05 Ontologien - Semantic Web Technologien WS2010/11

Die nichtkommerzielle Vervielfältigung, Verbreitung und Bearbeitung dieser Folien ist zulässig (Lizenzbestimmungen CC-BY-NC).

VorlesungDr. Harald Sack

Hasso-Plattner-Institut für SoftwaresystemtechnikUniversität Potsdam

Wintersemester 2010/11

Semantic Web Technologien

Blog zur Vorlesung: http://web-flakes.blogspot.com/

Montag, 22. November 2010

http://web-flakes.blogspot.com


Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam

2

RDFS

Wiederholung



3 1. Einführung

2. Semantic Web BasisarchitekturDie Sprachen des Semantic Web - Teil 1

3. Wissensrepräsentation und LogikDie Sprachen des Semantic Web - Teil 2

4. Ontology Engineering

5. Linked Data und Semantic Web Anwendungen

Semantic Web Technologien Vorlesungsinhalt



4

URI / IRI

XML / XSDData Interchange: RDF

RDFS

Ontology: OWL Rule: RIF

Query:SPARQL

Proof

Unifying Logic

Cry

pto

Trust

Interface & Application

Semantic Web Architektur




4

URI / IRI

XML / XSDData Interchange: RDF

RDFS

Ontology: OWL Rule: RIF

Query:SPARQL

Proof

Unifying Logic

Cry

pto

Trust

Interface & Application

Ontology-Level

Semantic Web Architektur




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3.1. Ontologien in der Philosophie und der Informatik

3.2. Wiederholung Aussagenlogik und Prädikatenlogik

3.3. RDFS-Semantik

3.4. Beschreibungslogiken

3.5. OWL und OWL-Semantik

3.6. Regeln mit RIF/SWRL


6




7

3. Wissensrepräsentation und Logik3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik

„People can‘t share knowledge if

they don‘t speak a common

language“ Thomas Davenport (1997)



8


„People can‘t share knowledge if

they don‘t speak a common

language“ Thomas Davenport (1997)

Turmbau zu Babel, Pieter Brueghel, 1563



9


Der Turmbau zu Babel…. (1)• Datenaustausch zwischen heterogenen Systemen

• System A verwendet Schema A

• System B verwendet Schema B

• dabei können gleiche Begriffe mitunterschiedlicher Bedeutungassoziiert sein

• während unterschiedlicheBegriffe die gleiche Bedeutunghaben können

• Begriffe/Konzepte aus System A mit Schema A müssen in Begriffe und Konzepte aus Schema B übersetzt werden

Turmbau zu Babel, Pieter Brueghel, 1563



10

3. Wissensrepräsentation und Logik3.1 Ontologien in Philosophie und InformatikDer Turmbau zu Babel…. (2)

• Datenaustausch zwischen heterogenen Systemen

• Lösung (1):

• Übersetzer für jede mögliche Kombination von n unterschiedlichen Systemen → benötigt O(n2) Übersetzer….

• Lösung (2):

• unabhängiges Repräsentationsschema(Interlingua)

•→ benötigt n Übersetzer….



11


Nutze eine gemeinsame Sprache….

• gemeinsame Symbole und Begriffe (Syntax)

• Übereinkunft bzgl. deren Bedeutung (Semantik)

• Klassifikation von Begriffen (Taxonomie)

• Assoziationen und Vernetzungen von Begriffen (Thesauri)

• Regeln und Wissen darüber, welche Vernetzungen zulässig und sinnvoll sind (Ontologien)



12 Was ist Wissen?




12 Was ist Wissen?

Wahrheiten(Truths)




12 Was ist Wissen?

Wahrheiten(Truths)

Annahmen(Beliefs)




12 Was ist Wissen?

Wahrheiten(Truths)

Annahmen(Beliefs)

Wissen(Knowledge)

Klassische Definition:„Wissen ist eine Teilmenge aller wahren Annahmen“




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Ontologien als zentraler Begriff in der Philosophie

Raffael: Die Schule von Athen, 1510-11Montag, 22. November 2010


14 Eine kurze Begriffsbestimmung

• ον [griech.] Partizip zu „sein“ λογια [griech.] Lehre

„Philosophische Disziplin, die sich primär mit dem Sein, dem Seienden als solchem und mit den fundamentalen Typen von Entitäten beschäftigt...“ (wikipedia)

allgemeine Metaphysik ←→ Erkenntnistheorie (Epistemologie)

• „wie sind die Dinge als solches (an sich)?“


Christian Wolff: Philosophia prima sive Ontologia, 1729



15


Zentrale Fragen der Ontologie

1.Was heißt es, dass es etwas gibt?• Wann sind zwei Dinge identisch?• Ist alles, was existiert auch wirklich?• Existiert auch das, was nur möglich ist?• Gibt es nicht existierende Dinge?

