Semantic Web. Blog zur Vorlesung:

Transkript

1 Semantic Web Vorlesung Dr. Harald Sack Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik Universität Potsdam Wintersemester 2008/09 Blog zur Vorlesung:

2 Semantic Web - Vorlesungsinhalt 2 1. Einführung 2. Die Sprachen des Semantic Web 3. Wissensrepräsentation 4. Web of Trust 5. Ontology Engineering 6. Semantic Web Anwendungen

3 3 Semantic Web Architecture User Interface & Application Trust Proof Unifying Logic Query: SPARQL Ontology (OWL) RDFS Rule: RIF Crypto Data interchange: RDF XML / XSD URI / IRI

4 Semantic Web Vorlesung Nr Die Sprachen des Semantic Web 2.1 Uniform Resource Identifier - URI 2.2 Universelle Vokabularien mit XML 2.3 Einfache semantische Strukturen mit RDF und RDFS 2.4 Abfragesprache SPARQL 2.5 Semantik im WWW - formats, RDFa, GRDDL 2.6 Warum RDF/RDFS noch nicht ausreicht 13

5 2.1 Uniform Resource Identifier - URI 5 Uniform Resource Identifier - URI Ein Uniform Resource Identifier (URI) definiert ein einfaches und erweiterbares Schema zur weltweit eindeutigen Identifikation von Ressourcen (RFC 3986). Ressource kann jedes Objekt sein, das (im Kontext der jeweiligen Anwendung) eine klare Identität besitzt, also z.b. (z.b. Webseiten, Bücher, Orte, Personen, Beziehungen zwischen diesen Dingen, abstrakte Konzepte usw.) Das URI Konzept ist in verschiedenen Anwendungsbereichen bereits etabliert, wie z.b. Web (URL, PRN, purl), Bücher (ISBN), Digital Object Identifier (DOI)

6 2.1 Uniform Resource Identifier - URI 6 Uniform Resource Identifier - URI URI umfasst sowohl Adressangaben (Locator) Uniform Resource Locator (URL, RFC 1738) gibt an, wo eine Web-Ressource zu finden ist kann sich im Lebenszyklus der Web-Ressource ändern Identitätsbezeichner (Namen) Uniform Resource Name (URN, RFC 2141) persistenter Bezeichner für eine Web-Ressource bleibt für die gesamte Lebensdauer konstant

7 2.1 Uniform Resource Identifier - URI 7 URI - Generische Syntax US-ASCII Encoding Percent Encoding für reservierte Zeichen, oder Zeichen, die nicht im US-ASCII Encoding existieren pct-encoded = "%" HEXDIG HEXDIG Reservierte Zeichen mit funktionalen Aufgaben reserved = gen-delims / sub-delims gen-delims = ":" / "/" / "?" / "#" / "[" / "]" / "@ sub-delims = "!" / "$" / "&" / "'" / "(" / ")" / "*" / "+" / "," / ";" / "=" Erlaubte Zeichen unreserved = ALPHA / DIGIT / "-" / "." / "_" / "~" Erweiterung auf Universal Character Code (Unicode/ISO 10646) Internationalized Resource Identifier (IRI, RFC 3987) Bsp.:

8 2.1 Uniform Resource Identifier - URI 8 URI - Generische Syntax URI = schema"://"[userinfo"@"]host[:port][path]["?"query]["#"fragment] schema: z.b. http, ftp, mailto,... userinfo: z.b. user:password host: z.b. Domain-Name, IPv4/IPv6-Adressen port: z.b. 80 für Standard http-port path: z.b. Pfadangabe im WWW-Server Filesystem query: z.b. Parameter, die an Anwendung weitergegeben werden fragment: z.b. Angabe eines bestimmten Dokumententeilbereichs

9 2.1 Uniform Resource Identifier - URI 9 URIs im Semantic Web Was tun, wenn eine URI für eine Ressource noch nicht existiert? Selbstdefinierte URIs Zur Vermeidung von Überschneidungen, Nutzung der eigenen Website Ermöglicht auch Ablage von zugehöriger Dokumentation an gleicher Stelle Trennung von URI für Ressource (Beschriebenes) und deren Dokumentation (Beschreibendes) durch URI-Referenzen (durch "#" angehängte Fragmente) oder content negotiation z.b.:

10 Semantic Web Vorlesung Nr Die Sprachen des Semantic Web 2.1 Uniform Resource Identifier - URI 2.2 Universelle Vokabularien mit XML Warum (X)HTML nicht ausreicht XML Sprachstandard XML DTD XML Schema (XSD) XML Sprachfamilie Warum XML noch nicht ausreicht 2.3 Einfache semantische Strukturen mit RDF und RDFS 2.4 Abfragesprache SPARQL 2.5 Semantik im WWW - formats, RDFa, GRDDL 2.6 Warum RDF/RDFS noch nicht ausreicht 13

