Wissenstechnologie 2007 - V

Wissenstechnologie VU
Web Ontology Language (OWL), Schließen mit OWL;
Tagging & Folksonomien

Peter Scheir

TU Graz & Know-Center

http://kmi.tugraz.at http://www.know-center.at
This work is licensed under the Creative Commons Attribution 2.0 Austria License.
To view a copy of this license, visit http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/at/.

Inhalt

Whg: RDF Schema und Ontologien
Web Ontology Language (OWL)
Schließen mit OWL

2
http://kmi.tugraz.at

November 2007 Wissenstechnologie @ kmi.tugraz.at

Semantic Web Stack

RDF Schema (Whg.)

3


Von RDF zu RDF Schema (RDFS)

RDF
Aussagen über Ressourcen via Eigenschaften (Properties)
und deren Eigenschaftswerte
RDF ermöglich nicht
Aussagen über Art der Ressource oder Properties
Zusammenhänge zwischen Art von Ressourcen und
Properties
Durch Erweiterung zu RDF - RDF Vocabulary Description
Language 1.0: RDF Schema adressiert
Spezielles Vokabular zur Definition von Klassen von Ressourcen
und Properties (Z.B. Katze gehört zur Klasse der Säugetiere)

4
http://www.w3.org/TR/rdf-schema/



RDF Schema und
objekt-orientierte Sprachen

RDF Schema verwendet objekt-orientierten Konzepte
Klassen
Eigenschaften
Aber: Nicht Klassen haben Eigenschaften (wie in z.B. Java)
Eigenschaften werden Klassen zugewiesen (domain, range), z.B.:
Eigenschaft: hatAutor
domain: Dokument
range: Person
Einfacher neue Eigenschaften für Klassen festzulegen ohne
Klassendefinitionen verändern zu müssen
Einfachere Erweiterung des Vokabulars
5


Anwendungsfälle von RDF Schema

Spezifikation von Vokabularen
RDF:
http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns
RDF Schema:
http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema
Modellierung von Ontologien

6


Klassen & Ressourcen

Beziehungen zwischen Klassen und Ressourcen
Typing: Individuals werden Klassen zugeordnet
(Ein Individual kann mehreren Klassen angehören)
Subclassing: Klassen werden abgeleitet

7
http://www.w3.org/People/Ivan/CorePresentations/SW_Advanced/Slides.html#(28)


Inferred Properties

Gestrichelte Verbindung:
Ist nicht explizit angegeben
Folgt aus den Regeln von RDFS

8
http://www.w3.org/People/Ivan/CorePresentations/SW_Advanced/Slides.html#(30)



Inferred Properties

Das RDF Semantics Dokument hat eine Liste von 44
Entailment Rules:
“if such and such triplets are in the graph, add this
and this triplet”
“do that recursively until the graph does not
change”
“this can be done in polynomial time for a specific
graph”
http://www.w3.org/TR/rdf-mt/

9


Ontologie?

10


Ontologie (Gruber)

explicit specification of a conceptualization
conceptualization is an abstract, simplified view of
the world that we wish to represent for some purpose
Definitions associate the names of entities in the
universe of discourse with human-readable text
describing what the names mean, and formal axioms
that constrain the interpretation and well-formed use
of these terms.
Formally, an ontology is the statement of a logical
theory

11


Begriffsdefinition

Term / Wort
Begriff
Konzept / Begriff

bezieht sich auf
erweckt

Ding
Term / Wort
steht für

‚Apache‘
12


Ontologie (Guarino)

An ontology is a logical theory accounting for the
intended meaning of a formal vocabulary, i.e. its
ontological commitment to a particular conceptualization
of the world. The intended models of a logical language
using such a vocabulary are constrained by its ontological
commitment. An ontology indirectly reflects this
commitment (and the underlying conceptualization) by
approximating these intended models.
an ontology is language-dependent
a conceptualization is language-independent

13


Ontologie (Sowa)

An informal ontology may be specified by a
catalog of types that are either undefined or
defined only by statements in a natural language.
A formal ontology is specified by a collection of
names for concept and relation types organized
in a partial ordering by the type-subtype relation.

14


Ontology Spectrum (McGuinness)

Thesauri Selected
Frames
Formal
“narrower Logical
(properties)
is-a
term” Constraints
Catalog/
relation (disjointness,
ID inverse, …)

Informal Formal General
Value
Terms/ is-a instance Logical
Restrs.
glossary constraints

http://ontolog.cim3.net/file/work/OntologySummit2007/workshop/McGuinness_NIST-interop-ontology-summit_20070423.ppt

15
Originally from AAAI 1999- Ontologies Panel by Gruninger, Lehmann, McGuinness, Uschold, Welty;
– updated by McGuinness.
Description in: www.ksl.stanford.edu/people/dlm/papers/ontologies-come-of-age-abstract.html