Jacob Lorhard: Ogdoas scholastica continens diagraphen typicam artium, 1609



15


Zentrale Fragen der Ontologie

1.Was heißt es, dass es etwas gibt?• Wann sind zwei Dinge identisch?• Ist alles, was existiert auch wirklich?• Existiert auch das, was nur möglich ist?• Gibt es nicht existierende Dinge?

2.Welche Kategorien von Objekten existieren?• Gibt es Dinge, die nur einfach oder nur vielfach

vorkommen (Universalien)?• Gibt es Dinge, die immer einseitig von anderen

abhängen (Substanzen)?• Von welcher Art ist diese Abhängigkeit

(Kausalität)?• Gibt es notwendige Eigenschaften (Essenzen)?• Wie ist das Verhältnis von zusammengesetzten

Dingen zu ihren Teilen? Jacob Lorhard: Ogdoas scholastica continens diagraphen typicam artium, 1609



16 Woher stammt der Begriff?

Rudolf Goclenius der Ältere(1547-1628)

• „Ontologie“ taucht erstmals 1606 („ontologia“ in Latein) bei Jacob Lorhard in seinem Buch „Ogdoas Scholastica“ auf

• In deutscher Sprache taucht der Begriff „Ontologie“ erstmals 1613 in Rudolf Göckels „Lexicon philosophicum“ auf




16 Woher stammt der Begriff?

Rudolf Goclenius der Ältere(1547-1628)

• „Ontologie“ taucht erstmals 1606 („ontologia“ in Latein) bei Jacob Lorhard in seinem Buch „Ogdoas Scholastica“ auf

• In deutscher Sprache taucht der Begriff „Ontologie“ erstmals 1613 in Rudolf Göckels „Lexicon philosophicum“ auf

Christian Wolff(1679-1754)

•Christian Wolff ordnet die Ontologie als philosophische Disziplin als Teil der Metaphysik, genauer der allgemeinen Metaphysik (metaphysica generalis) zu

• Traditionelle Ontologie beschäftigt sich mit dem Verhältnis des „Seins“ zum „Seienden“• ontologische Differenz (Heidegger)• Trennung von „Existenzialität“ und „Kategorialität“




17

Ontologie in der klassischen griechischen Philosophie (I)

• Parmenides (6./5. Jhdt. v. Chr.)

• Grundfrage: „Was sind die fundamentalen Kategorien des Seins?“Parmenides

(ca. 535-470 v. Chr)

„...Denn es ist unmöglich, dass dies zwingend erwiesen wird: es sei Nichtseiendes; Vielmehr halte du von diesem Wege der Forschung den Gedanken fern, Und es soll dich nicht vielerfahrene Gewohnheit auf diesen Weg zwingen, Walten zu lassen das blicklose Auge und das dröhnende Gehör Und die Zunge, nein mit dem Denken bring zur Entscheidung die streitreiche Prüfung, Die von mir genannt wurde.“

Parmenides (Peri Physeios, 7.1-7.4)




18Ontologie in der klassischen griechischen Philosophie (II)

• Sokrates, Platon (5./4. Jhdt. v. Chr.)

Sokrates(470-399 v. Chr)

Platon(427-347 v. Chr)


„Die Idee/Form (gr. idea, eidos) ist ein wesenhaft eingestaltiges immer Seiendes, das in den vielen Einzelnen zur Darstellung kommt. Demnach sind bestimmte nur durch die Vernunft zugängliche Entitäten dem Sein und der Erkenntnis nach gegenüber konkreten, sinnlich wahrnehmbaren Einzelgegenständen vorrangig und stehen als seinsbegründende Urbilder in einer bestimmten Beziehung zu diesen. Die Ideen sind wahrhaft seiende, undingliche bloß denkbare reine Einheiten von Bestimmungen, Prinzipien oder Gegenstandsklassen, die allem Einzelnen, das unter sie fällt, das vermitteln, was es als es selbst sein lässt und wodurch es als bestimmt erkennbar ist.