11 2.2 XML / Warum HTML nicht ausreicht 11 Semantik und HTML HTML diente ursprünglich zur Beschreibung der Struktur eines Hypermedia-Dokuments Browser-Wars Browser-Hersteller (Netscape/MS) definierten eigenständig proprietäre Erweiterungen der HTML-Syntax zur Formatierung von Strukturelementen z.b. Tabellen mit absoluten Maßangaben z.b. Schrifttyp, Schriftauszeichnungen, Schriftgröße, Farbe, etc Problem: Formatierung vs. Semantik <td width="261"> <font color="#00ff00" face="arial, Helvetica, sans-serif size== +1 > fetter Text

12 2.2 XML / Warum HTML nicht ausreicht 12 Semantik und HTML Meta-Tags können zusätzliche Semantik in das HTML-Dokument einbringen <meta name="description" content="homepage of Dr. Harald Sack, > <meta name="keywords" content="homepage teaching > <meta name="autor" content="harald Sack"> Problem: Erweiterungen nicht standardisiert leicht manipulierbar Missbrauch

13 2.2 XML / Warum HTML nicht ausreicht 13 Semantik und HTML Semantik der Meta-Tags beruht ausschließlich auf der privaten Vereinbarung zwischen Informationsanbieter und Informationskonsumenten <meta name= PLZ" content= > <meta name= Ort" content= Jena > <meta name= Strasse" content= Ernst-Abbe-Platz > <meta name= Hausnummer" content= 2"> Problem: Syntax und Semantik gilt nur für spezielle Vereinbarung Fazit: HTML war zwar für das immense Wachstumstempo des WWW mitverantwortlich, behindert aber dessen Weiterentwicklung

14 2.2 XML / Warum HTML nicht ausreicht 14 formats -- Microformate XHTML Markup, mit dem es möglich ist, (in einem begrenzten Umfang) Semantik in einem HTML-Dokument auszudrücken Anwendungen können leichter Daten aus HTML-Dokumenten extrahieren Verwendung in folgenden XHTML-Tag Attributen: class rel rev Vordefinierte Standard-Microformate: hcard - Personendaten ( vcard, RFC2426) hcalender Events rel-tag social tagging XFN XHTML Friends Network

15 2.2 XML / Warum HTML nicht ausreicht 15 Formats -- Microformate Beispiel: <span class="vcard"> <span class="fn">joe Blow</span> <span class="org">the Example Company</span> <span class="tel"> </span> <a class="url" href=" </span>

17 2.2 XML / XML Sprachstandard 17 Semantic Web Architecture User Interface & Application Trust Proof Unifying Logic Query: SPARQL Ontology (OWL) RDFS Rule: RIF Crypto Data interchange: RDF XML / XSD URI / IRI

18 2.2 XML / XML Sprachstandard 18 XML Extensible Markup Language Was XML alles kann XML gestattet die Definition beliebiger neuer Tags (Metasprache zur Definition neuer Markupsprachen) die Definition neuer Tags erfolgt in einem speziellen Dokument, der Document Type Definition (DTD) / XML Schema Definition + XML-Dokumenteninstanz XML-DTD XML-XSD kann von einem Anwendungsprogramm, das die XML-DTD/XML-XSD versteht, korrekt interpretiert werden

19 2.2 XML / XML Sprachstandard 19 RDF RDFS SGML SPARLQ OWL SWRL XHTML CSS XML XSL XLS:FO XML DTD XSD XML Namespaces XPath XPointer XLink XSLT XQuery XForms

20 2.2 XML / XML Sprachstandard 20 XML Timeline (1999) XSD RDFS XHTML 1.0 (1998) RDF x XQuery XLink (2004) OWL GML SGML (ISO ) HTML 1.0 HTML 3.2 CSS 2.0 SMIL CSS 1.0 HTML 4.0 MathML XSLT/XPath XML 1.0 (1998) SPARQL (2006) (SWRL)

21 2.2 XML / XML Sprachstandard 21 XML Extensible Markup Language Was XML alles kann <h2> Max Mustermann </h2> <p> Sesamstr. 49a <br> <b>93123 Bad Sulzdetfurth </b> </p> HTML <Adresse> <Vorname> Max </Vorname> <Nachname> Mustermann </Nachname> <Straße> Sesamstr. </Straße> <Hausnummer> 49a </Hausnummer> <PLZ> </PLZ> <Ort> Bad Sulzdetfurth </Ort> </Adresse> XML XML als semistrukturiertes Austauschdatenformat (Ein-/Ausgabe) für beliebige Anwendungen

22 2.2 XML / XML Sprachstandard 22 XML Extensible Markup Language Was XML alles kann HTML sagt Ihnen wie die Informationen aussehen sollen, aber XML sagt Ihnen was sie bedeuten. HTML Quelle: Charles F. Goldfarb, The XML Handbook XML

23 2.2 XML / XML Sprachstandard 23 XML Extensible Markup Language SGML (Standard Generalized Markup Language) HTML XML XHTML Instanz von SGML Vermischung von Inhalt und Layout Darstellung von Information Teilmenge von SGML Strikte Trennung von Inhalt und Layout Beschreibung von Information XHTML ist Instanz von XML

