知识图谱里的知识表示：RDF

作者 | Revolver

编辑 | 安可

大部分知识图谱使用RDF描述世界上的各种资源，并以三元组的形式保存到知识库中。 RDF（ Resource Description Framework， 资源描述框架）是一种资源描述语言，它受到元数据标准、框架系统、面向对象语言等多方面的影响，被用来描述各种网络资源，其出现为人们在Web上发布结构化数据提供一个标准的数据描述框架。

使用RDF语言，有利于在网络上形成 人机可读，并可由机器自动处理 的文件。

1. 由来

RDF的出现最初来源于元数据的概念。 所谓 元数据，即“描述数据的数据”或者“描述信息的信息” 。 举个例子，电脑里保存的数码照片都包含一些关于尺寸、创建时间、感光度等额外属性信息，它们就是一种用来描述二进制图片数据的元数据。 元数据是一种结构化形式的数据，机器处理起来十分方便。

EXIF_information

90年代有个叫Guha的人，在苹果公司研究各种各样的元数据格式来管理图片音频等数据，RSS就是他在那个时候发明的，随后在1997年他又发明了RDF。 接着人们发现RDF这种形式非常适合用于在万维网上对知识的结构化表示，于是在 1999年，RDF被W3C推为行业推荐标准 。

2. 模型定义

RDF提出了一个简单的二元关系模型来表示事物之间的语义关系，即使用三元组集合的方式来描述事物和关系。 三元组是知识图谱中 知识表示的基本单位，简称SPO ，三元组被用来表示 实体与实体之间的关系,或者实体的某个属性的属性值是什么 。

从内容上看三元组的结构为 “ 资源-属性-属性值 ” ，资源 实体由URI表示 ，属性值可以是另一个资源实体的URI，也可以是某种数据类型的值,也称为literals（字面量）。

主语和宾语也可以由第三种结点类型空节点（blank nodes）表示。 blank node简单来说就是没有IRI和literal的资源，或者说匿名资源。

由于RDF规定资源的命名必须使用URI，所以也直接解决了命名空间的问题。 这里我们具体说一下 IRI，URI，URL和URN这几个术语的区别 ：

• URI： 统一资源标识符 ，字符集被限制为US-ASCII（英文字符），通过指定唯一名称来标识资源；

• IRI： 国际化资源标识符 （Internationalized Resource Identifier），定义与URI相同，URI，只是将字符集扩展到通用字符集（包含了非英文字符），所以它是URI的超集，同样唯一标识了一个资源；

• URN: 统一资源名称 （Uniform Resource Name），由命名空间标识符（NID）和命名空间特定字符串（NSS）组成；

• URL： 统一资源定位符 ，即我们通常提到的网址，通常指的是不包含URN的URI子集

以及它们的 集合包涵关系 ：

• IRI ⊃ URI

• URI ⊃ URL

• URI ⊃ URN

• URL ∩ URN = ∅

3.RDF与XML的比较

RDF最初的灵感一部分也来源于xml，可以看成xml的扩展和简化。 xml最初被设计用于 网络之间数据的传输 ，语法类似于html，但是可以自行定义标签的名字。 这个特点非常适合定义符合各自要求的数据格式，也使得xml具有更强大的表达能力，不过因此也导致XML数据的 结构过于松散随意，其统一性和通用性受到了严重限制 。 读者通常需要 对xml Schema文件（xmls）有 足够的详细了解之后才可以完全理解xml文件背后的语义信息。

RDF和xml相比还是有很大的差别，下面通过两者比较来更好地了解RDF的优点。

• 模型更灵活。 XML是被设定为 固定的、树状的文本 ，其描述元数据的能力缺乏一定的灵活性。 相比而言，RDF采用简单明了的三元组形式，以及 互联形成的图结构，具备足够的灵活性 来描述网络上许多 主观的、分布式的、不同形式表达 的资源对象。

• RDF最初是被作为元数据语言设计的，其表达形式天然具备保存数据对象的描述型元数据的能力，自带语义解释。 而XML最初的语义解释包含在另一个schema文件中，获取并解析相对麻烦很多，导致XML语言进行元数据建模，描述数据的灵活性非常差。

让我们看看下面这个RDF三元组的例子，比如“这个网页的作者是Ora”这句话，转化为三元组就是 （网页，作者，Ora），用图形表示就是：

Page_hasAuthor

但是如果用xml表示，形式就可能非常多样和复杂，导致语义不清的问题，比如下面这些结构的xml都可能出现：

<author>            
     <uri>page</uri>            
     <name>Ora</name>                        
</author>



