Cours pour démarrer avec le Framework Apache Jena
Chapitre 6
Jena
Présentation
Compilation / Exécution
Triplets RDF
Entrées - sorties
Manipulation d’un graphe RDF
SPARQL
RDF-Schema
Présentation
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Compilation / Exécution
Triplets RDF
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Manipulation d’un graphe RDF
SPARQL
RDF-Schema
Présentation
Jena est une bibliothèque de classes Java qui facilite le développement d’applications pour le web sémantique.
? Manipulation de déclarations RDF.
? Lecture et écriture RDF/XML, Notation 3.
? Stockage en mémoire ou sur disque de connaissances RDF.
? Interpréteur SPARQL.
? Gestion d’ontologies : RDF-Schema, OWL.
Logiciel libre (licence Apache) développé (initialement) par HP.
Cette présentation est issue du tutoriel Jena :
« An Introduction to RDF and the Jena RDF API »
Présentation - Exemples utilisés dans ce chapitre
Les exemples cités ici permettent de représenter des informations sur des personnes.
VCARD () définit une représentation informatique pour des « cartes de visite » : Nom, prénom, téléphone, e-mail, date de naissance, URL, etc.
Des données VCARD peuvent être représentées en RDF :
Les ressources et prédicats sont définis dans l’URI :
Exemple
<?xmlversion="1.0"?>
<rdf:RDFxmlns:rdf="; xmlns:vCard=";>
<rdf:Descriptionrdf:about=";>
<vCard:FN>CorkyCrystal</vCard:FN>
<vCard:Nrdf:parseType="Resource"><!?? noeud nul ??>
<vCard:Family>Crystal</vCard:Family>
<vCard:Given>Corky</vCard:Given>
<vCard:Other>Jacky</vCard:Other>
<vCard:Prefix>Dr</vCard:Prefix>
</vCard:N>
<vCard:BDAY>1980-01-01</vCard:BDAY>
<vCard:TITLE>ComputerOfficerClass3</vCard:TITLE>
<vCard:ROLE>
<rdf:Bag>
<rdf:li>Programmer</rdf:li><rdf:li>Scientist</rdf:li> </rdf:Bag>
</vCard:ROLE>
</rdf:Description>
</rdf:RDF>
Compilation / Exécution
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Compilation / Exécution
? Jena peut être téléchargé à partir du site (Apache jena - Binary distribution)
? Tous les fichiers jar nécessaires à la compilation et à l’utilisation de Jena sont dans lib. Ils doivent tous être présents dans le CLASSPATH pour la compilation ou l’exécution de programmes utilisant Jena.
? On utilisera Jena 3.10.0 (requiert Java 8).
? Consulter la documentation en ligne https:
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Triplets RDF
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Jena fournit des classes pour représenter graphes RDF (Model), ressources (Resource), propriétés (Property), littéraux (Literal). http://somewhere/JohnSmith vcard:FN "John Smith".
| Exemple (Création d’un triplet) |
| staticStringpersonURI="http://somewhere/JohnSmith"; staticStringfullName="John?Smith"; Modelmodel=ModelFactory.createDefaultModel(); ResourcejohnSmith=model.createResource(personURI); johnSmith.addProperty(,fullName); |
? Création d’un graphe.
ModelFactory est une fabrique de Model (graphes).
? createDefaultModel pour un graphe RDF « standard » en mémoire.
? createFileModelMaker pour un graphe RDF sur disque.
? createOntologyModel pour une ontologie (RDF-Schema, etc.)
? …
? Ajout d’une ressource. createResource ajoute une ressource à un Model.
Retourne une Resource.
? Ajout d’une propriété à une ressource. addProperty ajoute une propriété.
? addProperty(Property p, boolean o)
? addProperty(Property p, char o)
? addProperty(Property p, double o)
? addProperty(Property p, float o)
? addProperty(Property p, long o)
? addProperty(Property p, .Object o)
? addProperty(Property p, RDFNode o)
? addProperty(Property p, .String o)
? addProperty(Property p, .String o, .String l)
Resource et Literal sont des sous-classes de RDFNode.
