Semantische Netze Grundidee RDF SPARQL Was fehlt den

Semantische Netze
Grundidee
RDF
SPARQL
Was fehlt den semantischen Netzen?
Beschreibungslogiken
Web Ontology Language OWL
I. Boersch Jun-12
1
Semantische Netze

Auch: Topic Maps, Mindmaps
Ross Quillian, 1967
Ziel: Sprachverarbeitung englischer
Sätze
?
Grundidee:
Die Bedeutung eines Konzeptes kann durch
seine Beziehungen zu anderen
Konzepten beschrieben werden

Gerichtete Graphen:

Knoten = Konzepte oder Objekte

Kanten = Relationen
I. Boersch Jun-12
2
Semantische Netze

Repräsentieren
p ä

Visualisieren

Navigieren, Browsen

Abfragen

Inferenz
I. Boersch Jun-12
3
Ein semantisches Netz

I. Boersch Jun-12
Gut g
geeignet
g
zur
Repräsentation und
Visualisierung von Wissen
über Konzepte und (binäre)
Relationen zwischen
Konzepten
4
Semantische Netze
Navigation,
g
, Browsen
Konzept im Fokus
Relationen zu anderen Konzepten

Referenzierte Konzepte
Gut geeignet zum
Browsen im
Wissenbestand
Klassische HypertextIdee von benannt
verlinkten
li kt
Konzepten
K
t
http://nasa.dataincubator.org/spacecraft/1968-089A.html
I. Boersch Jun-12
5
Semantische Netze
Anfragen

Anfrage = Beschreibung des gesuchten
Konzeptes als Graph
Kinderspiel ‚Teekesselchen‘
Beispiel
Wer wird von ‚örps‘ ‚gezappelt‘ und
von ‚klock‘ ‚gedrötet‘?
Wie sieht der Anfragegraph aus?
I. Boersch Jun-12
6
Semantische Netze
Abfrage
g in SPQARL
Q

SPARQL
Q ((SPARQL
Q Protocol
o o o and
d RDF Qu
Query
y Language)
a guag )
Beispiele gleich
Vorher ganz kurz etwas zu RDF
I. Boersch Jun-12
7
Semantische Netze
Repräsentation
p
in RDF
RDF (Ressource Description Framework)

Datenmodell zur Beschreibung von semantischen Netzen

W3C Recommendation, 1999 (http://www.w3.org/RDF)

http://www.w3.org/TR/rdf-syntax-grammar/

Fakt: "John Doe is a person.„
Tripel: Subject – Prädikat – Objekt
Subjekt:
URI oder leer (blank concept, Existenzquantor)
Prädikat:
URI
Objekt:
URI oder leer oder Literal
URI (Uniform Resource Identifier): Schlüssel, bspw. ein Link

Steht für eine Instanz, ein Konzept oder eine Relation
John Doe
instance_of
Person
Menge von Tripeln := RDF-Graph = semantisches Netz
Serialisierung von Tripeln: Notation3, Turtle, XML
I. Boersch Jun-12
8
RDF-Primer:
An RDF
RDF-Graph
Graph Describing Eric Miller
RDF-Primer:
http://www w3 org/TR/rdf primer/
http://www.w3.org/TR/rdf-primer/

Ein RDF
RDF-Dokument
Dokument
lässt sich als RDfGraph visualisieren
Wo ist Eric Miller?
I. Boersch Jun-12
9
RDF im Semantic Web
RDF: Repräsentation
von Fakten über
Instanzen – nicht
über Klassen
I. Boersch Jun-12
10
Semantische Netze
SPQARL
Q
Beispiel
p 1

Finde
d a
alle Objekte
Obj
in d
der V-Card
a d von
o Berners Lee,, die
d einen
Namen und eine Mail-Adresse haben
-> d.h. die Objekte, zu denen etwas in den Relationen name
und mbox steht
PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/>
SELECT ?p
FROM <http://www.w3.org/People/Berners-Lee/card>
WHERE {
?p foaf:name ?n .
?p foaf:mbox ?m
}
I. Boersch Jun-12
11
Semantische Netze
SPQARL
Q
Beispiel
p 2

