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Leitfaden für das Verbinden von
           Ontologien

   Präsentation auf dem YIP Day 2009
  im Rahmen der 61. DGI-Jahrestagung

                Evelyn Dröge
      evelyn.droege@uni-duesseldorf.de

     Heinrich-Heine Universität Düsseldorf
Übersicht
 ●   1. Ontologien im Semantic Web

 ●   2. Nutzen durch das Verbinden von Ontologien

 ●   3. Verbindungsprozess
      ●   Vorüberlegungen – Probleme
      ●   Verbindungsarten
      ●   Vorgehensweisen

 ●   4. Fazit
17.10.2009    Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   2
1.Ontologien im Semantic Web
 ●   Semantic Web = WWW + Grundlage aus
                    maschinenlesbaren
                    Metadaten
 ●   Grundlage bestehend aus Ontologien
 ●   Ontologiebestandteile
      ●   Klassen
      ●   Instanzen
      ●   Relationen


                                                                         Berners-Lee (2001)

17.10.2009    Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.         3
1.Ontologien im Semantic Web
     Vorteile von Ontologien
 ●   Ontologien sind...
      ●   detailliert
      ●   maschinenlesbar
      ●   alle Arten von Relationen sind möglich



                 +
                 +         große Ausdrucksstärke
                            große Ausdrucksstärke
                 --        kleines Wissensgebiet
                            kleines Wissensgebiet



17.10.2009      Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   4
1.Ontologien im Semantic Web
     Beispiel einer Ontologie
                                                         istRegisseurVon

                              Film                                          Personen
                                                   hatRegisseur


             Spielfilm               Dokumentation               Regisseur                    Darsteller


                                                             I        I        I       I         I         I
     Komödie                    Thriller


     I          I         I          I      I



 I = Instanzen (hier: Filmtitel, Personennamen)                                        Weller (2007)

17.10.2009          Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.                    5
1.Ontologien im Semantic Web

             Keine Realisierung des Semantic Web
             Keine Realisierung des Semantic Web
              ohne das Verbinden von Ontologien!
              ohne das Verbinden von Ontologien!

 ●   Ontologien = Pfeiler des Semantic Web
 ●   einzelne Ontologien bilden keine Grundlage
 ●   nur über verbundene Ontologien können
     automatische maschinelle Interaktionen zu
     sinnvollen Ergebnissen führen

17.10.2009      Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   6
2.Nutzen durch das Verbinden
 ●   (Domain) Ontologien decken unverbunden nur
     kleine Wissensgebiete ab
 ●   erleichterter Zugang zu maschinenlesbaren
     Informationen
 ●   vereinfachte Suche über mehrere Quellen
 ●   Vermeiden von Inkonsistenzen




17.10.2009   Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   7
3.Verbindungsprozess
     Vorüberlegungen
 ●   Welche Ontologien sollen verbunden werden?
      ●   Art der Ontologien ausmachen
             –   Domain Ontology, Upper Ontology, ...
      ●   Überschneidungen ausmachen

 ●   Sollen nur bestimmte Ontologien verbunden
     werden?
      ●   Aufbau über gleiche Methodologien
             –   z.B. METHONTOLOGY, Cyc, KACTUS
      ●   Aufbau mit gleichen Sprachen
             –   z.B. OWL, RDF(S), KIF
17.10.2009         Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   8
3.Verbindungsprozess
     Ontologiearten - Beispiel
 ●   Vergleich Domain und Upper Ontologie

                Sowa's Ontologie                                       DOLCE
                 (Domain Ontologie)                              (Upper Ontologie)
             präzise, kleines Wissensgebiet              allgemein, großes Wissensgebiet
                       Beverage                                          Entity


                                                      Endurant Perdurant Quality         Abstract
       nonAlcoholic    sparkling    alcoholic

                                             Physical                       Temporal
                                             Endruant Event                  Quality Region
                           madeFrom madeFrom     ...    ...                     ...      ...
        hot       caffeinic Grapes    Grain
                                             Amount
                                             of Matter
                                                 ...
                                                              Sowa (2003), Masolo et al. (2003)

17.10.2009         Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.          9
3.Verbindungsprozess
     Vorüberlegungen - Heterogenitätsprobleme
 ●   strukturelle Probleme
      ●   unterschiedliche Benennungen
      ●   unterschiedliche Komplexitätsgrade, fehlende
          Werte
      ●   unterschiedliche Datentypen

 ●   semantische Probleme
      ●   unterschiedliche Einheiten
      ●   Inkonsistenzen
      ●   unterschiedliche Sichtweisen

17.10.2009     Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   10
3.Verbindungsprozess
     Verbindungsarten
 ●   Verbindungsarten
                              Matching


