Das Music Ontology - Projekt

Transkript

1 Das Music Ontology - Projekt Seminar Music Information Retrieval: Genre & Stil Musikwissenschaftliches Institut der Universität Hamburg WS 2007/08 Frank Höger

2 Teil 1: Grundlagen Begriff Ontologie: Hintergründe Semantic Web XML RDF/RDFS OWL

3 Ontologien Philosophie Lehre vom Seienden, der Untersuchung des Wesens von allem Seienden, der Realität (Aristoteles, Metaphysik) Linguistik Beschreibung der natürlichen Sprache durch elementare Kategorien und ihrer Beziehungen zueinander Militär, Medizin, Biologie,...

4 Ontologien Informatik: sind Datenmodell zur Wissensrepräsentation repräsentieren eine Menge von Konzepten und ihrer Beziehungen untereinander innerhalb einer Domäne ermöglichen über Objekten innerhalb der Domäne zu schlussfolgern (Inferenzdienste) Bausteine sind Konzepte (Klassen) und die Relationen (Beziehungen) zwischen Konzepten

5 Motivation für Ontologien aktueller Stand des Web Repräsentation von Information in natürlicher Sprache, durch Graphiken, Audio-, Videoformaten, Seitenlayout Interpretation der Inhalte, Kombination von Informationen aus unterschiedlichen Quellen und Schlussfolgerung durch den Menschen

6 Motivation für Ontologien Veranschaulichung:

7 Motivation für Ontologien aktueller Stand des Web Repräsentation von Information in natürlicher Sprache, durch Graphiken, Audio-, Videoformaten, Seitenlayout Interpretation der Inhalte, Kombination von Informationen aus unterschiedlichen Quellen und Schlussfolgerung durch den Menschen semantischer Gehalt für Computer nicht zugänglich Ziel: Bedeutung der Informationen für Computer zugänglich machen Semantic Web

8 Motivation für Ontologien Semantic Web / Web of data Integration verschiedener Datenquellen (Datenbanken, Datendateien, Webseiten) Beschreibung des Inhalts/Funktion der Webresourcen durch maschinenlesbare (Metadaten-)Annotationen semantic markup Notwendigkeit eines Vokabulars um Webresourcen zu annotieren Ontologien stellen den Wortschatz bereit und legen zugleich dessen Semantik fest

9 Technologien für das Semantic Web Metadaten Webresourcen werden mit einer Beschreibungen ihres Inhalts ausgezeichnet aber: gemeinsame Sprache notwendig Terminologien stellen ein Vokabular aus Begriffen einer bestimmten Domäne bereit aber: Bedeutung der Begriffe muss festgelegt sein (Synonyme, unterschiedliche Bedeutung in verschiedenen Kontexten) Ontologien Beschreibung einer bestimmten Domäne zugänglich für Menschen als auch Maschinen

10 Modellierung Konzepte (Klassen, Typen) Mengen von Objekten, die bestimmte Eigenschaften teilen Relationen (Eigenschaften, Rollen) Mengen von Tupeln, Paare von Objekten beschränkt auf 2-stellige Relationen Individuen (Instanzen, Objekte) Exemplar eines Konzepts Beispiel: tr (Roland TR-909 mit Seriennummer ) objektorientierte Modellierung (gut bewährt im Bereich der Wissensrepräsentation)

11 Modellierung Namen bezeichnen die Konzepte innerhalb einer Domäne Tasteninstrument als Konzeptname für Tasteninstrumente Hintergrundwissen Randbedingungen, Annahmen über Konzepte schränken Interpretation der Konzepte ein (in gutem Sinne) Torrent ist eine Art MusicalItem alle Mitglieder einer MusicGroup müssen vom Typ Person sein kein Instrument kann gleichzeitig Blas- und Streichinstrument sein

12 Formalisierung Formale Sprachen ermöglichen Verarbeitung durch Computer Einordnung in Komplexitätsklassen (Zeit-, Platzkomplexität) Syntax und Semantik der Sprache eindeutig Formale Semantik eindeutige Interpretation der Beschreibungen eindeutige Interpretation komplexer Ausdrücke unerlässlich für Interpretation durch Maschinen

