Semantic Web und seine Realisierung mittels RDF

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1 Fachhochschule Ravensburg Weingarten Fachbereich Master Informatik Semantic Web und seine Realisierung mittels RDF Hausarbeit: Informationsmanagement mit XML Lucia Tietz Matrikelnummer Bei: Prof. Dr.-Ing. Silvia Keller (Fachhochschule Ravensburg-Weingarten)

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Inhalt dieser Arbeit Abstract Schlagworte Gliederung dieser Arbeit Grundlagen Die Sprache XML Taxonomien Ontologien Dublin Core Semantic Web Grundlagen zum semantischen Web Einsatzgebiete und Umsetzung Detaillierte Beschreibung des RDF Das RDF-Modell Die RDF-Syntax RDFS Weitere Sprachen DAML OWL Technologien Friend of a Friend Project Description of a Career Zusammenfassung und Ausblick Glossar Abbildungsverzeichnis 32 Literaturverzeichnis 33 1

3 1 Einleitung 1.1 Inhalt dieser Arbeit Abstract Ziel dieser Hausarbeit ist es, das Thema Informationsmanagement mit XML zu behandeln. Im Besonderen wird das Thema Semantic Web betrachtet. Das semantische Web erweitert das bisherige World Wide Web um Beschreibungssprachen, welche die Semantik von Webseiten so festlegen dass sie von Maschinen ähnlich inteligent interpretierbar sind wie von Menschen. Um diesen Effekt zu gewährleisten mussten Sprachen entwickelt werden, welche fähig sind solche Semantiken zu beschreiben. Ebenso gibt es Projekte die sich dieser Sprachen bedienen um verschiedene Beziehungen aufzuzeigen. Diese Hausarbeit behandelt neben Grundlagen über das semantische Web eine ausfürliche Beschreibung der Sprache RDF und Projekte, welche diese Sprache benutzen. Es folgt eine Gliederungsübersicht mit dem Inhalt der Arbeit. 1.2 Schlagworte DAML DOAC Dublin Core FOAF XML XML Schema OIL Ontologie OWL Semantic Web 2

4 1 Einleitung Taxonomie RDF RDFS WWW W3C 1.3 Gliederung dieser Arbeit Diese Hausarbeit gliedert sich wie folgt: In Kapitel 2 auf der nächsten Seite werden Grundlagen besprochen, welche für das weitere Verständnis der Arbeit erforderlich sind. Aufbauend wird das semantische Web im Kapitel 3 auf Seite 11 beschrieben. Auf die Sprache RDF wird im Kapitel 4 auf Seite 13 genau eingegangen und der nötige Wissensstand vermittelt um damit zu arbeiten. Kapitel 5 auf Seite 23 beschreibt einige bekannte Sprachen, welche im Semantic Web verwendet werden. Darauffolgend werden im Kapitel 6 auf Seite 25 zwei Projekte vorgestellt, welche die vorgestellte Sprache zur Implementation benutzen. 3

5 2 Grundlagen 2.1 Die Sprache XML Die Benutzung der Sprache XML verbreitet sich immer weiter bei der Erstellung von größeren Projekten. Oftmals werden Konfigurationsdateien oder sogar kleinere Datenbankanwendungen in XML angefertigt. Die große Verbreitung ist darauf zurückzuführen, dass XML sowohl für Mensch als auch Maschine vergleichsweise einfach zu lesen und zu interpretieren ist. Das Format ist sehr übersichtlich, durch die Möglichkeit eigene Sprachelemente festzulegen, wird das Verständnis gefördert. XML bietet auch die Möglichkeit der syntaktischen Validation, damit können XML-Dateien auf Korrektheit überprüft werden. Aus diesen Gründen sollen einige Dateien des Produkt-Management Systems in der Sprache XML erstellt werden. Zum weiteren Verständnis soll in diesem Abschnitt ein kurzer Überblick über die Sprache XML gegeben werden. Für eine ausführlichere Beschreibung sei auf [BZK01] verwiesen Die Geschichte der XML XML ist die gebräuchliche Abkürzung für Extensible Markup Language, was ins Deutsche übersetzt erweiterbare Auszeichnungssprache bedeutet. Sie gehört also zu den Dokumentauszeichnungssprachen. Häufig wird XML für Webanwendungen eingesetzt, jedoch wird sie mittlerweile auch in allen Gebieten der Text- oder Datenverarbeitung verwendet. Dokumentauszeichnungssprachen In Dokumentauszeichnungssprachen kennzeichnet man gewisse Bestandteile des Dokuments mit spitzen Klammern (< >) so auch in XML. Diese Art von Begrenzungen werden auch Markup-Deklarationen genannt. Innerhalb dieser Kennzeichungen steht der Text des Dokuments Grundbegriffe Ein Dokument in XML kann aus ein oder zwei Teilen bestehen. Am Anfang des Dokuments kann ein Prolog stehen, der die Deklaration enthält, danach folgen 4

6 2 Grundlagen die eigentlichen Daten. Die Deklaration enthält die XML-Version. Sie kann die Codierungsart sowie weitere Informationen beinhalten. <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> Dem XML-Dokument sollte auch eine Doctype-Definition vorangehen, in welcher verankert ist, welche DTD benutzt werden soll. Die DTD wird benötigt, um das XML-Dokument validieren zu können. Auf die Erstellung und Benutzung von DTDs wird im Folgenden näher eingegangen. Elemente und Attribute Elemente werden auch Tags oder Knoten genannt. Jedes XML-Dokument muss einen Wurzelknoten besitzen, welcher die Daten des Dokuments einleitet. Knoten werden mit dem < -Zeichen eingeleitet und enden mit dem > -Zeichen. Diese Knoten können Text oder/und Attribute enthalten. Falls Text enthalten ist, muss ein öffnendes und ein schließendes Tag vorhanden sein. Besitzt ein Knoten keinen Text, wird er auch oft als leeres Element bezeichnet und benötigt kein schließendes Tag. Ein Attribut eines Knotens steht innerhalb der spitzen Klammern des Knotens. Leeres Element: <Element/> Element mit Text: <Element>text</Element> Element mit Attribut und Text: <Element Attribut="wert">Text</Element> Dem Wurzelknoten können weitere Knoten untergeordnet sein. So ergibt sich eine baumartige Struktur. Jeder Knoten mit Ausnahme des Wurzelknotens kann immer nur einen Elternknoten besitzen. Ein Elternknoten kann mehrere Kindknoten besitzen. 5

