El Modelo Entidad-Atributo-Valor

EL MODELO “ENTIDAD-
ATRIBUTO-VALOR”

MENTAL, la alternativa simple a RDF

“EL RDF captura asociaciones entre sujetos y objetos” (Michael Daconta)

“Lo que importa está en las conexiones” (Tim Berners-Lee)

El Paradigma “Entidad-Atributo-Valor”
El mundo es muy complejo y en él se perciben objetos y relaciones entre objetos. Pero esta complejidad se simplifica notablemente aplicando la filosofía o el paradigma de los atributos. En efecto, muchas relaciones se pueden expresar mediante una notación de atributos, en la que intervienen solo dos componentes:

La entidad.
Una entidad es algo que existe y puede ser identificada y diferenciada. Puede ser abstracta o concreta. Por ejemplo: una persona específica, una empresa, un evento, etc.
Atributo.
Un atributo es una característica, propiedad o aspecto de una entidad. Se corresponde con una cierta categoría semántica (nombre, color, altura, lugar, fecha, hora, etc.). Por ejemplo, el nombre de una persona, su fecha de nacimiento, etc. Normalmente una entidad posee varios atributos.

Un atributo se compone de:
- Un nombre del atributo.
- Un valor asociado al nombre del atributo. Puede ser un dato o un grupo de datos.

Existe una frontera difusa entre entidad, nombre de atributo e incluso valor del atributo.

Un nombre de atributo se puede considerar una entidad, aunque abstracta, por ejemplo, “color”.
Un valor podría ser un atributo o un grupo de atributos.
Una entidad puede ser definida mediante un grupo (conjunto o secuencia) de atributos (pares de “nombre y valor”).
Un atributo puede ser una entidad, pues puede tener, a su vez, atributos. Por ejemplo, el atributo “color azul” podría tener el atributo “tono claro”.
A veces nombre y valor de atributo se condensan en un solo identificador. Por ejemplo, negrita, en lugar de “IntensidadLetra negrita”.

El paradigma entidad-atributo-valor proporciona una visión unificada de la realidad mediante un modelo simplificador que son los atributos y constituye una forma de descripción indirecta de la realidad mediante, un esquema genérico, inteligible, con significado.

Tipos de atributos

Los atributos de una entidad pueden ser:

Independientes.
Son los que identifican y describen una cierta entidad. Los podemos llamar también dimensiones. Por ejemplo, en un rectángulo, sus atributos independientes (o dimensiones) son la base y la altura.
Dependientes.
Son las que se obtienen a partir de los independientes. En el ejemplo anterior, sería la superficie del rectángulo.

RDF (Resource Definition Framework, Marco de Definición de Recursos)
RDF es un lenguaje, modelo o marco para describir recursos, propiedades y relaciones con otros recursos, mediante metadatos codificados con sintaxis XML. Es un lenguaje elegido para la Web Semántica, pues permite definir ontologías a un nivel básico.

El modelo que utiliza se denomina “triple”, porque es una relación que consta de tres partes:
1. Sujeto (el recurso).
2. Predicado (propiedad, atributo o aspecto del sujeto).
3. Objeto (un valor u otro recurso).
Es decir, hay una escala descendente: los recursos tienen propiedades, que a su vez tienen valores. Por ejemplo, un libro (recurso) tiene un autor (predicado) y un valor (objeto), el nombre del autor. Estos tres elementos constituyen la entidad entidad-atributo-valor.

El conjunto formado por estos tres elementos (sujeto-predicado-objeto) constituye una sentencia RDF. Una colección de sentencias RDF es un meta-documento que describe las propiedades de un documento. Una sentencia RDF puede contener otras sentencias RDF.

Mientras que los documentos XML asignan metadatos (atributos) a partes de un documento, un uso de RDF es crear metadatos (atributos) sobre el documento como entidad independiente como el autor, la fecha de creación, etc.

Un mismo recurso puede tener diferentes pares tipo predicado-objeto. Por ejemplo, un libro podría tener, además del autor, los atributos: editorial, número de páginas, año de publicación, etc.

