Hauptseminar-Vortrag: „Ontologien“ Cao Quang Cua

1. Hauptseminar-Vortrag: „Ontologien“ Cao Quang Cua http://home.in.tum.de/~cao/

2. 1. Einleitung • Vorstellung des Themas • Verknüpfung an vorherigen Vorträge • - Kommunikationsfähigkeit zwischen Agenten als Ansatzpunkt für Ontologie • - Einleitung zum Begriff

3. 2. Begriff – Historie und Defintion • 2.1Begriff und Entwicklung: • - Herkunft es Begriffes „Ontologie (aus dem Griechischen „ons – ontos“  das Verb „sein“) • Historie ab dem 17. Jahrhundert für Teildisziplin und Synonym mit Metaphysik verwendet. • Bedeutung in der Philosophie Rolle der Metaphysik in der Philosophie „Scholastik & Rationalität“

4. 3. Theorietypen der klassischen Ontologie • - Theorietypen: • - Theorie vom Ganzen: Was ist ein Ganzes und was macht es zu einem Ganzen? • Theorie der Identität: • zwei Identitäten sind gleich, wenn diese durch gleiche Präsentation dargestellt werden kann. • - Theorie von Abhängigkeit: - rigid dependence - generic dependence - class dependence

5. 4. Konkretisierung und Einführung in die Ontologie 4.1Konkretisierung des Begriffes „Ontologie“ Was ist „Conceptualization“? Eine Konzeptualisation drückt die Bedeutung eines Symbols anhängig von einer Situation, einer Person oder einer Sache aus. Es ist also eine Art Zustandsbeschreibung, mit Hilfe von Objekten und Relationen und stellt eine Vorstufe zur Ontologie dar. Mit Hilfe der Objekte a-e und der Relation auf, über, bei kann man alle Situation dieses Tisches beschreiben

6. 4. Einführung in die Ontologie • 4.2Ontologietypen: • - top level ontology: definiert allgemeine Prinzipien (Zeit, Raum) • domain/tast ontologie: ein Bereich in der Natur oder Naturwissenschaft als Betrachtungsgegenstand • meta ontology: definiert Begriffe und Relationen für zu erstellende Ontologie

7. 4. Ontologien - Definition Tom Gruber (ein KI Spezialist an der Stanford University): "An ontology is an explicit specification of a conceptualization. The term is borrowed from philosophy, where an Ontology is a systematic account of Existence. (…). Thos set of objects, and the describable relationship among them, are reflected in the representational vocabulary with which a knowledge-base program represents knowledge. (…)In such an ontology, definitions associate the names of entities in the universe of discourse (e.g. classes, relations, functions, or other objects) with human-readable text describing what the names mean, and formal axioms that constrains the interpretation and well-formed use of these terms. Formally, an ontology is the statement of a logical theory." Sinngemäß kann man im groben die Definitioin so übersetzen: „eine Ontologie ist eine explizite Konzeptualisation einer Begriffsbildung, der von der Philosophie übernommen ist und wo eine Ontologie ein systematischer Bericht über die Existenz ist. (...) Die Kenntnis von einer Domäne wird in einem deklarativen Formalismus mit den Objekten dargestellt. Mit dieser Art werden Objekte und die beschreibbare Beziehung zwischen ihnen im gegenständlichen Vokabular, womit eine Art Wissen dargestellt werden kann, zum Ausdruck gebracht. (...) Die Ontologie kann durch Definieren eines Satzes gegenständlicher Bedingungen beschrieben werden“

8. 5. Ontologie in der Informatik • Definition in der Informatik: • „An ontology is a computational model • of some portion of the world. It is often • captured in some form of a semantic • network—a graph whose nodes are • concepts or individual objects and • whose arcs represent relationships or • associations among the concepts.” • (Ontologies for Agents – Michael N. Huhns – University of South Carolina & Munidar P. Singh – North Carolina State University)