7 2 Grundlagen Erstellung einer DTD Die Aufgabe der DTD ist es, die Syntax für das XML-Dokument festzulegen. Sie beschreibt die Definition von Elementen, Attributen, Entities und Notationen. Hier wird festgelegt, welche Elemente und Attribute an welcher Stelle des Dokuments gültig sind. Die DTD wird ebenfalls, wie auch das XML-Dokument, mit Hilfe von Markup-Deklarationen beschrieben. In der Dokumenttyp-Deklaration der XML- Datei kann festgelegt werden nach welcher DTD eine Validationsprüfung erfolgen soll. Validieren Ein XML-Dokument kann auf zwei verschiedene Kriterien überprüft werden, auf Wohlgeformtheit und auf Gültigkeit. Die Wohlgeformtheit beschreibt die Verständlichkeit des Markups eines Dokuments. Gültig ist ein Dokument wenn es konform mit der DTD ist welche in der Deklaration des XML-Dokuments steht. Quellen: [BZK01] 2.2 Taxonomien Der Begriff der Taxonomie wird verwandt um Klassifikationen zu beschreiben welche eine Baumstruktur aufweisen. Die Elemente die der Wurzel am nächsten sind, enthalten allgemeine Informationen. An jeder weiteren Verzweigung nimmt auch der Informationsgehalt zu. Die einzelnen Blätter des Baumes enthalten also die spezifischen Informationen über die aufgezeigeten Elemente. Durch diese Art der Beschreibung, lassen sich verschieden tiefe Beziehungen sehr übersichtlich darstellen. Man nutzt Taxonomien, um einfache Semantiken zu beschreiben, die eine monohierarchische Struktur aufweisen. Es gibt verschiedene Taxonomieeditoren welche bei der Erstellung eines Taxonomiebaumes behilflich sein können. Quelle: [Wi07a] 2.3 Ontologien Eine Ontologie kann, im Gegensatz zu bereits bekannten Taxonomien, Wissen in einem formalen System repräsentieren, welches Begriffe und Relationen enthält. Zusätzlich zur Klassifikation enthält eine Ontologie Informationen, wie zum Beispiel Regeln zur Schlussfolgerung und deren Gültigkeit. Eine allgemeine Definition zum 6

8 2 Grundlagen Begriff der Ontologie ist nicht vorhanden, da je nach Autor verschiedene Systeme darunter zusammengefasst werden. Die Verwendungsgebiete erstrecken sich von Informationsystemen über Datenbanksysteme bis hin zur künstlichen Intelligenz. Der bedeutendste Unterschied der Ontologie zur Taxonomie ist der, dass die Ontologie ein Netzwerk von Informationen mit logischen Relationen darstellt, während die Taxonomie eine hierarchische Untergliederung bildet. Somit können mit einer Ontologie wesentlich komplexere Wissensbeziehungen dargestellt werden Aufbau von Ontologien Eine Ontologie modelliert nach einem objektorientierten Konzept einzelne Begriffe, deren Eigenschaften sowie die Beziehungen zwischen diesen Begriffen. Es wird ein Begriff definiert welcher gemeinsame Eigenschaften beschreibt. Begriffe können in einer Struktur mit Ober- und Unterbegriff angeordnet werden. Wie eine Ontologie aufgebaut ist, ist abhängig von ihrer Einsatzbestimmung. Es gibt verschiedene Ansätze zum Prozessablauf beim Aufbau einer Ontologie, auf welche hier aber nicht weiter eingegangen werden soll. Instanzen Eine Instanz repräsentiert ein Objekt in der Ontologie und stellt das zur Verfügung stehende Wissen dar. Relationen Um Instanzen vom gleichen Typ an verschiedene Gegebenheiten anzupassen, werden Relationen verwendet, die Beziehung zwischen den verschiedenen Instanzen beschreiben. Vererbung Vererbung und Mehrfachvererbung von Relationen und Eigenschaften der Begriffe sind möglich. Axiome Axiome sind Aussagen innerhalb der Ontologie, die immer wahr sind. Diese werden normalerweise dazu verwendet, Wissen zu repräsentieren, das nicht aus anderen Begriffen abgeleitet werden kann. 7

