Protégé-OWLAPI的分析介绍

4.4.2　Protégé-OWL API

Protégé-OWL API是一个针对OWL和RDF(S)的开源的Java资源库，它是斯坦福大学相关研究人员在Jena API基础上开发的，针对OWL本体进行操作的API，此API提供了相关的类(Classes)和方法(Methods)实现了装载和保存OWL文件、查询和操纵OWL模型，并且可以实现基于逻辑描述的推理引擎。它对Jena中的Ontology API进行了功能扩展，使OWL Ontology的开发和操作更为方便。Protégé-OWL API有以下几个主要功能:

(1)OWL API(主要是edu.stanford.smi.Protégéx.owl.model包)。可将OWL模型视为可从整体上操作本体库的模型。

(2)本体存储(主要是edu.stanford.smi.Protégéx.owl.database包)。与Jena类似，Protégé-OWL API也提供了文件存储和数据库存储两种方式。

(3)Jena API使用(主要是edu.stanford.smi.Protégéx.owl.jena包)。提供转换到Jena API的方法，可以使用Jena API中所特有的方法(如对RDQL查询语言的支持)。

(4)可视化界面(主要是edu.stanford.smi.Protégéx.owl.ui包)。本体编辑工具protégé的界面的来源，可以根据实际要求对源码进行修改，使得该本体编辑工具更加符合用户需求。

Protégé-OWL API的中心是model(edu.stanford.smi.Protégéx.owl.model)包中的一系列java接口。通过这些接口可提供获取本体模型及其中的元素如类、属性、实例。开发者不需要直接使用这些接口的实现类(如Default RDF Individual)，可直接通过接口操作。使用接口的好处是使用者不需要关心Protégé存储本体的内部细节。

如图4-14，model包中的接口按照继承层次关系分布。所有本体资源的最顶层接口是RDFResource，它有子接口:类(classes)、属性(properties)、实例(individuals)。RDFResource为所有资源定义了最基本的操作，特别是设置和获取属性值。RDFProperty是rdf: Proterty及其子类owl:DatatypeProperty和owl:ObjectProperty的基础接口。由于OWL有各种类型的匿名类，对本体中的类来说，这个继承结构相当的复杂(在该图中没有画出各个匿名类)。

图4-14　OWLModel的主要结构图

Model包中最重要的接口是OWLModel，跟Jena中的OntModel类似，它提供了对本体中所有资源的操作。可以通过OWLModel创建、查询、删除各种类型的资源，并用其返回的对象做具体的操作。如代码4-10，我们在OWLModel中创建了一个人物具名类(person)，并且定义了一个数据类型属性年龄(age)，设置年龄属性的Domain必须是人物类的实例，Range是整数型(XSDint)，并创建了人物类的一个实例(Darwin)，设置他的年龄属性值为0。

代码4-10　创建和使用OWL模型

//创建一个空的OWLModel

OWLModel owlModel=ProtégéOWL.createJenaOWLModel();

//在OWLModel中创建一个具名类person

OWLNamedClass personClass=owlModel.createOWLNamedClass(″Person″);

//在OWLModel中创建一个数据类型属性age

OWLDatatypeProperty ageProperty=owlModel.createOWLDatatypeProperty(″age″);

//设置属性age的Domain和Range

ageProperty.setRange(owlModel.getXSDint());

ageProperty.setDomain(personClass);

//创建person类的一个实例Darwin

RDFIndividual darwin=personClass.createRDFIndividual(″Darwin″);

//将实例Darwin的age属性值设置为0

darwin.setPropertyValue(ageProperty，new Integer(0));

上面简单地介绍了如何使用OWLModel创建资源，接下来看看如何查询一个本体库中的各种资源。OWLModel提供了检索资源的方法，也可以在检索出来的资源上进行相关操作，然而使用OWL API只能对OWL模型进行粗浅的检索操作。如代码4-11，先由一个本体的uri创建了一个OWLModel，然后利用OWLModel的方法获得该本体中用户定义的所有OWL具名类，接下来遍历每个具名类，打印每个具名类的所有实例。如果想使用查询语言如RDQL进行细致的查询，需要使用外部库，因为Protégé-OWL中没有对它们的本地实现。例如，可以使用Jena中的OntModel来实现对这些查询语言的支持，如何从ProtegeOWL API中获得OntModel，下面将作介绍。

