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<is web> Information Systems & Semantic WebUniversity of Koblenz ▪ Landau, Germany
Das Semantic Web:Wissensstrukturierung von allen für alle
Steffen Staab& Arbeitsgruppe ISWeb
<is web>
ISWeb - Information Systems & Semantic Web
Steffen [email protected] 2
Telefon-VerzeichnisCERN
Aalta 234…Zyström 981
…eine kurze Geschichte des Webs…
<HTML>Aalta
Hobby …Telefon 789<HTML>
Zyström
KollegeTelefon 981
~1989
789
<HTML>Forscher
Aalta…Zyström
<is web>
ISWeb - Information Systems & Semantic Web
Steffen [email protected] 3
World Wide Web
WWW :=
Hypertext &
Internet &
Soziales Phänomen
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ISWeb - Information Systems & Semantic Web
Steffen [email protected] 4
1 Milliarde Benutzer später…
Sir Tim Berners-Lee
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ISWeb - Information Systems & Semantic Web
Steffen [email protected] 5
…die Geschichte des Webs geht weiter…
Telefon-VerzeichnisCERN
Aalta 789…Zyström 981
<HTML>Aalta
Hobby …Telefon 789<HTML>
Zyström
KollegeTelefon 981
~1995
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…das Problem des Webs…
<HTML>
<HTML>
~1995
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…damit Sie es besser lesen können…
<HTML>
<HTML>
Was der Rechner davon versteht!
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…die kurze Geschichte des Semantic Webs…
<HTML>Forscher
Aalta…Zyström
<HTML>
<HTML>
~1995
<HTML>Forscher
Aalta 789…Zyström 981
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Was benötigt man hierzu im Detail?
<HTML>Forscher
Aalta…Zyström
<HTML>
<HTML>
<HTML>Forscher
Aalta 789…Zyström 981
1. Eine Sprache für die (Meta-)Daten
2. Eine austauschfähige Schemasprache für (Meta-)Daten
3. Austausch der Daten und
Schemata via Internet
4. Viele Leute und Applikationen
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Semantic Web
Semantic Web :=
Semantic Web Daten &
Ontologien &
Internet &
Soziales Phänomen
1. Eine Sprache für die (Meta-)Daten
2. Eine austauschfähige Schemasprache für (Meta-)Daten
3. Austausch der Daten und
Schemata via Internet
4. Viele Leute und Applikationen
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Agenda
Grundlagen des Semantic WebVernetzte DatenOntologienAnfragesprachen
AnwendungeneScienceSemantic DesktopTagster
Semantic Web 2.0RDF Mash-UpsVernetzte RDF GraphenWoher weiss ich das?
<is web> Information Systems & Semantic WebUniversity of Koblenz ▪ Landau, Germany
Semantic Web Grundlagen
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Proof
Der Semantic Web Stapel (Version 2)
URI Unicode
RDF Core
Spa
rQL
RDF Schema
DLP bit of OWL/Rule Enc
rypt
ion
Sig
natu
re
OWL Rules
Trust
Logic framework
XML Namespaces
Tim Berners-Lee, ISWC November 2005, http://www.w3.org/2005/Talks/1110-iswc-tbl/#(12)
<is web> Information Systems & Semantic WebUniversity of Koblenz ▪ Landau, Germany
RDFRDF/XML Syntax Specification (Revised)
W3C Recommendation
RDF Vocabulary Description Language 1.0: RDF SchemaW3C Recomendation
RDF PrimerW3C Recommendation
Resource Description Framework (RDF): Concepts and Abstract SyntaxW3C Recommendation
RDF SemanticsW3C Recommendation
RDF Test CasesW3C Recommendation
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Das Semantic Web auf einer Folie
EmployeeEmployee
PostDocPostDoc ProfessorProfessor
PersonPerson
rdfs:subClass rdfs:subClass
rdfs:subClass
cooperatesWithcooperatesWith
rdfs:Rangerdfs:DomainOntologie
<swrc:Professorrdf:ID="person_sst">
<swrc:name>Steffen Staab</swrc:name>
...</swrc:Professor>
http://www.uni-koblenz.de/~staab
rdf:typerdf:type
Meta-daten
<swrc:PostDoc rdf:ID="person_sha"><swrc:name>Siegfried Handschuh</swrc:name>
...</swrc:PostDoc>
Webseite
http://www.deri.ie/~shaURL
<swrc:cooperatesWith rdf:resource = "http://www.uni-koblenz.de/~staab/
#person_sst"/>
swrc:cooperatesWith
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Resource Description Framework – RDF
x:Prof
x:Employee
x:PhD-Student
x:Student
x:Tutor
x:Steffen x:Danielx:Raphael
subClass
instantiation
x:Prof
x:supervises
x:advises
x:Employee x:Employee
x:Student
rdfs:domain
rdfs:domain rdfs:range
rdfs:range
x:responsible_for
rdfs:subPropertyOf
rdfs:subPropertyOf
x:advises
Keine !