9 2 Grundlagen Ontologietypen Es gibt zwei verschiedene Ontologietypen, welche obengenannte Einheiten gruppieren. Diese Typen werden im Folgenden kurz zusammengefasst. lightweight-ontologie Eine lightweight-ontologie beinhaltet Beriffe, Taxonomien und Beziehungen zwischen Begriffen sowie deren Beschreibungen. heavyweight-ontologien Eine heavyweight-ontologie erweitert eine lightweight-ontologie und fügt dieser Axiome und Einschränkungen hinzu, um die Bedeutung einzelner Aussagen in dieser Ontologie klarer zu machen. Quelle: [Wi07b] 2.4 Dublin Core Um Dokumente und Daten im Internet zu beschreiben, wurde ein Metadaten- Schema erstellt, der Dublin Core. Er wurde von der Dublin Core Metadata Initiative (DCMI) festgelegt und nach dem Tagungsort benannt. Er wird zum Beispiel mit XML oder RDF-Dokumenten dargestellt, kann aber auch in HTML-Dokumenten stehen, dort findet man ihn meist im Metadaten-Kontext. Der Dublin Core enthält Beschreibungen für fünfzehn verschiedene Elemente, welche im Folgenden einzeln beschrieben werden. Alle Elemente sind optional, die Reihenfolge ist beliebig Identifier Um das Dokument nach einem passenden Katalog zu identifizieren, benötigt man den Identifier. Verschiedene Kataloge können sein: SBN/IssN, URL/PURL, URN oder DOI Format Die Angabe über das Format gibt Auskunft darüber, womit das Dokument erstellt wurde und womit es weiterverarbeitet werden kann. 8

10 2 Grundlagen Type Mit Angabe des Typs wird die Art des Dokumentes angegeben, sie kann durch Nennung einer URI aus dem DMCI Type Vocabulary erfolgen Language Hier wird die Sprache in welcher das Dokument verfasst wurde angegeben Title Titel des Dokuments. Es können auch alternative Titel sowie Übersetzungen des Titels angegeben werden Subject Thema des Dokumentes. Das Thema wird mit Wörtern beschrieben die sich gut für die Suche eignen. Diese Schlagwörter können einem formalen Klassifikationsschma folgen Coverage Durch diesen Parameter kann das Dokument einen Bereich eingrenzen, welchen es inhaltlich abdeckt. Dieser Bereich kann sowohl räumlich/örtlich, zum Beispiel durch Koordinaten, als auch zeitlich in Zahlen angegeben werden Description Eine kurze Zusammenfassung des Inhalts des Dokuments in freiem Text kann hier enthalten sein Creator Hier wird der Name der letzten Person, welche das Dokument bearbeitet hat eingetragen, dies kann auch der Urheber sein Publisher Name der veröffentlichenden Instanz, typischerweise der Verleger oder Herausgeber. 9

11 2 Grundlagen Contributor Name einer Person, welche ebenfalls zur Erstellung des Dokumentes einen Beitrag geleistet hat Rights Information über die Rechte unter welchen das Dokument veröffentlicht wurde, sowie Lizenzbedingungen Source Verweist auf ein Dokument von welchem dieses Dokument abgeleitet wurde Relation Verweist auf ein Dokument mit welchem dieses Dokument in einer Beziehung steht Date Ein wichtiges Datum im Zusammenhang mit der Entwicklung des Dokumentes, zum Beispiel das Entstehungsdatum. Quelle: [Wi07c] 10

12 3 Semantic Web 3.1 Grundlagen zum semantischen Web Das semantische Web stellt zu den bereits vorhandenen Entwicklungen einen neuartigen Stand in der Geschichte des World Wide Web dar. Zu den bereits vorhandenen Methoden Wissen zu repräsentieren wird die Möglichkeit hinzugefügt, Wissen im Zusammenhang mit logischen Beziehungen darzustellen. Dies können Fakten, Sachverhalte sowie Regeln oder Geschäftsprozesse sein. Im Gegensatz zu Menschen besaß das World Wide Web in der vorhergehenden Form nicht die Möglichkeit, sich gespeichertes Wissen sinnvoll zunutze zu machen, da alle Webseiten verschieden aufgebaut sind und keine Relationen untereinander beschrieben sind. Es besteht keine Verbindung von gewissen Schlagwörtern mit Regelwerken, Lexika oder sonstigen gespeicherten Inhalten, welche dem Menschen helfen, neuartige Sachverhalte zu begreifen und zu verbinden. Aus diesem Grund war es Automaten vor der Einführung des semantischen Web nicht möglich, seitenübergreifend Wissen und Informationen zu interpretieren und darauf Entscheidungen zu fällen. Um dies zu tun würden sie logische Zusammenhänge der zugrunde liegenden Begriffe benötigen. Das semantische Web ist ein neues Konzept der Wissenserepräsentation das logische Zusammenhänge mit semantischen Sprachen darstellt. Es werden Wissensbereiche, Beziehungen sowie Eigenschaften oder auch Ableitungen solcher Bereiche dargestellt und auf einer semantischen Ebene verknüpft. Um diese Art der Wissensrepräsentation zu ermöglichen, werden verschiedene Bereiche anderer wissenschaftlicher Felder miteinbezogen. Logik wird benötigt um die formale Struktur bereitzustellen und daraus Rückschlüsse bilden zu können, andernfalls ist die Repräsentation unklar, da nicht überprüft werden kann, ob Aussagen überflüssig, redundant oder inkonsistent sind. Ontologien werden benötigt um Objekte zu definieren die im beteffenden Umfeld existieren. Ohne sie können Aussagen nicht klar ausformuliert werden. Weiterhin muss die Wissensbasis berechenbar sein, da weder Logik noch Ontologien auf einem Computersystem implementiert werden können, ohne berechenbar zu sein. Quellen: [Wi07a], [ZD03] 11

