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Betriebs-systeme
und Verteilte Systeme
Web Ontology Language(OWL)
Projektgruppe Peer2Peer basierte Suche nach WebservicesWS 2004 / SS 2005Martin Steinhoff15.12.2004
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Inhaltsübersicht
Motivation Ontologien Einführung in OWL OWL-Untersprachen Grundbegriffe von OWL Aufbau von OWL Vokabeln und Tags Einordnung in PG Zusammenfassung
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Motivation Verständigungsproblem?
Sprechen wir die gleiche Sprache?
Unterhalten wir uns über das gleiche Thema?
Verstehen wir Begriffe gleich?
oder
Müssen wir zuerst auf eine Sprache einigen
???
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Motivation Kommunikation nur möglich durch
Einheitliches Verständnis des Themas Verwenden des gleichen Vokabulars
=> alle Kommunikationspartner müssen eine einheitliches Verständnis haben
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Inhaltsübersicht
Motivation Ontologien Einführung in OWL OWL-Untersprachen Grundbegriffe von OWL Aufbau von OWL Vokabeln und Tags Einordnung in PG Zusammenfassung
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Ontologien
Begriff Ontologie ursprünglich aus Philosophie und steht für die Lehre von Sein
Informatik: „…Ontology is a dokument or file that formally defines the relations
among terms…“ [Tim Berners-Lee: The Semantic Web]
Ontologie ist ein hierarchisch geordnetes Beziehungssystem mit Regeln und möglichen Schlussfolgerungen
„…Ontologie beschreibt einen Wissensbereich, mit Hilfe einer standardisierten Terminologie sowie Beziehungen und Ableitungsregeln darauf…“
[Gesellschaft für Informatik-Lexikon, http://www.gi-ev.de/informatik/lexikon/]
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Klassifizierung von Ontologien
Top-Level Ontologies Allgemeine, bereichsübergreifende Ontologien global
Domain Ontologies auf eine Domain/Anwendungskontext bezogen lokal, auf einen Bereich beschränkt
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Anwendungsbereiche
Kommunikation Automatische Deduktion Repräsentation u. Wiederverwendung von Wissen Sammlung von Informationen Gemeinsames Verständnis, Interpretation von Wissen Daten regelbasiert verknüpfen Maschine zu Maschine Kommunikation (Weltweiter) Datenaustausch Objektivierung von Wissen Kooperation von Anwendungen
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Praktische Abwendung Webportale
Informationssammlung zu einem spez. Thema Einschränkende Suchabfrage Kooperation/Austausch mit anderen Seiten
Multimediale Sammlungen Metainformationen (Text, Audio, Video)
Zum Dokument (-typ) selbst Zum Inhalt
Verwaltung von Unternehmenswebseiten Stark verzweigt mit vielen verschiedenen Angeboten (Download,
Paper, Dokumentationen, …) Intelligente Softwareagenten
Spezielle und einschränkende Suchanfragen Sammeln von Informationen über eine Domäne hinaus
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Anforderungen an OWL
Effizient anpassbar und erweiterbar Ontologien müssen eindeutig sein Hierarchische Einteilung Zuordnung Klasse - Eigenschaft Anpassbarkeit an Benutzer (z.B. Sprache) Kennzeichnung für gleichartige Klassen (z.B. von verschiedenen
Domänen) Klasse1 = Klasse2 Öffentlich zugängliche Metadaten der Ontologie Ober-/Untergrenzen von Werten Entscheidbarkeit / sichere Deduktion Open World
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OWL Ursprungssprachen XML
Strukturierung und Syntax für OWL RDF/RDF-S
Ressource Description Framework (-Schema) Tripel: Subjekt (Klasse),Prädikat (Property), Objekt (typisierter
Wert) Siehe vorheriger Vortrag
DAML+OIL DARPA Agent Markup Language Ontology Inference Layer Erweiterung von RDF durch Klassen, Unterklassen, Individuen,