• Gleichheit,
• Kardinalitäten,
• Negation, etc.
URI – uniform resource identifiersXML – Gemeinsame SyntaxVer-link-tSemantik: Axiomatisierung
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OWL – Web Ontology Language
OWL - Web Ontology Language OverviewW3C Recommendation 10 Feb 2004.
OWL Web Ontology Language Guide W3C Recommendation 10 Feb 2004. OWL Web Ontology Language Reference
W3C Recommendation 10 Feb 2004, 12 November 2002. OWL Web Ontology Language Semantics and Abstract Syntax W3C
Recommendation 10 Feb 2004. OWL Web Ontology Language Test Cases
W3C Recommendation 10 Feb 2004. OWL Web Ontology Language Use Cases and Requirements
W3C Recommendation 10 Feb 2004. OWL Web Ontology Language XML Presentation Syntax. W3C Note 11 June 2003
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Taxonomie
Object
Person Topic Document
ResearcherStudent Semantics
OntologyDoctoral Student
Taxonomie := Segmentierung, Klassifikation und Sortierung von Elementen in ein Klassifikationssystem
PhD Student F-Logic
Menu
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Thesaurus
Object
Person Topic Document
ResearcherStudent Semantics
PhD StudentDoktoral Student
• Terminologie für spezielles Anwendungsgebiet• Taxonomie plus weitere, fixierte Beziehungen
(ähnlich, synonym, inBeziehungZu) • Verbreitet in Bibliotheken
similarsynonym
OntologyF-Logic
Menu
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Topic Map
Object
Person Topic Document
ResearcherStudent Semantics
PhD StudentDoktoral Student
knows described_in
writes
AffiliationTel
• Topics (Knoten), Beziehungen und Realisierungen (in Dokumenten)• ISO-Standards in SGML und XML• Typisch für Navigation und Visualisierung• Aus dem Verlagswesen (digitales Stichwortverzeichnis in Büchern)
OntologyF-Logic
similarsynonym
Menu
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OntologyF-Logic
similar
OntologyF-Logic
similarPhD StudentDoktoral Student
Ontologie
Object
Person Topic Document
Tel
PhD StudentPhD Student
Semantics
knows described_in
writes
Affiliationdescribed_in is_about
knowsP writes D is_about T P T
DT T D
Regeln
subTopicOf
• Sprachen: F-Logik, OWL (W3C Empfehlung)• Aus der Welt der Wissensrepräsentation
ResearcherStudent
instance_of-1
is_a-1
is_a-1
is_a-1
Affiliation
Affiliation
York Sure
AIFB+49 721 608 6592
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Web Ontology Language (OWL)
BeschreibungslogikErlaubt die Definition von Begriff(sbezeichnung)enBesteht aus Begriffen und Rollen (T-Box), z.B. Concept(Employee), Role(advises),und Individuen, Rollenfüllern (A-Box), z.B. Prof(Steffen)
Äquivalenz- und SubsumptionsaxiomeProf ≡ Professor, advises v responsibleFor
Algebraische Eigenschaften für Rollen advises-1 ≡ isAdvisedBy
Komplexe BegriffsdefinitionenCSProf ≡ Professor u ComputerScientist, HuBi ≡ MedicalScientist u ¬ MedicalDoctorProf v Lecturer u ∃≥2teaches.Course u ∃≤4teaches.Course
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Schlußfolgerungen in OWL
T-BoxKonsistenz (Erfüllbarkeit)
Gibt es ein Modell I für Ontologie O?
