Eine (sehr) kurze Einführung in formale Ontologien

Einführung
formale Ontologien
kurzer historischer Überblick
General Ontology for Linguistic Description (GOLD)
Fazit

eine (sehr) kurze Einführung in formale Ontologien

Denis Brumann
<mam05dqx@studserv.uni-leipzig.de>

5. April 2008

Denis Brumann <mam05dqx@studserv.uni-leipzig.de> eine (sehr) kurze Einführung in formale Ontologien

Einführung
formale Ontologien
Fazit

Ontologien in der Philosophie

Beschreibung der Grundstrukturen der Realität und
fundamentaler Typen von Entitäten

realistischer Ansatz nimmt an, dass sich Grundstrukturen
durch Erfahrung zeigen und in sprachlicher Form angemessen
widerspiegeln (z.B. Aristoteles)

konstruktivistischer Ansatz lehrt, dass die Grundstrukturen
des Seienden nur Projektionen des Denkens über die Sprache
in die Welt sind

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Einführung
formale Ontologien
Fazit

Ontologien in der Informatik

1984: Beginn des CYC-Projekts unter Douglas Lenat
der Versuch eine umfassende Ontologie zur Modellierung von
alltäglichem common-sense-Wissen zu entwickeln
http://video.google.com/videoplay?docid=770438861504949
(Vortrag: Computers vs. Common Sense)

bereits seit den 1960er Jahren Forschung an
Expertensystemen, seit den 1980ern Forschung an Ontologien
als Knowledge Base

seit den 90ern Verwendung von Ontologien insbesondere für
medizinische Expertensysteme (ULMS, SNOMED, etc.)

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Einführung Aufbau
formale Ontologien Denition
General Ontology for Linguistic Description (GOLD) formale Ontologien für das Semantic Web
Fazit Inferenz oder sophisticated querying

semiotisches Dreieck

formale Ontologien

Ontologien bilden die Mittler-Schicht zwischen Symbol und Ding


Einführung Aufbau

wesentliche Struktur

es können Taxonomien und Meronymien aus Klassen
(Konzepten) gebildet werden

mittels Relationen können Aussagen über Konzepte gemacht
werden: is-a, has-a, . . .
Konzepte sind über Relationen miteinander verbunden


Einführung Aufbau


Einführung Aufbau

Denition

Eine Ontologie ist ein formal deniertes System aus Relationen und
Konzepten, welches zusätzlich Regeln zur Wahrung der Integrität
und für Inferenz bereitstellt. Dabei sind Relationen Aussagen
(Fakten), welche zwei oder mehrere Konzepte miteinander
verbinden. Eine Inferenz ist eine Schlussfolgerung, die aus Aussagen
eine neue Aussage herleitet.

nach: Uschold, M. (1996), Ontologies: Principles, Methods and Applications


Einführung Aufbau

Wofür braucht man formale Ontologien?

Formalisierung und Systematisierung von Wissen über eine
Domäne

Schaung eines Denitionskonsens für eine bestimmte Domäne

semantische Suche auf Daten (Common-Sense-Reasoning)

maschinen verständliche Wissensbasis
weitere positive Eigenschaften formaler Ontologien

Wiederverwendbarkeit und Erweiterbarkeit

interoperables und oenes Verteilen von Daten möglich


Einführung Aufbau

W3C und die Idee des Semantic Web

Erweiterung des Internets durch semantische Verknüpfung
der enthaltenen Daten

formale Ontologien und oene Formate als wesentlicher
Bestandteil

Unterschied zwischen Internet und Semantic Web

Internet dient lediglich dem Austausch von Daten (Information
Interchange)

Im Semantic Web werden Daten verknüpft (web of data)


Einführung Aufbau

eXtensible Markup Language (XML)

Metasprache zur Auszeichnung hierarchisch gegliederter
Daten. (W3C-Spezikation)

rein syntaktische Darstellung → muss gegen ein Schema
geneigt interpretiert werden

Resource Description Framework (RDF)

Zerlegung von Aussagen in Bestandteile (Subjekt, Prädikat
und Objekt)

ordnet Aussagen in eine Ontologie ein


Einführung Aufbau

Web Ontology Language (OWL)

Ontologiebeschreibungssprache (kompatibel zu RDF-Schema)

ermöglichen Inferenz (logisches Reasoning) über Daten auf
Basis von Beschreibungslogik

verschiedene Version mit unterschiedlicher Mätchtigkeit des
Reasoners (OWL-Full, OWL-DL und OWL-Lite)

Protégé

Ontologie-Editor entwickelt an der Universität Stanford

http://protege.stanford.edu/


Einführung Aufbau

Inferenz auf formale Ontologien

durch Vernetzung der Daten ist eine Inferenz (deduktives
Schliessen) auf Ergebnisse möglich

auch relevant für Natural Language Processing (NLP)