Properties, Restriktionen OIL erweitert DARPA mit Deduktion Direkter Vorgänger von OWL und daher sehr ähnlich
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Probleme bei RDF
Kommunikation zwischen verschiedenen Domänen nicht möglich Inselbildung (Jeder für sich) Eine Ressource kann mehrere URI‘s besitzen
Keine Verbindung möglich
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Einordnung von OWL
Quelle: http://www.topquadrant.com
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Inhaltsübersicht
Motivation Ontologien Einführung in OWL OWL-Untersprachen Grundbegriffe von OWL Aufbau von OWL Vokabeln und Tags Einordnung in PG Zusammenfassung
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Unterteilung von OWL
OWL ist in 3 Teilsprachen gegliedert:
OWL Full
OWL DL
OWL Lite
Dabei gilt:
Jede gültige OWL Lite Ontologie ist eine gültige OWL DL Ontologie
Jede gültige OWL DL Ontologie ist eine gültige OWL Full Ontologie
Jede gültige OWL Lite Folgerung ist eine gültige OWL DL Deduktion
Jede gültige OWL DL Folgerung ist eine gültige OWL Full Deduktion
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OWL Lite
OWL Lite Grundlegende Funktionen Klassen und Unterklassen Properties auf Klassen und Individuen Schnell und einfach zu implementieren Unterstützung durch Programme gegeben Weitere Unterstützung von:
Domain, Range, Versionisierung, Property Restrictions, 0/1-Kardinalitäten, …
Standard-Datentypen (von XML-S übernommen)
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OWL DL und Full OWL DL
Description Logics Maximum an Ausdrucksfähigkeit Entscheidbar, vollständige Bearbeitung gesichert Umfangreiche Funktionen für Schlussfolgerungen Volle Kardinalitäten Zusätzlich: Operationen zur Kombination von Klassen (unionOf,
complementOf, intersectionOf) OWL Full
Sämtliche Sprachelemente Evtl. nicht entscheidbar/berechenbar => Unterstützung durch
Deduktionssoftware problematisch Klassen können auch Individuen o. Properties sein
=>komplexe Verschachtelungen möglich
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Welche ist die Richtige?
Entscheidung zwischen Teilsprachen OWL Full nur, wenn volle Funktionalität erforderlich
=>eher selten Bei komplexen Schlussfolgerungen => OWL DL OWL Lite für einfache Klassen/Instanzbeziehungen und Properties
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Grundbegriffe (1) Domäne (domain)
Anwendungsbereich für Klassen Bsp: Domäne Säugetier
Klasse Sammlung von Eigenschaften, die für eine Gruppe von Individuen
gelten Unterklassen (subClass) möglich Bsp: Mensch, Unterklasse Mann/Frau
Individuum Instanz/Mitglied einer Klasse Bsp: Peter ist Instanz der Klasse Mensch
Eigenschaft (Property) Beschreibt eine Klasse oder Instanz näher Bsp: Alter, Größe, Haarfarbe auf Klassenebene, auf Instanzebene
mit Werten belegt
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Grundbegriffe (2)
Klassen Alle Klassen sind Unterklassen von owl:Thing<owl:Class rdf:ID=„Mann"/>
Unterklassen<rdfs:subClassOf rdf:ressource=“#Mensch“/>
Individuen Instanzen einer Klasse<Mann rdf:ID=„Peter“/>
Datentypen Entsprechen XML-Schema
xsd:string xsd:integer …
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Namensräume (namespace)
Spezifizieren das Vokabular machen die Ontologie lesbarer (u.a. durch kurze Schreibweise) Definition in einem rdf:RDF-Tag
<rdf:RDF xmlns
="http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/wine#" xmlns:owl ="http://www.w3.org/2002/07/owl#"
Identifikation des Namespace der mit der akt. Ontologie verbunden ist
Elemente mit Prefix owl werden als Objekte mit Bezug auf die angegebene URI interpretiert => Einführung der OWL Vokabeln
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Ontologie Kopf (Header) Versionsinformationen Verweise auf andere Ontologien Kommentar Namensgebung