Inhalt

Schließen mit OWL

16


Semantic Web Stack

OWL

17


Sprachen für das Semantic Web

18


DARPA Agent Markup Language (DAML)

gefördert von DARPA, Start 2000
DARPA: Defense Advanced Research Projects
Agency
DAML-ONT: Ontologie als RDFS Erweiterung
Aufs Web ausgerichtet

19


Ontology Inference Layer (OIL)

EU-Projekt, kommt aus Richtung AI
In mehreren Ausprägungen definiert
Kompatibel mit RDF Schema (bis auf Reification)

20


Geschichte DAML+OIL

Zunächst parallele Entwicklungen
1999
DARPA Agent Markup Language (DAML)-Projekt in USA
Ontology Inference Layer (OIL)-Projekt in der EU
2000
Zusammenlegung beider Projekte unter DAML+OIL
2001
DAML+OIL bei W3C eingereicht
Ausgangsbasis für Web Ontology Language (OWL)
21


DAML+OIL

Baut auf Syntax und Semantik der RDF-Schema auf
Semantik der Sprachelemente ist definiert durch
Beschreibungslogik
Axiomatik

22


Entstehung von OWL

W3C gründete 2001 Ontology (WebONT) Working
Group
Auf Basis von DAML+OIL wird Sprache spezifiziert
Feb. 2004 veröffentlicht W3C OWL Web Ontology
Language Recommendations
Zusätzliche Sprachkonstrukte zu RDF-Schema
http://w3.org/2001/sw/WebOnt

23


OWL - WOL

The language started out as the quot;Web Ontology
Languagequot; but the Working Group disliked the acronym
quot;WOL.quot; We decided to call it OWL. The Working Group
became more comfortable with this decision when one
of the members pointed out the following justification
for this decision from the noted ontologist A.A. Milne
who, in his influential book quot;Winnie the Poohquot; stated of
the wise character OWL:
quot;He could spell his own name WOL, and he could spell
Tuesday so that you knew it wasn't Wednesday...quot;
http://www.w3.org/2003/08/owlfaq
24


OWL - WOL

Owl

Winnie the Pooh

Piglet 25


OWL - Ausprägungen

OWL besteht aus 3 Untersprachen
OWL Lite
OWL DL
OWL Full

26


OWL - Ausprägungen

The following set of relations hold.
Their inverses do not:
Every legal OWL Lite ontology
is a legal OWL DL ontology.
Every legal OWL DL ontology
is a legal OWL Full ontology.
Every valid OWL Lite conclusion
is a valid OWL DL conclusion.
Every valid OWL DL conclusion
is a valid OWL Full conclusion.
http://www.w3.org/TR/owl-guide/ 27


OWL Lite

Möglichkeit der Migration für bestehende
Taxonomien und Thesauri.
Definition von Klassenhierarchien mit einfachem
Constraints zu Properties
Niedrigere formale Komplexität als OWL DL

28


OWL DL

Bezug zu Description Logics
Ermöglicht ziehen logischer Schlüsse
beinhaltet alle Sprachkonstrukte von OWL
Einschränkungen um die Berechenbarkeit sicher zu stellen, z.B.:
Klasse darf nicht auch eine Instanz oder Property sein
Property darf nicht auch Klasse oder Instanz sein

Bringt gleichzeitig:
Maximum an Ausdrucksstärke
Vollständigkeit (alle Schlüsse sind berechenbar)
Berechenbarkeit (alle Berechnungen enden in endlicher Zeit)
29


Erinnerung: Inferred Properties
in RDF (Schema)

Das RDF Semantics Dokument hat eine Liste von 44
Entailment Rules:
“if such and such triplets are in the graph, add this
and this triplet”
“do that recursively until the graph does not
change”
“this can be done in polynomial time for a specific
graph”
http://www.w3.org/TR/rdf-mt/

30


OWL Full

bietet maximale Ausdrucksstärke und die
syntaktische Freiheit von RDF
Berechenbarkeit nicht mehr garantiert
erlaubt die Erweiterung des durch RDF und OWL
vordefinierten Vokabulars

31


Editoren für OWL

Protégé:
http://protege.stanford.edu/
Altova SemanticWorks (kommerziell):

http://www.altova.com/products_semanticworks.ht
ml
SWOOP:
http://www.mindswap.org/2004/SWOOP/
TopBraid Composer™ (kommerziell):
http://www.topbraidcomposer.com/

32


Inhalt

Schließen mit OWL

33


OWL Logik

Logik in OWL basiert auf Description Logic (DL)
DL Untermenge der First Order Logic (FOL)
OWL: Open World Assumption
Alles bleibt so lange wahr bis ein Fakt gefunden
wird, das es widerlegt
(Closed World Assumption: Wird ein Fakt nicht
gefunden kann er als falsch angenommen werden)

34


Aussagenlogik /
Propositionale Logik

Elemente
Atome: P, Q, R, …
Logische Konstanten: True, False
∧,∨ , ¬, →, ↔
Junktoren:
Klammern: (, )