                Merging                       Mapping




 ●   Merging: O1 und O2 werden fest verbunden, es entsteht
     eine neue Ontologie
 ●   Mapping: zwischen O1 und O2 entstehen lose Mappings,
     die Ausgangsontologien bleiben unverändert
17.10.2009   Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   11
3.Verbindungsprozess
     Beispiel Ontologienmapping




                                  Ontologienmapping mit dem Protégé-Plugin Prompt

17.10.2009   Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   12
3.Verbindungsprozess
     Vorgehensweisen - Matchingmethoden
 ●   Matching: Finden von Paaren in Ontologien
      ●   erster Schritt im Verbinden über Merging oder
          Mapping
 ●   zwei Mappingansätze:
      ●   Elementebene: gleiche/ähnliche Klassen oder
          Instanzen ausmachen
      ●   Strukturebene: Vergleich von ganzen
          Ontologieschemata
 ●   syntaktisch, semantisch oder mit Zugriff auf
     externe Ressourcen
 ●   Mischen von Methoden ist möglich                                         Euzenat et al. (2007)
17.10.2009     Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.           13
3.Verbindungsprozess
     Vorgehensweisen - Matchingmethoden
 ●   Sprachbasiertes Matching
      ●   syntaktisch (Klassen, Instanzen)
      ●   Vergleich von Wörtern oder Wortteilen
          (z.B. über n-Gramm Methode)

 ●   Matching mithilfe linguistischer Ressourcen
      ●   Zugriff auf externe linguistische Ressourcen
          (z.B. WordNet)
      ●   Auffinden von Synonymen und Homonymen
      ●   oft kombiniert mit syntaktischen Ansätzen
          (Klassen, Instanzen)
17.10.2009     Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   14
3.Verbindungsprozess
     Vorgehensweisen - Matchingmethoden
 ●   Matching auf Basis vorangegangener
     Matchings
      ●   Wiederverwendung von zuvor gesetzten Relationen
          zwischen Klassen und Instanzen
      ●   umgeht Anfangsschwierigkeiten im Matching

 ●   Graphenbasiertes Matching
      ●   Ontologieschema werden als gewichtete Graphen
          repräsentiert
      ●   Berechnung der Ähnlichkeiten zwischen Knoten

17.10.2009    Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   15
3.Verbindungsprozess
     Vorgehensweisen - Matchingmethoden
 ●   Matching 2.0
      ●   einfache Matchings nach dem Frage-Antwort
          Prinzip erstellen lassen
      ●   meist syntaktisch (Klassen, Instanzen)
      ●   ansprechende und einfach zu bedienende
          Umgebung für ungelernte Nutzer
      ●   Richtigkeit der Matchings durch Wisdom of the
          Crowds




17.10.2009     Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   16
4.Fazit
 ●   viele verschiedene Ansätze
 ●   automatische Verfahren sind noch zu
     fehlerbehaftet
 ●   bessere Matchings durch die Kombination
     verschiedener Methoden
 ●   Verbinden birgt noch zu viele Probleme,
     Semantic Web ist an dieser Stelle also noch
     nicht realisierbar



17.10.2009   Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.   17
Literatur
 ●   Berners-Lee, T. und Hendler, J. (2001). Publishing on the semantic web: The coming internet revolution will profoundly
     affect scientific information. Nature, (410):1023–1024.
 ●   Berners-Lee, T., Hendler, J. und Lassila, O. (2001). The semantic web: A new form of web content that is meaningful to
     computers will unleash a revolution of new possibilities. Scientific American, (May 2001):96–101.
 ●   Euzenat, J. und Shvaiko, P. (2007). Ontology matching. Springer, Berlin, Heidelberg.
 ●   Fensel, D., Hendler, J., Lieberman, H., und Wahlster, W., editors (2003). Spinning the semantic web: bringing the world
     wide web to its full potential. The MIT Press, Cambridge, Massachusetts.
 ●   Gómez-Pérez, A., Fernández-López, M., und Corcho Oscar (2004). Ontological engineering. Springer, London.
 ●   Lanzenberger, M. und Sampson, J. (2008). Making ontologies talk: Knowledge interoperability in the semantic web.
     IEEE Intelligent Systems, Seiten 72–85.
 ●   Mascardi, V., Cordi, V., und Rosso, P. (2007). A comparison of upper ontologies. Genova, Italien.
 ●   Masolo, C., Borgo, S., Gangemi, A., Guarino, N., Oltramari, A. und Schneider, L. (2003). The WonderWeb Library of
     Foundational Ontologies. Preliminary Report. WonderWeb Deliverable D17.
 ●   Noy, N. (2005). Order from chaos: Will ontologies help you structure your semistructured data? QUEUE, 3(8):42–49.
 ●   Noy, N. (2009). Ontology mapping. In Staab, S. und Studer, R., editors, Handbook on Ontologies, International
     Handbooks on Information Systems, Seiten 573–590. Springer, Berlin, Heidelberg.
 ●   Sowa, J.F. (2003). Ontology. http://www.jfsowa.com/ontology/ [Okt. 2009]
 ●   Weller, K. (2007). Theoretische Informationswissenschaft. Vorlesungsfolien.