Se puede representar una sentencia RDF como un grafo compuesto por un nodo sujeto, un nodo objeto y un arco (el predicado) que conecta el nodo sujeto con el nodo objeto. Es un grafo acíclico dirigido. Encadenando triples se construyen grafos, que son redes semánticas.
La relación entre estos tres elementos también se puede considerar como una función. El predicado es el nombre de la función, el sujeto es el argumento y el resultado es el objeto. En notación clásica,
En el ejemplo del libro, autor(libro) = nombre_autor. Por ejemplo,
Cada uno de estos tres elementos (sujeto, predicado, objeto) de una sentencia RDF están identificados en la web mediante un URI (Universal Resource Identifier, Identificador de Recurso Universal), que es un identificador único y persistente, que no depende de su ubicación física, al contrario que el URL (Universal Resource Locator, Localizador de Recurso Universal) de las páginas Web, que es una dirección física.
Permite definir clases, subclases e individuos. Una clase es un conjunto de individuos que comparten una o más propiedades. Los individuos que pertenecen a una clase se denominan también instancias de la clase.
Incluye los llamados “contenedores” de múltiples valores/recursos: Bolsa (colección no ordenada), Secuencia (colección ordenada) y Alternativa (elección entre múltiples valores/recursos).

Limitaciones de RDF

Su sintaxis es compleja. Esto es debido a que se “fuerza” a que su sintaxis sea XML, lo que conlleva que una simple lista de sentencias se tenga que expresar de forma antinatural como estructura jerárquica. Además esta sintaxis no permite diferenciar claramente entre recursos y propiedades.

Para superar estas dificultades de codificación del formato RDF/XML (RDF basado en XML), también llamado “formato de serialización”, se acude a herramientas que codifican las sentencias RDF en un formato intermedio (llamado N3) más simple, basado en triples. Por ejemplo, GRDDL traduce formato HTML o XML a RDF.
RDF permite la reificación de sentencias, es decir, sentencias de orden superior, en donde una sentencia es un objeto de otra sentencia. Pero el objeto de una sentencia no puede ser una colección de sentencias o las sentencias que cumplan determinadas propiedades. Además, cuando se utiliza la reificación, la sintaxis RDF/XML se complica aún más hasta hacerse casi ilegible. No es de extrañar, pues, la afirmación Dieter Fensel, autor del prólogo de [Daconta et al., 2003] de que necesitó… ¡dos meses! para entender RDF.

RDF Schema

RDF tiene (como XML) su propio lenguaje de tipos o modelo de datos: RDF Schema (RDFS). En este caso los tipos son clases (sujetos) y propiedades (predicados).

Permite definir jerarquías de clases (subclases y superclases) y propiedades.
Hay herencia entre clases. Hay herencia múltiple: una clase puede pertenecer a más de una clase.

Limitaciones:

Como sucede con XML Schema, no se permiten jerarquías de esquemas.
Es un lenguaje separado, no integrado, pues se sitúa como una capa por encima de RDF.
No es un lenguaje semántico completo.
Es extremadamente restringido. Solo permite definir ontologías a un nivel muy básico.

Especificación en MENTAL
Especificación de la triada entidad-entidad-valor

Una entidad e con un atributo de nombre n y valor v se especifica, de una manera muy simple mediante la expresión


e/(n/v)

en donde hay una jerarquía de particularización descendente.

Por ejemplo, mesa/(color/verde), en donde la entidad mesa se la califica con un solo atributo: color/verde.

En el caso de que la entidad tenga varios atributos, se puede especificar un grupo (secuencia o conjunto):


e/(n1/v1 n2/v2 ...)  ó   e/{n1/v1 n2/v2 ...}

Por ejemplo, mesa/(color/verde altura/0.8)

Especificación de relaciones mediante atributos

Una relación n-aria (es decir, entre n elementos) se puede expresar mediante n+1 atributos (que son relaciones binarias). Por ejemplo, el aserto

Juan dió un libro a María es una relación ternaria (entre los elementos Juan, libro y María) que podemos expresar como un cierto evento e que consta de cuatro atributos:


e/(sujeto/Juan

  
  acción/dar

  
  objeto/"un libro"

  
  receptor/María)

Relaciones ser y tener

La relación “es un(a)” (is a, en inglés) es una relación binaria tipo “sujeto/predicado”. Por ejemplo,


Sócrates/hombre  // Sócrates es hombre



azul/color // azul es un color



gato/mamífero // un gato es un mamífero



"Las Meninas"/cuadro // “Las Meninas” es un cuadro



pintor/artista   // un pintor es un artista



Velázquez/pintor  // Velázquez es un pintor

La relación “tiene un(a)” (have a, en inglés) es una relación ternaria de la forma “entidad/(atributo/valor)”. Por ejemplo,


gato/(color/negro) // gato tiene la propiedad de ser negro



mesa/(NroPatas/3) // mesa tiene 3 patas

Diferencia entre azul/color y color/azul;

azul/color

color/azul

(mesa/(color/azul)