<owl:Ontology rdf:about=""> <rdfs:comment>An example OWL ontology</rdfs:comment> <owl:priorVersion rdf:resource="http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-20031215/wine"/> <owl:imports rdf:resource="http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/food"/> <rdfs:label>Wine Ontology</rdfs:label>
about: Name oder Referenz für Ontologie comment: Kommentar priorVersion: Verweis auf vorherige Version import: Verweis auf andere Ontologie, die benutzt wird label: Bezeichnung
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Strukturierung von OWL
Ontologie
Klasse
Eigenschaft
IndividuumEigenschaft
Individuum
Unter-klasse
…
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Inhaltsübersicht
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Eigenschaften in OWL(1)
rdfs:domain Reduziert die Eigenschaft auf eine bestimmte Gruppe/Domäne
rdfs:range Reduziert das Ergebnis auf einen bestimmten Wertebereich
Datentypeneigenschaften Zuordnung: Ressourcen zu Datentypen Owl:DatatypeProperty<owl:DatatypeProperty rdf:ID=„Geburtsjahr"> <rdfs:domain rdf:resource="#Jahr" />
<rdfs:range rdf:resource="&xsd;positiveInteger"/> </owl:DatatypeProperty>
#Jahr ist ein Verweis auf die Klasse Jahr, die auch definiert sein muss
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Eigenschaften in OWL(2)
Objekteigenschaften Zuordnung Ressourcen zu Ressourcen Owl:ObjectProperty (Weinbeispiel)
<owl:ObjectProperty rdf:ID="vintageOf"> <rdfs:domain rdf:resource="#Vintage" /> <rdfs:range rdf:resource="#Wine" />
</owl:ObjectProperty> Deduktion über Eigenschaft auf Klasse möglich
Strukturierung subPropertyOf
<owl:ObjectProperty rdf:ID="hasColor"> <rdfs:subPropertyOf rdf:resource="#hasWineDescriptor" /> ... </owl:ObjectProperty>
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Regeln von Eigenschaften (1)
Transitiv P(x,y) und P(y,z)=>P(x,z)<rdf:type rdf:resource="&owl;TransitiveProperty" /> Bsp: istNachkommeVon
Symmetrisch P(x,y)<=>P(y,x)<rdf:type rdf:resource="&owl;SymmetricProperty" /> Bsp: verwandtMit
Funktional P(x,y) und P(x,z) => y=z<rdf:type rdf:resource="&owl;FunctionalProperty" />
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Regeln von Eigenschaften (2)
Inverse P(x,y)<=>P(y,x) Benötigt Eigenschaft als Parameter<owl:inverseOf rdf:resource="#Eigenschaft" />
Inverse Funktional P(y,x) und P(z,x) => y=z
<rdf:type rdf:resource="&owl;InverseFunctionalProperty" />
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Restriktionen von Eigenschaften(1)
owl:Restriction-Tag allValuesFrom
Jede Instanz der Klasse, die diese Property implementiert, muss den Typ der angegebenen Klasse besitzen
<owl:Restriction> <owl:onProperty rdf:resource="#hatNachkomme" /> <owl:allValuesFrom rdf:resource="#Kind" /> </owl:Restriction> Jeder Nachkomme gehört zur Kategorie Kind
someValuesFrom Mindestens eine Eigenschaft muss als Ziel eine Referenz auf ein
Kind sein
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Restriktionen von Eigenschaften(2)
owl:Restriction-Tag (Fortsetzung) owl:cardinality
<owl:onProperty rdf:resource="#hasVintageYear"/> <owl:cardinality rdf:datatype="&xsd;nonNegativeInteger">1
</owl:cardinality> </owl:Restriction> owl:maxCardinality
Obere Schranke owl:minCardinality
Untere Schranke owl:hasValue
Definition von Klassen aufgrund eines einzelnen Eigenschaftswertes
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Abbilden von Ontologien
Ontologien müssen sich verbinden lassen =>Wiederverwendung, Koexistenz, Kooperation
owl:equivalentClass Beschreibt, dass zwei Klassen die gleichen Instanzen besitzen =>Klassen sind gleich, Eigenschaften identisch
owl:equivalentProperty Identifiziert zwei Eigenschaften miteinander
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Abbilden von Individuen
