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05 Ontologien - Semantic Web Technologien WS2010/11

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Handouts zur Vorlesung 05 "Ontologien aus SIcht der Philosophie und der Informatik" aus der Reihe "Semantic Web Technologien" am Hasso-Plattner Institut, Potsdam, WS 2010/11

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05 Ontologien - Semantic Web Technologien WS2010/11

  1. 1. Die nichtkommerzielle Vervielfältigung, Verbreitung und Bearbeitung dieser Folien ist zulässig (Lizenzbestimmungen CC-BY-NC). Vorlesung Dr. Harald Sack Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik Universität Potsdam Wintersemester 2010/11 Semantic Web Technologien Blog zur Vorlesung: http://web-flakes.blogspot.com/ Montag, 22. November 2010
  2. 2. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 2 RDFS Wiederholung Montag, 22. November 2010
  3. 3. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 3 1. Einführung 2. Semantic Web Basisarchitektur Die Sprachen des Semantic Web - Teil 1 3. Wissensrepräsentation und Logik Die Sprachen des Semantic Web - Teil 2 4. Ontology Engineering 5. Linked Data und Semantic Web Anwendungen Semantic Web Technologien Vorlesungsinhalt Montag, 22. November 2010
  4. 4. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 4 URI / IRI XML / XSD Data Interchange: RDF RDFS Ontology: OWL Rule: RIF Query: SPARQL Proof Unifying Logic Crypto Trust Interface & Application Semantic Web Architektur 3. Wissensrepräsentation und Logik Die Sprachen des Semantic Web - Teil 2 Montag, 22. November 2010
  5. 5. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 4 URI / IRI XML / XSD Data Interchange: RDF RDFS Ontology: OWL Rule: RIF Query: SPARQL Proof Unifying Logic Crypto Trust Interface & Application Ontology-Level Semantic Web Architektur 3. Wissensrepräsentation und Logik Die Sprachen des Semantic Web - Teil 2 Montag, 22. November 2010
  6. 6. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 5 3. Wissensrepräsentation und Logik Die Sprachen des Semantic Web - Teil 2 Montag, 22. November 2010
  7. 7. 3. Wissensrepräsentation und Logik Die Sprachen des Semantic Web - Teil 2 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 Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 6 Semantic Web Technologien Vorlesungsinhalt Montag, 22. November 2010
  8. 8. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 7 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik „People can‘t share knowledge if they don‘t speak a common language“ Thomas Davenport (1997) Montag, 22. November 2010
  9. 9. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 8 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik „People can‘t share knowledge if they don‘t speak a common language“ Thomas Davenport (1997) Turmbau zu Babel, Pieter Brueghel, 1563 Montag, 22. November 2010
  10. 10. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 9 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Der Turmbau zu Babel…. (1) • Datenaustausch zwischen heterogenen Systemen • System A verwendet Schema A • System B verwendet Schema B • dabei können gleiche Begriffe mit unterschiedlicher Bedeutung assoziiert sein • während unterschiedliche Begriffe die gleiche Bedeutung haben 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 Montag, 22. November 2010
  11. 11. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 10 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 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…. Montag, 22. November 2010
  12. 12. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 11 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik 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) Montag, 22. November 2010
  13. 13. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 12 Was ist Wissen? 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  14. 14. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 12 Was ist Wissen? Wahrheiten (Truths) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  15. 15. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 12 Was ist Wissen? Wahrheiten (Truths) Annahmen (Beliefs) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  16. 16. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 12 Was ist Wissen? Wahrheiten (Truths) Annahmen (Beliefs) Wissen (Knowledge) Klassische Definition: „Wissen ist eine Teilmenge aller wahren Annahmen“ 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  17. 17. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 13 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Ontologien als zentraler Begriff in der Philosophie Raffael: Die Schule von Athen, 1510-11 Montag, 22. November 2010
  18. 18. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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)?“ 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Christian Wolff: Philosophia prima sive Ontologia, 1729 Montag, 22. November 2010
  19. 19. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 15 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik 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 Montag, 22. November 2010
  20. 20. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 15 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik 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 Montag, 22. November 2010
  21. 21. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  22. 22. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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“ 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  23. 23. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  24. 24. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 18 Ontologie in der klassischen griechischen Philosophie (II) • Sokrates, Platon (5./4. Jhdt. v. Chr.) Sokrates (470-399 v. Chr) Platon (427-347 v. Chr) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik „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 Montag, 22. November 2010
  25. 25. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 19 Ontologie in der klassischen griechischen Philosophie (II) • Sokrates, Platon (5./4. Jhdt. v. Chr.) Sokrates (470-399 v. Chr) Platon (427-347 v. Chr) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Verstand/Vernunft Ideen Gegenstände Sinneswahrnehmung (empeiria) Wiedererinnerung (anamnesis) unveränderlich unvergänglich Urbild veränderlich vergänglich Abbild nach http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/Platon_Ideenlehre.svg Montag, 22. November 2010