Dirk Cürsgen, in: Schäfer (Hrsg.), Platon-Lexikon, 2007, S. 102


http://de.wikipedia.org/wiki/Entit%C3%A4t

http://de.wikipedia.org/wiki/Entit%C3%A4t







Verstand/Vernunft

Ideen Gegenstände

Sinneswahrnehmung(empeiria)

Wiedererinnerung(anamnesis)

unveränderlichunvergänglich

Urbild

veränderlichvergänglich

Abbildnach http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/Platon_Ideenlehre.svg


http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/Platon_Ideenlehre.svg

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/Platon_Ideenlehre.svg




• Trennung zwischen

• Konzept / Klasse (= Idee, „Noosphäre“, Welt der Ideen)

und

• Instanz (Objekte der realen Welt, nur „Schatten“ der Ideen)

• Hierarchie der Ideen






21 Platons Höhlengleichnis• aus Platons ,Politeia‘, 7. Buch, entstanden um ca. 370 v. Chr.



(Abbildung aus: Osborne, Philosophie - Eine Bildergeschichte für Einsteiger)















22Ontologie in der klassischen griechischen Philosophie (III)

• Aristoteles (Metaphysik IV, 1)

stellt System von Kategorien auf zur Klassifikation aller Dinge, über die Aussagen getroffen werden können

unbelebt / belebt / stofflich / geistig Stoff / Qualität / Quantität / Beziehung /

Wirken / Leiden / Ort / Zeit /… Aristoteles(384-322 v. Chr)

„Nun sind die (sprachlichen) Äußerungen unserer Stimme Symbole für das, was (beim Sprechen) unserer Seele widerfährt, und unsere schriftlichen Äußerungen sind wiederum Symbole für die (sprachlichen) Äußerungen unserer Stimme. Und wie nicht alle Menschen mit denselben Buchstaben schreiben, so sprechen sie auch nicht dieselbe Sprache. Die seelischen Widerfahrnisse aber, für welche dieses (Gesprochene und Geschriebene) an erster Stelle ein Zeichen ist, sind bei allen Menschen dieselben; und überdies sind auch schon die Dinge, von denen diese (seelischen Widerfahrnisse) Abbildungen sind, für alle dieselben.“

Aristoteles (De Interpretatione I, 16)




23

Aristotelische Kategorienlehre

Aristoteles stellt ein System von Kategorien auf zur Klassifikation aller Dinge, über die Aussagen getroffen werden können

Platon und Aristoteles(„Philosophenschule von Athen“,

Raphael, 1512)




24Aristotelische Kategorienlehre

Aristoteles stellt ein System von Kategorien auf zur Klassifikation aller Dinge, über die Aussagen getroffen werden können

Platon und Aristoteles(„Philosophenschule von Athen“,

Raphael, 1512)

wikipedia.org




25 Aristotelische Kategorienlehre

• Porphyrios beschreibt in seiner Schrift „Isagoge“ eine für Anfänger gedachte Beschreibung des Aristotelischen Kategoriensystems

• Im Spätmittelalter wird daraus die „arbor porphyriana“ (Porphyrischer Baum)

Porphyrios von Tyros(234-?? n. Chr)




26Der Ontologiebegriff in der mittelalterlichen Philosophie

Mittelalterliche Scholastik

• Thomas v. Aquin, Anselm v. Canterbury, William v. Ockham (12.-14. Jhdt.)Thomas v. Aquin

(1225-1274)

Anselm v. Canterbury(1033-1109)

William v. Ockham(1285-1349)





Mittelalterliche Scholastik

• Thomas v. Aquin, Anselm v. Canterbury, William v. Ockham (12.-14. Jhdt.)Thomas v. Aquin

(1225-1274)

Anselm v. Canterbury(1033-1109)

William v. Ockham(1285-1349)

• Universalienproblem: „Kann Universalien (Ideen) eine ontologische (reale) Existenz zugemessen werden?“

• Realismus Ontologische Existenz der Ideen

• Nominalismus Ideen sind nichts als Worte/Symbole





• Christliche Trinitätslehre als Beispiel für eine mittelalterliche Ontologie





• Raimundus Lullus nutzt die Ontologiein Form des Aristotelischen Kategorien-systems mit seinem „Baum der Natur und der Logik“ als ersten Vorläufereiner „logischen Maschine“

Ramon Lull (Raimundus Lullus)(1232-1316 Arbor naturalis et logicalis, aus

„Ars Magna“, um 1275




29 Der Ontologiebegriff in der Kantschen Philosophie

Immanuel Kant (1724-1804)

