可发现、可访问、可互操作和可重用数据的概念建模与本体映射

# 可发现、可访问、可互操作和可重用数据的概念建模与本体映射 ## 1. 引言 在当今数字化时代，数据的有效管理和利用至关重要。FAIR原则将数据使用方面数十年的工作和挑战浓缩为四个主要方面，即数据或其他数字对象应具备可发现性（Findable）、可访问性（Accessible）、可互操作性（Interoperable）和可重用性（Reusable）。这一原则为组织应对现代信息挑战提供了基础，其目标是通过机器的使用促进数字资产的最优重用。 在机器能够“理解我们的意图”之前，我们需要解决语义互操作性问题。概念建模作为一种手段，通过各种语义制品（如本体、语义数据模型和语义元数据模型）来捕获特定领域的知识，从而提高语义互操作性。 ## 2. FAIR相关研讨会与论文 有一个关于概念建模、本体和（元）数据管理以实现FAIR数据的研讨会，旨在研究、讨论和改进概念建模实践，以提高数据的FAIR性。在该研讨会的第二届活动中，与第39届国际概念建模会议同期举办，接受了以下几篇论文： - 《评估基因组数据库的FAIR性》：讨论了评估基因数据存储库遵守FAIR原则的方法。 - 《将Web本体语言映射到OpenAPI规范》：提出了一种将OWL本体和OpenAPI规范进行映射的方法，方便Web开发人员探索富含语义的服务。 - 《可重用的FAIR实施概况作为FAIR收敛的加速器》：提出了一个概念模型，用于描述社区在实现FAIR原则时所做的实施选择。 ## 3. 映射Web本体语言到OpenAPI规范 ### 3.1 背景与问题 许多组织采用知识驱动的方法来公开其知识图，本体在其中起着至关重要的作用。本体通常使用Web本体语言（OWL）进行形式化，但OWL由于其固有的复杂性，学习曲线较陡，对于不熟悉知识表示技术的用户（特别是Web开发人员）来说理解起来有困难。 开发人员更熟悉REST API，它可以隐藏资源管理操作的实现细节。OpenAPI规范（OAS）是描述REST API的事实上的标准，被广泛采用，并且有一个庞大的社区提供相关工具。 ### 3.2 解决方案 为了解决上述问题，提出了一种将OWL和OAS进行映射的规范，以提供基于本体的API定义，使用开发人员熟悉的语言。该映射规范的主要贡献包括： - 定义了OWL和OAS之间的映射规范，以提供基于本体的API定义。 - 开发了一个参考实现，能够在几秒钟内自动将OWL本体转换为OAS文档。 ### 3.3 映射生成方法 生成映射的方法包括以下步骤： 1. 手动分析OWL构造：分析OWL 2 Web本体语言的构造，以及在OWL 2中使用的RDFS构造和XSD数据类型。 2. 手动分析OAS定义：分析OpenAPI规范v3.0.3提供的定义。 3. 手动生成映射规范：完成对OWL和OAS构造及定义的分析后，选择能够表示OWL构造的OAS定义，并编写规范文档来描述发现的等价关系。同时，开发一个示例OWL本体及其对应的OAS表示。 ### 3.4 OAS主要概念 在映射中使用的OAS主要概念如下： | 概念 | 描述 | | ---- | ---- | | Schema Object | 允许定义输入和输出数据类型，例如可以指定Person等对象。 | | Component Object | 持有一组可重用的模式、参数、响应等定义，可以在API定义的其他地方引用。 | | Reference Object | 允许链接到规范中的其他组件，而不是内联定义它们。 | | Path Object | 持有API中暴露的资源，例如Person资源的路径可能是/persons。 | | Path Item Object | 描述单个路径上可用的操作（HTTP方法），例如可以指定/persons路径允许GET方法。 | ### 3.5 映射细节 映射规范的细节分为三类：类和属性、限制、布尔组合。 #### 3.5.1 类和属性映射 | OWL | OAS | 实现细节 | | ---- | ---- | ---- | | owl:Class | Schema Object | Schema对象必须在Component对象中定义为type: object。 | | rdfs:subClassOf | Schema Object和allOf | Schema对象的定义方式与owl:Class相同，allOf字段必须引用定义为Reference Object的父类。 | | owl:DatatypeProperty | properties | 定义为Schema对象的属性。 | | owl:ObjectProperty | properties | 定义为Schema对象的属性。 | | rdfs:domain | Schema Object | 定义为应该定义属性的Schema对象。 | | rdfs:range | type | 定义为属性的类型值。 | | owl:FunctionalProperty | maxItems | 属性必须定义为type: array，最大