  26. 26. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 20 Ontologie in der klassischen griechischen Philosophie (II) • Sokrates, Platon (5./4. Jhdt. v. Chr.) • Trennung zwischen • Konzept / Klasse (= Idee, „Noosphäre“, Welt der Ideen) und • Instanz (Objekte der realen Welt, nur „Schatten“ der Ideen) • Hierarchie der Ideen Sokrates (470-399 v. Chr) Platon (427-347 v. Chr) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  27. 27. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 21 Platons Höhlengleichnis • aus Platons ,Politeia‘, 7. Buch, entstanden um ca. 370 v. Chr. Platon (427-347 v. Chr) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik (Abbildung aus: Osborne, Philosophie - Eine Bildergeschichte für Einsteiger) Montag, 22. November 2010
  28. 28. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 21 Platons Höhlengleichnis • aus Platons ,Politeia‘, 7. Buch, entstanden um ca. 370 v. Chr. Platon (427-347 v. Chr) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik (Abbildung aus: Osborne, Philosophie - Eine Bildergeschichte für Einsteiger) Montag, 22. November 2010
  29. 29. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 21 Platons Höhlengleichnis • aus Platons ,Politeia‘, 7. Buch, entstanden um ca. 370 v. Chr. Platon (427-347 v. Chr) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik (Abbildung aus: Osborne, Philosophie - Eine Bildergeschichte für Einsteiger) Montag, 22. November 2010
  30. 30. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 22 Ontologie 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  31. 31. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  32. 32. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 24 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) wikipedia.org 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  33. 33. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  34. 34. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 26 Der 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  35. 35. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 26 Der 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) • Universalienproblem: „Kann Universalien (Ideen) eine ontologische (reale) Existenz zugemessen werden?“ • Realismus Ontologische Existenz der Ideen • Nominalismus Ideen sind nichts als Worte/Symbole 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  36. 36. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 27 Der Ontologiebegriff in der mittelalterlichen Philosophie • Christliche Trinitätslehre als Beispiel für eine mittelalterliche Ontologie 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  37. 37. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 28 Der Ontologiebegriff in der mittelalterlichen Philosophie • Raimundus Lullus nutzt die Ontologie in Form des Aristotelischen Kategorien- systems mit seinem „Baum der Natur und der Logik“ als ersten Vorläufer einer „logischen Maschine“ Ramon Lull (Raimundus Lullus) (1232-1316 Arbor naturalis et logicalis, aus „Ars Magna“, um 1275 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  38. 38. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik „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 Montag, 22. November 2010
  39. 39. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 30 Der Ontologiebegriff in der Kantschen Philosophie Immanuel Kant (1724-1804) • Erkenntnistheorie • triadisches Modell Quantität Qualität Relation Modalität Einheit Realität Substanz u. Akzidenz Möglichkeit Vielheit Negation Ursache u. Wirkung Dasein Allheit Limitation Wechselwirkung Notwendigkeit Immanuel Kant (1724-1804) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  40. 40. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 31 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Der Ontologiebegriff in der Informatik Montag, 22. November 2010
  41. 41. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 32 Eine kurze Begriffsbestimmung “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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  42. 42. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 33 Eine kurze Begriffsbestimmung "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 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  43. 43. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 34 Konzeptualisierung Symbol Gegenstand steht für Ogden, Richards, semiotisches Dreieck, 1923 „Golf“ ruft hervor referenziert Konzept 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  44. 44. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 34 Konzeptualisierung Symbol Gegenstand steht für Ogden, Richards, semiotisches Dreieck, 1923 „Golf“ ruft hervor referenziert Konzept 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  45. 45. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 34 Konzeptualisierung Symbol Gegenstand steht für Ogden, Richards, semiotisches Dreieck, 1923 „Golf“ ruft hervor referenziert Konzept 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  46. 46. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 34 Konzeptualisierung Symbol Gegenstand steht für Ogden, Richards, semiotisches Dreieck, 1923 „Golf“ ruft hervor referenziert Konzept 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  47. 47. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 34 Konzeptualisierung Symbol Gegenstand steht für Ogden, Richards, semiotisches Dreieck, 1923 „Golf“ ruft hervor referenziert Konzept verwenden gemeinsames Konzept 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  48. 48. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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 und beinhaltet im Allgemeinen Straßenamen, Postleitzahl und Ortsnamen.“ Informale Beschreibung Semi-informale Beschreibung (Gruber, 1993) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  49. 49. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 36 Ontologien - Komponenten und Modelle • 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 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  50. 50. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 37 Ontologien - Komponenten und Modelle • Modellierung • Klassen stehen mit anderen Klassen in Beziehung • Beziehungen sind spezielle Attribute, deren Wert ein Objekt einer anderen Klasse darstellt AdressePerson besitzt Professor Student ist eineist eine Vorlesung hält besucht Lehrveranstaltung ist eine Formal: Mengen m1,…mn Relation R ⊆ m1 x … x mn 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  51. 51. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 38 Ontologien - Komponenten und Modelle • Modellierung • an Beziehungen zwischen Klassen können Regeln geknüpft werden AdressePerson besitzt Professor Student ist eineist eine 1:n 1:1 Frau Mann ist eine ist eine≠ Frau ⋂ Mann = ∅ 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  52. 52. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 39 Ontologien - Komponenten und Modelle • 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“ 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  53. 53. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 40 Ontologien - Komponenten und Modelle • Modellierung • Instanzen bezeichnen Individuen einer Ontologie Lehrveranstaltung Seminar ist eine Bachelorseminar SW enabled Applications Donnerstag 11.00 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. 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  54. 54. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 41 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Wie formalisiere ich ein ontologisches Modell? - Wissensrepräsentation und Ontologiebeschreibungssprachen Montag, 22. November 2010
  55. 55. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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. 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  56. 56. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  57. 57. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 44 Beschreibungslogiken - Description Logics Beschreibungslogiken (engl. description logics) sind eine Familie von 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 Wissen neues Wissen zu gewinnen… 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  58. 58. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 44 Beschreibungslogiken - Description Logics Beschreibungslogiken (engl. description logics) sind eine Familie von 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 Wissen neues 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 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  59. 59. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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)} 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  60. 60. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  61. 61. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  62. 62. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  63. 63. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  64. 64. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 50 Beschreibungslogiken - Description Logics • Terminologisches Wissen (TBox) • Axiome, die die Struktur der zu modellierenden Domäne beschreiben (konzeptionelles Schema) • Human ⊑ ∃hasParents.Human Orphan ≣ Human ⊓ ¬∃hasParents.Alive • Wissen um Individuen (ABox) • Axiome, die konkrete Situationen (Daten) beschreiben • Orphan(harrypotter) hasParent(harrypotter, jamespotter) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  65. 65. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 51 Beschreibungslogiken - Description Logics Operator / 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 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  66. 66. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 52 Beschreibungslogiken - Description Logics • 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} 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  67. 67. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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 - … nimmtTeil nn wirdGehalten 1n 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  68. 68. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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. 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  69. 69. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 55 3. Wissensrepräsentationen 3.2 Ontologien in der Informatik Ontologietypen Montag, 22. November 2010
  70. 70. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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 oder Aufgabe 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  71. 71. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 57 Ontologietypen und Kategorien Top-Level Ontology (Upper Ontology, Foundation Ontology) 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 fokusierte Domäne oder Aufgabe 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. 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  72. 72. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 58 Ontologietypen und Kategorien Top-Level Ontology (Upper Ontology, Foundation Ontology) 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 fokusierte Domäne oder Aufgabe 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. 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  73. 73. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 59 Ontologietypen und Kategorien Top-Level Ontology (Upper Ontology, Foundation Ontology) 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 fokusierte Domäne oder Aufgabe 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. 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  74. 74. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 60 Ontologietypen und Kategorien Top-Level Ontology (Upper Ontology, Foundation Ontology) 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 oder Aufgabe 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. 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  75. 75. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 61 Ontologietypen und Kategorien kontrolliertes Vokabular (nach Lassila/McGuinnes, 2001) Thesauri Begriffe/ Glossar informales ist-ein formales ist-ein formale Instanz Frames Wert- Restriktionen Allg. logische Constraints Disjunktheit, Inverses, Part-of… lightweight ontologies heavyweight ontologies Ausdruckstärke +- 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  76. 76. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik 62 Montag, 22. November 2010
