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EINFÜHRUNGWAS IST SEMANTIC WEB?
C H R I S T I A N F U C H S
KOMPOSITIONALITÄTSPRINZIPLINGUISTISCHE SEMANTIK
G A B R I E L R E I T Z
XML & RDFA N D R E A S K R Ä M E R
RDFS & OWLL E O N A R D K R A M E R
Semantic Web
E N T W I C K LU N G D E S W O R L D W I D E W E BP R O B L E M E D E S W O R L D W I D E W E B
S E M A N T I C W E B A L S L Ö SU N GA N W E N D U N G S M Ö G L I C H K E I T E N
M E TA D AT E NTA XO N O M I E U N D O N T O L O G I E
Gliederung
Entwicklung des World Wide Web
1989: Entstehung des World Wide Web (WWW)
1993: Veröffentlichung des ersten Browsers „Mosaik“ ermöglichte die private Nutzung des WWW
Erschließung des Web durch die Wirtschaft z.B. Online-Handel, Werbung
Web 2.0 verstärkte soziale Interaktion im WWW
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Probleme des World Wide Web
Große Informationsvielfalt unüberschaubar vorhandene Informationen werden nicht gefunden
Suchmaschinen helfen nur bedingt suchen Strings suchen keine Inhalte/Informationen Informationen müssen z.T. impliziert werden
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Probleme des World Wide Web
Welche Gründe liegen diesem Problem zu Grunde?
klassisches Web richtet sich an den Menschen
der Mensch kann: die Bedeutung von Informationen verstehen Beziehungen zwischen Informationen herstellen auf neue Informationen schließen
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Semantic Web als Lösung6
Semantic Web als Lösung
Teilaufgaben: Suchmaschine: „Augenarzt“, „München“ Augenärzte herausfiltern Adressen im Stadtplan auf Erreichbarkeit prüfen Sprechstunden mit eigenem Kalender vergleichen Termin vereinbaren Termin in eigenen Kalender eintragen Chef informieren optimale Verkehrsverbindung herausfinden Fahrkarte kaufen
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Semantic Web als Lösung
klassisches Web: Online-Suche Kommunikation über E-Mail
Semantic Web: Informationen über Informationen (Metadaten) Beziehungen zwischen Informationen kann hergestellt
werden neue Informationen können impliziert werden=> ermöglicht maschinelle Erfassung von komplexen
Systemen
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Navigieren und Suchen
Kreuzkatalog Eingrenzen der Suche durch vorgegebene Optionen
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Navigieren und Suchen
Semantische Suchmaschine lässt Eingaben in natürlicher Sprache zu große Bedeutung von Fragewörtern sucht nach der Information, nicht nach dem String kann aus vorhandenen Informationen auf nicht
vorhandene schließen
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Personalisierte Informationssysteme
Unterstützt die individuelle Informationsverwaltung Übernehmen von operativen und administrativen
Aufgaben
Beispiel: Arztbesuch Kalender mit Terminplanung automatischer E-Mail-Versand Reiseplanung und -buchung
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Metadaten
Daten, die Informationen über andere Daten zur Verfügung stellen z.B. Buch -> Autor, ISBN keine eindeutige Unterscheidung (Frage des
Standpunkts)Speicherung von Metadaten
im Dokument selbst zugeordnetes Nachschlagewerk (z.B. Bücherkatalog,
Bibliotheksverzeichnis)
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Metadaten
Interoperable Metadaten inter: zwischen operabel: es kann damit gearbeitet werden
Standards machen Metadaten aus unterschiedlichen Quellen
nutzbar
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Taxonomie
Baumstruktur monohierarchisch jede Klasse hat nur eine Oberklasse
wird schon häufig verwendet z.B. Bibliothek -> Stockwerke -> Regale -> Bücher
Problem: Keine Darstellung von Vernetzungen Lösung: Ontologie!
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Ontologie
Netzwerk von Informationen mit logischen Relationen formale Beschreibung der Daten Regeln zu deren Zusammenhang kann nicht eingegebene Informationen ergänzen kann Widersprüche erkennen
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Ontologie
Bestandteile: Begriffe: Stadt, Land Instanzen: München, Deutschland Relationen: München liegt in Deutschland Vererbung: München erbt Eigenschaft „liegt in
Europa“ von Deutschland Axiome: „zwischen Deutschland und Amerika gibt es
keine Zugverbindung“
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Gliederung
Linguistische Semantik Intensional
Klassematisch Distinktiv
Extensional Denotation Konnotation
Kompositionalitätsprinzip, Formale Semantik Metasprache Objektsprache
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Linguistische Semantik
Inhaltliche Bedeutung von sprachlichen Zeichen Zeichen (Morpheme), Wörter (Lexeme), Satzglieder, Teilsätze,
Sätze
ZeichenHier: Buchstabe „G“
Gabriel hält einen Vortrag über die Semantik, der unglaublich interessant ist.