13 3 Semantic Web 3.2 Einsatzgebiete und Umsetzung Beim semantischen Web nutzt man diese Wissensrepräsentation vor allem um Probleme in der Automatisierung der Arbeitsabläufe zwischen verschiedenen Webseiten zu lösen. Dies gelingt durch die Beziehungen, welche die hierfür entwickelten Ontologiesprachen aufstellen. Es kann zum Beispiel dafür genutzt werden, Beziehungen zwischen Webseiten aufzustellen, das dort repräsentierte Wissen kann ebenfalls genutzt werden. Diese Art des Einsatzes erleichtert Suchanfragen und erweitert sie so, dass sie weit über ein Fachgebiet hinausreichen. Beispielsweise ist es mit der Technologie des semantischen Web möglich, eine Reise komplett zu planen und diese mit dem eigenen Terminkalender abzustimmen, ohne mehr als eine Webseite zu benötigen. Dieses Webportal kann alle Daten zu Flügen, Hotels von anderen Webseiten sowie dem Terminkalender beziehen und so selbst durch die beschriebenen semantischen Zusammmenhänge die optimale Reise zusammenstellen. Man kann in der Theorie sogar soweit gehen, dass besondere Vorlieben des Reisenden semantisch beschrieben werden und so das Freizeitangebot der Reise durch das gleiche Portal geplant werden. Bisher wurden Webseiten meist in den Sprachen HTML oder XML ausformuliert. Beide Sprachen bieten aber nicht die Möglichkeiten Beziehungen zwischen der eigenen und fremden Seiten darzustellen wie sie für ein oben genanntes Webportal benötigt würden. Gerade bei XML unterliegt der Entwickler der Freiheit, seine Knoten selbst zu benennen, was zur Folge hat, dass keine Beziehungen zwischen gleich benannten Knoten anderer Webseiten hergestellt werden können. Aus diesem Grund wurden verschiedene Sprachen entwickelt, um semantische Wissensrepräsentationen zu realisieren. Die wohl am meisten verbreiteten dieser Sprachen sind RDF, auf welche im folgenden Kapitel näher eingegangen werden soll, sowie OWL welches in der Arbeit von Manuel Kaess [MK07] ausführlich beschrieben wird. Weitere Sprachen werden ebenfalls kurz erklärt. Quellen: [Wi07a], [ZD03], [MK07] 12

14 4 Detaillierte Beschreibung des RDF Da das World Wide Web für menschliche Belange entwickelt wurde, sind alle Daten zwar maschinen-lesbar, aber nicht verständlich für Maschinen. Aus diesem Grund ist es schwer, Vorgänge im Web zu automatisieren. Deshalb verwendet man Metadaten um Daten innerhalb des Webs zu beschreiben. Metadaten sind Daten die über den Daten stehen welche für den Benutzer angezeigt werden. Das Resource Description Framework, kurz RDF, ist eine Basis um diese Daten zu verarbeiten. Es stellt funktionsübergreifende Mechanismen zur Verfügung wie maschinenlesbare Daten zwischen Anwendungen ausgetauscht werden können. Dadurch stellt es verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung um Resourcen aus dem Web automatisch zu verarbeiten. RDF kann in verschiedenen Bereichen genutzt werden, zum Beispiel in der Forschung um Such-Engines zu verbessern, oder um Beziehungen zwischen Webseiten zu beschreiben, damit so mit intelligenten Werkzeugen Wissen ausgetauscht werden kann. Im Folgenden soll die Benutzung von RDF näher beschrieben werden. Sie basiert auf der XML-Syntax und ermöglicht es, Semantiken in XML darzustellen. 4.1 Das RDF-Modell Das RDF-Modell kennt drei Objekttypen: Ressourcen, Eigenschaftselemente und Objekte. RDF-Tripel werden aus jeweils einem dieser drei Objekttypen gebildet. Oft spricht man bei dieser Kombination auch von Subjekt, Prädikat und Objekt. RDF macht eine Aussage (Statement) über ein bestimmtes Objekt innerhalb einer Domäne. Ein RDF-Modell ist demnach immer eine Samlung solcher Statements und verknüpft sich dadurch zu einem Netzwerk. Im Folgenden werden die Bestandteile der RDF-Tripel näher erklärt: Ressourcen (Subjekte) Ressourcen beinhalten alle Einheiten, welche durch RDF-Ausdrücke beschrieben werden. Darunter fallen einzelne Webseiten, Sammlungen von Webseiten, als auch Objekte ausserhalb des World Wide Web. Eine Ressource muss eine eindeutige Bezeichnung enthalten, dies kann durch Angabe einer 13

15 4 Detaillierte Beschreibung des RDF URI geschehen. In der grafischen Darstellung werden Ressourcen durch eine Ellipse symbolisiert. Eigenschaftselemente (Prädikate) Eigenschaftselemente erläutern die Ressource zu welcher sie zugeordnet sind. Ebenfalls wird durch sie die Verbindung von einer Ressource zu einem Objekt hergestellt. Eigenschaftselemente werden in der grafischen Darstellungsform als Gerade gezeichnet, diese verbindet die Ressource und ihren Wert. Objekte Objekte beschreiben den Werte einer Ressource. Es existieren verschiedene Ansätze zur Darstellung von Objekten. Die einfachste Art stellen Literale dar, weil sie lediglich einen Wert zugeordnet bekommen. Literale werden in der grafischen Modellierung als Rechtecke dargestellt. Desweiteren kann ein Objekt eine weitere Ressource oder eine leere Ressource sein, da Ressourcen auf weitere Ressourcen verweisen können, um Redundanzen zu vermeiden. Leere Ressourcen werden verwendet, um deutlich zu machen, dass eine Ressource noch nicht existiert, aber später hinzukommen kann. Literale hingegen müssen immer Werte enthalten. Abbildung 4.1: RDF-Graph 1 Abbildung 4.2: RDF-Graph 2 14