Query-Sprachen (z.B. SPAQRL), vergleichabr mit klassischen
Datenbankanfragen (SQL-92)

Beispiel

das folgende Beispiel stammt aus einem Vortrag der
CYC-Foundataion

Anfragen über eigene Query-Sprachen (z.B. SPAQRL),
vergleichabr mit klassischen Datenbankanfragen


Einführung Aufbau

DBpedia

erweiterte Suche nach Daten aus der Wikipedia, komplexe
Queries über SPAQRL-Anfragen möglich

http://wikipedia.3ba.se/index.php?qid=8


Einführung Aufbau

Fussballspieler mit der Trikotnr. 11 der für einen Verein spielt(e) deren Stadion
mindestens 40.000 Platz Sitzkapazität und dessen Geburtsort mehr als 1 Mio.
Einwohner hat . . .


Einführung
formale Ontologien Aufbau der Ontologie
General Ontology for Linguistic Description (GOLD) Anwendung und Erweiterung
Fazit

http://www.linguistics-ontology.org/

technische Grundlagen

verwendet SUMO als Top-Level-Ontologie
a

aktuelle Version 0.45 enthält hauptsächlich Konzepte für
morphosyntaktische Eigenschaften

erweiterbar durch sogenannte COPEs (Community Project
Extension)

dient der Beschreibung von Daten wie z.B.
interlinearglossierter Texte

a
OWL-Variante, also eingeschränkte Inferenzmöglichkeiten


Einführung
Fazit


Einführung
Fazit

Hauptkategorien:

data constructs

metaconcepts

expressions

grammar


Einführung
Fazit

data constructs

beinhaltet Konstrukte zur Analyse linguistischer Daten, z.B.
Paradigmen, Lexika und feature-Strukturen

wird benötigt für die Relation zwischen versch. Konzepten,
z.B. Beziehung zwischen Lexeme und Stem

metaconcepts

grundlegende Konzepte für linguistische Analyse

beinhaltet z.B. das Konzept Sprache [2]:

set of data associated with a common grammatical
pattern


Einführung
Fazit

expressions

Beschreibung von LinguisticExpression, also von Morphemen,
Phonemen, Wörtern, Phrasen, etc.

aufgeteilt in zwei Subklassen WrittenLinguisticExpression und
WrittenLinguisticExpression

grammar

abstrakte Eigenschaften und Relationen einer Sprache

enthält keine Grammatiktheorie, sondern ist vielmehr ein
Framework für individuelle grammatische Phänomene

ermöglicht das Vergleichen und Finden von gemeinsamen
Beziehungen versch. Grammatiktheorien


Einführung
Fazit

aktuelle Anwendungen: ODIN

Verwendung in ODIN (Datenbank für interlinearglossierte
Texte)

http://www.csufresno.edu/odin/

aktuelle Anwendungen: OntoELAN

OntoELAN (linguistische Annotation von Multimediadaten

http://database.cs.wayne.edu/proj/ontoelan/

http://database.cs.wayne.edu/proj/ontoelan/demo2.swf

Erweiterungen

Ethnologue-COPE: Metadaten zu Sprachen in GOLD

WALS-COPE: Versuch die über 140 Datenbanken aus WALS
gegen eine Ontologie zu mappen


Einführung
formale Ontologien
Fazit

Probleme mit formalen Ontologien

(formalsemantische) Beschreibung grundlegendet Entitäten:
Allen, Hayes (1989). Moments and points in an interval-based
temporal logic
Haslanger (2003). Persistence through Time

Vielzahl verschiedener Ontologien → Konsistenz der
Beschreibungen

Mehraufwand durch zusätzliche Annotation von Daten


Einführung
formale Ontologien
Fazit

mögliche Einsatzgebiete in der Linguistik

(automatische) Sprachverarbeitung natürlicher Sprache (keine
reine Syntaxanalyse, sondern Bezug auf Semantik)

Sprachdokumentation (kollaboratives Wissensmanagement)
und Suche nach Sprachdaten über das Internet

Annotation von Multimediadaten (siehe OntoELAN)


Einführung
formale Ontologien
Fazit

Cysouw, Michael A., Good, Je, Albu, Mihai and Bibiko,
Hans-Jörg (2005). Can GOLD cope with WALS? Retrotting
an ontology onto the World Atlas of Language Structures.
Proceeding of EMELD 2005. proceedings

Farrar, Scott and Langendoen, Terry (2003). A Linguistic
Ontology for the Semantic Web. GLOT International. 7 (3),
pp.97-100.

Scott Farrar and William D. Lewis (2007) The GOLD
Community of Practice: An Infrastructure for Linguistic Data
on the Web. Language Resources and Evaluation.

Fox, Chris (2000). The Ontology of Language: properties,
individuals and discourse. Cambridge University Press

Uschold, M. and Gruninger, M. (1996). Ontologies: Principles,
Methods and Applications. Knowledge Engineering Review Vol.
11

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