Wort / Ausdruck TeilsatzHier: Satzglied Subjekt Hier: Relativsatz
Satz
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Unterscheidung: Intensional / Extensional
Intensionale Semantik Beziehung zwischen verschiedenen Wörtern
Gemeinsamkeiten Unterschiede
Extensionale Semantik Denotation Konnotation
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Intensionale Semantik
Merkmale: Unterschiede und Gemeinsamkeiten
Gleiche Generation
männlich / weiblich
Unterschied: männlich / weiblich distinktives Merkmal Gemeinsamkeit: gleiche Generation klassematisches
Merkmal
Oma Opa
Mutter Vater
Sohn Tochter
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Intensionale Semantik
Sonne
Mond
Licht
Tag
Regen
hell
Sterne
Nacht
nass
trocken
dunkel
Klassematische Merkmale: grün Distinktive Merkmale: rot
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Extensionale Semantik
Denotation Sachliche, wörtliche Bedeutung Bezug auf Gegenstände aus der Wirklichkeit
Konnotation Nebenbedeutungen, Emotionen, Bewertungen Bezug auf Sprecher Zuhörer / Leser
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Denotation23
Denotation24
Konnotation
Tatsächliche Bedeutung oft nicht erkennbar:
Gabriel hält einen Vortrag über die Semantik,
…der unglaublich interessant ist.
…der uuunglaublich interessant ist… ;-)
…der UNGLAUBlich interessant ist!!!
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Fazit: Kompositionalität
Anwendung mehrerer Prinzipien notwendig Gottlob Frege: Kompositionalitätsprinzip
„Die Bedeutung eines komplexen, d.h. aus Teilausdrücken zusammengesetzten Ausdrucks ist durch die Bedeutungen seiner Teile sowie die Art ihrer Zusammenfügung bestimmt.“
Anwendung auf 3 Ebenen: Wortsemantisch
z.B. Determativkomposition: rabenschwarz Satzsemantisch
Wörter und deren Verknüpfung Satzbedeutung Formal
Metasprachen, Objektsprachen
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Formale Semantik
Metasprache „Regeln“ zur Analyse der Bedeutung von Komplexen
aus der Objektsprache
Subjekt: GabrielPrädikat: hältObjekt: Vortrag
Gabriel hält einen Vortrag.
Zähler: 3Nenner:
5Ergebnis: 0,6
3/5 = 0,6
Kopfgesteuerte Schleife zum Errechnen der Fakultät.
while(i<zahl){fakultaet = fakultaet*i;i++;}
Metasprache
Objektsprache
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XML – eXtensible Markup Language
XML steht für “erweiterbare Auszeichnungssprache”
XML ist eine Meta-Sprache (“Sprache über Sprache”)
DTD (Document Type Definition) grenzen Namensraum für Tags ein
Unicode Zeichenkodierung
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XML – eXtensible Markup Language
XML Dokumente können “wohlgeformt” sein Das Dokument besitzt genau ein Wurzelelement Alle Elemente besitzen eine Start- und eine
Endkennung Ein Element darf nicht mehrere Attribute mit dem
gleichen Namen besitzen
...
Volle Spezifikation unter: http://www.edition-w3c.de/TR/2000/REC-xml-20001006/
#sec-well-formed
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XML – eXtensible Markup Language
Ein Beispieldokument:
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><person>
<name>Andreas Krämer</name><geschlecht>männlich</geschlecht>
</person>
Deklaration
<person name="Andreas Krämer" geschlecht="männlich" />
Start-Tag
Ende-Tag
Wurzelelement
Attribut Selbstschließendes Tag
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RDF – Resource Description Framework
1999 von W3C veröffentlichtFormale Sprache zur Beschreibung von
InformationenKombination und Weiterverarbeitung von
InformationenBesteht aus Subjekt, Prädikat und ObjektGrundlegendes Darstellungsformat für die
Entwicklung des Semantic WebRSS (RDF Site Summary) 1.0 baut auf RDF
auf
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RDF – Resource Description Framework
Darstellung
Gerichteter GraphKnoten mit gerichteten KantenKnoten und Kanten haben eindeutige
BezeichnerKeine Baumstruktur
http://stammbaum.org/Säugetier
http://stammbaum.org/Tier
http://stammbaum.org/StammtAbVon
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RDF – Resource Description Framework
Problem: Unterschiedliche Resourcen können gleiche Bezeichnungen in unterschiedlichen Dokumenten besitzen
Lösung: Eindeutige Bezeichner, sogenannte URIs (=Uniform Resource Identifier)
URIs beginnen in RDF immer mit http://Beispiel:
http://stammbaum.org/Tier
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RDF – Resource Description Framework
Beispiel eines RDF Dokuments<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?><rdf:RDF xmlns:rdf=http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#