16 4 Detaillierte Beschreibung des RDF 4.2 Die RDF-Syntax Das oben genannte RDF-Daten-Modell stellt mit seinem abstrakten Framework Möglichkeiten bereit, um Metadaten zu beschreiben und konzeptionieren. Man benötigt eine konkrete Syntax um diese Metadaten zu erstellen und auszutauschen. RDF nutzt XML als Syntax. Im folgenden wird ein Überblick über die grundlegend wichtigen syntaktischen Elemente gegeben, die für die Erstellung eines ersten RDF- Dokuments benötigt werden. <?xml version="1.0"?> <RDF> <Description about=" <author>jan Egil Refsnes</author> <homepage> </Description> </RDF> Alle RDF-Statements müssen nach dem Schema Subjekt, Prädikat, Objekt erfolgen. Das oben genannte Beispiel erzeugt folgende Aussage: Der Autor der Webseite ist Jan Egil Refsnes. Das Subjekt der Aussage ist: Das Prädikat ist: Author Das Objekt ist: Jan Egil Refsnes Analog hierzu kann die Zeile homepage ausgewertet werden. Im nachfolgenden Beispiel werden einige Daten zu Musik-CDs aufgelistet: <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:cd=" <rdf:description rdf:about=" Burlesque"> <cd:artist>bob Dylan</cd:artist> <cd:country>usa</cd:country> <cd:company>columbia</cd:company> 15

17 4 Detaillierte Beschreibung des RDF <cd:price>10.90</cd:price> <cd:year>1985</cd:year> </rdf:description> <rdf:description rdf:about=" your heart"> <cd:artist>bonnie Tyler</cd:artist> <cd:country>uk</cd:country> <cd:company>cbs Records</cd:company> <cd:price>9.90</cd:price> <cd:year>1988</cd:year> </rdf:description>... </rdf:rdf> In der ersten Zeile des RDF-Dokuments steht, wie bei XML auch immer der Wurzelknoten </rdf:rdf>. In diesem Fall werden im Wurzelknoten auch die Namespaces definiert. Das <rdf:description> Element beinhaltet die Beschreibung der Resource im rdf:about Attribut. Die Elemente: <cd:artist>, <cd:country>, <cd:company>, etc. sind Eigenschaften der Resource Das <rdf:rdf> Element Wie bereits erwähnt ist das <rdf:rdf> Element der Wurzelknoten eines RDF Dokumentes. Ausserdem beinhaltet er die Referenz zu den verwendeten Namespaces. <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" Description goes here. </rdf:rdf> Das <rdf:description> Element Das <rdf:description> Element identifiziert eine Resource mit dem about-attribut. 16

18 4 Detaillierte Beschreibung des RDF <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:cd=" <rdf:description rdf:about=" Burlesque"> <cd:artist>bob Dylan</cd:artist> <cd:country>usa</cd:country> <cd:company>columbia</cd:company> <cd:price>10.90</cd:price> <cd:year>1985</cd:year> </rdf:description> </rdf:rdf> Die Elemente: artist, country, company, price und year sind im Namespace definiert, welcher ausserhalb von RDF definiert ist. RDF definiert nur den Rahmen. Die Inhalte sowie der Namespaces müssen an anderer Stelle definiert werden Eigenschaften als Attribute Eigenschaften können auch als Attribute anstatt Elemente definiert werden. Sie stehen dann alle im <rdf:description> Tag. <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:cd=" <rdf:description rdf:about=" Burlesque" cd:artist="bob Dylan" cd:country="usa" cd:company="columbia" cd:price="10.90" cd:year="1985" /> </rdf:rdf> Eigenschaften als Ressourcen Eigenschaftselemente können ebenfalls als Ressourcen definiert werden: <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf 17

19 4 Detaillierte Beschreibung des RDF xmlns:rdf=" xmlns:cd=" <rdf:description rdf:about=" Burlesque"> <cd:artist rdf:resource=" />.... </rdf:description> </rdf:rdf> Im oben aufgeführten Beispiel hat die Eigenschaft artist keinen Wert, aber eine Referenz zu einer Ressource, welche Informationen über den Artist enthält RDF Container Elemente Die folgenden Beispiele beschreiben Wertelisten die in Containern vorgehalten werden. Die einzelnen Elemente dieser Listen werden Member genannt. Das <rdf:bag> Element Das <rdf:bag> Element enthält untergeordnete Informationen, es kann mehrfach verwendet werden. <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:cd=" <rdf:description rdf:about=" <cd:artist> <rdf:bag> <rdf:li>john</rdf:li> <rdf:li>paul</rdf:li> <rdf:li>george</rdf:li> <rdf:li>ringo</rdf:li> </rdf:bag> </cd:artist> 18

20 4 Detaillierte Beschreibung des RDF </rdf:description> </rdf:rdf> Das <rdf:seq> Element Das <rdf:seq> Element wird benutzt, um Elemente zu gruppieren, die geordnet werden müssen. Dies kann zum Beispiel eine alphabetische Reihenfolge sein. Es kann duplizierte Elemente enthalten. <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:cd=" <rdf:description rdf:about=" <cd:artist> <rdf:seq> <rdf:li>george</rdf:li> <rdf:li>john</rdf:li> <rdf:li>paul</rdf:li> <rdf:li>ringo</rdf:li> </rdf:seq> </cd:artist> </rdf:description> </rdf:rdf> Das <rdf:alt> Element Das <rdf:alt> Element wird benutzt um alternative Werte anzugeben. Der Benutzer kann einen dieser werte auswählen. <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:cd=" <rdf:description rdf:about=" <cd:format> <rdf:alt> 19

