Validación con SHACL y ShEx

1La validación en cifras

Estas son las cifras que sostienen el capítulo, todas recalculadas con pyshacl sobre el grafo canónico ekg-python-150.ttl tras el cierre OWL 2 RL.

2El grafo de formas: una NodeShape por clase

Organicé el grafo de formas con un principio sistemático, a cada clase relevante del dominio le corresponde una sh:NodeShape cuyo sh:targetClass es esa clase. Así la estructura del grafo de formas refleja como un espejo la del esquema OWL, y cualquier cambio en una clase tiene un único lugar evidente donde traducirse a una restricción. Cada NodeShape agrupa las sh:PropertyShape que describen, propiedad a propiedad, lo que deben cumplir los valores de sus instancias. En total son 10 formas.

Constraints reforzados

El valor de una validación depende de la exigencia de sus restricciones. Reforcé las formas con tres familias de comprobaciones que elevan el nivel de aseguramiento más allá de la mera existencia de etiquetas.

La forma de conceptos exige una etiqueta rdfs:label con cardinalidad mínima, que los enlaces jerárquicos skos:broader apunten a otros conceptos del grafo y que cada skos:exactMatch case con el patrón de la entidad de datos de Wikidata. La elección de skos:exactMatch frente a owl:sameAs es deliberada, pues evita que el razonador OWL 2 RL fusione el concepto propio con la entidad externa.

3Resultado: conforme y control negativo

Ejecuté pyshacl sobre el grafo canónico con OWL 2 RL aplicado e inferencia RDFS activada durante la propia validación. El informe reporta el grafo como conforme, con cero violaciones, es decir, las 4.786 afirmaciones del grafo enriquecido satisfacen sin excepción todas las formas y todos los constraints reforzados.

Con ese propósito construí un ejemplo inválido en el que introduje seis defectos representativos de las categorías que las formas pretenden capturar. Ejecutado pyshacl sobre ese grafo defectuoso, el informe reporta 6 violaciones, una por cada defecto inyectado, señalando en cada caso el nodo afectado, la propiedad implicada y el constraint incumplido. La coincidencia exacta entre defectos introducidos y violaciones detectadas confirma que el grafo de formas no produce ni falsos negativos ni falsos positivos espurios en este escenario controlado.

Los seis defectos del control negativo se corresponden con las tres familias de refuerzo descritas arriba.

Cinco categorías de defecto producen seis violaciones porque uno de los patrones reincide en el ejemplo inválido. El recuento de violaciones del informe es seis, una por cada incumplimiento detectado.

4ShEx como segundo formalismo

Para validar formas con un segundo formalismo declaro un esquema ShEx (Shape Expressions) equivalente a dos de las NodeShape de SHACL, las de Concepto y Ejercicio. Cubre el mismo tipo de invariantes (etiqueta obligatoria, pertenencia a tema, jerarquía conceptual opcional, enlaces a Wikidata y rango de dificultad acotado entre 1 y 5) en la sintaxis ShExC. La validación efectiva del entregable se hace con pyshacl; el esquema ShEx se incluye como alternativa de validación de formas y es comprobable en RDFShape contra los mismos grafos de datos.

Estas son las dos formas en sintaxis ShExC, literales del fichero ontologia/ekg-shapes.shex.

PREFIX pyedu: <https://w3id.org/ekg-python/schema#>
PREFIX skos:  <http://www.w3.org/2004/02/skos/core#>
PREFIX rdfs:  <http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#>
PREFIX xsd:   <http://www.w3.org/2001/XMLSchema#>
PREFIX wd:    <http://www.wikidata.org/entity/>

start = @<ConceptoShape>

<ConceptoShape> {
  rdfs:label            rdfs:Literal+ ;            # al menos una etiqueta
  pyedu:perteneceATema  IRI+ ;                     # al menos un tema
  skos:broader          IRI* ;                     # jerarquía conceptual (opcional)
  skos:exactMatch       [ wd:~ ]* ;                # enlaces a Wikidata (Q...) (opcional)
}

<EjercicioShape> {
  pyedu:cubreConcepto   @<ConceptoShape> + ;       # cubre ≥1 concepto
  pyedu:tieneDificultad xsd:integer MININCLUSIVE 1 MAXINCLUSIVE 5 ;
  pyedu:tieneEnunciado  rdfs:Literal+ ;            # enunciado obligatorio
}

5Ver también

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