24 2.2 XML / XML Sprachstandard 24 XML Extensible Markup Language HTML unterstützt stets nur einen vordefinierten Dokumententyp XML erlaubt die Definition eigener Dokumenten-Typen über die Definition einer zugehörigen XML DTD (Document Type Definition) bzw. XML Schema Definition (XSD) XSL Stylesheet XML-Dokument XML Parser XSD XML DTD XML SGML-Deklaration Darstellung

25 2.2 XML / XML Sprachstandard 25 XML Extensible Markup Language <?xml version="1.0" encoding="iso "?> <!DOCTYPE address SYSTEM "Beispiel.dtd"> <adresse> <vorname> Max </vorname> <nachname> Mustermann </nachname> <straße> Sesamstr. </straße> <hausnummer> 49a </hausnummer> <plz prefix= D > </plz> <ort> Bad Sulzdetfurth </ort> </adresse> XML Deklaration XML DTD XML Tags XML Attribute

26 2.2 XML / XML Sprachstandard 26 XML Extensible Markup Language Veranschaulichung von XML-Daten als gerichteter Graph <xml> <adresse> <vorname> <nachname> <straße> <hausnummer> <plz> <ort> Max Mustermann Sesamstr. 49a Bad Sulzdetfurth

27 2.2 XML / XML Sprachstandard 27 XML Deklaration XML-Prolog gibt Direktiven zur XML-Kodierung version: obligatorische Versionsnummer encoding: UTF-8/16/32 standalone: yes/no (wird DTD benötigt?) <?xml version= 1.0 encoding= UTF-8 standalone= yes >

28 2.2 XML / XML Sprachstandard 28 XML Deklaration XML-Referenzen: Angabe des verwendeten XML-DTDs Referenz auf externe Teilmenge (globale URI) <!DOCTYPE name SYSTEM/PUBLIC URI > Referenz auf interne Teilmenge <!DOCTYPE name [DTD-Definitionen]>

29 2.2 XML / XML Sprachstandard 29 XML Element Beschreibung eines Objekts, das durch passende Markierungen (tags) wie <vorname> und </vorname> geklammert ist Inhalt eines Elements: Text und/oder weitere Elemente (Unterelemente) Elemente können beliebig geschachtelt sein Leere Elemente: <plz></plz> kurz: <plz/> Start-Tag Unterelemente Freitext End-Tag <adresse> <vorname> Max </vorname> <nachname> Mustermann </nachname> <straße> Sesamstr. </straße> <hausnummer> 49a </hausnummer> Max Mustermann ist ein fleissiger Student </adresse> Element adresse

30 2.2 XML / XML Sprachstandard 30 XML Attribute Name-Zeichenkettenwert-Paar Assoziiert mit einem Element Alternative Möglichkeit, Daten zu beschreiben <adresse> <vorname> Max </vorname> <nachname> Mustermann </nachname> <ort plz= > Bad Sulzdetfurth </ort> Attribut plz

31 2.2 XML / XML Sprachstandard 31 Wohlgeformtes und gültiges XML Max Mustermann Sesamstr. 49a Bad Sulzdetfurth <adresse> <vorname> Max </vorname> <nachname> Mustermann </nachname> <straße> Sesamstr. </straße> <hausnummer> 49a </hausnummer> <ort plz= >Bad Sulzdetfurth</ort> </adresse> Wohlgeformte XML-Dokumente: Syntaktisch korrekt, d.h. alle angefangenen Tags werden wieder geschlossen und sind stets korrekt geschachtelt, keine Mehrfachattribute, nur ein Wurzelelement

32 2.2 XML / XML Sprachstandard 32 Wohlgeformtes und gültiges XML <adresse> <vorname> Max </vorname> <nachname> Mustermann </nachname> <straße> Sesamstr. </straße> <hausnummer> 49a </hausnummer> <ort plz= >Bad Sulzdetfurth</ort> </adresse> <!ELEMENT adresse (vorname+, nachname, straße, hausnummer, ort)> <!ELEMENT vorname CDATA> <!ELEMENT nachname CDATA> <!ELEMENT straße CDATA>. Document Type Definition (DTD) gültige (valide) XML-Dokumente: wohlgeformt und zu einem assoziierten Schema uneingeschränkt konform

33 2.2 XML / XML Sprachstandard 33 Schemata in XML DTD Document Type Definitions: Einfache Grammatik für ein XML-Dokument Deklaration von Elementen, Attributen, u.a. beschränkt die beliebige Verschachtelung von Elementen und Attributen Teil des XML-Standards ( Erbe von SGML) XML-Schema: Komplexere Datendefinitionssprache standardisierte Basistypen, z.b. float, double, decimal, boolean Typen und typisierte Objektreferenzen Klassenhierarchien / Vererbung Konsistenzbedingungen Standard (W3C Recommendation) in Ergänzung zu XML