21 4 Detaillierte Beschreibung des RDF <rdf:li>cd</rdf:li> <rdf:li>record</rdf:li> <rdf:li>tape</rdf:li> </rdf:alt> </cd:format> </rdf:description> </rdf:rdf> Das <rdf:parsetype= Collection > Attribut Collections können im Gegensatz zu den vorhergegangenen Containern nur Elemente verwalten, die ausschließ lich angegeben wurden, hier sind keine alternativen Werte erlaubt. Eine Collection wird durch das Attribut <rdf:parsetype= Collection > beschrieben. <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:cd=" <rdf:description rdf:about=" <cd:artist rdf:parsetype="collection"> <rdf:description rdf:about=" <rdf:description rdf:about=" <rdf:description rdf:about=" <rdf:description rdf:about=" </cd:artist> </rdf:description> </rdf:rdf> Quellen: [W3School], [W3a], [W3b], [W3c], [W3d], [W3e], [W3f] 4.3 RDFS RDF beschreibt Ressourcen mit Klassen, Eigenschaften und Werten. Zusätzlich benötigt RDF applikationsspezifische Klassen und Eigenschaften. Diese müssen durch Erweiterungen zu RDF definiert werden. Eine dieser Erweiterungen ist RDFS. 20

22 4 Detaillierte Beschreibung des RDF RDFS bedeutet Resource Description Framework Schema und wird bei RDF zur Definition eines speziellen Dokumententyps verwendet. Eies erfolgt analog wie bei XML zu einer DTD. Um die von RDF formulierten Aussagen zu interprätieren, benötigt man Ontologien, wie zum Beispiel den Dublin Core. Diese werden von RDFS festgelegt und beschrieben. Das RDF-Schema definiert das Vokbular für eine bestimmte Domäne. Zusätzlich können alle in der Domäne vorkommenden Ressourcen, deren Eigenschaften und Relationen untereinander durch Beziehungen verknüpft werden. Es werden so also einfache Ontologien formalisiert. Um eine primitive Ontologie mit RDFS festzulegen, benötigt man folgende Schlüsselworte: Klassen: Class: dient dazu, abstrakte Objekte beziehungsweise Klassen festzulegen. Resource: ist eine besondere Art der Klasse, zu der jede Instanz in einem RDF-Modell gehört. Property: bezeichnet die Basisklasse der Eigenschaften, welche wiederum eine Unterklasse von Resource ist. Literal: bezeichnet die Klasse für Zeichenketten. Eigenschaften: subclassof: Eine transitive Eigenschaft zur Festlegung von Vererbungshierarchien von Klassen. subpropertyof: Eine transitive Eigenschaft zur Festlegung von Vererbungshierarchien von Eigenschaften. domain: bestimmt den Anwendungsbereich einer Klasse. range: legt den Wertebereich fest. In folgendem Beispiel ist die Ressource horse eine Unterklasse der Klasse animal. <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf= " xmlns:rdfs=" xml:base= " 21

23 4 Detaillierte Beschreibung des RDF <rdf:description rdf:id="animal"> <rdf:type rdf:resource=" </rdf:description> <rdf:description rdf:id="horse"> <rdf:type rdf:resource=" <rdfs:subclassof rdf:resource="#animal"/> </rdf:description> </rdf:rdf> Quellen: [Wi07g], [W3d] 22

24 5 Weitere Sprachen Wie in den vorhergehenden Kapiteln schon beschrieben, wurden verschiedene Beschreibungssprachen entwickelt um Semantiken maschinenlesbar zu machen. Hier eine kleiner Ausschnitt über die Sprachen, die neben RDF noch häufig verwendet werden. 5.1 DAML DAML bedeutet DARPA Agent Markup Language und bezeichnet eine Auszeichnungssprache. Sie wurde entwickelt um zu den bereits vorhandenen Inhalten von Webseiten auch deren Bedeutungen und Beziehungen zu anderen Webseiten oder Ressourcen darzustellen. DAML ist als eine Erweiterung der Sprachen XML und RDF entwickelt worden, da XML nur begrenzte Möglichkeiten aufweißt, um Abhängigkeiten von Inhalten darzustellen. Die Sprache wurde weiterentwickelt und wird heute hauptsächlich mit OIL (Ontologie Inference Layer) verwendet. OIL stellt eine webbasierte Auszeichungssprache dar und verbindet ein rahmenbasiertes System mit der Beschreibungslogik von DAML. Quellen: [Wi07d], [Wi07e], [Wi07f] 5.2 OWL Mit der Web Ontology Language, kurz OWL, können Terme einer Domäne und deren Beziehungen formal beschrieben werden, so dass auch Software die Zusammenhänge verstehen und verarbeiten kann. OWL basiert auf der RDF- Syntax und ist bedeutend mächtiger als RDF-Schema. Es gibt in OWL weitere Sprachkonstruckte mit welchen man Ausdrücke die der Prädikatenlogik ähnlich sind, zu formulieren. Es werden Klassen, Eigenschaften und Instanzen unterstützt. Klassen können Eigenschaften besitzen, Instanzen sind Entitäten einzelner oder mehrerer Klassen. Es gibt drei Versionen in welche sich die Web Ontology Language gliedert: 23

25 5 Weitere Sprachen OWL Lite: Eine leicht zu implementierende Untermenge von OWL, mit der einfache Taxonomien und Ontologien erstellet werden können. Weiterführende Sprachkonstrukte sind hier nicht vorhanden. OWL DL (description logic): Eine Sprachebene vergleichbar mit DAML+OIL. Durch die vorhandene Beschreibungslogik kann man mit ihr Pradikatenlogiken erster Stufe erstellen. OWL Full: Umfasst alle verfügbaren Sprachkonstrukte ohne jegliche Einschränkungen. Es können Prädikatenlogiken höchsten Grades erstellt werden. Jedoch erfolgt keine Überprüfung, was zu Widersprüchen in den Semantiken führen kann. Quellen: [Wi07g], [MK07] 24