Triplets RDF - Propriétés
Jena contient déjà les propriétés de
? RDF ()
, RDF.predicate
? RDF-Schema ()
RDFS.Class, RDFS.subClassOf
? VCARD (.vocabulary.VCARD)
,
? Dublin Core () DC.creator, DC.description
Triplets RDF
addProperty retourne la ressource sujet.
| Exemple |
| ResourcejohnSmith= model.createResource(personURI) .addProperty(,fullName) .addProperty(VCARD.TITLE,"Officer"); |
Triplets RDF - Création d’un nœud nul
| Exemple |
| StringpersonURI ="http://somewhere/JohnSmith"; StringgivenName ="John"; StringfamilyName ="Smith"; StringfullName =givenName+"?"+familyName; Modelmodel=ModelFactory.createDefaultModel(); ResourcejohnSmith =model.createResource(personURI) .addProperty(,fullName) .addProperty(VCARD.N, model.createResource() .addProperty(VCARD.Given,givenName) .addProperty(VCARD.Family,familyName)); |
Un Model est un ensemble de Statement.
Tout appel à addProperty crée un nouveau Statement.
La méthode listStatements() retourne un iterateur
StmtIterator qui permet de parcourir tous les Statement d’un Model.
? hasNext retourne un booléen
? nextStatement retourne le Statement suivant.
Statement permet d’accéder au sujet (getSubject), prédicat (getPredicate) et objet (getObject).
| Exemple |
| StmtIteratoriter=model.listStatements(); while(iter.hasNext()){ Statementstmt=iter.nextStatement(); Resourcesubject=stmt.getSubject(); Propertypredicate=stmt.getPredicate(); RDFNodeobject=stmt.getObject(); .print(subject.toString()); .print("?"+predicate.toString()+"?"); if(objectinstanceofResource) .print(object.toString()); else .print("?\""+object.toString()+"\""); .println("?."); } |
| Exemple (Sortie du programme) |
| anon:14df86:ecc3dee17b:-7fff. Family"Smith". |
Entrées - sorties
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Dans la classe Model :
Model write(.OutputStream out, .String lang, .String base)
? lang est le format de sortie du modèle : "RDF/XML" (défaut), "RDF/XML-ABBREV" (RDF/XML plus compact), "N3" (Notation 3).
? base : URI de base pour les URI relatives : Enlève base à toutes les URI qui commencent par base. null? Écrire des URI absolues uniquement.
| Exemple |
| model.write(); |
| Exemple |
| <rdf:RDFxmlns:rdf='' xmlns:vcard=''> <rdf:Descriptionrdf:about='http://somewhere/JohnSmith'> <vcard:FN>JohnSmith</vcard:FN> <vcard:Nrdf:nodeID="A0"/> </rdf:Description> <rdf:Descriptionrdf:nodeID="A0"> <vcard:Given>John</vcard:Given> <vcard:Family>Smith</vcard:Family> </rdf:Description> </rdf:RDF> |
Sortie rapide…mais les nœuds nuls ne sont pas des nœuds nuls.
| Exemple |
| model.write(, "RDF/XML-ABBREV"); |
| Exemple |
| <rdf:RDFxmlns:rdf="; xmlns:vcard=";> <rdf:Descriptionrdf:about="http://somewhere/JohnSmith"> <vcard:FN>JohnSmith</vcard:FN> <vcard:Nrdf:parseType="Resource"> <vcard:Family>Smith</vcard:Family> <vcard:Given>John</vcard:Given> </vcard:N> </rdf:Description> </rdf:RDF> |
Chargement
La méthode read de la classe Model permet de lire un document
RDF.
? read(.String url) Lecture d’un document RDF/XML.