35 2.2 XML / Document Type Definition (DTD) 35 XML-DTD definiert eine kontextfreie Grammatik für ein XML-Dokument Extended Backus-Naur Form (EBNF) --> Spezieller Interpreter notwendig XML-DTDs unterstützen lediglich den Datentyp text XML-DTDs unterstützen nicht das Vererbungskonzept <adresse> <vorname> Max </vorname> <nachname> Mustermann </nachname> <straße> Sesamstr. </straße> <hausnummer> 49a </hausnummer> <ort plz= >Bad Sulzdetfurth</ort> </adresse> XML <!DOCTYPE adresse[ <!ELEMENT adresse (vorname+, nachname, straße, hausnummer, ort)> <!ELEMENT vorname (#PCDATA)> <!ELEMENT nachname (#PCDATA)> <!ELEMENT straße (#PCDATA)> <!ELEMENT ort (#PCDATA)> <!ATTLIST ort plz CDATA #REQUIRED>. ]> XML-DTD

36 2.2 XML / Document Type Definition (DTD) 36 DTD Elementdeklaration beschreibt die Einschränkungen des Inhalts eines Elements Syntax: <!ELEMENT Name (Definition)> Einziger atomarer Typ: #PCDATA (Parsed Character DATA) (a,b,c) Liste von Unterelementen (a b c) Alternativen Kardinalitäten: * keinmal oder beliebig oft + einmal oder beliebig oft? kein- oder einmal (ohne Angabe): genau einmal EMPTY: Erzwingen von leerem Element <!DOCTYPE adresse[ <!ELEMENT adresse (vorname+, nachname, straße, hausnummer, ort)> <!ELEMENT vorname (#PCDATA)> <!ELEMENT nachname (#PCDATA)> <!ELEMENT straße (#PCDATA)> <!ELEMENT ort (#PCDATA)> <!ATTLIST ort plz CDATA #REQUIRED>. ]> XML-DTD

37 2.2 XML / Document Type Definition (DTD) 37 DTD Attributdeklaration Name-Zeichenkettenwert-Paar Assoziiert mit einem Element Syntax: <!ATTLIST Element Attributname1 Typ1 Zusatz1 Attributname2 > Typ: CDATA Zeichenkette ID OID IDREF Referenzen IDREFS Menge von Referenzen Zusatz: REQUIRED zwingend IMPLIED optional (Initialwert) <!DOCTYPE adresse[ <!ELEMENT adresse (vorname+, nachname, straße, hausnummer, ort)> <!ELEMENT vorname (#PCDATA)> <!ELEMENT nachname (#PCDATA)> <!ELEMENT straße (#PCDATA)> <!ELEMENT ort (#PCDATA)> <!ATTLIST ort plz CDATA #REQUIRED>. ]> XML-DTD

38 2.2 XML / Document Type Definition (DTD) 38 DTD - OID und Referenzen DTDs erlauben die Deklaration von OIDs, Referenzen und Referenzmengen als Attribute <family> <person id= jane mother= mary father= john > <name> Jane Doe </name> </person> <person id= john children= jane jack > <name> John Doe </name> </person> <person id= mary children= jane jack > <name> Mary Smith </name> </person> <person id= jack mother= mary father= john > <name> Jack Smith </name> </person> </family> XML <!DOCTYPE family [ <!ELEMENT family (person*)> <!ELEMENT person (name)> <!ELEMENT name (#PCDATA)> <!ATTLIST person id ID #REQUIRED mother IDREF #IMPLIED father IDREF #IMPLIED children IDREFS #IMPLIED> ]> XML-DTD

39 39 2. Die Sprachen des Semantic Web 2.2 XML / Document Type Definition (DTD) DTDs - Bewertung DTDs sind kontextfreie Grammatiken rekursive Definitionen möglich Probleme: Ungewollte Festlegung der Reihenfolge: <!ELEMENT person ( name, phone ) > Workaround: <!ELEMENT person ( (name, phone ) ( phone, name ) ) > Kann teilweise zu vage werden: <!ELEMENT person ( ( name phone )* ) > <!DOCTYPE [ <!ELEMENT buch (titel, subtitel?, autor+, preis)> <!ATTLIST buch ISBN ID #REQUIRED> <!ELEMENT titel (#PCDATA)> <!ELEMENT subtitel (#PCDATA)> <!ELEMENT autor (#PCDATA)> <!ELEMENT preis (#PCDATA)> ]> Referenzen können nicht eingeschränkt (typisiert) werden Alle Elementnamen sind global in einem Namensraum

41 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 41 Semantic Web Architecture User Interface & Application Trust Proof Unifying Logic Query: SPARQL Ontology (OWL) RDFS Rule: RIF Crypto Data interchange: RDF XML / XSD URI / IRI

42 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 42 Echter Schemamechanismus mit vielen Erweiterungen über DTDs hinaus Benutzt selbst wieder XML-Syntax zur Schemadefinition XSD Namespace <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <xsd:schema xmlns:xsd=" <xsd:complextype name= buchtyp > <xsd:element name= buch /> <xsd:attribute name= ISBN type= xsd:string use= required /> <xsd:all> <xsd:element name= titel type= xsd:string /> <xsd:element name= subtitel type= xsd:string minoccurs= 0 maxoccurs= 1 /> <xsd:element name= autor type= xsd:string minoccurs= 1 /> <xsd:element name= preis type= xsd:decimal /> </xsd:all> </xsd:complextype> </xsd:schema> XML SCHEMA

