知识图谱学习与实践（4）——Protégé使用入门

1 Protégé简介

Protégé是一个本体建模工具软件，由斯坦福大学基于java语言开发的，属于开放源代码软件。软件主要用于语义网中本体的构建和基于本体的知识应用，是本体构建的核心开发工具，最新版本为5.5.0（截至2019年7月）。

Protégé支持中文，能够实现实体关系的中文展示。如下图。

具体来说，Protégé具有以下功能。

类建模。Protégé提供了一个图形化用户界面来建模类（包括概念）和它们的属性以及关系。

实例编辑。根据创建的类型，Protégé会自动产生交互的形式，可以根据类之间的关系获得相应实例的约束，并对实例进行编辑。

模型处理。Protégé有一些插件库，可以定义语义、解答询问以及定义逻辑行为。

模型交换。最终的模型（类、实例、关系、属性等）能以各种各样的格式被保存和加载，包括XML、UML、RDF、OWL等。

2 Protégé的安装

软件到官网https://protege.stanford.edu/products.php直接下载，我们使用的是5.5.0版本，下载后是名为Protege-5.5.0-win.zip的压缩文件，解压缩后，得到以下文件。

直接运行Protege.exe即可。

Protégé是由java开发的，运行时需要java运行时环境，运行时可能需要配置一下java的运行时环境，按照提示进行配置就可以了。

3 软件主要工作tab

打开软件后，可以看到工作区域是由很多tab组成。

Active ontology是显示当前的实体名称，以URI的形式显示，前面是www.semanticweb.org后面跟着主机名（我的主机名称为dell），再后面是默认的根据时间命名实体。

Entities，可以看作是实体的总览，能够看到我们创建实体的一些主要信息，是对实体信息的汇总。

Classes，是对本体模型中，类型部分的编辑，能够定义类之间的层次关系，相互之间的关系。

Object properties，物体关系，可以理解为编辑实体外部的关系，也就是实体和实体之间的关系。

Data properties，数据属性，可以理解为编辑实体内部的属性，用来定义实体本身所具有的属性以及属性值。

Annotation Properties，标注属性，是w3c定义的一些常用的属性，根据URI可以看到这些属性的具体说明。

Individuals by class，根据类型创建的实例，用来编辑实例信息，类似于java程序中的对象，要归于某个类别。

OntoGraf，本体关系图，用来展示我们创建的本体里面各个实体之间的层次关系。

SPARQL Query，SPARQL查询，使用SPARQL语言，对创建的本体进行查询，获取查询结果。

4 创建一个本体实例

4.1 创建本体

软件打开后，就像大多数软件一样，利用file-new来创建一个本体，Protégé会自己根据默认规则为本体起一个名称，比如我创建的本体名称为：http://www.semanticweb.org/dell/ontologies/2019/6/untitled-ontology-35，然后我们就可以编辑这个本体了。

4.2 建立模型层的数据

本体分为模型层和数据层，模型层主要定义类和类之间的关系。Thing是所有类型的根节点，也就是基类，所有的类型都是从Thing派生出来的，我们建立如图的类型层次结构。

在Classes这个tab页面下，可以看到红色方框标出来的是Add subclass，一个是工具栏直接增加子类，一个是通过右键选择增加子类，比如我们将鼠标点击owl:Thing之后，然后增加子类人物、势力、工具。然后再点击人物，再增加子类文官、武将和皇族，同样操作，增加工具的子类，武器和马匹。

还可以定义类之间的一些约束关系，比如人物和工具是互斥的，选择人物后，在右下方，Disjoint with关系选择工具。表示了人物和工具的互斥关系，这时候，我们点击工具，就会发现，Disjoint with已经自动添加了人物这个类。

4.3 创建实体关系

创建实体之间的关系，在Object Properties这个tab页面。

编辑方法和添加类型的tab页面类似，最顶层的实体关系为owl:topObjectProperty，选择后，点击工具栏的按钮或者右键选择add sub-properties，添加使用、属于和骑三个关系。对于“使用”这个关系，Domains选择人物，Ranges选择武器，代表三元组中主语是人物，谓语是使用，宾语是武器，组成的三元组就是人使用武器。“属于”这个关系，Domains和Ranges分别为人物和势力，“骑”这个关系的Domains和Ranges分别为人物和马匹。

4.4 创建实体属性

创建实体的属性，在Data properties这个tab页面。

三国里面的人物，人名都有一个字，比如一般都说，关羽关云长。关羽就是他的名字，云长是他的字。名字用于自称，字都是别人喊得，表示尊重。

添加属性“字”后，Domains我们选择人物，Ranges选自如图，在Built in datatypes中选择xsd:string，表示“字”的属性值类型是个字符串。

4.5 创建实例

创建本体的实例，在Individuals by class这个tab页面。

在Individuals里面，创建关羽、刘备、诸葛亮、蜀、赤兔马、青龙偃月刀等实例。然后分别编辑这些实例。此处以关羽为例说明对实例的编辑。

首先是确定实例的类型，关羽的类型，选择武将。然后增加实体的关系，骑赤兔马，属于蜀，使用青龙偃月刀等三个关系。最后增加数据属性，字为云长。

这样就确定了关羽这个实例的类型、关系和属性，从而编辑完成关羽这个实例。同样方法，编辑其它实例的类型、关系和属性，如果某项内容空缺，可以不编辑。

4.6 本体关系展示

对于本体的关系信息展示，在OntoGrap这个tab页面。

双击左侧的owl:Thing，在右侧区域会显示本体信息，将展示的信息中，有加号的都双击展开，就会看到整个本体的关系图。红色方框中，是以不同的方式展示关系图，依次是按字母网格展示，径向展示，弹簧展示，垂直树状展示，水平树状展示，垂直方向展示，水平方向展示等。如果将鼠标放到某个信息节点，就会显示该信息节点的详细信息。本例中显示的是“关羽”这个信息点的详细信息。

5 结语

介绍了Protégé的基础知识，并通过一个具体的本体创建过程，将软件的使用做了说明。Protégé作为一个强大的本体编辑工具，还有很多功能，比如推理能力，希望通过介绍，大家能够对Protégé进行简单的操作，并通过不断地实践和练习，能够更深入的理解和使用Protégé。