? read(.String url, .String lang)
? read(.InputStream in, .String base, .String lang) Lecture sur un flux d’entrée d’un document au format passé, en utilisant l’URI de base passée. Si base est "" pas de conversion des URI relatives.
? Cette méthode peut être utilisée sur un InputStream retourné par la méthode open de FileManager. FileManager permet d’ouvrir des documents sans se préoccuper du mode d’accès (file, http), et en utilisant un accès plus performant (copie locale d’un document distant).
Chargement
| Exemple |
| Modelmodel=ModelFactory.createDefaultModel(); ("","RDF/XML"); |
| Exemple |
| Modelmodel=ModelFactory.createDefaultModel(); ().open(""); if(in!=null) (in,""); |
Manipulation d’un graphe RDF
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Accès à une ressource / déclaration
createResource(String uri) (et getResource) de Model retournent une Resource dont l’URI est passée, ou création d’une ressource.
getProperty(Property) de Resource retourne un Statement (ou NULL). Attention : En retourne un même si plusieurs.
| Exemple |
| StringjohnSmithURI="http://somewhere/JohnSmith/"; Resourcevcard=model.createResource(johnSmithURI); Resourcename=vcard.getProperty(VCARD.N).getResource(); |
getResource de Statement retourne l’objet ressource, alors que getString retourne l’objet littéral.
Sur une Resource, getNameSpace retourne l’espace de nom, et getLocalName le nom local.
Propriétés
Parcours des déclarations concernant un prédicat donné, concernant un sujet donné :
méthode listProperties de Resource
| Exemple |
| StmtIteratoriter=vcard.listProperties(VCARD.NICKNAME); while(iter.hasNext()) .println(iter.nextStatement().getObject().toString()); |
Parcours d’un graphe RDF
? listStatements de Model retourne un itérateur permettant de parcourir toutes les déclarations.
? listStatements(Resource s, Property p, RDFNode o) de Model retourne un itérateur permettant de parcourir certaines déclarations.
? listSubjects retourne un ResIterator permet de parcourir toutes les ressources qui sont sujet d’au moins une déclaration.
? listSubjectsWithProperty(Property, RDFNode) pour le parcours des ressources sujet d’un prédicat de la propriété passée, de l’objet passé.
? createProperty(string uri) retourne une Property identifiée par l’uri.
Parcours d’un graphe RDF
? Méthode générale de sélection : listStatements(Selector). Le Selector définit quelles déclarations doivent être parcourues. SimpleSelector(subject, predicate, object) permet de sélectionner simplement des déclarations.
| Exemple |
| StmtIteratorit=model.listStatements( newSimpleSelector(null,,(RDFNode)null){ publicbooleanselects(Statements) {returns.getString().endsWith("Smith");} }); |
Opérations sur les graphes
? union(Model) de Model retourne un nouveau Model, fusion du graphe passé avec le graphe courant. Les ressources de même URI sont fusionnées.
? intersection(Model) retourne un nouveau Model ne contenant que les déclarations communes.
? difference(Model) retourne un nouveau Model qui contient les déclarations qui sont dans le graphe courant mais pas dans le graphe passé.
Conteneurs
Dans Model :
? createBag
? createAlt
? createSeq
Ces trois méthodes existent en deux variantes :
? Sans paramètre. Création d’un conteneur anonyme.
? Avec paramètre String. Création d’un conteneur identifié par l’URI passée.
Sur les conteneurs : add, contains, size, etc.
SPARQL
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Utilisation en ligne de commande
Jena est fourni avec un interpréteur SPARQL pouvant être utilisé en ligne de commande.
| Utilisation |
| ? Définir la variable d’environnement JENA_HOME. (anciennes versions) ? Rendre exécutables les fichiers du répertoire bin de Jena si nécessaire. ? $JENA_HOME/bin/sparql ? --graph URL : graphe de base. ? --namedGraph URL (optionnel) : graphe nommé. ? --query FICHIER : fichier requête. ? Pas de FROM / FROM NAMED dans le fichier requête dans le cas où --graph et --namedGraph sont utilisés. |
? Créer une Query à partir de la méthode create de
QueryFactory, cette méthode prenant comme paramètre une String (le texte de la requête SPARQL).