43 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 43 XML Schema - Elementdeklaration Syntax: <element name= Name /> Optionale Zusatzattribute: Typ type = Typ atomarer, einfacher oder komplexer Typ Kardinalitäten (Vorgabe [1,1]): minoccurs = x x { 0, 1, n } maxoccurs = y y { 1, n, unbounded } Wertvorgaben (schließen sich gegenseitig aus!): default = v fixed = u veränderliche Vorgabe unveränderliche Vorgabe Beispiele: <element name= buch /> <element name= kapitel minoccurs= 0 maxoccurs= unbounded /> <element name= subtitel type= string minoccurs= 0 />

44 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 44 XML Schema - Attributdeklaration Syntax: <attribute name= Name /> Optionale Zusatzattribute: Typ: type = Typ Existenz: use = optional Kardinalität [0,1] use = required Kardinalität [1,1] Vorgabewerte: use = default value = v veränderliche Vorgabe use = fixed value = u unveränderliche Vorgabe Beispiele: <attribute name= id type= ID use= required /> <attribute name= alter type= string use= optional /> <attribute name= sprache type= string use= default value= de />

45 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 45 XML Schema - Elementtypen XML-Schema unterscheidet Atomare Typen Eingebaute Elementartypen wie int oder string Einfache Typen haben weder eingebettete Elemente noch Attribute in der Regel von atomaren Typen abgeleitet Komplexe Typen dürfen Elemente und Attribute besitzen

46 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 46 XML Schema - Elementtypen Atomare Typen XML-Schema unterstützt eine große Menge (>40) interner Basistypen Numerisch: byte, short, int, long, float, double, decimal, Zeitangaben: time, date, month, year, timeduration, Sonstige: string, boolean, urireference, ID, Beispiele: <element name= jahr type= year /> <element name= seitenzahl type= positiveinteger /> <attribute name= alter type= unsignedshort /> <attribute name= homepage type= anyuri />

47 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 47 XML Schema - Elementtypen Einfache Typen von bestehenden Typen können einfache Typen abgeleitet werden: Typdefinition: <simpletype name= autoralter base= unsignedshort > <maxinclusive value= 200 /> </simpletype> Dokumentdefinition: <attribute name= age type= autoralter /> einfachen Typen dürfen keine verschachtelten Elemente enthalten! In ähnlicher Weise können Listen definiert werden: Typdefinition: <simpletype name= autortyp base= string derivedby= list /> (Name eines Autors als mit Leerzeichen getrennte Liste von Zeichenketten) Dokumentdefiniton: <element name= autor type= autortyp />

48 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 48 XML Schema - Elementtypen Komplexe Typen Komplexe Typen dürfen eingebettete Elemente und Attribute besitzen Bsp. Typdefinition: <complextype name= autortyp > <sequence> <element name= vorname type= string minoccurs= 0 maxoccurs= unbounded /> <element name= nachname type= string /> </sequence> <attribute name= alter type= autoralter use= optional /> </complextype> Gruppierungs-Bezeichner: <sequence> </sequence> Feste Reihenfolge (a,b) <all> </all> Beliebige Reihenfolge (a,b oder b,a) <choice> </choice> Auswahl (entweder a oder b)

49 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 49 XML Schema - Elementtypen Komplexe Typen <complextype name= autortyp > <sequence> <element name= vorname type= string minoccurs= 0 maxoccurs= unbounded /> <element name= nachname type= string /> </sequence> <attribute name= alter type= autoralter use= optional /> </complextype> Grundlage für weitere Beispiele!

50 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 50 XML Schema - Elementtypen Wie definiert man ein leeres Element? Bsp.: Telefonnr. soll nur ein Attribut haben und sonst leer sein <telefonnr nr= /> <element name= phone > <complextype> <attribute name= nr type= string /> </complextype> </element>

51 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 51 XML Schema - Typhierarchien Typdefinition kann ebenfalls erfolgen durch Erweiterung (engl. extension) oder Restriktion (engl. restriction) einer bestehenden Typdefinition Alle Typen in XML-Schema sind entweder AtomareTypen (z.b. string) oder Erweiterung bzw. Restriktion bestehender Typen Alle Typen bilden eine Typhierarchie Baum mit Wurzel: Typ Zeichenkette Keine Mehrfachvererbung Typen sind entlang der Typhierarchie abwärtskompatibel: Für Typinstanzen gilt das Substituierbarkeitsprinzip Elemente eines bestimmten Typs akzeptieren auch Daten einer Erweiterung oder Restriktion des geforderten Typs

52 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 52 XML Schema - Typhierarchien Typen können konstruktiv um weitere Elemente oder Attribute zu neuen Typen erweitert werden Beispiel: <complextype name= extendedautortyp > <extension base= autortyp > <sequence> <element name= type= string minoccurs= 0 maxoccurs= 1 /> </sequence> <attribute name= homepage type= string use= optional /> </extension> </complextype> Erweitert den zuvor definierten Typ authortype um ein optionales Element ein optionales Attribut homepage