Ventajas de la notación de atributos

Flexibilidad de descripción.
Los atributos nos permiten describir las entidades de diversas formas. Por ejemplo, un punto en el plano se puede describir mediante sus coordenadas cartesianas (x, y) o mediante sus coordenadas polares (radio, ángulo). Por ejemplo,
Flexibilidad de manipulación.
El atributo es una relación binaria que es más fácil de manejar que la relación n-aria. En efecto, es fácil modificar los atributos, eliminarlos y añadir nuevos. Por ejemplo, si al evento e del ejemplo anterior añadimos la información de que la entrega del libro tuvo lugar en el parque, sólo hay que incluir otro atributo.
Especificación de información incompleta. Por ejemplo, en el aserto
es suficiente declarar sólo los atributos conocidos e ignorar los desconocidos:
En cambio, con la representación n-aria es necesario dar un nombre al sujeto desconocido de la acción:
Representación de jerarquías.
En el ejemplo anterior se ignoró el tiempo del verbo "dar" (pasado). Por lo tanto, existe el atributo (tiempo/pasado) relativo no al evento e, sino al atributo
Si además el libro es de color azul, tenemos el atributo (color/azul) relativo al atributo (objeto/"un libro").

La representación completa del evento e es:
Expresividad.
La notación de atributos es más clara y expresiva, pues pone de manifiesto cuales son las características de las entidades e instancias. De esta forma se libera y explicita la información, se aclara su semántica. Por ejemplo,
se puede expresar

Especificación de clases de entidades e instancias

La especificación de clases de entidades se realiza mediante expresiones genéricas parametrizadas. Una forma típica sería definir como parámetros los valores de los atributos de la entidad. Por ejemplo,


⟨( rectángulo(b h) = rectángulo/(base/b altura/h    


Superficie=(b*h)) )⟩

Una instancia de la clase rectángulo sería:


rectángulo(7 3) // ev. rectángulo/(base/7 altura/3 superficie/21)

Ventajas de MENTAL como modelo entidad-atributo-valor

Se utiliza una notación homogénea entre entidad y atributo, y entre nombre de atributo y valor. Se diluye así la distinción entre datos y metadatos.
No solo hay tres niveles (entidad-atributo-valor), sino cualquier número de niveles, los que se deseen necesiten. La jerarquía va desde lo genérico (la entidad) a lo específico (el dato), siempre en sentido descendente.
Permite especificar magnitudes (cantidad y unidad):
Hay una frontera difusa entre los diferentes niveles. Un atributo (incluso un valor) puede desempeñar el papel de entidad, un atributo puede ser un valor, un subatributo, etc. Por ejemplo:
Permite especificar valores difusos como 0.7*rojo o 0.8*alto.
Permite asignar atributos a cualquier expresión (una función, una regla, un conjunto, etc.
Es el sistema ideal para especificar bases de datos semánticas u ontologías, definidas mediante atributos, y cuya gestión es más sencilla, más comprensible y trasparente.
El modelo es análogo o equivalente al que se utiliza como marcaje, sustituyendo a XML. El mismo lenguaje se utiliza para describir (mediante atributos) partes de un documento y el documento completo. No se necesitan cuatro lenguajes: XML, XMLS, RDF y RDFS. Basta con un único y simple lenguaje. Como en el caso del marcaje, se dispone de un lenguaje completo con todas sus posibilidades combinatorias.

Bibliografía

Akerkar, R. Foundations of the Semantic Web. XML, RDF & Ontology. Alpha Science Intl. Ltd., 2009.
Allemang, Dean; Hendler, James. Semantic Web for the Working Ontologist. Effective Modeling in RDFS y OWL. Morgan Kaufmann, 2008.
Daconta, Michael C.; Obrst, Leo J.; Smith, Kevin T. The Semantic Web. A Guide to the Future of XML, Services, and Knowledge Management. Wiley, 2003. Disponible en Internet.
Hielm, Johan. Creating the Semantic Web with RDF. Professional Developer’s Guide. Wiley, 2001.
Powers, Shelley. Practical RDF. O´Reilly Media, 2003.