17.10.2009            Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009.                            18

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Verbinden von Ontologien

  • 1. Leitfaden für das Verbinden von Ontologien Präsentation auf dem YIP Day 2009 im Rahmen der 61. DGI-Jahrestagung Evelyn Dröge evelyn.droege@uni-duesseldorf.de Heinrich-Heine Universität Düsseldorf
  • 2. Übersicht ● 1. Ontologien im Semantic Web ● 2. Nutzen durch das Verbinden von Ontologien ● 3. Verbindungsprozess ● Vorüberlegungen – Probleme ● Verbindungsarten ● Vorgehensweisen ● 4. Fazit 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 2
  • 3. 1.Ontologien im Semantic Web ● Semantic Web = WWW + Grundlage aus maschinenlesbaren Metadaten ● Grundlage bestehend aus Ontologien ● Ontologiebestandteile ● Klassen ● Instanzen ● Relationen Berners-Lee (2001) 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 3
  • 4. 1.Ontologien im Semantic Web Vorteile von Ontologien ● Ontologien sind... ● detailliert ● maschinenlesbar ● alle Arten von Relationen sind möglich + + große Ausdrucksstärke große Ausdrucksstärke -- kleines Wissensgebiet kleines Wissensgebiet 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 4
  • 5. 1.Ontologien im Semantic Web Beispiel einer Ontologie istRegisseurVon Film Personen hatRegisseur Spielfilm Dokumentation Regisseur Darsteller I I I I I I Komödie Thriller I I I I I I = Instanzen (hier: Filmtitel, Personennamen) Weller (2007) 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 5
  • 6. 1.Ontologien im Semantic Web Keine Realisierung des Semantic Web Keine Realisierung des Semantic Web ohne das Verbinden von Ontologien! ohne das Verbinden von Ontologien! ● Ontologien = Pfeiler des Semantic Web ● einzelne Ontologien bilden keine Grundlage ● nur über verbundene Ontologien können automatische maschinelle Interaktionen zu sinnvollen Ergebnissen führen 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 6
  • 7. 2.Nutzen durch das Verbinden ● (Domain) Ontologien decken unverbunden nur kleine Wissensgebiete ab ● erleichterter Zugang zu maschinenlesbaren Informationen ● vereinfachte Suche über mehrere Quellen ● Vermeiden von Inkonsistenzen 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 7
  • 8. 3.Verbindungsprozess Vorüberlegungen ● Welche Ontologien sollen verbunden werden? ● Art der Ontologien ausmachen – Domain Ontology, Upper Ontology, ... ● Überschneidungen ausmachen ● Sollen nur bestimmte Ontologien verbunden werden? ● Aufbau über gleiche Methodologien – z.B. METHONTOLOGY, Cyc, KACTUS ● Aufbau mit gleichen Sprachen – z.B. OWL, RDF(S), KIF 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 8
  • 9. 3.Verbindungsprozess Ontologiearten - Beispiel ● Vergleich Domain und Upper Ontologie Sowa's Ontologie DOLCE (Domain Ontologie) (Upper Ontologie) präzise, kleines Wissensgebiet allgemein, großes Wissensgebiet Beverage Entity Endurant Perdurant Quality Abstract nonAlcoholic sparkling alcoholic Physical Temporal Endruant Event Quality Region madeFrom madeFrom ... ... ... ... hot caffeinic Grapes Grain Amount of Matter ... Sowa (2003), Masolo et al. (2003) 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 9
  • 10. 3.Verbindungsprozess Vorüberlegungen - Heterogenitätsprobleme ● strukturelle Probleme ● unterschiedliche Benennungen ● unterschiedliche Komplexitätsgrade, fehlende Werte ● unterschiedliche Datentypen ● semantische Probleme ● unterschiedliche Einheiten ● Inkonsistenzen ● unterschiedliche Sichtweisen 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 10
  • 11. 3.Verbindungsprozess Verbindungsarten ● Verbindungsarten Matching Merging Mapping ● Merging: O1 und O2 werden fest verbunden, es entsteht eine neue Ontologie ● Mapping: zwischen O1 und O2 entstehen lose Mappings, die Ausgangsontologien bleiben unverändert 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 11