53 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 53 XML Schema - Typhierarchien Typen können durch die Verschärfung von Zusatzangaben bei Typdefinitionen in ihrer Wertemenge eingeschränkt werden Beispiele für Restriktionen: Bisher nicht angegebene type-, default- oder fixed-attribute Verschärfung der Kardinalitäten minoccurs, maxoccurs Substituierbarkeit Menge der Instanzen des eingeschränkten Untertyps muss immer eine Teilmenge des Obertyps sein! Restriktion komplexer Typen Struktur bleibt gleich: es dürfen keine Elemente oder Attribute weggelassen werden Restriktion einfacher Typen Restriktion ist (im Gegensatz zur Erweiterung) auch bei einfachen Typen erlaubt

54 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 54 XML Schema - Typhierarchien Beispiel (Restriktion eines Komplexen Typs): <complextype name= restrictedautortyp > <restriction base= autortyp > <sequence> <element name= vorname type= string minoccurs= 0 maxoccurs= 2 /> <element name= nachname type= string /> </sequence> <attribute name= alter type= autoralter use= required /> </restriction> </complextype> Gegenüber dem ursprünglichen Typ wurde die Anzahl des Elements vorname auf 2 begrenzt und das Attribut autoralter erzwungen

55 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 55 XML Schema Bewertung Mit XML-Schema können Datenstrukturen (XML-Schemata) einfacher als mit Hilfe von DTDs spezifiziert werden XML Schema vermag mehr Semantik zu spezifizieren als DTDs XML-Schema erfährt breite Unterstützung (Tendenz steigend) und wird DTDs sukzessive ablösen (W3C Standard) Syntax und Ausdruckskraft von XML-Schema sind sehr umfangreich einfachere XML Schema Variante RelaxNG

56 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 56 XML Namensräume XML-Autoren definieren eigene XML Element-Typen (Tags), die global für ein Dokument gelten XML-Tags mit demselben Namen, aber unterschiedlicher Bedeutung und unterschiedlichen Attributen Ambiguität und Namenskonflikte <compactdisk autor= HS"> <titel>das wohltemperierte Klavier</titel> <track Nummer= 1 > <titel>fuge Nr. 1</titel> <autor>johann Sebastian Bach</autor> </track> </compactdisk>

57 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 57 XML Namensräume XML Namensraum legt eindeutigen Kontext für XML Element-Typ fest definiert Namen, die jeweils bestimmten Schemata zugeordnet werden (Vermeidung von Namenskonflikten) benötigt keine formale Struktur Zerlegung komplexer Strukturen in handhabbare Teilbereiche (vgl. Modulkonzept) Mischung verschiedener Namensräume jeweils eigene Namensräume für Elemente und XML-Entitäten pro Dokument / Dokumentenklasse (Gültigkeitsbereich) jeweils eigener Namensraum für Attribute pro Element (Gültigkeitsbereich) jeweils eigene universelle Namensräume für Fremddaten-Entitäten und Prozessanweisungen

58 2.2 XML / XML Schema Definition (XSD) 58 XML Namensräume Namespace Binding Prefix- Definition <cd:compactdisk xmlns:cd = xmlns:tr = autor= HS > <cd:titel>das wohltemperierte Klavier</cd:titel> <tr:track nummer= 1 > <tr:titel>fuge Nr. 1</tr:titel> <tr:autor>johann Sebastian Bach</tr:autor> </tr:track> </cd:compactdisk>

60 2.2 XML / XML Sprachfamilie 60 RDF RDFS SGML SPARLQ OWL SWRL XHTML CSS XML XSL XLS:FO XML DTD XSD XML Namespaces XPath XPointer XLink XSLT XQuery XForms

61 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 61 XLink, XPath und XPointer XML dient der Strukturierung von Dokumenten im WWW Notwendigkeit der Definition von Hyperlinks zur Dokumentenverknüpfung im WWW XML Linking Language XLink Definition von XML-Hyperlinks <A HREF= > <A name= > XML Pointer Language XPointer und XPath Definition von Ankerpunkten in XML Dokumenten Definition von Dokumentenfragmenten

62 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 62 XLink HTML <A> -Element Unidirektionale Verknüpfung zwischen genau zwei Informationsressourcen stets Bestandteil des Start-Dokuments Darstellung hängt von Browser ab <A HREF= > <A name= > Startdokument Zieldokument

63 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 63 XLink XLink Simple Links entspricht HTML-Hyperlink zusätzliche Attribute: typ / role / title / show / actuate <publications xmlns:xlink= http// xlink:type= simple xlink:href= publications.xml xlink:role= xlink:title= Veröffentlichungen xlink:show= new xlink:actuate= onrequest />

64 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 64 XLink xlink:show in welchem Kontext soll die verlinkte Ressource angezeigt werden? new / replace embed / other / none xlink:actuate wann soll der Link aktiviert werden? onload / onrequest / other / none xlink:title Textuelle Information über den Link ( Tooltip) xlink:role Enthält URI mit Ressource, die Zusatzinformationen über das verlinkte Dokument enthält