Subsumption- Berechne Taxonomie- Subsumiert Begriff C
den Begriff D für alle I?
Alle Probleme reduziert auf Konsistenz:- Z.B. C v D wenn i:¬D u C inkonsistent in O
A-BoxExtension der Begriffe und BegriffszusammenhängeInstantiierung- Ist i Instanz von C?
Rollenfüller- Finde alle Paare (x,y)∈R
OWL: Echte Teilmenge von PL1Semantik: Modelltheorie
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Anfragesprache SPARQL
SPARQL Query Language for RDFW3C Working Draft 4 October 2006
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Beispielanfrage
Data:<http://example.org/book/book1>
<http://purl.org/dc/elements/1.1/title> "SPARQL Tutorial"
Query:SELECT ?title WHERE { <http://example.org/book/book1> <http://purl.org/dc/elements/1.1/title> ?title . }
Query Result:
"SPARQL Tutorial"
title
Triple pattern
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Konstruktion eines GraphenData:@prefix foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> . _:a foaf:givenname "Alice" . _:a foaf:family_name "Hacker" . _:b foaf:firstname "Bob" . _:b foaf:surname "Hacker" .
Query:PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> PREFIX vcard: <http://www.w3.org/2001/vcard-rdf/3.0#> CONSTRUCT { ?x vcard:N _:v . _:v vcard:givenName ?gname ._:v vcard:familyName ?fname} WHERE {
{ ?x foaf:firstname ?gname } UNION
{ ?x foaf:givenname ?gname } . { ?x foaf:surname ?fname }
UNION { ?x foaf:family_name ?fname } .
}
Result:@prefix vcard:
<http://www.w3.org/2001/vcard-rdf/3.0#> . _:v1 vcard:N _:x ._:x vcard:givenName "Alice" ._:x vcard:familyName "Hacker" ._:v2 vcard:N _:z ._:z vcard:givenName "Bob" .
_:z vcard:familyName "Hacker" .
<is web> Information Systems & Semantic WebUniversity of Koblenz ▪ Landau, Germany
Semantic Web Anwendungen
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Semantic Web Anwendungen@Koblenz
Ontologien & Semantic
Web
Multimedia
Persönliches Informations-management
Web Services
Peer-to-Peer
Web2.0
Informations-extraktion &
mining
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Halbautomatische Metadatengenerierung
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eScience: Chemistry Journals goes Semantics
Verwendete Vokabulare & Ontologien:
InChI identifier, SMILES string,
CML (Chemical Markup)
Open Biomedical Ontologies: Gene Ontology,
Sequence Ontology,Cell Ontology
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Semantic Web Anwendungen
Ontologien & Semantic
Web
Multimedia
Persönliches Informations-management
Web Services
Peer-to-Peer
Web2.0
Informations-extraktion &
mining
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Steffen [email protected] 32
M-OntoMat Annotizer
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Steffen [email protected] 33
Semantic Web Anwendungen
Ontologien & Semantic
Web
Multimedia
Persönliches Informations-management
Web Services
Peer-to-Peer
Web2.0
Informations-extraktion &
mining
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Mein Dateisystem
2344 Verzeichnisse in meinemArbeitsfolder C:/work
- noch ohne Gruppenwerkzeugewie Subversion / BSCW / Wiki
Standardproblem:Ich benötige für Marburg die Folie zu Semantic Desktop, dieIch mit Thomas diskutiert habe?