  • 12. 3.Verbindungsprozess Beispiel Ontologienmapping Ontologienmapping mit dem Protégé-Plugin Prompt 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 12
  • 13. 3.Verbindungsprozess Vorgehensweisen - Matchingmethoden ● Matching: Finden von Paaren in Ontologien ● erster Schritt im Verbinden über Merging oder Mapping ● zwei Mappingansätze: ● Elementebene: gleiche/ähnliche Klassen oder Instanzen ausmachen ● Strukturebene: Vergleich von ganzen Ontologieschemata ● syntaktisch, semantisch oder mit Zugriff auf externe Ressourcen ● Mischen von Methoden ist möglich Euzenat et al. (2007) 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 13
  • 14. 3.Verbindungsprozess Vorgehensweisen - Matchingmethoden ● Sprachbasiertes Matching ● syntaktisch (Klassen, Instanzen) ● Vergleich von Wörtern oder Wortteilen (z.B. über n-Gramm Methode) ● Matching mithilfe linguistischer Ressourcen ● Zugriff auf externe linguistische Ressourcen (z.B. WordNet) ● Auffinden von Synonymen und Homonymen ● oft kombiniert mit syntaktischen Ansätzen (Klassen, Instanzen) 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 14
  • 15. 3.Verbindungsprozess Vorgehensweisen - Matchingmethoden ● Matching auf Basis vorangegangener Matchings ● Wiederverwendung von zuvor gesetzten Relationen zwischen Klassen und Instanzen ● umgeht Anfangsschwierigkeiten im Matching ● Graphenbasiertes Matching ● Ontologieschema werden als gewichtete Graphen repräsentiert ● Berechnung der Ähnlichkeiten zwischen Knoten 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 15
  • 16. 3.Verbindungsprozess Vorgehensweisen - Matchingmethoden ● Matching 2.0 ● einfache Matchings nach dem Frage-Antwort Prinzip erstellen lassen ● meist syntaktisch (Klassen, Instanzen) ● ansprechende und einfach zu bedienende Umgebung für ungelernte Nutzer ● Richtigkeit der Matchings durch Wisdom of the Crowds 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 16
  • 17. 4.Fazit ● viele verschiedene Ansätze ● automatische Verfahren sind noch zu fehlerbehaftet ● bessere Matchings durch die Kombination verschiedener Methoden ● Verbinden birgt noch zu viele Probleme, Semantic Web ist an dieser Stelle also noch nicht realisierbar 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 17
  • 18. Literatur ● Berners-Lee, T. und Hendler, J. (2001). Publishing on the semantic web: The coming internet revolution will profoundly affect scientific information. Nature, (410):1023–1024. ● Berners-Lee, T., Hendler, J. und Lassila, O. (2001). The semantic web: A new form of web content that is meaningful to computers will unleash a revolution of new possibilities. Scientific American, (May 2001):96–101. ● Euzenat, J. und Shvaiko, P. (2007). Ontology matching. Springer, Berlin, Heidelberg. ● Fensel, D., Hendler, J., Lieberman, H., und Wahlster, W., editors (2003). Spinning the semantic web: bringing the world wide web to its full potential. The MIT Press, Cambridge, Massachusetts. ● Gómez-Pérez, A., Fernández-López, M., und Corcho Oscar (2004). Ontological engineering. Springer, London. ● Lanzenberger, M. und Sampson, J. (2008). Making ontologies talk: Knowledge interoperability in the semantic web. IEEE Intelligent Systems, Seiten 72–85. ● Mascardi, V., Cordi, V., und Rosso, P. (2007). A comparison of upper ontologies. Genova, Italien. ● Masolo, C., Borgo, S., Gangemi, A., Guarino, N., Oltramari, A. und Schneider, L. (2003). The WonderWeb Library of Foundational Ontologies. Preliminary Report. WonderWeb Deliverable D17. ● Noy, N. (2005). Order from chaos: Will ontologies help you structure your semistructured data? QUEUE, 3(8):42–49. ● Noy, N. (2009). Ontology mapping. In Staab, S. und Studer, R., editors, Handbook on Ontologies, International Handbooks on Information Systems, Seiten 573–590. Springer, Berlin, Heidelberg. ● Sowa, J.F. (2003). Ontology. http://www.jfsowa.com/ontology/ [Okt. 2009] ● Weller, K. (2007). Theoretische Informationswissenschaft. Vorlesungsfolien. 17.10.2009 Evelyn Dröge: Leitfaden für das Verbinden von Ontologien. YIP Day 2009. 18