26 6 Technologien Auf der Idee des Semantischen Webs basieren heute einige neue Technologien, zwei dieser Technologien werden im Folgenden gesondert vorgestellt. 6.1 Friend of a Friend Project Es gibt im World Wide Web mittlerweile verschiedene Technologien um zwischenmenschliche Beziehungen darzustellen. Da die Idee des Semantischen Webs dafür sehr geeignet ist, wurde das Friend of a Friend Project (FOAF) entwickelt. In diesem Projekt beschreiben bereits Tausende von Menschen ihr Leben, welches sich durch die RDF basierte Technologie leicht über Homepages verknüpfen lässt. Es können dort Menschen sowie Informationen und auch Orte, mit denen spezielle Personen in Verbindung stehen, verknüpft werden. Die Idee dahinter ist simpel und beschränkt sich darauf, personenbezogene Daten für Maschinen einfach lesbar zu machen. FOAF spezifiziert hierfür ein auf XML-Syntax basierendes RDF-Dokument. Es folgt ein FOAF Beispiel, das die Person Jimmy Wales beschreibt. <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:foaf=" xmlns:dc=" xmlns:rdfs=" <!-- Informationen zu einer Person: --> <foaf:person xml:lang="en"> <!-- Name: --> <foaf:name>jimmy Wales</foaf:name> <!-- -Adresse: --> <foaf:mbox rdf:resource="mailto:jwales@bomis.com"/> <!-- private Webseite: --> <foaf:homepage rdf:resource=" 25

27 6 Technologien <!-- Nickname: --> <foaf:nick>jimbo</foaf:nick> <!-- Foto: --> <foaf:depiction rdf:resource=" Jimbo_Wales_in_France_cropped.jpg" /> <!-- Die Person ist interessiert an folgenden Themen: --> <foaf:interest> <!-- Wikipedia-Website --> <rdf:description rdf:about=" <dc:title>wikipedia, The Free Encyclopedia</dc:title> </rdf:description> </foaf:interest> <!-- Die Person kennt folgende andere Personen: --> <foaf:knows> <!-- Informationen zu einer anderen Person: --> <foaf:person> <foaf:name>angela Beesley</foaf:name> </foaf:person> </foaf:knows> </foaf:person> </rdf:rdf> Es gibt Plattformen, welche die FOAF Syntax nutzen, das wohl bekannteste Beispiel hierfür bietet die Plattform Blogscout ( Quellen: [Wi07j], [ED02], [BM07] 26

28 6 Technologien 6.2 Description of a Career Description of a Career, kurz DOAC, wurde entwickelt um die professionellen Kapazitäten von Mitarbeitern zu beschreiben. Es wurde designed um mit dem Europäischen Curriculum kompatibel zu sein und enthält Informationen über Ausbildung, Arbeitserfahrung, Publikationen oder welche Sprachen die Person spricht. Auch andere Fertigkeiten können mitgeteilt und von DAOC verarbeitet werden. <foaf:person> <foaf:name>ramon Antonio Parada</foaf:name> <foaf:mbox rdf:resource="mailto:rap@ramonantonio.net" /> <foaf:homepage rdf:resource=" /> <doac:experience> <doac:workexperience> <doac:title>website Mantainer</doac:title> <doac:organization>equus Zebra</doac:organization> <doac:start-date> </doac:start-date> <doac:end-date> </doac:end-date> </doac:workexperience> </doac:experience> <doac:education> <doac:degree> <doac:title>systems Engineer</doac:title> <doac:organization>university of a Corunha</doac:organization> <doac:start-date> </doac:start-date> <doac:end-date> </doac:end-date> </doac:degree> </doac:education> <doac:skill> <doac:languageskill> <doac:language>es</doac:language> <doac:reads rdf:resource=" 0.1/#nativelevel"/> <doac:writes rdf:resource=" 0.1/#nativelevel"/> 27

29 6 Technologien <doac:speaks rdf:resource=" 0.1/#nativelevel"/> </doac:languageskill> </doac:skill> <doac:skill> <doac:languageskill> <doac:language>en</doac:language> <doac:reads rdf:resource=" 0.1/#highlevel"/> <doac:writes rdf:resource=" 0.1/#highlevel"/> <doac:speaks rdf:resource=" 0.1/#highlevel"/> </doac:languageskill> </doac:skill> </foaf:person> Im Folgenden wird auf die einzelnen Elemente der Beschreibungssprache näher eingegangen <doac:experience> Hier wird die Arbeitserfahrung der Person beschrieben. Sie wird gegliedert in Titel, Organisation, Arbeitszeitraum, Aktivitäten und besetzte Positionen <doac:education> Education beschreibt die Ausbildung einer Person, die diese gerade ablegt oder schon abgelegt hat. Die Ausbildungsklasse setzt sich aus Titel der gewonnenen Qualifikation, der Organisation wo sie diese erreicht hat, Studienzeitraum, Fach und Klassifizierungslevel zusammen <doac:language> Die Language Klasse beschreibt die Fähigkeiten der Person verschiedene Sprachen zu lesen, schreiben oder zu sprechen. Quellen: [Wi07i], [RAP06] 28

30 7 Zusammenfassung und Ausblick Aufgrund der unüberschaubaren Angebote im World Wide Web wurde die Frage nach einem semantischen Web gestellt. Es wuchs das Interesse, Arbeitsabläufe zwischen verschiedenen Webseiten zu automatisieren und Webseiten maschinenverständlich zu machen. Diese Arbeit schafft einen Einblick in die Entwicklung des semantischen Web und zeigt Einsatzmöglichkeiten auf. Neben den positiven Aspekten wird aber auch Kritik an der Entwicklung und dem Einsatz der neuen Technologien laut. Dies resultiert vor allem daraus, dass Standards entwickelt wurden an welche sich gehalten werden muss, damit der Gedanke vom semantischen Web funktionieren kann. Weiterhin müsste eine Umstellung aller Seiten erfolgen um deren Daten semantisch zu beschreiben, was einen immensen Arbeitsaufwand für viele Firmen bedeuten würde. Ebenfalls gibt es keine zentrale Stelle an der die grundlegenden Ontologien verwaltet, oder auf Richtigkeit und Gültigkeit überprüft werden. Der Einsatz von solchen zur Verfügung gestellten Ontologien ist also nicht sicher. Weiterhin findet keine Überprüfung auf Redundanz schon vorhandener Ontologien statt. Dies können Gründe dafür sein, dass das semantische Web fast ausschließlich in offenen oder wissenschaftlichen Projekten zu finden ist. Prognosen stehen dem semantischen Web daher ebenfalls kritisch gegenüber. 29