? Créer un QueryExecution à partir de la méthode create de QueryExecutionFactory, cette méthode prenant comme paramètre une Query et un Model.
? Appeler execSelect sur le QueryExecution, cette méthode retourne un ResultSet.
? Parcourir le ResultSet par hasNext et nextSolution, retournant un QuerySolution. Cette classe dispose des méthodes getResource et getLiteral qui prennent comme paramètre un nom de variable du SELECT.
? Terminer l’exécution du QueryExecution par close.
Utilisation depuis un programme Java
| Exemple |
| ().loadModel("file:personnes.n3"); StringqueryString="PREFIX?m:?<;?SELECT?? uri??nom??photo?WHERE?{??uri?m:nom??nom?.?OPTIONAL?{??uri?m: photo??photo?.?}?.?}"; Queryquery=QueryFactory.create(queryString); QueryExecutionqexec=QueryExecutionFactory.create(query,model); try{ ResultSetresults=qexec.execSelect(); for(;results.hasNext();){ QuerySolutionsoln=results.nextSolution(); Resourceuri=soln.getResource("uri"); Resourcephoto=soln.getResource("photo"); Literalnom=soln.getLiteral("nom"); .print(uri.toString()+"?"+nom.toString()+"?"); if(photo!=null).print(photo.toString()); .println(); } }finally{qexec.close();}; |
RDF-Schema
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Ontologies et Jena
Jena permet de gérer des ontologies (RDF-Schema, OWL) et de faire des raisonnements en utilisant les connaissances de l’ontologie.
Une ontologie est un Model. Et plus particulièrement un OntModel, qui est une spécialisation de Model qui contient des méthodes spécifiques aux ontologies :
? Création d’une classe : createClass retourne une OntClass (OntClass est une spécialisation de Resource)
? Création d’une propriété : createObjectProperty retourne une ObjectProperty (ObjectProperty est une spécialisation de Resource)
Création d’une ontologie
Méthode createOntologyModel de ModelFactory en passant comme paramètre :
? OntModelSpec.RDFS_MEM : Ontologie RDF-Schema en mémoire, aucun raisonnement.
? OntModelSpec.RDFS_MEM_RDFS_INF : Ontologie RDF-Schema en mémoire, raisonnement prenant en compte la transitivité des relations de spécialisation, domaine, co-domaine. ? OWL, etc.
Souvent, une ontologie est chargée à partir d’un flux : Utilisation des méthodes read (idem Model).
Élements d’une ontologie
Les éléments d’une ontologie (OntClass, ObjectProperty) sont des spécialisations de OntResource qui définit les méthodes :
? getComment, setComment, … ? getLabel, setLabel, …
? getSeeAlso, setSeeAlso, …
? getIsDefinedBy, setIsDefinedBy, …
Classes : OntClass
| Exemple |
| Stringexns=";; OntClassveh=m.createClass(exns+"Vehicule"); OntClassvoi=m.createClass(exns+"Voiture"); voi.addSuperClass(veh); |
| Exemple |
| OntClasscl=m.getOntClass(exns+"Vehicule"); for(ExtendedIteratori=cl.listSubClasses();i.hasNext();) { OntClassc=(OntClass)i.next(); .print(c.getLocalName()+"?"); } |
Classes
? hasxxx, listxxx, setxxx, addxxx : listSubClasses, listSuperClasses, hasSuperClass, etc.
? listInstances retourne un itérateur sur toutes les ressources de ce rdf:type.
? listDeclaredProperties retourne un itérateur sur toutes les propriétés de cette classe. (si paramètre false uniquement la classe, si true propriétés des superclasses).