13 Schichtenmodell des Semantic Web

14 XML vom Benutzer selbst definierbar <track> <title>drive my car<title> <composer>mccartney</composer> <recording> <dateofrecording> </dateofrecording> <recordingstudio>abbey Road Studios</recordingStudio> </recording> </track> aber: Was ist title? Was sind die Konzepte? keine Festlegung des Vokabulars Was ist die Beziehung zwischen track und title? Wie stehen die Konzepte zueinander in Relation? keine Festlegung der Semantik

15 Schichtenmodell des Semantic Web

16 RDF (Resource Description Framework) Repräsentationssprache graphischer Formalismus ermöglicht Repräsentation der Metadaten als XML Austausch zwischen verschiedenen Anwendungen, wobei Bedeutung erhalten bleibt einfaches Datenmodell basierend auf Tripel (S, P, O) Drive My Car composed_by McCartney Subjekt Prädikat Objekt Beschreibung <rdf:description von rdf:about= Drive Eigenschaften von My (Web)-Resourcen Car > <composed_by>mccartney</composed> <rdf:description>

17 RDF (Resource Description Framework) gerichteter, beschrifteten Graph Subjekte und Objekte sind Knoten Eigenschaften sind Kanten Back in the U.S.S.R. producer Paul McCartney wikipedia Starr paulmccartney.com member_of member wikipedia The Beatles member_of

18 RDFS (RDF Schema) Schwächen von RDF: keine Klassenhierarchie möglich keine Typinformationen möglich Interpretation nicht klar Erweiterung zu RDFS weitere Sprachkonstrukte fügt den Prädikaten bzw. Resourcen weitere Semantik hinzu zusätliche Semantik eindeutige Interpretation Beispiele: class, subclassof, type, subproperty, range, domain

19 Inferenz in RDFS Logische Schlussfolgerungen durch Inferenz (Reasoning) rdfs:type rdfs:class Agent rdfs:type rdfs:subclassof rdfs:subclassof MusicArtist rdfs:type rdfs:subclassof SoloMusicArtist rdfs:subclassof foaf:person

20 RDFS (RDF Schema) Aufbau des Vokabulars der Domäne durch RDFS-Konstruktoren <MusicArtist, type, Class> <MusicArtist, subclassof, Agent> <McCartney, type, MusicArtist> <McCartney, type, Agent> <producer, type, Property> <producer, range, Agent> <producer, domain, MusicalManifestation> hierarchische Eigenschaften <firstperformedin, subpropertyof, performedin> aber: keine Unterscheidung zwischen Instanz und Klasse <MusicArtist, type, Class> <McCartney, type, MusicArtist>

21 Schichtenmodell des Semantic Web

22 OWL (Web Ontology Language) W3C Recommendation (Februar 2004) Erweiterung von RDFS Unterteilung in 3 Sprachebenen (OWL-Full, OWL-DL, OWL-Lite) Formale Semantik Prädikatenlogik, Beschreibungslogik (Description Logic) Modelltheorie

23 Semantik von OWL Modelltheorie Interpretation besteht aus einer Domäne (Menge von Objekten) Abbildungen Klassen auf Mengen von Objekte Eigenschaften auf Mengen von Paaren von Objekten Regeln legen fest, wie Konstruktoren interpretiert werden legen fest, wann eine Interpretation ein Modell ist

24 OWL Klassenkonstruktoren Konstruktor Beispiel Interpretation Classes intersectionof unionof complementof somevaluesfrom allvaluesfrom mincardinality maxcardinality MusicArtist intersectionof(musicartist Male) unionof(solomusicartist Male) complementof(male) restriction(producer somevaluesfrom Female) restriction(producer allvaluesfrom Female) restriction(producer mincardinality (2)) restriction(producer maxcardinality (2)) I(MusicArtist) I(MusicArtist) I(Male) I(SoloMusicArtist) I(Male) \ I(Male) {x y.(x,y) I(producer) y I(Female)} {x y.(x,y) I(producer) y I(Female)} {x #(x,y) I(producer) 2} {x #(x,y) I(producer) 2}

25 OWL Axiome Axiom Beispiel Interpretation SubClassOf EquivalentClasses DisjointClasses subclassof(solomusicartist MusicArtist) equivalentclass(femalemusicartist intersectionof(musicartist Female)) disjointwith( ContinuousTimeline DiscreteTimeline) I(SoloMusicArtist) I(MusicArtist) I(FemaleMusicArtist) = I(MusicArtist) I(Female) I(ContinuousTimeline) I(DiscreteTimeline) = grundlegende Annahmen innerhalb der Domäne Beispiele:

