20.12.2005IPD Uni Karlsruhe 1 Seminar S2D2 Ontology Engineering Mario Herb

20.12.2005 IPD Uni Karlsruhe1

Seminar S2D2

Ontology Engineering

Mario Herb


Was bedeutet Ontologie ?

Disziplin der Philosophie „Lehre vom Sein“

Begriffserweiterung durch Informatik Formal: „a formal, explicit specification of a shared

conceptualization“, Gruber 1993 Beschreibung eines Wissensbereichs (Domäne) Ziel: Computergerechte, formale Beschreibung der

Domäne für gemeinsames Verständnis


Wozu Ontologien ?

Anwendungen Neutrale Modellierung

Integration vielfältiger Software mit einheitlicher Semantik

Gemeinsamer Informationszugang Einheitliche Basis für Konversion /Abbildung von Formaten

Ontologie als Spezifikation Softwareentwicklung konsistent mit Ontologie

Ontologie als Struktur für Informationsquelle einfachere Suche nach Information


Einsatz von Ontologien

Allgemeines, gemeinsames Verständnis für Domäne

Probleme Modell == Intention ? Ergebnisse

Höherstehendes Konzept als UML-Modellierung, ER-Modellierung Basis für deren Entwicklung


Darstellung von Ontologien

Taxonomie Vorgang des Klassifizierens hierarchisch Baumdarstellung Hier: bestimmte Art von Ontologie

1 Klasse 1 Eigenschaft Klasse = Menge von Entitäten mit dieser Eigenschaft Instanz = Mitglied von Klasse Unterschied zu OO-Klassen und OO-Attributen

Mechanisches Gerät

Pumpe Motor

Hydr. Pumpe

Treibstoffpumpe

Jet-Motor


Subsumierung

Subsumierung P subsumiert Q in jeder möglichen Welt sind alle

Instanzen von Q auch Instanzen von P P Q

Paarhufer

Schwein

RindP

Q


Motivation(1)

Schlechte Subsumierungsstrukturen

Modellierung von Rollen

Verwechslung von „ist-ein“ mit „hat“

Person

Firma

Kunde

Gefäß Volumen


Motivation(2)

Weitere schlechte Subsumierungsstrukturen

Verwechslung von „ist“ mit „besteht-aus“

Tier existiert nach Tod nicht mehr, der physische Körper schon

Wie erkennt man diese Fehler systematisch ?

Sanddüne Sand

Tier physisches Objekt


Gliederung

1. Ontology-Engineering

2. Der OntoClean-Ansatz Meta-Eigenschaften Subsumierungsrestriktionen Vorgehensweise bei der Analyse mit OntoClean

3. Zusammenfassung und Ausblick


Ontology Engineering

Entwurf, Evaluation, Wartung, Abbildung, Wiederverwendung, Analyse,…

Entwurf von Ontologien bisher intuitiv Schwierig: Komplexe Domänen (Bioinformatik, Medizin) Besser: Ingenieurmäßiges Erstellen von Ontologien über

wiederholt anwendbare Regeln

Was ist „gute“ Ontologie ?


Der OntoClean-Ansatz

Nicola Guarino und Christopher Welty, 2000

Ontologische Analyse von Subsumierungsstrukturen über Meta-Eigenschaften

Aufdecken von semantischen Fehlern durch strukturierte Vorgehensweise

Mechanisches Gerät

Pumpe Motor

Hydr. Pumpe

Treibstoffpumpe

Jet-Motor

+O+R+U-D

-O+I+R+U-D -O+I+R+U-D

-O+I+R+U-D

-O+I~R+U+D-O+I~R+U+D


Meta-Eigenschaften

Aus Philosophie

Klasse P mit Meta-Eigenschaft M +M: M gilt notwendig f.a. Instanzen von P -M: M gilt nicht f.a. Instanzen von P (evtl. nur f. einige) ~M: M gilt f. keine Instanz von P -M ~M


Essence und Rigidity

Bestimmte Entitäten haben essentielle Eigenschaften Kissen müssen weich sein essentiell = notwendig kann nicht verloren gehen

Rigidität +R

rigide = essentiell f.a. Instanzen Warmblüter

–R nicht rigide = ex. Instanz für die Eigenschaft nicht essentiell rot

~R anti-rigide = f.a. Instanzen Eigenschaft nicht essentiell Student


Identity

Beantwortet Fragen: Ist das mein Auto?

Eigenschaft trägt Identitätskriterium (nicht triviale essentielle Eigenschaft) +O

eigenes ID-Kriterium Statue

+I-O geerbtes ID-Kriterium Rote Statue

–I kein ID-Kriterium rot


Unity

Beantwortet Fragen: Gehört BW zu Deutschland?