代码4-11　利用OWLModel检索资源

Protégé-OWL API不是仅局限于OWL形式的本体数据的。OWL本身是对RDF Schema的一种扩展，所以该API也对处理相关的RDF元素提供了本地支持。特别是，通过使用RDFSNamedClass、RDFProperty以及RDFIndividual这些Java类来代替它们的OWL扩展，能够创建和查询纯RDF(S)形式的文件。该API也能够很容易地实施，同时利用OWL和RDF两者特征的混合方案，来克服纯RDF形式的文件的局限性。例如，可以使用union classes作为一个RDFProperty的Domain或者Range。在代码4-12中，创建了人物类Person、年龄属性age，并创建了人物类的一个实例Holger，该人物类是RDFS具名类，年龄属性是RDF属性，Holger实例也是一个RDF实例，因此该文件是一个纯RDF(S)文件。

代码4-12　创建纯RDF(S)文件

//创建RDF具名类

RDFSNamedClass personClass=owlModel.createRDFSNamedClass(″Person″);

//创建RDF属性

RDFProperty ageProperty=owlModel.createRDFProperty(″age″);

//创建RDF实例

RDFIndividual individual=personClass.createRDFIndividual(″Holger″);

跟Jena类似，Protégé-OWL API也提供了两种存储模式:

(1)文件存储方式(对应于API中的JenaOWLModel类)。

(2)数据库存储方式(对应于API中的OWLDatabaseModel类)。

这两种方式都使用OWLModel核心接口进行操作。方法调用如创造类是完全独立于存储方式的，程序员不需要关心类是存储在物理上的数据库中还是只在内存里。这两种方式之间也存在一些细微的差别，它们都有一些额外的功能。

文件存储方式是基于JenaOWLModel类的。可以使用ProtégéOWL类的静态方法从一个流或者URI中装载一个已存在的OWL文件。这种调用会返回一个JenaOWLModel，可以利用JenaOWLModel中的保存方法来将文件写到硬盘上。如代码4-13，首先从一个已知的URI中装载一个已存在的本体文件，然后使用文件存储方式将其保存到硬盘中的一个文件(travel-saved.owl)中，并利用一个集合对象(errors)放置所有在保存过程中出现的错误。

代码4-13　使用文件存储方式存储本体

//从一个URI中装载已存在的owl文件

JenaOWLModel owlModel=ProtégéOWL.createJenaOWLModelFromURI(uri);

String fileName=″travel-saved.owl″;(www.xing528.com)

//创建一个用来放置保存中出现的错误的集合对象

Collection errors=new ArrayList();

//使用文件存储方式将本体保存到硬盘上，并将该过程中的错误放入到errors集合中

owlModel.save(new File(fileName).toURI()，FileUtils.langXMLAbbrev，errors);

System.out.println(″File saved with″+errors.size()+″errors.″);

数据库存储方式是基于edu.stanford.smi.Protégéx.owl.database包中的OWLDatabaseModel类的，支持Oracle，SQL Server 2000，mysql等常用数据库。在数据量很大的情况下，如果使用文件存储方式则可能导致机器的内存占有率过高，影响系统效率，甚至在有些极端情况下，会抛内存不足的异常。此时，采用数据库存储方式则显得更加合适。但是，如果数据量不大，而修改操作又很频繁，使用数据库存储方式则会产生大量的I/O操作，这时使用文件存储方式则显得更为合理。在代码4-14中，创建了一个基于mysql数据库的OWL数据库存储模型(OWLDatabaseModel)，可以在该模型中进行一系列本体操作，如添加新的资源、查询已有资源等。

代码4-14　使用数据库存储方式存储本体

DatabaseKnowledgeBaseFactory dbFactory=new DatabaseKnowledge BaseFactory();

KnowledgeBase kb=dbFactory.createKnowledgeBase(new ArrayList());

//使用数据库连接，并装载相应的本体数据

dbFactory.loadKnowledgeBase(kb，″com.mysql.jdbc.Driver″，

″jdbc:mysql://localhost/Protégé″，″user″，″″，″password″，new ArrayList());

//创建一个OWLDatabaseModel

OWLDatabaseModel owlModel=new OWLDatabaseModel(dbFactory);

Protégé-OWL API是建立在Jena API的基础上的，而Protégé-OWL API可以在任何时候被用来得到一个Jena中的OntModel，如代码4-15。JenaOWLModel和OWLDatabaseModel，它们都实现了OntModelProvider接口，而该接口提供的getOntModel()方法，可以从现有的本体中得到OntModel。借助于该手段，程序员可以很自由地使用OntModel中的操作，特别是一些基于Jena的查询和存储服务，如对RDQL查询语言的支持。然而，由于在每次改变后都需要调用getOntModel()方法，对大数据量的本体库来说，这会在一定程度上影响系统效率。

代码4-15　获取Jena中的OntModel

//从Protégé-OWL API中获得Jena API中的实现OntModel接口的对象

OntModel ontModel=owlModel.getOntModel();

//使用得到的OntModel进行操作

OntClass ontClass=ontModel.getOntClass(cls.getURI());

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