• Hinwendung zur Erkenntnistheorie (Kritik an der „reinen Vernunft“)

• Grundfrage: „Wie vermag unser Verstand die Welt wahrzunehmen?“

Immanuel Kant(1724-1804)


„Kategorien sind nach Kant apriorisch und unmittelbar gegeben. Sie sind Werkzeuge des Urteilens und Werkzeuge des Wahrnehmens. Als solche dienen sie nur der Anwendung und haben keine Existenz. Sie bestehen somit nur im menschlichen Verstand. Sie sind nicht an Erfahrung gebunden. Durch ihre Unmittelbarkeit sind sie auch nicht an Zeichen gebunden. Kants erkenntnistheoretisches Ziel ist es, über die Bedingungen der Geltungskraft von Urteilen Auskunft zu geben.“

R. Eisler. Kant-Lexikon : Nachschlagewerk zu Kants samtlichen Schriften / Briefen und handschriftlichem Nachlass.. Olms, Hildesheim, 1961


http://www.bibsonomy.org/bibtex/2de58388f1ea97810eab9912baa377300/lysander07





30 Der Ontologiebegriff in der Kantschen Philosophie

Immanuel Kant (1724-1804)

• Erkenntnistheorie• triadisches Modell

Quantität Qualität Relation Modalität

Einheit RealitätSubstanz u.

AkzidenzMöglichkeit

Vielheit NegationUrsache u. Wirkung

Dasein

Allheit Limitation Wechselwirkung Notwendigkeit

Immanuel Kant(1724-1804)




31


Der Ontologiebegriff in der Informatik




“An ontology is a specification of a conceptualization that is designed for reuse across multiple applications and implementations. …a specification of a conceptualization is a written,formal description of a set of concepts and relationships in a domain of interest.”

“... An ontology is a catalog of the types of things that are assumed to exist in a domain of interest D from the perspective of a person who uses a language for the purpose of talking about D.”

(John F. Sowa, 1995)

(Peter Karp, Bioinformatics 16:269, 2000)





"An ontology is an explicit, formal specification of a shared conceptualization. The term is borrowed from philosophy, where an Ontology is a systematic account of Existence. For AI systems, what ‘exists’ is that which can be represented.“

(Thomas R. Gruber, 1993)

Konzeptualisierung: abstraktes Modell (Domäne, identifizierte relevante Begriffe, Beziehungen)

Explizit: Bedeutungen aller Begriffe definiert

Formal: maschinenverstehbar

Gemeinsam: Konsens bzgl. Ontologie

tomgruber.org




34 Konzeptualisierung

Symbol Gegenstandsteht für

Ogden, Richards, semiotisches Dreieck, 1923

„Golf“

ruft hervor referenziert

Konzept







„Golf“


Konzept







„Golf“


Konzept







„Golf“


Konzept







„Golf“


Konzept

verwendengemeinsames Konzept




35 Ontologien - Komponenten und Modelle

• Klassen, Beziehungen und Instanzen

• Klassen repräsentieren Konzepte

• Klassen werden durch Attribute beschrieben

• Attribute werden aus Name-Wert-Paaren gebildet

Adresse• Vorname <string>• Nachname <string>• Straße <string>• Postleitzahl <int>• Ort <string>• …

„Die Adresse ist eine Postanschrift undbeinhaltet im Allgemeinen Straßenamen,Postleitzahl und Ortsnamen.“

Informale Beschreibung

Semi-informale Beschreibung

(Gruber, 1993)





• Modellierung

• Informal natürlichsprachliche Beschreibung

• Semi-informal strukturierte Beschreibung in beschränkter natürlicher Sprache

• Semi-formal Beschreibung in künstlicher, formal definierter Sprache

• Formal Beschreibung in sorgfältig definierten Begriffen mit formaler Semantik, Nachweis der Vollständigkeit und Korrektheit





• Modellierung

• Klassen stehen mit anderen Klassen in Beziehung

• Beziehungen sind spezielle Attribute, deren Wert ein Objekt einer anderen Klasse darstellt

AdressePersonbesitzt

Professor Student

ist eineist eine

Vorlesung

hält besucht

Lehrveranstaltungist eine

Formal: Mengen m1,…mn Relation R ⊆ m1 x … x mn





• Modellierung

• an Beziehungen zwischen Klassen können Regeln geknüpft werden

AdressePersonbesitzt

Professor Student

ist eineist eine

1:n

1:1

Frau

Mann

ist eine

ist eine≠

Frau ⋂ Mann = ∅





• Modellierung

• Über Klassen, Beziehungen, Regeln können Aussagen getroffen werden

• Spezialfall: formale Axiome

• Axiome bezeichnen Wissen, das auf keine andere Weise nur durch die restlichen Komponenten ausgedrückt werden kann