<is web>
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:A dns:plays xco:SenderRole:C dns:plays xco:RecipientRole:infObject3 dns:plays xco:Attachment:infObject4 dns:plays xco:Emailbody
Instant Messaging und Email
B A
“Ich bräuchteInformationen zu
Semantic Desktop?”
“Hier ist ein gutesPapier ...”
x-cosim.pdf
..das könnte auch fürDich interessant sein.
Cx-cosim.pdf
:B dns:plays xco:SenderRole:A dns:plays xco:RecipientRole:infObject3 dns:plays xco:TransferredFile:x-cosim.pdf dns:realizes : infObject3
x-cosim.pdf
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Zusätzliche Metadaten
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Semantic Web Anwendungen
Ontologien & Semantic
Web
Multimedia
Persönliches Informations-management
Web Services
Peer-to-Peer
Web2.0
Informations-extraktion &
mining
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Kollaborative Annotierung
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Tagster: Lokale Annotierung mit Tags
select new files + folders to tag
browse personal data with common filebrowser view
type in tags to assign to selected files
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Tagster: Peer-to-Peer Tagging
browse all available tags (includes automatically extracted tags, e.g. path+file)
search by tag browse displayed resources (files)
select additional tags
modify tags directly
<is web> Information Systems & Semantic WebUniversity of Koblenz ▪ Landau, Germany
Semantic Web 2.0
Grundlagen für eine Nutzung von Wissensstrukturierungen von allen für alle
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Mashups
Mashing up bedeutet neue Inhalte oder Dienste durchWiederverwendung oder Neukombination existierenderInhalte zu generieren (vgl. Telefonnummern!).
Beispiele:• Kombination von drei Newsfeeds in einen• Finde „appartment in Mountain View“ und zeige Resultat in
Google Maps
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Mashups und Semantic Web
Dominierendes Mashup-Modell:Hack-and-Hope
Nachteile:Screen-ScrapingKeine Übereinkunft zum Datenmodell
Manchmal gehts nicht anders, aber:Google Web ServiceAmazon Web Service
Dominierendes Semantic Web-Modell:Crawl-Integrate-and-Reason
Nachteile:Daten sind veraltet,Datenintegration erfolgt nicht deklarativ,
sondern durch Programme mit impliziter SemantikMangelnde Skalierbarkeit des einen ServersZugriffsrechte: Nicht alle Daten dürfen kopiert
werdenHerkunft der Daten verschwimmt
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RDF Mashups
Declarative, dynamische Semantische Mashups können die Erzeugung von Mashups erleichtern und mächtiger machen
:DBLP
:NetGraphs dc:creator :Simon:NetGraphs dc:creator :Steffen
:Simon foaf:knows :Steffen:SimonFOAF g:definedBy „CONSTRUCT {:Simon...“
:SimonFOAF
:Simon foaf:name „Simon Schenk“:Simon foaf:currentProject K-Space
:SteffenFOAF
:Steffen foaf:name „Steffen Staab“:Steffen foaf:currentProject K-Space:K-Space foaf:fundedBy :EU
:K-Space foaf:fundedBy :EU
CONSTRUCT {:Simon foaf:knows ?x}FROM DBLPWHERE{?p dc:creator :Simon.?p dc:creator ?x.}
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2 Vernetzte Graphen
:SimonFOAF
:SteffenFOAF
KenntLeute
Die optimistische Person:„Wenn ich jemanden kenne und nichts
weiteres weiß, dann ist die Person weiblich.
Die pessimistische Person:„Wenn ich jemanden kenne und nichts
weiteres weiß, dann ist die Person männlich.