xmlns:ex ="http://stammbaum.org/"><rdf:Description rdf:about="http://stammbaum.org/Säugetier">
<ex:StammtAbVon><rdf:Description rdf:about="http://stammbaum.org/Tier"></rdf:Description>
</ex:StammtAbVon></rdf:Description>
</rdf:RDF>
Deklaration
Namensraum
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RDFS - Einordnung
XML
RDFS •Legt Vokabular für RDF fest•Besteht aus Klassen und deren Beziehungen
RDF •Besteht aus Instanzen•Nutzt die in RDFS festgelegten Klassen
RDFS: Ressource Description Framework SchemaFür leichtgewichtige (eng: lightweight) Ontologien
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Zusammenhang RDF und RDFS
RDFS:
<rdf:RDF xmlns:ex=“http://www.ba-mannheim.de/Semantic/“><rdfs:Class rdf:about=“&ex;BAStudent“>
<rdfs:label>Student an der BA Mannheim</rdfs:label></rdfs:Class>
RDF:
<ex:BAStudent rdf:about=“Leonard Kramer“ />
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Typische RDFS-Elemente
Klassen: Class
subClass of (vgl. Java: extends) Label (Erklärung / Bezeichnung für die Klasse)
Beziehungen Propertys
subPropertyOf domain (schränkt den Wertebereich des Subjekts ein) range (schränkt den Wertebereich des Objekts ein)
Piepmatz wirdGefressenVon Raubvogel
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Beispiel: Biologischer Stammbaum
<rdf:RDF xmlns:rdf=“http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#“xmlns:rdfs=“http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#“xmlns:ex=“http://www.stammbaum.org#“>
<rdfs:Class rdf:about=“&ex;Tiere“><rdfs:label xml:lang=“de“>Gesamte Tierwelt</rdfs:label>
</rdfs:Class><rdfs:Class rdf:about=“&ex;Säugetiere“>
<rdfs:label xml:lang=“de“>Alle Säugetiere</rdfs:label><rdfs:subClassOf rdfs:resource=“&ex;Tiere“ />
</rdfs:Class>
Tiere
Säugetiere
Unpaarhufer
Pferde
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Beispiel: Biologischer Stammbaum
Stammbaum mit Hierarchie abgebildet
Säugetiere gehören zur Gruppe der Tiere
Tiere
Säugetiere
Unpaarhufer
Pferde
Hausesel
Hauspferd
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Beispiel: Propertys
<rdf:RDF xmlns:rdf=“http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#“xmlns:rdfs=“http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#“xmlns:ex=“http://www.stammbaum.org#“>
<rdf:Property rdf:about=“&ex;hatFohlenMit“><rdfs:Range rdf:resource=“#Pferd“ /><rdfs:Range rdf:resource=“#weiblich“ /><rdfs:Domain rdf:resource=“#Pferd“ /><rdfs:Domain rdf:resource=“#männlich“ />
</rdf:Property>Pferd Pferdweiblich männlich
hatFohlenMit
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Probleme von RDFS
Weitere differenzierte Beschreibung von Beziehungen nicht möglich Keine Mengenaussagen Kaum Logikaussagen ableitbar
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OWL
OWL: Web Ontology LanguageIm Februar 2004 vom W3C als
Ontologiesprache standardisiertSprich \ˈau_ (-ə)l\ (Englisch: Eule)
Hintergrund: Eulen werden mit Weisheit assoziiert
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OWL-Versionen
OWL Full Sehr ausdrucksstark Wird von aktueller Software nur bedingt unterstützt
OWL DL (Description Logics) Teilsprache von OWL Full Wird von aktueller Software fast vollständig
unterstützt Quasi-Standard
OWL Lite Teilsprache von OWL Full und OWL DL Weniger ausdrucksstark
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OWL - Einordnung
XML
RDFS
OWL •Nutzt Sprachteile von RDFS•Kann Klassen und Beziehungen differenzierter anlegen
Für schwergewichtige (eng: heavyweight) Ontologien
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Beispiel-OWL-Implementierungen
FOAF (Friend of a Friend) Modellierung sozialer Netzwerke Angaben über eine Person, wie Hobbys, Name, Fotos
etc…Beer
Ontologie zur Beschreibung und Kategorisierung von Biersorten
Angaben über Auszeichnungen, Bierart, Brauerei, Zutaten…
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OWL in der Praxis
Vodafone Live! Mobile Portal Vodafone-Portal für Handy-Downloads (Spiele, Filme,
etc…) interne Datenverwaltung mit RDF Verbesserung in der Suche: 50% weniger
Seitenaufrufe pro DownloadSemantic-Web-Suchmaschinen
Aggregation von semantischen Daten (s. vorherige Folie)
Beispiele: Swoogle, Sindice Ergebnisse können noch nicht überzeugen
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Zukunftsperspektive
Implementierungen werden ausgereifterAnwendungsspektrum wird wachsenOntologien stellen die nächste Stufe des Web
dar (Web 3.0)Täglich mehr Ontologien verfügbarNeue Geschäftsfelder entstehen
Suchmaschinen Spezifische Portale, die in der Lage sind Wissen zu
verknüpfen …
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