Beispiel: • „es ist nicht möglich, zwei Lehrveranstaltungen am selben Termin zu halten“





• Modellierung

• Instanzen bezeichnen Individuen einer Ontologie

Lehrveranstaltung

Seminar

ist eine

BachelorseminarSW enabled Applications

Donnerstag11.00 Uhr A-2.1

Individuals (instances) are the basic components of an ontology. The individuals in an ontology may include concrete objects such as people, animals, tables, automobiles, molecules, and planets, as well as abstract individuals such as numbers and words.




41


Wie formalisiere ich ein ontologisches Modell?-Wissensrepräsentation und Ontologiebeschreibungssprachen



42 Aussagenlogik – Propositional Logic• in der Aussagenlogik besteht die Welt ausschließlich aus Fakten (Aussagen)

• Folgende Aussagen/Schlussfolgerungen sind nicht möglich:

• Alle Menschen sind sterblich

• Sokrates ist (war) ein Mensch

• Daher ist Sokrates sterblich

• Die Welt besteht vielmehr aus Objekten und Eigenschaften (Properties), die ein Objekt vom anderen unterscheiden.

• Zwischen Objekten bestehen Beziehungen (Relationen). Einige Beziehungen sind dabei eindeutig, also Funktionen.




43 Prädikatenlogik – First Order Logic• In der Prädikatenlogik erster Stufe (First Order Logik, FOL) erlauben Quantoren

Aussagen über Mengen von Objekten zu machen, ohne diese Objekte explizit einzeln aufzuzählen

• FOL ist perfekt zur Beschreibung von Ontologien geeignet, aber

• FOL ist sehr ausdrucksstark,

• deshalb unhandlich bei der Modellierung,

• schlecht geeignet um Konsens bei der Modellierung zu finden und

• beweistheoretisch sehr komplex

• Suche ein geeignetes Fragment von FOL




44 Beschreibungslogiken - Description Logics

Beschreibungslogiken (engl. description logics) sind eine Familievon Sprachen zur Wissensrepräsentation. Die meisten Beschreibungs-logiken sind eine Untermenge der Prädikatenlogik erster Stufe, im Gegensatz zu dieser aber entscheidbar. Dies ermöglicht über eine Beschreibungslogik zu schließen, d.h. aus vorhandenem Wissenneues Wissen zu gewinnen…





Beschreibungslogiken (engl. description logics) sind eine Familievon Sprachen zur Wissensrepräsentation. Die meisten Beschreibungs-logiken sind eine Untermenge der Prädikatenlogik erster Stufe, im Gegensatz zu dieser aber entscheidbar. Dies ermöglicht über eine Beschreibungslogik zu schließen, d.h. aus vorhandenem Wissenneues Wissen zu gewinnen…

Vorlesung

Vorlesung„Semantic Web“

TBox terminological knowledge Wissen über Konzepte einer Domäne (Klassen, Attribute, Eigenschaften…)

ABox assertional knowlegde Wissen über Instanzen / Entitäten

Knowledge Base




45 Beschreibungslogiken - Description Logics• Concepts (unäre Prädikate),

• beschreiben Entities/Klassen

• z.B. Person, Lehrveranstaltung, Student, Dozent, Seminar, ...

• Roles (binäre Prädikate)

• beschreiben Eigenschaften / Relationen

• z.B. nimmtTeilAn, liest, wirdGelesenVon, …

Student: { x | Student(x)}

nimmtTeilAn: { (x,y) | nimmtTeilAn(x,y)}




46 Beschreibungslogiken - Description Logics• Individuals

(Konstanten, individuelle Ausprägungen, Concept Assertion)

• z.B. Alice, Bob, SemanticWeb

• Syntax: Student(Alice)

• Operators / Constructors (zum Formulieren komplexer Beschreibungen von Concepts / Roles)

• Expressivität wird beschränkt, so dass:

• Erfüllbarkeit (Satisfiability) / Enthaltensein (Subsumption) ist entscheidbar und

• (möglichst) von geringer Komplexität

• Syntax: nimmtTeilAn(Alice, SemanticWeb)




47 Beschreibungslogiken - Description Logics• Operatoren beinhalten in der Regel zumindest:

• Konjunktion (⊓),

• Disjunktion (⊔),

• Negation (⌐)

• eingeschränkte Form der Quantifizierung (∀,∃)

• bildet Basis Description Logic ALC• Attributive Language with Complement




48 Attributive Language with Complement - ALC• Atomare Typen

• Konzeptnamen A, B, ...