Beispiel

( warm ∨ hot ) → cowFeelsWell

35


Prädikatenlogik der ersten Stufe /
First Order Logic

Elemente
Konstanten: a, b, John, …
Variablen: x, y, z, …
Funktionen: f, g, … (Abbildung von Konstanten auf
Konstanten)
Prädikate: P(x), Q(y), … (Abbildung von Variablen auf
Logische Konstanten)
∀, ∃
Quantoren:
Klammern: (, )

Beispiel
36
(∀x)isCow( x) → isCow(mother ( x))


Description Logics (1/2)

Familie von logik-basierenden Sprachen zur
Wissensrepräsentation
KL-ONE, CLASSIC, OWL, …
FACT, Racer, … (Reasoner)
Kann Informationen über Konzepte (Klassen),
Individuen und Rolen (Eigenschaften) darstellen
Engl.: Concepts, classes, individuals, roles,
properties
Untermengen der First Order Logic
37


Description Logic (2/2)

TBox (terminological box)
Aussagen über Konzepte und deren Verbindungen
Klassifizierung
ABox (assertional box)
Aussagen über Individuen
Kontrolle der Individuenzuordnung

Trennung in TBox und ABox zur Optimierung von
38
Reasoning


Description Logic in OWL

OWL DL
Description Logic SHOIN
OWL Lite
Description Logic SHIF
OWL Full
Keine Description Logic

Complexity of reasoning in Description Logics
http://www.cs.man.ac.uk/~ezolin/dl/
39


Ressourcen zu DL

OWL Reasoning Examples
http://owl.man.ac.uk/2003/why/latest/
Description Logic
The Description Logic Handbook: Theory,
Implementation, and Applications. F. Baader et al.,
Cambridge University Press, 2003. ISBN
0521781760
http://dl.kr.org/

40


DL (OWL) Reasoner

Racer (kommerziell):
http://www.racer-systems.com/
FaCT++:
http://owl.man.ac.uk/factplusplus/
Pellet:
http://pellet.owldl.com/

41


OWL Reasoning

3 Hauptanwendungen:
Konsitenzcheck (Überprüfung der Klassendefinition)
Klassifikation von Klassen
Klassifikation von Instanzen

42


OWL Reasoning Demo

Demo mit Protégé

43


Inhalt

Schließen mit OWL

44


Tagging

45


Tagging

Tag
Wort das einem Informationsobjekt (URL, Text, Bild,
Video) zugeordnet ist/wird
beschreibendes Metadatum
informell
persönlich
nicht durch Klassifikationsschema festgelegt
kein kontrolliertes Vokabular
Tagging
46
vergeben von Tags


Tagging Systeme

Fotos
http://www.flickr.com/
Bookmarks
http://del.icio.us/
Akademische Publikationen
http://www.bibsonomy.org/
http://www.citeulike.org/
(Weblogs)
http://www.technorati.com/ 47


Tagging Systeme -> Folksonomy

Für ein Objekt können ein oder mehrere Tags
vergeben werden
Durch Tag <-> Object Zuordnungen durch einen
User kann ein Netzwerk aufgebaut werden
Navigation zwischen Objekten über verschiedene
Wege im Netzwerk

Netzwerk wird Folksonomy genannt
Von folk und taxonomy
48


Folksonomy

Eine Folksonomy ist ein Tupel F:=(U,T,R,Y,p), wobei U, T und
R endliche Mengen sind, deren Elemente man Benutzer, Tags
bzw. Ressourcen nennt.
Y ist eine ternäre Relation zwischen diesen Mengen,
d. h. Y ⊆ U×T×R, deren Elemente Tag Assignments heißen.
Die Menge von Tag Assignments, die ein Benutzer zu einer
Ressource herstellt, heißt Eintrag oder Post.
p ist eine benutzerspezifische Unter-/Obertag-Relation,
d. h. p ⊆ U×T×T, die Is-A-Relation genannt wird.

Hotho et al., Das Entstehen von Semantik in BibSonomy,
2006
http://www.kde.cs.uni-
kassel.de/stumme/papers/2006/hotho2006entstehen.pdf 49


Demo - Flickr Related Tag Browser

http://www.airtightinteractive.com/projects/related_
tag_browser/app/

50


Diskussion

Unterschiede zwischen Folksonomie und Ontologie

Kann eine Folksonomie eine Ontologie sein?

51


Ontologie vs. Folksonomie

Kontrolliertes Vokabular / Unkontrolliertes Vokabular
Konzepte / Wörter
Experten / Nutzer
Modellieren / Tags

52


Ende

Danke für die Aufmerksamkeit

Fragen / Kommentare?

peter.scheir@tugraz.at

53


License

This work is licensed under the Creative Commons
Attribution 2.0 Austria License.
To view a copy of this license, visit
http://creativecommons.org/licenses/by/2.0/at/.

Contributors:
Mathias Lux
Peter Scheir
Klaus Tochtermann
54


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