏi này nhưng đòi hỏi người sử dụng phải tự phân tích ý nghĩa của dữ liệu và mối liên quan của nó với yêu cầu đề ra, không thể xử lý tự động bằng máy tính. Với Semantic Web ta có thể giải quyết vấn đề này theo 2 cách: o Thứ nhất, nó sẽ mô tả chi tiết dữ liệu. Do đó, một chương trình xử lý không cần quan tâm đến các format, hình ảnh, quảng cáo trên một trang Web để tìm ra sự liên quan của thông tin. o Thứ hai, Semantic Web cho phép chúng ta tạo ra một file mô tả mối liên hệ giữa các tập dữ liệu khác nhau. Ví dụ, có thể tạo một liên kết semantic giữa một cột ‘zip-code’ trong database với trường ‘zip’ ở trên form nhập liệu, nếu chúng có chung ý nghĩa. Điều này cho phép máy tính theo các link và tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau. Ý tưởng liên kết các nguồn khác nhau (tài liệu, hình ảnh, con người, khái niệm, …) cho phép chúng ta mở rộng Web thành một môi trường mới với tập các mối quan hệ mới (như hasLocation, worksFor, isAuthorOf, hasSubjectOf, dependsOn, ) giữa các nguồn dữ liệu, tạo ra các mối liên hệ ngữ cảnh (contextual relationship), Web hiện tại chưa làm được. 3 1.2.2. Semantic Web mang lại những gì? 1.2.2.1. Máy có thể hiểu được thông tin trên Web Internet ngày nay dựa hoàn toàn vào nội dung. Web hiện hành giúp con người khai thác thông tin nhưng máy tính thì rất khó để hiểu được thông tin trên nó. Semantic Web sẽ cung cấp ngữ nghĩa để máy tính có thể hiểu được. Ví dụ như: • The Beatles là một ban nhạc nổi tiếng của Liverpool. • John Lennon là một thành viên của The Beatles. • Bản nhạc “Hey Dude” do nhóm The Beatles trình bày. Con người có thể hiểu và suy luận được trên các câu này nhưng làm cho máy tính hiểu được như vậy không hoàn toàn đơn giản. Về hình thức người sử dụng máy tính vẫn có được nội dung thông tin như trước đây, nhưng đối với máy tính Semantic Web nới rộng khả năng xử lý cho phép, máy không phải suy luận dựa vào ngữ pháp và các ngôn ngữ đánh dấu (Markup Language), do cấu trúc ngữ nghĩa của văn bản (text) khi đó hàm chứa những gì cần thiết cho xử lý. 1.2.2.2. Thông tin được tìm kiếm nhanh chóng và chính xác hơn Với Semantic Web, việc tìm kiếm sẽ trở nên dễ dàng do mọi thứ đã được đặt trong ngữ cảnh. Ý tưởng chính yếu ở đây là toàn bộ ngữ cảnh đều được người sử dụng mô tả. Mục tiêu của Semantic Web là phát triển các tiêu chuẩn và kĩ thuật để giúp máy hiểu thông tin trên Web nhiều hơn, cho phép tìm ra các thông tin dồi dào hơn, tích hợp, duyệt dữ liệu và tự động hóa các thao tác. Với Semantic Web không những chỉ nhận được những thông tin chính xác hơn khi tìm kiếm từ một máy tính, mà máy tính còn có thể tích hợp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau, so sánh chúng với nhau. 1.2.2.3. Dữ liệu liên kết động Với Semantic Web, có thể gắn các thông tin mô tả có ngữ nghĩa với bất kì nguồn dữ liệu nào. 4 Ví dụ, nhờ thêm các metadata (siêu dữ liệu) cho các tài liệu khi tạo lập ta có thể tìm kiếm các tài liệu có metadata về “tác giả của các tài liệu là Eric Miller”. Tương tự, với metadata phối hợp có thể tìm kiếm các tài liệu thuộc loại “tài liệu nghiên cứu”. Với Semantic Web, ta không chỉ cung cấp các URI cho tài liệu như trước mà còn cung cấp các khái niệm, các mối liên hệ. Như trong ví dụ trên, sử dụng định danh cho ‘tác giả’ và khái niệm ‘tài liệu nghiên cứu’, ta đã làm rõ thêm đó là ai và mối quan hệ của người này với một tài liệu