• Spezielle Konzepte

• ⊤ - Top (universelles Konzept)

• ⊥ - Bottom Konzept

• Rollennamen R,S, ...

• Konstruktoren

• Negation: ¬C

• Konjunktion: C ⊓ D

• Disjunktion: C ⊔ D

• Existenzquantor: ∃R.C

• Allquantor: ∀R.C




49 Attributive Language with Complement - ALC• Klassenbeziehungen

• Inklusion C ⊑ D

• Bsp. Man ⊑ Human

• Gleichheit C ≣ D

• Bsp. Frau ≣ Woman

• Klassen Konstruktoren

• Bsp. Seminarteilnehmer ≡ Person ⊓ (∃nimmtTeil.Seminar ⊔ ∃unterrichtet.Seminar)





• Terminologisches Wissen (TBox)

• Axiome, die die Struktur der zu modellierenden Domäne beschreiben (konzeptionelles Schema)

• Human ⊑ ∃hasParents.HumanOrphan ≣ Human ⊓ ¬∃hasParents.Alive

• Wissen um Individuen (ABox)

• Axiome, die konkrete Situationen (Daten) beschreiben

• Orphan(harrypotter)hasParent(harrypotter, jamespotter)




51 Beschreibungslogiken - Description LogicsOperator / Constructor Syntax SpracheSprache

Konjunktion A ⊓ B

FL

S*

Wertrestriktion ∀ R .C FL

S*

Existenzquantor ∃ R

FL

S*

Top (allgemeinstes Concept) ⊤

AL*

S*Bottom (speziellstes Concept) ⊥

AL*

S*Negation (C) ⌐ A

AL*

S*

Disjunktion C ⊔ D AL*

S*

Existentielle Restriktion ∃ R .C

AL*

S*

Zahlenrestriktion (N) (≤ n R) (≥ n R)

AL*

S*

Menge von Individuen (O) {a1,…,an}

AL*

S*

Beziehungshierarchie R ⊆ S HH

Inverse Beziehung R-1 II

Qualifizierte Zahlenrestriktion (≤ n R.C) (≥ n R.C) QQ





• Semantik wird durch eine Interpretation festgelegt (ΔI, I)

• ΔI … Domain of Discourse, ΔI ≠ ∅

• Interpretationsfunktion

• I :A → AI ⊆ ΔI , A ... atomares Konzept

• I :R → RI ⊆ ΔI x ΔI , R … atomare Relation

┬I = ΔI

⊥I = ∅(¬A)I = ΔI \ AI (C Π D)I = CI ∩ DI (∀ R.C)I = {a ∈ ΔI | ∀ b.<a,b> ∈ RI ⇒ b ∈ CI}(∃ R.┬)I = {a ∈ ΔI | ∃ b.<a,b>∈ RI}




53 Beschreibungslogiken - Description Logics• Ontologien können z.B. auch mit Hilfe von Datenbank- oder

Softwarentwurfstechniken beschrieben werden

• z.B. UML, ER-Modell, …

Seminar

- Titel: String - Semester: String - Beginn: Date - Ende: Date - …

Person

- Vorname: String - Nachname: String - …

nimmtTeilnn

wirdGehalten1n




54 Alternative Modelle

• Formalismen und Modelle limitieren die Art des Wissens, die mit diesen ausgedrückt werden können

• z.B. UML, ER, SQL gestatten nicht die Formulierung komplexer logischer Abhängigkeiten und das Ziehen von Schlussfolgerungen über diesen

• AI-basierte Sprachen (z.B. Ontolingua, LOOM, OCML, FLogic,…) und Ontologie Markup-Sprachen (z.B. RDFS, DAML+OIL, OWL, …) sind besser zur Repräsentation von Ontologien geeignet.




55

3. Wissensrepräsentationen3.2 Ontologien in der Informatik

Ontologietypen



56 Ontologietypen und Kategorien

allgemeine, bereichsübergreifende Ontologien (beschreibt sehr generelle Konzepte wie z.B. Zeit, Raum,Vorgang unabhängig von einer bestimmten Domäne oder Problemstellung.)