65 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 65 XLink XLink Out-of-Line Links Realisierung von bidirektionalen n:m Linkbeziehungen Linkbasis ist nicht Bestandteil von Quell-/Zieldokument Quelldokumente Zieldokumente Linkbasis

66 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 66 XLink XLink Out-of-Line Links Beispiel: Pizzaboden Mozarella Tomaten from from from Pizza Tonno to to to Thunfisch Oliven Basilikum

67 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 67 XLink XLink Out-of-Line Links <xlink:extended xmlns:xlink= http// xlink:role= xlink:title= Pizza Tonno > <xlink:locator href= Pizzaboden.xml role= title= Pizzaboden /> <xlink:locator href= Basilikum.xml role= title= Basilikum /> <xlink:arc from= to= show= new actuate= onrequest /> <xlink:extended\>

68 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 68 XML Pointer Language XPointer und XPath Festlegung eines Sprungziels innerhalb eines Dokuments HTML: <A NAME= > Probleme von HTML-Ankern: Einfügen von Sprungzielen in schreibgeschützte und fremde Dokumente nicht möglich es muss stets das gesamte Zieldokument übertragen werden Idee: XML/XHTML-Dokument kann als Baumstruktur dargestellt werden Adressierung durch Navigation im Dokumentenbaum

69 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 69 XML Pointer Language XPointer URI#xpointer(ankerbeschreibung) Bsp.: zeile2 )) zeile2 ]) <gedicht> <strophe ID= strophe1 > <zeile ID= zeile1 >Dreifach ist des Raumes Maß:</zeile> <zeile ID= zeile2 >Rastlos fort ohn Unterlaß</zeile> <zeile ID= zeile3 >Strebt die Länge fort ins Weite,</zeile> <zeile ID= zeile4 >Endlos gießet sich die Breite,</zeile> <zeile ID= zeile5 >Grundlos senkt die Tiefe sich</zeile> </strophe> </gedicht>

70 70 2. Die Sprachen des Semantic Web 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie XPath Kontextknoten adressierte Knoten Navigation innerhalb des abstrakten Dokumenten-Strukturbaumes child descendant parent ancestor z.b. gedicht.xml#xpointer(/child::gedicht[position()=3]) Achse Kontextknoten Prädikat

71 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 71 XSL und XSLT XML-Dokument ist hierarchisch strukturierte Informationssammlung vergleichbar mit hierarchischer oder relationaler Datenbank über Transformationen können XML-Dokumente für eine Vielzahl von Anwendungen nutzbar gemacht werden Strukturelle Transformationen Filterung/Sortierung/Umformatierung für andere Anwendungen (XSLT) Dynamische Dokumente Oft interaktive Filterung /Reorganisation eines XML-Dokuments (XSLT) Darstellungstransformationen Layoutspezifische Transformation über Stylesheets (CSS) oder XSL-FO

72 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 72 XSL und XSLT Extensible Style Language (XSL) zur Transformation von XML- Dokumenten ist in drei separate Sprachen aufgeteilt: XSLT Spezifikation der Transformationen XSL-FO Layout-Transformationen (Formatierung) mit XSL XPath Zugriff auf XML-Strukturen DSSSL XSL XSL-FO XSLT CSS

73 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 73 XSL und XSLT XSLT- Prozessor HTML XML-Dokument DTD/XSD WML XSLT 1 XSLT 2

74 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 74 XSL und XSLT XSL arbeitet auf dem abstrakten Strukturbaum des XML- Dokuments (XPath) Ein XSL-Stylesheet besteht aus einer Sammlung von Transformationsregeln (Templates) Strukturbaum wird durchlaufen, für jeden Knoten wird passendes Template aus XSL-Stylesheet gesucht und angewendet + XSL- Stylesheet neues Dokument Strukturbaum

75 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 75 XSL und XSLT <xsl:template match = Suchabfrage name = Name priority = Prioritität > Template Instruktionen </xsl:template>

76 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 76 XSL und XSLT Beispiel <?xml version="1.0" encoding="iso "?> <!DOCTYPE movie SYSTEM "Beispiel.dtd"> <movie> <title>north by Northwest</title> <cast> <director>alfred Hitchcock</director> <actor type= protagonist >Cary Grant</actor> <actor>eve Marie Saint</actor> <actor type= antagonist > James Mason </actor> </cast> <year> 1959</year> </movie> XML-Dokument

77 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 77 XSL und XSLT Beispiel <?xml version="1.0" encoding="iso "?> <xsl:stylesheet xmlns:xsl=" <xsl:template match="/"> <HTML> <HEAD><TITLE> <xsl:value-of select="movie/titel" /> </TITLE> </HEAD> <BODY> <H1> <xsl:value-of select="movie/titel" /> </H1> <P> Darsteller: </P> <UL> <xsl:for-each select="movie/cast/actor"> <LI> <xsl:value-of /> </LI> </xsl:for-each> </UL> </HTML> </xsl:template> XSLT-Stylesheet

78 2.2 XML / Die XML Sprachfamilie 78 XSL und XSLT Beispiel <HTML> <HEAD> <TITLE> North by Northwest </TITLE> </HEAD> <BODY> <H1> North by Northwest </H1> <P> Darsteller: </P> <UL> <LI> Cary Grant</LI> <LI> Eve Marie Saint</LI> <LI> James Mason</LI> </UL> </HTML> Ergebnis der XSLT-Stylesheet Transformation

80 2.2 XML / Warum XML noch nicht ausreicht 80 XML und Semantik allgemeine, erweiterbare Meta-Markup-Sprache zur Repräsentation von semi-strukturierten Daten <adresse> <name> <vorname>harald</vorname> <name>sack</nachname> </name> <strasse>ernst-abbe-platz</strasse> <hausnummer>2</hausnummer> <plz>07743</plz> <ort>jena</ort> </adresse> Aber: woher weiß man, dass <adresse> eine Adresse bezeichnet?