<document href="page">
   <author>Ora</author>
</document>



<document>
   <details>
    <uri>href="page"</uri>
    <author>
        <name>Ora</name>
    </author>
    </details>
</document>

在不了解xml文档的schema的前提下，除非标签的命名非常清晰易懂，否则你很难分辨推断出，到底哪个标签里的内容是另一个标签里内容的属性或者什么（ 语义不清 ）。

3.1 用xml格式表示RDF数据

Yangtze

不过w3c还是给出了一套如何用xml表示RDF数据的XML schema词汇，下图所示是 中国长江（Yangtze）作为一个RDF实体用xml表示的形式：

rdf xml

Description说明这是rdf里一条三元组陈述，about是主语资源的URI，s:Creator是属性名，后面跟着宾语属性值。

不过XML的形式太过冗长，且可读性差，后面会介绍更好的RDF序列化方式。

4. RDF解决的语义问题

RDF的最大意义在于，它不仅是字符串构成的符号，还包含了语义信息。

语义通常指的是 符号与所指对象之间的关系 。 人可以根据自己的知识储备理解符号与符号之间的语义关系，比如你在新闻里读到“任正非”三个字，或者别人向你说起“任正非”，你都会将这些符号和你脑海中的一个对象或者影像联系，再综合过往收集到的和这个对象相关的信息，从而理解符号背后的含义。

那么计算机是否也可以为世界上的每一个实体，定义一个唯一的锚（也就是URI），所有与这个实体相关的信息（文字、图像等等），都会被这个锚钩住。

这正是RDF可以表达语义信息的一个原因。 在三元组模型中， 主体、客体可以是通过URI引用的资源 ，这些URI是 独立于RDF文档中的符号存在的，唯一表示了存在于这个世界的某个资源 ，也即 代表了对象本身而不仅仅是符号 ，如此RDF就表达出了符号和对象之间的关系，这是一种可以被计算机理解的语义。

比如还是上面那个中国长江的例子，我们有两份关于描述中国长江（Yangtze）的RDF文档，它们 虽然分布在不同位置，但是却共用同一个URI ，因此计算机可以把他们联系起一起处理。 当用户搜索长江的时候，搜索引擎可以通过知识融合工具，把两份RDF描述整合一起返回。 这也是RDF的分布式存储功能。

分布式rdf的聚合

5. 序列化方式

RDF是以一种建模的方式来描述数据语义，不受具体语法表示的限制，序列化的方式有多种。 数据序列化就是将对象或者转化成特定的格式，使其可在网络中传输，或者存储在文件中。

序列化RDF数据的方法主要有这几种： RDF/XML，N-Triples，Turtle，RDFa，JSON-LD。

其中Turtle 是使用最广泛的RDF序列化方式，其 格式紧凑，易于阅读 。 下面是w3c上RDF定义文档中的一部分内容，定义文档本身就采用了三元组来描述RDF中的专用词汇，因此可以用Turtle的形式展示出来：

@prefix rdf: <http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#> .
@prefix rdfs: <http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#> .
@prefix owl: <http://www.w3.org/2002/07/owl#> .
@prefix dc: <http://purl.org/dc/elements/1.1/> .

rdf:type    a   rdf:Property ;
            rdfs:isDefinedBy <http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#> ;
            rdfs:label      "type" ;
            rdfs:comment    "The subject is an instance of a class." ;
            rdfs:range      rdfs:Class ;
            rdfs:domain     rdfs:Resource.

上述片段是对RDF中的rdf:type这个词汇的描述。 因为URI很长，一般我们都会使用缩写。 Turtle使用 @prefix 对RDF的URI前缀进行缩写， rdf: 表示 URI前缀 http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#，因此 rdf:type 就是http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#type的简写。

文档中出现的谓词 a 是rdf:type的简写 ，这是Turtle语法中的一种常用简写，用于说明实体的类型是什么。

同一个subject实体拥有多种关系的时候，Turtle语法允许只出现一次subject来表示，通过 分号分隔不同的关系 ，最后 英文句号“.”说明与主语实体的所有关系已经说明完毕 。 这样就避免了subject主体像下面这样的重复出现。

rdf:type    a               rdf:Property .
rdf:type    rdfs:isDefinedBy <http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#> .
rdf:type    rdfs:label      "type" .
rdf:type    rdfs:comment    "The subject is an instance of a class." .
rdf:type    rdfs:range      rdfs:Class .
rdf:type    rdfs:domain     rdfs:Resource.

关于RDF的介绍就先说到这里，后续会给大家在说一说一些关于 RDFs和OWL 的基本知识。

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