31 7.1 Glossar Begriff DOAC DAML+OIL Dublin Core FOAF Ontologie OWL OWL DL OWL Full OWL Lite RDF RDF Schema Erklärung Description of a Career Ein mit RDF verfasstes Projekt um Lebensläufe darzustellen. DARPA Agent Markup Language: Erweiterung von RDFS mit Zielsetzung eine ausdrucksstärkere und an den Anforderungen des Semantic Web ausgerichtete Ontologiesprache zu erzeugen. Die Dublin Core Metadata Initiative befasst sich mit der Annotation von Webseiten mit zusätzlicher Information wie Autor, Titel, etc. Friend of a Friend Ein mit RDF verfasstes Projekt um Menschen und deren Beziehungen darzustellen. Zur Darstellung komplexer Wissensbeziehungen wird in der Informatik der Begriff Ontologie verwendet. Kürzel für die Web Ontology Language, eine vom W3C erarbeitete und zum Standard empfohlene Programmier- Sprache für semantische Internetseiten. Eine der drei Formen von OWL. Mit mittlerem Umfang. OWL Form mit dem vollständigen Sprachumfang. Die OWL Form mit dem geringsten Sprachumfang. Ressource Description Framework RDF ist ein XML-basierter Standard zur Beschreibung von Ressourcen im Internet, Intranet und Extranet. Ressource Description Framework Schema (RDFS) dient zum Erstellen von Vokabularen, die Gruppen verwandter RDF-Ressoucen und deren Beziehungen beschreiben.

32 7 Zusammenfassung und Ausblick Begriff Semantic Web Taxonomie W3C WWW XML XML Schema Erklärung bezeichnet das WWW in einer für Maschinen interprätierbarer Form. Als Taxonomie werden Klassifikationen bezeichnet, die eine hierarchische Struktur aufweisen. Das World Wide Web Consortium berät und forscht in Bereichen der Entwicklung des Internet und verabschiedet Standards. steht für World Wide Web und bezeichnet das Internet wie wir es heute kennen. Die extensible Markup Language ist ein Standard zur Modellierung von strukturierten Daten in Form einer Baumstruktur. XML Schema ist eine Empfehlung des W3C zum Definieren von XML-Dokumentstrukturen. 31

33 Abbildungsverzeichnis 4.1 RDF-Graph RDF-Graph

34 Literaturverzeichnis [BM07] [BZK01] FOAF Vocabulary Specification 0.9. Friend of a Friend Project, Dan Brickley, Libby Miller, 24. Mai URL XML - Teil 1 / Grundlagen. Fernuniversität Hagen, Bärbel Bornemann, Janine Czubak, Klaus Knörzer, URL [ED02] XML Watch: Finding friends with XML and RDF. Edd Dumbill, 01. Juni URL /xfoaf.html [MK07] Semantic Web. Manuel Kaess, [RAP06] DOAC Vocabulary Specification. Descritption of a Career Project, Ramon Antonio Parada, 08. Juli URL [W3School] RDF Übersicht. W3 Schools. URL rdf/rdf rules.asp [W3a] RDF Primer. W3 Consortium. URL [W3b] RDF Concepts. W3 Consortium. URL TR/rdfconcepts [W3c] [W3d] [W3e] RDF Syntax and Grammar. W3 Consortium. URL TR/rdfsyntaxgrammar RDF Schema. W3 Consortium. URL RDF MT. W3 Consortium. URL [W3f] RDF Testcases. W3 Consortium. URL /rdftestcases [Wi07a] Semantisches Web. Wikipedia, die freie online Enzyklopädie. URL de.wikipedia.org/wiki/semantic Web 33

35 Literaturverzeichnis [Wi07b] [Wi07c] [Wi07d] [Wi07e] [Wi07f] [Wi07g] Ontologie. Wikipedia, die freie online Enzyklopädie. URL wikipedia.org/wiki/ontologie Inf ormatik Dublin Core. Wikipedia, die freie online Enzyklopädie. URL wikipedia.org/wiki/dublin Core DAML. Wikipedia, die freie online Enzyklopädie. URL wikipedia.org/wiki/daml OIL. Wikipedia, die freie online Enzyklopädie. URL org/wiki/oil DAML plus OIL. Wikipedia, die freie online Enzyklopädie. URL de.wikipedia.org/wiki/daml plus OIL Web Ontology Language. Wikipedia, die freie online Enzyklopädie. URL Ontology Language [Wi07h] RDFS. Wikipedia, die freie online Enzyklopädie. URL wikipedia.org/wiki/rdfs [Wi07i] [Wi07j] [ZD03] Description of a Career. Wikipedia, die freie online Enzyklopädie. URL of a Career Friend of a Friend. Wikipedia, die freie online Enzyklopädie. URL de.wikipedia.org/wiki/foaf Semantisches Web: Das bringt das Netz der Zukunft. ZDNet.de, Ulrike Ostler, Hermann Gfaller und Dietmar Müller, 6. August URL 34