nào đó về mặt tác giả. Ngoài ra, ta có thể phân biệt những tài liệu của Eric Miller với những tài liệu của những người khác, có thể kết hợp những thông tin đã được mô tả ở nhiều site khác nhau để biết thêm về người này ở những ngữ cảnh khác nhau ví dụ như vai trò khi là tác giả, nhà quản lý, nhà phát triển, … 1.2.2.4. Hỗ trợ công cụ tự động hóa Ngoài ra, Semantic còn cung cấp các loại dịch vụ tự động từ các phạm vi khác nhau: trong gia đình, các thư viện kĩ thuật số cho đến các dịch vụ kinh doanh điện tử và dịch vụ sức khỏe.v.v. Semantic Web cung cấp các phương tiện để mô tả các thông tin chi tiết trên Web hỗ trợ việc tự động hóa xử lý các dịch vụ. 1.2.3. Kiến trúc Semantic Web 1.2.3.1. Giới thiệu : Xét từ góc độ mô tả, Semantic Web chứa đựng một tập hợp các ngôn ngữ mô tả. Các lớp của Semantic Web được sử dụng để tạo ra các giá trị thông tin tốt nhất cho các ứng dụng. 5 Hình 1-1 Kiến trúc Semantic Web o Lớp Unicode & URI cho phép sử dụng tập kí tự quốc tế và cung cấp phương tiện khi định danh các đối tượng trong Semantic Web. o Lớp XML cùng với các định nghĩa về namespace và schema (lược đồ) cho phép có thể tích hợp các định nghĩa Semantic Web với các chuẩn dựa trên XML khác. o Lớp RDF [RDF] và RDFSchema [RDFS] cho phép tạo các phát biểu (statement) mô tả các đối tượng với từ vựng và định nghĩa của URI. Các đối tượng này được tham chiếu đến khi sử dụng từ vựng và định nghĩa của URI ở trên. Đây cũng là lớp có thể gán các kiểu (type) cho các tài nguyên liên kết, cũng là lớp quan trọng nhất trong kiến trúc Semantic Web . o Lớp Ontology: Cho phép hỗ trợ những tiến triển về từ vựng, cho phép định nghĩa mối liên hệ giữa các khái niệm khác nhau. o Lớp Digital Signature: được dùng để xác định chủ thể của tài liệu (ví dụ: tác giả của một tài liệu). Các lớp Logic, Proof, Trust: các lớp này đang trong giai đoạn nghiên cứu chỉ một số thể hiện trong các ứng dụng giản đơn được xây dựng. Lớp Logic cho phép đưa ra các luật (rule), lớp Proof tiến hành suy diễn trên các luật và cùng với lớp Trust đánh giá xem ứng dụng có nên chấp nhận minh chứng đã nêu hay không. 6 [...]... trang web tương ứng, nhờ vậy đã kết hợp URI (http://logicerror.com/myWeavingTheWeb) với bản sao “WeavingTheWeb” Có thể nhận thấy rằng trong thể hiện này, URI: “http://logicerror/myWeaving TheWeb” thực hiện hai nhiệm vụ: biểu diễn nội dung cả quyển sách, cũng như trang Web mô tả Đây là một lĩnh vực đang được thảo luận, gọi là vấn đề định danh Semantic Web và nó là tâm điểm thảo luận khi phát triển Semantic. .. của các cấu trúc Tên các tag không cung cấp ý nghĩa Semantic Web chỉ dùng XML cho mục đích mô tả cú pháp 1.2.3.2.3 Lớp RDF - RDF Schema Ban đầu Web được tạo ra để người sử dụng: đọc, hiểu, … Mặc dù máy có thể đọc được mọi thứ trên Web, nhưng nó không hiểu được dữ liệu trên Web Giải pháp được đưa ra là dùng siêu dữ liệu (metadata) mô tả dữ liệu trên Web để máy có thể hiểu được chúng Siêu dữ liệu là một...7 1.2.3.2 Vai trò các lớp trong kiến trúc Semantic Web Ta sẽ xem xét các thành phần khác nhau của Semantic Web và cách thức thể hiện các thành phần này 1.2.3.2.1 Lớp định danh tài nguyên-URI URI (Uniform Resource Identifier) là định danh Web, tương tự như “http” hay “ftp” Bất kỳ người sử dụng nào cũng có thể tạo một URI và có quyền sở hữu... xác định duy nhất • mailto:pw2538@bristol.ac.uk: xác định địa chỉ mail của một người nào