9. 5. Ontologie in der Informatik • Darstellungsmodel von irgendeinem Ausschnitt aus der Welt. • wird mit semantischem Netzwerk formalisiert • Knoten beschreiben Konzepte oder individuelle Objekte • Kanten repräsentieren die Beziehung oder Assoziation

10. 5. Ontologie - Vorgehensweise • Vorgehensweise bei der Erstellung der Ontologie: • „Brainstorming“ – Geistesblitz zur Sammlung von Begriffen • Festlegung der Betrachtungsansicht (Orientierung nach Gegenstandsschichten oder Funktionen) • Genauere Definitionen der Elemente

11. 5. Ontologie - Beispiel publish house Managers Supporter Authors ... Sandra ... Georg Jim Lerners ... Mike Stephen King Book A Book c Book B Darstellung nach Funktion-Schicht

12. 6. Sinn und Nutzen von Ontologien • Die Ontologien treffen oft 2 Aussagen über Objekte: was es ist und wie es ist. • ermöglichen verschiedenen Nutzergemeinschaften die exakte Benutzung einer Sprache als Informations- oder Kommunikationsmedium zu. • Übertragbarkeit von Wissen

13. 7. Elemente von Ontologien • Ontologien sind üblicherweise in Taxonomien organisiert. Baumstruktur mit mehrfacher Vererbung und disjunkten Unterkategorien • Konzepte ( der Objekte oder Elemente) • Attribute (beschreiben die Konzepte: Integer, String .. - Werte ) • Relationen(Stellen die Beziehungen der Konzepte zueinander dar) • Axiome: Sind allgemeingültige Sätze

14. 7. Elemente von Ontologien Taxonomie: Gesamtstruktur des Verlages (Darstellungsform des Verlages) Konzepte: Managers, Authors, Supports, Bücher (...) Attribute: Namen der Authors; Namen, Preise der Bücher Relationen: Jim Lerners „ist Author von“ Book A usw. Axiome: Hier die einzelnen Definitionen und Aussagen, die den Objekten den Subelementen oder Funktionalitäten zuordnen, z.B: „ein Author ist eine Person, die Bücher verfaßt“

15. 8.1. Erstellung und Validierung • 8.1 Werkzeuge: • OntoEdit Ontologie Engineering System: • Diverse graphische Sichten auf die Ontologiestrukturen • (Konzepte, Relationen, Axiome); durchgehend multilinguale Modellierung • Weitestgehendunabhängig von derRepräsentationssprache durch mächtiges internes Ontologie Modell; • Unterschiedliche Import / Export Filter

16. 8.1. Erstellung und Validierung Ontologie- fenster Screenhot von dem OntoEdit Ontologie Engineering System Attribut- fenster Relations- fenster

17. 8.1. Erstellung und Validierung Screenhoot des Text-To-Onto– Systems: • bietet IDE für die Umsetzung von Texten in Ontologien • Textmanagement ermöglicht relevante Texte auszuwählen, HTML oder natürliche Texte • Für semantische und syntaktische Analyse bietet sich ein Text- Analyser-Prossesor

18. 8.2. Evaluierung von Ontologien • Die Evaluation von Ontologien ist eine schwierige Aufgabe! • Es bietet sich generell 2 Vorgehensweisen: • Applikationsbezogene Evaluation Testen auf Funktionieren der Application • Kreuz-Evaluation von OntologienKreuzevaluation am Beispiel generischer, nichttaxonomischer (nicht baumartige Relationsdarstellung!)

19. 8.2. Evaluierung von Ontologien Beispiel einer Kreuzevalution

20. 8.3. Schwierigkeiten und Probleme I) Lokale Probleme: Konzeptionsprobleme (Vorbereitungsphase): - Abgrenzung des Bereiches - Begriffsbestimmung für die Objekte - Wahl des Repräsentationswerkzeug: Schwierigkeiten in der Erstellungsphase: - präzise Einteilung der Objekte in sub- superclass - korrekte Relationsbildung Die Prüfung auf Richtigkeit – Validierung: - Spezifikation tatsächlich erfüllt? - Ontologie erweiterbar und übertragbar?

