Ontologien (aus ISM Kap. 3. Wissensrepräsentation für Texte) Norbert Fuhr

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1 Ontologien (aus ISM Kap. 3. Wissensrepräsentation für Texte) Norbert Fuhr 1 / 23

2 Ontologien Ursprung: semantische Netze aus der künstlichen Intelligenz (1970er) weiterentwickelt als terminologische Logiken, Beschreibungslogiken jetzt populär semantic Web verschiedene Formalismen (Sprachen) OWL: Web Ontology Language Weiterentwicklung von Datenbankschemata und Thesauri: aus Thesauri: Begriffshierarchie, Relationen zwischen Begriffen aus Datenbank-Schemata: Attribute und Beziehungen, Instanzen zu Konzepten, Datentypen 2 / 23

3 Ontologien: Konstrukte Konzepte/Klassen Vererbung Eigenschaften/Relationen Facetten von Eigenschaften Instanzen (Regeln) 3 / 23

4 Konzepte/Klassen Konzepte werden als Klassen aufgefasst Klasse = Menge von Instanzen mit gleichen/ähnlichen Eigenschaften analog zu objektorientierter Programmierung Beispiele: Student als Klasse aller Studenten Reiseziel als Menge aller möglichen Destinationen Information Retrieval als Menge aller möglichen IR-Themen 4 / 23

5 Vererbung analog zu objektorientierter Programmierung Vererbung als Teilmengenbeziehung zwischen Klassen Beispiele: Bachelor-Student und Master-Student als Unterklassen von Student Hiwi als Unterklasse von Student und Mitarbeiter Stadt und Strand als Unterklassen von Reiseziel Klassifikation als Unterklasse von Information Retrieval viele Ontologie-Sprachen erlauben keine Mehrfachvererbung 5 / 23

6 Beispiel-Klassenhierarchie 6 / 23

7 Slots: Eigenschaften/Relationen ein Konzept hat i.d.r. mehrere Slots ein Slot beschreibt entweder eine Eigenschaft bzw. eine Relation Instanzen eines Konzeptes unterscheiden sich in den Werten für die Slots Wert ist entweder von elementarem Datentyp oder einer Klasse Beispiel Student: Eigenschaften: Name: string, Matrikelnr: integer, Semester: integer Relation: studiert Studiengang, hört Vorlesung 7 / 23

8 Beispiel-Properties 8 / 23

9 Facetten von Slots I Domain und Range Domain: Konzepte, bei denen dieser Slot vorkommt Range: Klassen/Datentypen, zu denen die Slot-Werte gehören Bs.: Domain(Name)= {Mitarbeiter,Student}, Range(Name)=string Bs.: Domain(studiert)={Student}, Range(studiert) = Studiengang Kardinalität: Anzahl möglicher Werte für diesen Slot Angabe von minimaler und maximaler Anzahl Bs.: card(name)=(1,1) Bs.: card(studiert)= (1,2) 9 / 23

10 Facetten von Slots II Hierarchien auf Slots Spezialisierung: Instanzen eines spezielleren Slots sind auch Instanzen des generelleren Slots Bs.: hört Pflicht und hört Wahlpflicht als Spezialisierung von hört speziellerer Slot kann bzgl. Domain, Range, und Kardinalität eingeschränkt sein Default-Wert: falls kein expliziter Slot-Wert angegeben wird 10 / 23

11 Slots und Vererbung Unterklasse erbt alle Slots ihrer Oberklasse zusätzlich kann sie weitere Slots haben vererbte Slots können eingeschränkt werden: bzgl. Range: Unterklasse des Range der Oberklasse Bs.: Ingenieurstudent studiert Ingenieurstudiengang bzgl. Kardinalität Bs.: Diplomand: card(hört) = (0,0) speziellerer Slot 11 / 23

12 Instanzen Füllen der Ontologie mit Werten Instanz einer Klasse muss alle Bedingungen der Klasse erfüllen Retrieval = Suche nach Instanzen einer Klasse (mit allen Unterklassen), die zusätzlich bestimmte Wertebedingungen erfüllen Bs.: Ingenieurstudenten mit Zweitstudiengang Bs.: Studenten mit mehr als 8 Semestern, die IR hören 12 / 23

13 Anwendungsbeispiel: heise-preisvergleich Konzepthierarchie 13 / 23

14 Anwendungsbeispiel: heise-preisvergleich Slots und Instanzen 14 / 23

15 YAGO Suche automatisch extrahierter Instanzen aus Wikipedia 15 / 23

16 YAGO Ontology Browser 16 / 23

17 Freebase Manuell erstellte Dokumenten/Faktenbasis: 17 / 23

18 Freebase - Suchergebnis 18 / 23

19 Integration von Fakten- und Web-Suche 19 / 23

20 Fakten-Suche im Web 20 / 23

21 Werkzeuge und Anwendungen Ontologie-Editoren zur Ontologie-Entwicklung überprüfen Widerspruchsfreiheit der Ontologie und Erfüllung der Konsistenzbedingungen von Instanzen Systeme: Protegé: protege.stanford.edu Chimaera: Java Ontology Editor (JOE): Weitere siehe en.wikipedia.org/wiki/ontology editor 21 / 23

22

23 Wiederverwendung von Ontologien Ontologie-Bibliotheken: DAML ontology library: (www.daml.org/ontologies) Ontolingua ontology library (www.ksl.stanford.edu/software/ontolingua/) Protégé ontology library (protege.stanford.edu/plugins.html) Generelle Ontologien: DOLCE Descriptive Ontology for Linguistic and Cognitive Engineering (www.loa-cnr.it/dolce.html) Cyc (www.cyc.com) DMOZ (www.dmoz.org) WordNet (www.cogsci.princeton.edu/ wn/) 23 / 23

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