Betriebs- systeme und Verteilte Systeme Web Ontology Language (OWL) Projektgruppe Peer2Peer basierte Suche nach Webservices WS 2004 / SS 2005 Martin Steinhoff

Betriebs-systeme

und Verteilte Systeme

Web Ontology Language(OWL)

Projektgruppe Peer2Peer basierte Suche nach WebservicesWS 2004 / SS 2005Martin Steinhoff15.12.2004

PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL) 2

Inhaltsübersicht

Motivation Ontologien Einführung in OWL OWL-Untersprachen Grundbegriffe von OWL Aufbau von OWL Vokabeln und Tags Einordnung in PG Zusammenfassung


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

???


Motivation Kommunikation nur möglich durch

Einheitliches Verständnis des Themas Verwenden des gleichen Vokabulars

=> alle Kommunikationspartner müssen eine einheitliches Verständnis haben


Inhaltsübersicht



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/]


Klassifizierung von Ontologien

Top-Level Ontologies Allgemeine, bereichsübergreifende Ontologien global

Domain Ontologies auf eine Domain/Anwendungskontext bezogen lokal, auf einen Bereich beschränkt


Inhaltsübersicht



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


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


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


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


Probleme bei RDF

Kommunikation zwischen verschiedenen Domänen nicht möglich Inselbildung (Jeder für sich) Eine Ressource kann mehrere URI‘s besitzen

Keine Verbindung möglich


Einordnung von OWL

Quelle: http://www.topquadrant.com


Inhaltsübersicht



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


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)


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


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


Inhaltsübersicht



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


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 …


Inhaltsübersicht



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


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


Strukturierung von OWL

Ontologie

Klasse

Eigenschaft

IndividuumEigenschaft

Individuum

Unter-klasse

…


Inhaltsübersicht



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


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>


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" />


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" />


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


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


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


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


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>


Komplexe Klassen(2)

owl:oneOf XOR-Auswahl aus einer Menge von Klassen

owl:disjointWith Garantiert, dass ein Individuum nur zu einer Klasse gehört


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


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


Inhaltsübersicht



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)


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


Inhaltsübersicht



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?


Vortragsende

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

Fragen und Anregungen?

Documents

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