đó 8 URI là nền tảng của Semantic Web Mọi thành phần khác của Web có thể thay thế nhưng URI thì không được phép thay đổi URI liên hệ các thành phần của Web lại với nhau Để định danh các thành phần trên Web, ta sử dụng bộ định danh Do sử dụng một hệ thống đồng bộ các định danh, mỗi thành phần được định danh là một... nguyên trên Web Chẳng hạn như, sách là một loại tài nguyên trên Web (http://www.amazon.com/CSharp.htm) Khi đó các thông tin mô tả cho tài nguyên này như: tên tác giả, tên tựa sách, ngày xuất bản, … chính là siêu dữ liệu RDF (Resource Description Framework) là nền tảng của Semantic Web và xử lý metadata, được định nghĩa bởi tổ chức W3C RDF cho phép trao đổi thông tin giữa các ứng dụng trên Web để máy... quan hệ giữa các khái niệm được định nghĩa cho một lĩnh vực nào đó để biểu diễn và trao đổi thông tin Đây cũng là một hướng tiếp cận để xây dựng Semantic Web Tổ chức W3C cũng đã đề ra một ngôn ngữ ontology trên Web (OWL: Web Ontoloty Language) để xây dựng Sematic Web dựa trên nền tảng của ontology Ontology định nghĩa một bộ từ vựng phổ biến thường gặp, cho phép các chia sẻ thông tin trong một hoặc nhiều... để bắt đầu các Web gốc, ứng dụng tích hợp RDF và các tác nhân trong Semantic Web Cũng giống như ta cần có sự thống nhất về ý nghĩa của các từ được sử dụng trong giao tiếp, máy vi tính cần có cơ chế thống nhất để hiểu ý nghĩa các thuật ngữ, truyền đạt thông tin một cách hiệu quả Định nghĩa các thuật ngữ trong lĩnh vực (mua bán hay sản xuất) gọi là bản thể học, rất cần thiết trong Web Semantic RDF, bản... thứ gì có URI đều có thể biểu diễn trên Web Ví dụ, con người, quyển sách, con ruồi, Nếu muốn tất cả đều có thể có URI Một nguyên tắc chung tạo các URI là bắt đầu với một trang Web Trang mô tả đối tượng được định danh và URL của trang là URI cho đối tượng đó Ví dụ muốn tạo một URI cho bản sao “Weaving the Web của Tim Berners-Lee, trước tiên ta tạo một trang Web mô tả bản sao Sau đó, xem URI của bản... XML Vì thế, XML ngày nay đang được sử dụng rất phổ biến và tương lai sẽ là một chuẩn duy nhất được dùng trên web 26 CHƯƠNG III TỔNG QUAN VỀ RDF 3.1 Giới thiệu XML cung cấp cú pháp để mã hóa dữ liệu, RDF xác định cơ cấu biểu diễn dữ liệu Như tên gọi , RDF là một mô hình biểu diễn dữ liệu trên Web Dữ liệu ở đây được hiểu là các tài nguyên trong RDF vocubulary (từ vựng) Mô hình dữ liệu cơ sở của RDF đơn... tới các phần của một tài liệu XML XPointer tương tự như URL, nhưng thay vì chỉ tới một tài liệu trên Web, Xpointer chỉ tới những phần nhỏ bên trong một tập tin XML CSS - một công cụ dùng để hiển thị trang web biểu thị nội dung XML cũng như HTML XSL là một ngôn ngữ cao cấp cũng có nhiệm vụ hiển thị trang web, XSL cần cho XML hơn so với CSS XSL dựa trên XSLT, một ngôn ngữ chuyển đổi dùng trong việc sắp . ra đời của Semantic Web Semantic Web (hay Web có ngữ nghĩa) là thế hệ mở rộng của Web hiện tại được đưa ra bởi Tim Berners-Lee vào khoảng năm 1998. Mục tiêu ban đầu của Semantic Web là hỗ trợ. Web hỗ trợ việc tự động hóa xử lý các dịch vụ. 1.2.3. Kiến trúc Semantic Web 1.2.3.1. Giới thiệu : Xét từ góc độ mô tả, Semantic Web chứa đựng một tập hợp các ngôn ngữ mô tả. Các lớp của Semantic. hiện tại của các dịch vụ này, vốn giới hạn về chức năng xử lý. 1.2.1. Semantic Web là gì? Semantic Web không phải là Web chuyên biệt, nhưng là một mở rộng của Web hiện tại, theo đó thông tin được