  77. 77. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 63 Thesaurus Unterhose 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  78. 78. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 63 Thesaurus Unterhose 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  79. 79. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 63 Thesaurus Unterhose Schlüpfer Synonyme 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  80. 80. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 63 Thesaurus Unterhose Schlüpfer Synonyme Slip Tanga Liebestöter Boxershort Spezialisierungen 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  81. 81. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 63 Thesaurus Unterhose Schlüpfer Synonyme Slip Tanga Liebestöter Boxershort Spezialisierungen Unterwäsche Oberbegriff 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  82. 82. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 63 Thesaurus Unterhose Schlüpfer Synonyme Slip Tanga Liebestöter Boxershort Spezialisierungen Unterwäsche Oberbegriff Unterhemd Assoziation 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  83. 83. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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 einem Hierarchisch aufgebauten System Taxonomie: Einteilung von Dingen (oder auch Lebewesen) in Gruppen (von [griech]. τασσεῖν (tassein) = klassifizieren und νόµος (nomos) = Gesetz, Wissenschaft) ... 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik 64 Montag, 22. November 2010
  84. 84. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam Taxonomiesysteme • Carl v. Linné (um 1740) schafft einfaches, noch heute gebräuchliches hierarchisches Klassifikationsschema für Tiere/Pflanzen Carl v. Linné (1707-1778) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik 65 Des Ritters Carl von Linné vollständiges Natursystem, 1778 Montag, 22. November 2010
  85. 85. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 66 Ontologietypen und Kategorien kontrolliertes Vokabular (nach Lassila/McGuinnes, 2001) Thesauri Begriffe/ Glossar informales ist-ein formales ist-ein formale Instanz Frames Wert- Restriktionen Allg. logische Constraints Disjunktheit, Inverses, Part-of… lightweight ontologies heavyweight ontologies Ausdruckstärke +- 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  86. 86. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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. 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  87. 87. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik (M. Foucault 1974, Zitat aus: Borges: Die analytische Sprache von John Wilkins, in: ders. 1966, p. 212) Montag, 22. November 2010
  88. 88. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik http://wordnetweb.princeton.edu/perl/webwn Montag, 22. November 2010
  89. 89. Ontologiebeispiele und Anwendungen Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 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) 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik http://www.jfsowa.com/ontology/kronto.htm Montag, 22. November 2010
  90. 90. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 71 Ontologiebeispiele und Anwendungen (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 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik http://www.opencyc.org/ Montag, 22. November 2010
  91. 91. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 72 Ontologiebeispiele und Anwendungen (SUMO, IEEE SUOWG ) • Standard Upper Merged Ontology • IEEE SUO Working Group • integriert verschiedenartige Recourcen zu allgemeiner Top-Level Ontologie 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik http://www.ontologyportal.org/ Montag, 22. November 2010
  92. 92. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 73 Ontologiebeispiele und Anwendungen (NP-Ontologie, Sack, Niedermeier, Vogel, 2006 ) decision problem Domain Ontologie 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  93. 93. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 73 Ontologiebeispiele und Anwendungen (NP-Ontologie, Sack, Niedermeier, Vogel, 2006 ) decision problem can be reduced to Domain Ontologie 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  94. 94. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 73 Ontologiebeispiele und Anwendungen (NP-Ontologie, Sack, Niedermeier, Vogel, 2006 ) decision problem can be reduced to is weaker / stronger Domain Ontologie 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  95. 95. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 73 Ontologiebeispiele und Anwendungen (NP-Ontologie, Sack, Niedermeier, Vogel, 2006 ) decision problem can be reduced to is weaker / stronger is special/general variant Domain Ontologie 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  96. 96. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 73 Ontologiebeispiele und Anwendungen (NP-Ontologie, Sack, Niedermeier, Vogel, 2006 ) decision problem complexity class is a member of has member can be reduced to is weaker / stronger is special/general variant Domain Ontologie 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  97. 97. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 73 Ontologiebeispiele und Anwendungen (NP-Ontologie, Sack, Niedermeier, Vogel, 2006 ) decision problem complexity class is a member of has member can be reduced to is weaker / stronger is special/general variant graph problem logic problem set problem… problem is a is a Domain Ontologie 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  98. 98. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 73 Ontologiebeispiele und Anwendungen (NP-Ontologie, Sack, Niedermeier, Vogel, 2006 ) decision problem complexity class is a member of has member can be reduced to is weaker / stronger is special/general variant SAT 3-SATColorability is ais a NP P NP-complete is a is a graph problem logic problem set problem… problem is a is a Domain Ontologie 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  99. 99. 3. Wissensrepräsentation und Logik Die Sprachen des Semantic Web - Teil 2 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 Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 74 Semantic Web Technologien Vorlesungsinhalt Montag, 22. November 2010
  100. 100. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 75 AussagenlogikundPrädikatenlogik Wie geht‘s weiter? Montag, 22. November 2010
  101. 101. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 76 Literatur • P. Hitzler, M. Krötzsch, S. Rudolph, Y. Sure: Semantic Web Grundlagen, Springer, 2008. • H. Stuckenschmidt Ontologien - Konzepte, Technologien, Anwendungen, Springer, 2009 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010
  102. 102. Vorlesung Semantic Web Technologien, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam 77 Materialien □Blog http://web-flakes.blogspot.com/ □Materialien-Webseite http://www.hpi.uni-potsdam.de/meinel/lehre/lectures_classes/ semanticweb_ws1011.html □bibsonomy - Bookmarks http://www.bibsonomy.org/user/lysander07/swt1011_05 3. Wissensrepräsentation und Logik 3.1 Ontologien in Philosophie und Informatik Montag, 22. November 2010

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