Verwandtschaft mit Identität

Eigenschaft trägt Einheitskriterium +U

hat Einheitskriterium Sanddüne

–U hat nicht notwendig Einheitskriterium rot

~U hat kein Einheitskriterium Sand


Dependence

P hängt extern von Q ab g.d.w. x Instanz von P ex. y Instanz von Q y kein Teil von x

Vater hängt ab von Kind

Abhängigkeit +D

abhängig Vater, Kind

–D nicht abhängig Haus


Subsumierungsrestriktionen - Rigidity

+R ~R

Person

Firma

Kunde

+R

+R

~R


Subsumierungsrestriktionen - Identity

-I +I

Subsumierende u. subsumierte Klasse müssen kompatible ID-Kriterien haben

Repräsentant Person

Gefäß Volumen

-I +I

+I +I


Subsumierungsrestriktionen - Unity

-U +U

+U ~U

Subsumierende u. subsumierte Klasse müssen kompatible Einheitskriterien haben

Steinern Stein

Sanddüne Sand

-U +U

+U ~U

Mannschaft Verein

+U +U


Subsumierungsrestriktionen - Dependence

-D +D

Student abhängig von Fachrichtung Vorlesungshörer unabhängig

Vorlesungshörer Student

+D-D


Arten von Eigenschaften

+O +I +R+D

Type (Person, Statue, mech. Gerät)

Sortal-D

-O +I +R+D

Quasi-type (Paarhufer, Pumpe, Motor)-D

-O +I -R +D Material Role (Essen)

-O +I ~R -D Phased Sortal (Schmetterling)

-O +I -R

+DMixin (Rote Blume, Grüner Apfel, rote

Statue)-D

-O -I +R-D

Category (Ding, Entität)

Non-S

ortal

+D

-O -I -R +D Formal Role (Patient, Teil, Schauspieler)

-O -I

-R -D

Attribution (rot, weich)~R

+D

-D

+O

-I

Incoherent+I

~R

-R


OntoClean Vorgehensweise (1)

„No entity without identity“, Quine 1969 Identität durch Typen jede Entität muss Typ instanzieren

Grundgerüst der Ontologie „Backbone Taxonomy“ Typen, Quasi-Typen und Kategorien alle +R Eigenschaften


OntoClean Vorgehensweise (2)

1. Klassen mit Meta-Eigenschaften

2. Überprüfung der Konsistenz

3. „Backbone Taxonomy“ mit Subsumierungsstruktur

4. Restriktionen Meta-Eigenschaften

5. restliche Eigenschaften Restriktionen

6. Evtl. zusätzliche Eigenschaften


Zusammenfassung

Systematische Vorgehensweise bei Erstellung und Analyse von Ontologien

Meta-Eigenschaften ontologische Analyse der Eigenschaften

Validierung einzelner Subsumierungsbeziehungen basierend auf intendierter Bedeutung

Erleichterung: Bilden der Ontologie schrittweise („Backbone Taxonomie“)


Ausblick

Ansatz unterscheidet sich sehr von Bisherigen Philosophie

Ansatz noch in Entwicklung Fehler in mathematischer Formulierung entdeckt zeitweise Einführung weiterer Meta-Eigenschaften,

wieder verworfen ? Aufspalten von Meta-Eigenschaften in Unter-Meta-

Eigenschaften, Weiterentwicklung der Restriktionen


Ende

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !


Literatur

„An Overview of OntoClean“, Nicola Guarino und Christopher A. Welty, Handbook on Ontologies, Steffen Staab und Rudi Studer, Springer 2004, Seiten 151-172

„Towards a methodology for ontology based model engineering“, Nicola Guarino und Christopher A. Welty, Nizza, 2000, Proceedings of ECOOP-2000 Workshop on Model Engineering

„Supporting ontological analysis of taxonomic relationships“, Christopher Welty und Nicola Guarino, 2001, Data & Knowledge Engineering, Vol.39, Seiten 51-74

„A formal ontology of properties“, Nicola Guarino und Christopher Welty, 2000, London, Proceedings of the 12th European Workshop on Knowledge Acquisition, Modeling and Management, Seiten 97-112

„Towards a consistent logical framework for ontological analysis“, Aaron N. Kaplan, 2001, Technical Report 748, University of Rochester

„Identity and Modality in OntoClean“, Cararra, Giaretta, Morato, Soavi und Spolaore, Turin, 2004, Akten von "Formal Ontology and Information Systems: Fifth Conference"

„Toward Principles for the Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing“, Thomas Gruber,1993, International Journal Human-Computer Studies 43, Seiten 907-928.

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