owl:sameAs Deklariert zwei Individuen als identisch
owl:differentFrom Zwei Individuen sind verschieden Gegenteil von owl:sameAs U.a. für gegenseitigen Ausschluss
owl:allDifferent Liste von sich ausschließenden Individuen Bsp: Rolle von Person A bzgl. Person B
owl:distinctMembers Nur zusammen mit allDifferent Gegenseitiger Ausschluss realisierbar
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Komplexe Klassen(1)
Nur OWL DL und OWL Full owl:intersectionOf
Schnittmenge von zwei Klassen owl:unionOf
Vereinigungsmenge von zwei Klassen owl:complementOf
Klasse ist Gegenteil von einer anderen Klasse <owl:Class rdf:ID="NonConsumableThing"> <owl:complementOf rdf:resource="#ConsumableThing" /> </owl:Class>
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Komplexe Klassen(2)
owl:oneOf XOR-Auswahl aus einer Menge von Klassen
owl:disjointWith Garantiert, dass ein Individuum nur zu einer Klasse gehört
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Versionsverwaltung mit OWL
Innerhalb des owl:Ontology - Tags owl:priorVersion
Verweist auf die vorherige Version owl:compatibleWith
Kompatibilität mit einer anderen Version owl:incompatibleWith
Inkompatibilität mit einer anderen Version owl:backwardCompatibleWith
Falls nicht angegeben=> keine Probleme mit alten Versionen owl:versionInfo
Versionsangabe owl:DeprecatedClass / owl:DeprecatedProperty
Versionshistorie
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PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL) 39
Beispiele Deduktion
Eigenschaft hasChild gehört zu Domäne Säugetier Wenn gilt Frank hasChild Anna => Frank gehört zur Domäne
Säugetier
Eigenschaft hatBruder ist subproperty von hatVerwandte =>wenn eine Individuum zu einem anderen über hatBruder
verbunden ist, dann sind sie auch über hatVerwandte verbunden
Über equivalentClass verbundene Klassen => die Individuuen dieser Klassen besitzen die gleichen
Eigenschaften
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PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL) 40
Inhaltsübersicht
Motivation Ontologien Einführung in OWL OWL-Untersprachen Grundbegriffe von OWL Aufbau von OWL Vokabeln und Tags Einordnung in PG Zusammenfassung
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Einordnung ins PG-Thema (1)
Beispiel Webservice „Suche Rechner, der … kann/hat“ OWL als Grundlage zur Strukturierung der Rechnerinformationen
Klasse Hardware Unterklassen
Optische Laufwerke Festplatte Ein/Ausgabe-Geräte Prozessor Software …
Zuweisung von Eigenschaften Festplatte (Kapazität, Umdrehungen, freie Kapazität) Prozessor (Intel, x-Bit, Taktung)
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Einordnung ins PG-Thema (2)
Strukturierung von unstrukturierten Informationen Ressourcenbeschreibung von Rechnern Möglichkeiten von Schlussfolgerungen
Läuft Software auf PC „XY“ Bsp: Suche 32 Bit kompatiblen Rechner Property Architektur Rechner ist Itanium => kann 32 Bit Programm ausführen Abbilden mit OWL von Rechnerkomponenten
Restspeicher Prozessor Architektur …
Voraussetzung: Exakte Definition von Klassen und Properties erforderlich
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Inhaltsübersicht
Motivation Ontologien Einführung in OWL OWL-Untersprachen Grundbegriffe von OWL Aufbau von OWL Vokabeln und Tags Einordnung in PG Zusammenfassung
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PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL) 44
Was haben wir gesehen?
Warum Semantik hinterlegen?
Warum reicht RDF nicht aus?
Was ist OWL?
Wie ist OWL aufgebaut?
Was sind die wichtigsten Tags?
Wie kann man OWL in der PG einsetzen?
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Vortragsende
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!
Fragen und Anregungen?