From notwendig?
Finde
d d
die Namen
a
der
d afrikanischen
a
a
Hauptstädte.
aup äd
PREFIX abc: http://example.com/exampleOntologie#
SELECT ?capital ?country
WHERE {
?x abc:cityname ?capital.
?y abc:countryname ?country.
?x abc:isCapitalOf ?y.
?y
y abc:isInContinent abc:africa.
}
I. Boersch Jun-12
12
Semantische Netze

Repräsentieren
p ä
Visualisieren
Navigieren, Browsen
Abfragen

Inferenz

I. Boersch Jun-12
13
.. the more expressive the language,
language the
harder the reasoning.
Brachmann and Levesque,
Levesque 1984
I. Boersch Jun-12
14
Semantic Web for the Working Ontologist

Inferencing
g —The p
process
o
by which new triples
p
are
a
systematically added to a graph based on patterns in existing
triples.
Asserted triples —The triples in a graph that were provided by some data
source.
Inferred triples —Triples that were added to a model based on systematic
inference patterns.
Inference rules —Systematic patterns defining which of the triples should
be inferred.
Inference engine —A program that performs inferences according to some
inference rules. It is often integrated with a query engine.
I. Boersch Jun-12
15
Semantische Netze
Inferenz
Erst spezielle
p
Typen
yp
von Kanten ermöglichen
g
einfache
Inferenzen
Besondere Relationen:

rdf:type (instance_of)
Gundel ist eine Hexe

rdfs:subClassOf
Säugetiere sind Wirbeltiere
oder auch:

rdfs:subProperty,
Mögen( A, B ) -> Kennen( A, B )

owl:disjointWith
disjunkt(Pizzen, Hirsche)

…
I. Boersch Jun-12
16
Semantische Netze
Inferenz-Beispiel mit is_a

Frage: Erfüllt die
Prädikatenlogik erster
Stufe das Prinzip der
Zweiwertigkeit?
I. Boersch Jun-12
17
Semantische Netze
Inferenz-Beispiel mit is_a

Frage: Erfüllt die
Prädikatenlogik erster
Stufe das Prinzip der
Zweiwertigkeit?
Auf den ersten Blick
ja, aber wie können
Sie sicher sein,
sein dass
die Eigenschaft
„erfüllt“ sich entlang
der Kanten
de
a te „is
„ s_a
a“
vererbt?!
I. Boersch Jun-12
18
Semantische Netze
Fehlende Semantik in semantischen Netzen
Semantik bei (klassischen) semantischen Netzen nicht formal definiert

Kanten verschieden interpretierbar (Interpreter entscheidet wie)

=> ohne Formalisierung nicht geeignet für maschinelles Schlussfolgern
Beispiel Konzeptdefinition ‚Hai‘ mit zwei Interpretationen
Hinreichende und notwendige Hai-Bedingungen
„A ist kein Hai“ ist folgerbar, falls eine Bedingung nicht erfüllt.
„A ist Hai“ ist folgerbar, wenn alle Bedingungen erfüllt.
is_a
_
Notwendige Hai-Bedingungen (aber nicht hinreichend)
„A ist kein Hai“ ist folgerbar, falls eine Bedingung nicht erfüllt.
I. Boersch Jun-12
19
Semantische Netze
Nachfolgeansätze

Lösung:
g Definition einer Semantik mit Hilfe der Prädikatenlogik
g /
Mengenlehre
Beispielsemantik: Interpretation von is_a
is a-Kanten
Kanten

A --- is_a ---> b
bedeutet: „Für alle x gilt: wenn x ein
Element von a ist, so ist x auch ein Element von b“
Führte in der Folge zu:

Definition einer formalen Semantik für RDFS (2004)

Beschreibungslogiken (Description logic) SHOIN(D)
I. Boersch Jun-12
20
Semantische Netze
Zusammenfassung Eignung

Gut geeignet für:

Repräsentation von Konzepten und Beziehungen
Strukturierung von Wissen (Mindmaps)
Visualisierung von Wissen (Kommunikation!)
Navigation im Wissensbestand
Abfrage
Nicht g
geeignet
g
für:

Repräsentation von prozeduralem Wissen (Regeln)
Maschinelle Inferenz

Lösung: Beschreibungslogik

I. Boersch Jun-12
21

Download Report