21. 8.3. Schwierigkeiten und Probleme • Globale Probleme: • Kulturelle Probleme: • - verschiedenen Sprachen definieren Begriffe anders, • - Nutzen und Zweck der Objekte sind Ort und Kultur unterschiedlich • Unterschiedlichen Terminologien • - Terminologie und Funktion der Objekte sind bei verschiedenen Usergroups unterschiedlich

22. 9. Zusammenhang zwischen Ontologien und Agententechnologie/KI 9.1Zusammenhang zwischen WM mit Ontologien - Daten werden digitalisiert und den Benutzern zugänglich gemacht. - Suchmaschinen verwenden Ontologien-Syntax- Unterschiedliche Interpretation des „Keywords“ - Lösung Verwendung von Ontologien 9.2Verteilung von Wissen - schnelle Verteilung von Wissen an größere Gruppen - Zentral gesteuerte Zugriffe - dezentrale Organisation

23. 9. Zusammenhang zwischen Ontologie und Agententechnologie/KI • 9.3Wiederverwendung von wissen • - Datenspeicherung für zukünftige Datenverkehrsprozesse wichtig! • Daten durch zuverlässige Speichermedien aufbewahren! • - „Intelligente“ Datenorganisation

24. 10. Repräsentation für Ontologien 10.1Herkömmliche Methoden: - Graphische Darstellung mittels Knoten und Kanten publish house Supporter Managers Authors Jim Lerners Stephen King W. Goethe Book A Book c Book B

25. 10. Repräsentation für Ontologien 10.2Knowledge Interchange Format (KIF): - Primär für Kommunikation zwischen Menschen und Computer - Übertragung auf KI-Systemen - Das KIF gehört zur Kategorie der prädikatenlogischen Sprache - KIF ist mit deklarativer Semantik ausgestattet (logische Definitionen) - KIF als Austauschformat zwischen verschiedenen Sprachen

26. 10. Repräsentation für Ontologien 10.3OIL - Darstellung - OSEK Implementation Language - strukturähnliche Sprache wie XML näheres siehe: http://www.ontolknowlegde.org/oil/syntax/standard-OIL/ class-def animal % animals are a class class-def plant % plants are a class subclass-of NOT animal % that is disjoint from animals class-def tree subclass-of plant % trees are a type of plants class-def branch slot-constraint is-part-of % branches are parts of trees has-value tree class-def leaf slot-constraint is-part-of % leafs are parts of branches has-value branch class-def defined carnivore % carnivores are animals . . . subclass-of animal % lions are also animals slot-constraint eats % but they eat herbivores value-type herbivore class-deftasty-plant % tasty plants are plants that subclass-of plant % both herbivores and carnivores slot-constraint eaten-by has-value herbivore, carnivore

27. 10. Repräsentation für Ontologien • 10.4RDF – Darstellung (Resource Description Framework): • RDF ist ein object-attribute-value-triple • Relation-Darstellung: A(O,V) • RDF-Darstellungsmöglichkeit mittels Graphen ([O] - A [V]) Jim Lerners hasName (‘http://www.w3.org/employee/id1321’, ”Jim Lerners”) authorOf (‘http://www.w3.org/employee/id1321’, ’http://www.books.org/ISBN0012515866’) hasPrice (‘http://www.books.org/ISBN0012515866’, “$62”). ’http://www.books.org/ISBN0012515866’ “$62”.

28. 11. KQML Die Knowledge Query Manipualtion Language ML) - KQML ist ein Message-Format und Message-Handling Protokoll - fundamentale Aufgaben: - Funktion als gemeinsame Kommunikationssprache - vermittelt gemeinsames Verständnis der Aus- getauschten Informationen - bietet die Möglichkeit des Austausches

29. noch Frage?

30. Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!