81 2.2 XML / Warum XML noch nicht ausreicht 81 XML und Semantik XML instantiiert vorgegebene, vom Benutzer frei definierbare Datentypen (customized tagging scheme) dazu zählen Typfestlegung einfacher (simpler) XML-Elemente syntaktische Definition komplexer XML-Elemente Definition von Eigenschaften (Attributen) von XML-Elementen Definition von einfachen Restriktionen bzgl. XML-Elementtypen Definition der XML-Syntax/Struktur via DTD, XMLSchema oder RelaxNG Fazit: XML bildet die Basis des Semantic Web

82 2.2 XML / Warum XML noch nicht ausreicht 82 Syntaktische Definition mit XMLSchema XML-Schema als Template XMLSchema definiert XML-Elemente (simple/complex), zugehörige Attribute und implementiert Restriktionen (Constraints) XMLSchema implementiert Vererbungskonzept objektorientierter Programmiersprachen XMLSchema erlaubt die Verwendung unterschiedlicher Namensräume global einheiltliche Identifikation von XML-Elementen Kombination unterschiedlicher XML-Vokabularien XML-Schema als Validator mit XMLSchema Definitionen können XML-Dokumente validiert werden Interoperabilität

83 2.2 XML / Warum XML noch nicht ausreicht 83 Warum XML noch nicht ausreicht <adresse> <name> <vorname>harald</vorname> <name>sack</nachname> </name> <strasse>ernst-abbe-platz</strasse> <hausnummer>2</hausnummer> <plz>07743</plz> <ort>jena</ort> </adresse> Sind beide Inhalte miteinander vereinbar? <adresse> <name> <firstname>harald</firstname> <mi>h</mi> <surname>sack</surname> </name> <street>ernst-abbe-platz</street> <number>2</number> <zip>07743</zip> <city>jena</city> <state>thüringen</state> </adresse>

84 2.2 XML / Warum XML noch nicht ausreicht 84 Warum XML noch nicht ausreicht < name> < education> < work> < private> < CV> XML-Dokument mit sprechenden Bezeichnern Dokument

85 2.2 XML / Warum XML noch nicht ausreicht 85 Warum XML noch nicht ausreicht < μ> < > < > < > Dokument < > XML-Dokument mit sprechenden Bezeichnern aus der Sicht des eines Programms

86 2.2 XML / Warum XML noch nicht ausreicht 86 Warum XML noch nicht ausreicht < μ > < μ > < > < > < > < > < > < > < > < > Dokument 1 Dokument 2 Kommunikationspartner müssen sich über die Semantik der Metadaten einigen <> <μ> Schema-Definition

87 2.2 XML / Warum XML noch nicht ausreicht 87 Warum XML noch nicht ausreicht < μ > < > < > < > < > < > < > < > < > < > Schema Definitionen Dokument 1 <> <μ> Ontologien Beschreibungslogiken RDF / OWL / SWRL Inferenzmechanismen Trust Dokument 2 <> <> Schema Definitionen

88 2.2 XML / Warum XML noch nicht ausreicht 88 Warum XML noch nicht ausreicht Semantik eines XML-Dokuments erschließt sich nur dem menschlichen Benutzer XML = syntaktisch standardisierte Meta-Sprache zur Kommunikation zwischen Systemen und zur Auszeichnung von Daten XML dient der Beschreibung von Daten/Nachrichten im Semantic Web Aber: XML besitzt keine semantische Interoperabilität Es ist stets ein Modell der Umgebung notwendig, d.h. Zusammenarbeit ist dann nur möglich, wenn sich die beteiligten Akteure über die Semantik der verwendeten XML-Syntax geeinigt haben z.b. Agenten in abgeschlossenen homogenen Umgebungen ( WWW ist aber heterogen und dynamisch!)

89 2.2 XML / Warum XML noch nicht ausreicht Semantic Web Architecture User Interface & Application Trust Proof Unifying Logic Query: SPARQL Ontology (OWL) RDFS Rule: RIF Crypto Data interchange: RDF XML / XSD URI / IRI

91 91 Literatur» E. R. Harold, S. Means XML in a Nutshell, O Reilly, 2005.»Ch. Meinel, H. Sack: WWW Kommunikation, Internetworking, Web- Technologien, Springer, 2004.

92 92 Literatur Blog Materialien-Webseite bibsonomy - Bookmarks