:Steffen hatCoAutor :Andrea
:Steffen hatCoAutor :Andrea
:Andrea :type :female
:Andrea :type :male
:Andrea :type :male
:Andrea :type :female
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Networked RDF Graphs
Im Semantic Web: Rekursion und Negation unvermeidlichLösung: Abbildung der RDF Graphen und SPARQL Anfragen auf Logikprogramme
Evaluation unter der Well-founded SemanticsNicht-monotone Logik mit FixpunktsemantikKonflikte mit OWL Tarski-Semantik
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Lösungen mit RDF Mashups
Dominierendes Mashup-Modell:Hack-and-Hope
Nachteile:Screen-ScrapingKeine Übereinkunft zum Datenmodell
Manchmal gehts nicht anders, aber:Google Web ServiceAmazon Web Service
Dominierendes Semantic Web-Modell:Crawl-Integrate-and-Reason
Nachteile:Daten sind veraltet,Datenintegration erfolgt nicht deklarativ,
sondern durch Programme mit impliziter SemantikMangelnde Skalierbarkeit des einen ServersZugriffsrechte: Nicht alle Daten dürfen kopiert
werdenHerkunft der Daten verschwimmt
Verbesserungen:• Wiederverwendung von Daten (Telefonnummern!) statt Screen-scraping• Sichten aktuell• Datenintegration als Graphdefinition austauschbar• Evaluierung an den Quellen oder Clients möglich• Vernetztes, dynamisches Semantic Web
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Wo kommt das Wissen her? Ist es sicher?
Semantisches und Syntaktisches Web
Realer Anwendungsfall bei Rolls Royce, aber Pseudodaten in der Präsentation
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Wissen aus Bericht
Metawissen zur Herkunft
<is web>
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Wissen aus Bild
Metawissen zur Herkunft
<is web>
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Anfrage durch SPARQL (Networked Graphs)
„Mich interessieren Problemursachen, die mit
dem Teil T5678 zusammenhängen.“
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Verarbeitung durch SPARQL / Networked Graphs
Algebra für SPARQL Algebra für Metawissen
Simultane Ausführung minS1=„T5678“
Ergebnis: das relevante Problem ist Überhitzung, die zu Vibrationen führt. Die Herkunft der Information ist Report01.doc,
die Genauigkeit der Aussage ist 0.9
<is web> Information Systems & Semantic WebUniversity of Koblenz ▪ Landau, Germany
Konklusion
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Semantische Technologien vs. Semantic Web
Semantische TechnologienVerwendet durch die „Early Adopters“
Reif
Deduktive Databanken- Forschung seit den frühen 80ern
Beschreibungslogiken- Forschung seit den späten 70ern
Ontobroker- Forschungsprototypentwicklung seit 1990; kommerziell seit 1999
Viel Wissen über die Integration existierenden Technologien - Datenbanken, begriffliche Modellierung,…
Semantic Web
Forschungsorientiert
Initiale Verwendung in Intra- und Extranets (Elsevier, RSC,…)
Derzeit: Internetapplikationen mit sehr einfachen Ontologien (Dublin Core, RSS, PICS, FOAF,…)
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Die Zukunft des Semantic Web
WWW versus Semantic Web
WWW :=
Hypertext &
Internet &
Social Phenomenon
Semantic Web :=
Semantic Web Language/Data &
Ontologies &
Internet &
Social Phenomenon
OhneSoziales Phänomen
= Intranet
OhneSoziales Phänomen
= Semantische Datenintegration
Neue, wichtige Paradigmen,
aber „weniger“Auswirkungen
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Kernfragen des Semantic Web
Semantische Integration
…alles was mit semantischer Integration, Anfrage, Modellierung zu tun hat..
Soziales, Semantik Web
Neue Paradigmen der Vernetzung, Verknüpfung und Verteilung von Informationen
Benutzerbeiträge auf der Skala des Webs
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Steffen [email protected] 58
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!