Domain Ontology Task Ontology

spezielle, auf eine konkret fokussierte Domäne oderAufgabe zugeschnittene Ontologie, die in der Regel eine Domain und/oder Task Ontologie spezialisieren.

Application Ontology

(nach Guarino,1998)

grundlegende Konzepte bezogen auf eine allgemeine Aktivität oder Aufgabe.

grundlegende Konzepte bezogen auf eine generische Domäne.

Top-Level Ontology(Upper Ontology,

Foundation Ontology)









spezielle, auf eine konkret fokusierte Domäne oderAufgabe zugeschnittene Ontologie, die in der Regel eine Domain und/oder Task Ontologie spezialisieren.


(nach Guarino,1998)













(nach Guarino,1998)













(nach Guarino,1998)











spezielle, auf eine konkret fokussierte Domäne oderAufgabe zugeschnittene Ontologie, die in der Regel eine Domain und/oder Task Ontologie spezialisieren.


(nach Guarino,1998)







kontrolliertesVokabular

(nach Lassila/McGuinnes, 2001)

Thesauri

Begriffe/Glossar

informalesist-ein

formalesist-ein

formaleInstanz

Frames

Wert-Restriktionen

Allg.logische

Constraints

Disjunktheit,Inverses,Part-of…

lightweight ontologies heavyweight ontologies

Ausdruckstärke +-




Ontologietypen und Kategorien• Kontrolliertes Vokabular:

endliche Liste von Begriffen (z.B. Kataloge)

• Glossar: eine endliche Liste von Begriffen und deren zugehörige Bedeutung, formuliert in natürlicher Sprache (informal).

• Thesauri: [griech. „Schatz, Schatzhaus“]

Kontrolliertes Vokabular, dessen Begriffe durch Relationen miteinander verbunden sind.

• Äquivalenz (Synonyme)

• Hierarchien (Ober-, Unterbegriffe)

• Homographien (Homonyme)

• Assoziationen (ähnliche Begriffe)


62



63 Thesaurus

Unterhose




63 Thesaurus

Unterhose




63 Thesaurus

Unterhose

Schlüpfer

Synonyme




63 Thesaurus

Unterhose

Schlüpfer

Synonyme

Slip

Tanga

Liebestöter

Boxershort

Spezialisierungen




63 Thesaurus

Unterhose

Schlüpfer

Synonyme

Slip

Tanga

Liebestöter

Boxershort

Spezialisierungen

UnterwäscheOberbegriff




63 Thesaurus

Unterhose

Schlüpfer

Synonyme

Slip

Tanga

Liebestöter

Boxershort

Spezialisierungen

UnterwäscheOberbegriff

Unterhemd

Assoziation




Taxonomiesysteme

• auch Klassifikationssystem, Nomenklatur, …

• in der Wissenschaft meist Einteilung in (mono-)hierarchisch aufgebaute Klassen(Klassen, Unterklassen, ...)

• (auch) Teilgebiet der Biologie:

• Erfassung der verwandtschaftlichen Beziehungen von Lebewesen in einemHierarchisch aufgebauten System

Taxonomie: Einteilung von Dingen (oder auch Lebewesen) in Gruppen (von [griech]. τασσεῖν (tassein) = klassifizieren und νόµος (nomos) = Gesetz, Wissenschaft) ...


64



Taxonomiesysteme• Carl v. Linné (um 1740) schafft einfaches,

noch heute gebräuchliches hierarchisches Klassifikationsschema für Tiere/Pflanzen

Carl v. Linné(1707-1778)


65

Des Ritters Carl von Linné vollständiges Natursystem, 1778




kontrolliertesVokabular

(nach Lassila/McGuinnes, 2001)

Thesauri

Begriffe/Glossar

informalesist-ein

formalesist-ein

formaleInstanz

Frames

Wert-Restriktionen

Allg.logische

Constraints

Disjunktheit,Inverses,Part-of…

lightweight ontologies heavyweight ontologies

Ausdruckstärke +-




Ontologietypen und Kategorien• informale IS-A-Hierarchie:

explizite Hierarchie von Klassen, Unterklassenbeziehung nicht strikt eingehalten (Bsp. Schlagwortkatalog in der Bibliothek)

• formale IS-A-Hierarchie: explizite Hierarchie von Klassen, Unterklassenbeziehung werden strikt eingehalten

• formale Instanz: explizite Hierarchie, die neben der Unterklassenbeziehung auch die Instanzbeziehung erlaubt.