Propriétés : ObjectProperty
? hasxxx, listxxx, setxxx, addxxx :
? subProperty, superProperty
? domain Si plusieurs domaines : intersection des domaines ? range Si plusieurs range : intersection des range
| Exemple |
| OntClassmot=m.createClass(exns+"Moteur"); ObjectPropertypcomp=m.createObjectProperty(exns+"composant"); ObjectPropertypmot=m.createObjectProperty(exns+"moteur"); pmot.addSuperProperty(pcomp); pmot.addDomain(veh); pmot.addRange(mot); |
createDatatypeProperty pour les propriétés dont le co-domaine est formé de littéraux.
Habituellement, l’ontologie est stockée dans un (des) fichier, et les connaissances factuelles dans un (des) fichier…
? Créer un Model pour l’ontologie.
? Créer un Model pour les faits.
? Créer un modèle (permettant les inférences de type RDF-Schema) qui est l’union des deux.
? Travailler sur le modèle permettant les inférences.
| Exemple (Ontologie : ) |
| <?xmlversion="1.0"?> <!DOCTYPErdf:RDF[ <!ENTITYrdf''> <!ENTITYrdfs''> <!ENTITYex'#'> <!ENTITYxsd";> ]> <rdf:RDFxmlns:rdf="&rdf;"xmlns:rdfs="&rdfs;"xmlns:ex="&ex;"xmlns ="&ex;"> <rdf:Descriptionrdf:about="&ex;mum"> <rdfs:subPropertyOfrdf:resource="&ex;parent"/> </rdf:Description> <rdf:Descriptionrdf:about="&ex;parent"> <rdfs:range rdf:resource="&ex;Person"/> <rdfs:domainrdf:resource="&ex;Person"/> </rdf:Description> <rdf:Descriptionrdf:about="&ex;age"> <rdfs:rangerdf:resource="&xsd;integer"/> </rdf:Description> |
| Exemple (Faits : ) |
| <?xmlversion="1.0"?> <!DOCTYPErdf:RDF[ <!ENTITYrdf''> <!ENTITYex'#'> ]> <rdf:RDFxmlns:rdf="&rdf;"xmlns:ex="&ex;"> <ex:Teenagerrdf:about=";> <ex:mumrdf:resource="rosy"/> <ex:age>13</ex:age> </ex:Teenager> </rdf:RDF> |
| Exemple |
| publicstaticvoidprintStatements(Modelm,Resources, Propertyp,Resourceo) { for(StmtIteratori=m.listStatements(s,p,o);i.hasNext();) { Statementstmt=i.nextStatement(); .println("?-?"+PrintUtil.print(stmt)); } } |
| Exemple |
| publicstaticvoidmain(Stringargs[]){ ().loadModel("file:exemplerdfs/rdfs. rdf"); ().loadModel("" ); InfModelinfmodel=ModelFactory.createRDFSModel(schema,data); Resourcecolin=infmodel.getResource(" "); .println(colin); printStatements(infmodel,colin,,null); ResourcePerson=infmodel.getResource("# Person"); printStatements(infmodel,Person,,null); } |
? RDF:types de colin :
? #Teenager Déclaration du type dans le fichier RDF.
? #Person Parce que : il a une propriété mum, et que la propriété mum est une spécialisation de parent… or, le domaine de parent est Person
? rdfs:Resource
? RDF:types de Person
? rdfs:Class
? rdfs:Resource
? et rosy est une Person
Ontologies et connaissances factuelles - Vérifications
| Exemple |
| ValidityReportvalidity=infmodel.validate(); if(validity.isValid()) .println("OK"); else { .println("Conflicts"); for(Iteratori=validity.getReports();i.hasNext();) { ValidityReport.Reportreport= (ValidityReport.Report)i.next(); .println("?-?"+report); } } |
Conflicts
-Error(dtRange)#agehasa typedrangeDatatype[;
.BigInteger]thatisnotcompatiblewith"13"
Correction du document RDF
<ex:agerdf:datatype=";>13< /ex:age>