Ontologien als Interpretationen der Wirklichkeit

unterschiedliche Tierkategorien in "einer gewissen chinesischen Enzyklopädie" nach Jorge Luis Borges:

- dem Kaiser gehörige, - einbalsamierte, - gezähmte, - Milchschweine, - Sirenen, - Fabeltiere, - streunende Hunde, - in diese Einteilung aufgenommene, - die sich wie toll gebärden, - unzählbare, - mit feinstem Kamelhaarpinsel gezeichnete, - und so weiter, - die den Wasserkrug zerbrochen haben, - die von weitem wie Fliegen aussehen.

Jorge Luis Borges(1899-1986)


(M. Foucault 1974, Zitat aus: Borges: Die analytische Sprache von John Wilkins, in: ders. 1966, p. 212)



69 Ontologiebeispiele und Anwendungen

WordNet• link-based electronic dictionary• Wörterbuch mit seman- tischen Relationen zwischen den Wort- bedeutungen• organisiert in 117587 „Synsets“,gegliedert nach

• Substantiven (N)• Verben (V)• Adjektiven (Adj)• Adverbien (Av)


http://wordnetweb.princeton.edu/perl/webwn


http://wordnet.princeton.edu/perl/webwn







Ontologiebeispiele und Anwendungen


70

Top-level Ontologies

• beschreiben sehr allgemeine Konzepte (Raum, Zeit, Materie, Ereignis, Aktion,... )• Konzepte unabhängig von bestimmtem Problembereich.

z.B. KR Ontology(John F. Sowa )

• umfasst 27 Konzepte• organisiert als Verband (lattice)


http://www.jfsowa.com/ontology/kronto.htm






(OpenCyc, Douglas Lenat )

• Top-Level Ontologie zu Cyc (Wissensbasis mit ca. 200.000 Begriffen und 1 Mio. Axiome)• 6000 Konzepte in 43 Gruppen mit zugehörigen Relationen


http://www.opencyc.org/


http://www.opencyc.org

http://www.opencyc.org



(SUMO, IEEE SUOWG )

• Standard Upper Merged Ontology• IEEE SUO Working Group• integriert verschiedenartige Recourcen zu allgemeiner Top-Level Ontologie


http://www.ontologyportal.org/


http://www.ontologyportal.org

http://www.ontologyportal.org



(NP-Ontologie, Sack, Niedermeier, Vogel, 2006 )

decision problem

Domain Ontologie






decision problem

can be reduced to

Domain Ontologie






decision problem

can be reduced to

is weaker / stronger

Domain Ontologie






decision problem

can be reduced to


is special/general variant

Domain Ontologie






decision problem complexity classis a member of

has member

can be reduced to



Domain Ontologie







has member

can be reduced to



graph problem logic problem set problem… problem

is a is a

Domain Ontologie







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SAT 3-SATColorability

is a is a

NP P

NP-complete

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graph problem logic problem set problem… problem

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Domain Ontologie




3.1. Ontologien in der Philosophie und der Informatik

3.2. Wiederholung Aussagenlogik und Prädikatenlogik

3.3. RDFS-Semantik

3.4. Beschreibungslogiken

3.5. OWL und OWL-Semantik

3.6. Regeln mit RIF/SWRL


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Aussagenlogik und Prädikatenlogik

Wie geht‘s weiter?



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Literatur

• P. Hitzler, M. Krötzsch, S. Rudolph, Y. Sure: Semantic Web Grundlagen, Springer, 2008.

• H. Stuckenschmidt Ontologien - Konzepte, Technologien, Anwendungen, Springer, 2009



http://www.amazon.de/gp/product/3540339930?ie=UTF8&tag=moresemantic-21&linkCode=as2&camp=1638&creative=19454&creativeASIN=3540339930














































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Materialien

□Bloghttp://web-flakes.blogspot.com/

□Materialien-Webseitehttp://www.hpi.uni-potsdam.de/meinel/lehre/lectures_classes/semanticweb_ws1011.html

□bibsonomy - Bookmarkshttp://www.bibsonomy.org/user/lysander07/swt1011_05





http://www.hpi.uni-potsdam.de/meinel/lehre/lectures_classes/semanticweb_ws1011.html




http://www.bibsonomy.org/user/lysander07/swt1011_05

http://www.bibsonomy.org/user/lysander07/swt1011_05

Technology

05 Ontologien - Semantic Web Technologien WS2010/11