26 Inferenzdienste Inferenzdienste (Reasoning services) Instance check (elementarster Dienst) Consistency check Concept satisfiability Classification Realization Retrieval

27 SWOOP OWL Ontologie Editor

28 Teil 2: THE MUSIC ONTOLOGY Spezifikation vom 10. August Autoren: Frédérick Giasson Yves Raimond

29 The Music Ontology formal framework for dealing with music related information in the semantic web building a machine understandable environment dealing with music related concepts MO als Basis für Wissensrepräsentation im Bereich der Musik Information kann sein: redaktionell soziokulturell akustisch

30 The Music Ontology Timeline Ontology zeitliche Informationen, Beschreibungen aufbauend auf Konzepte aus OWL-Time (Instant, Interval) Event Ontology ereignisbezogene Informationen Beispiele: - Performance am Beat bei Sample der Refrain vor dem zweiten Vers

31 Timeline Ontology Timeline Konzept Zeitachse Zeitpunkte, Intervalle festlegen Timeline-Typen: physikalische Zeitachse (z.b. Performance) Datentyp datetime relative Zeitachse (z.b. Track) Datentyp duration (kontinuierliche Zeitachse) Datentyp int (diskrete Zeitachse) TimelineMap Konzept kann verschiedene Timelines in Beziehung setzen z.b. kontinuierliche Zeitachse von analogem Signal mit diskreter Zeitachse eines gesampelten Signals

32 Timeline Ontology

33 Event Ontology Event Ontology beschreibt physikalische Ereignisse an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit unter Einbeziehung verschiedener physikalischer Objekte (Personen, Instrumente, etc.) Beispiel: Konzert verschiedener Musiker mit ihren Instrumenten Event Konzept Events: definiert durch factors(instrumente,...) Agents: Künstler, Arrangeur,... Products: physikalischer Sound, Partitur,... Places: Orte,... (Geonames Ontology) Time: Zeitpunkt (Timeline Ontology)

34 Konzepte - Musikproduktion Konzepte MusicalWork (Wohltemperiertes Klavier) MusicalManifestation (Aufnahme, Titel auf Tonträger) MusicalItem (Schallplatte, CD, Stream) Music Artist, MusicGroup (alle Personen die zu einem musikalischen Ereigniss beitragen sind automatisch durch Inferenz auch MusicArtist) Unterkonzepte von Event: Composition, Arrangement, Performance Beispiel: ein bestimmter Musiker hat ein bestimmtes Instrument zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort gespielt

35 Workflow einer Musikproduktion

36 Ausdrucksfähigkeit Motivation Tradeoff zwischen Ausdrucksfähigkeit und Komplexität bei Beschreibungslogiken gut untersucht Level 1: nur redaktionelle Information (Musikstück - Platte, Compilation - Künstler) Level 2: enthält Event Konzept, möglich Workflow zu beschreiben Level 3: Event-Dekomposition (wann wurde von wem zu welcher zeit auf welchem Instrument welche Taste gedrückt)

37 Erweiterungen Key Ontology Tonart als factor von Performance Instrument Taxonomy Genre Taxonomy Beschreibung musikalischer Genres und ihrer Beziehungen zueinander Musical Features Ontology Beschreibung von Features von Audio Signalen Weitere mögliche Erweiterungen Klangerkennung Aufnahmeequipment

38 Integration einer Genreklassifikation (-Taxonomie) die MO lässt offen, welche Genreklassifikation verwendet wird die MO bietet: Konzept Genre um eigene Genreklassifikationen einzubauen Relation genre um ein Event (Performance, Recording, Composition, etc.) mit einem bestimmten Genre in Verbindung zu bringen

39 Integration durch Subclassing des Konzepts Genre <?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <!DOCTYPE rdf:rdf [ <!ENTITY mo " <!ENTITY musicontology " <!ENTITY ns " <!ENTITY owl " <!ENTITY rdf " <!ENTITY rdfs " <!ENTITY xsd " ]> <rdf:rdf xml:base="&musicontology;" xmlns:mo="&mo;" xmlns:ns="&ns;" xmlns:owl="&owl;" xmlns:rdf="&rdf;" xmlns:rdfs="&rdfs;"> <owl:class rdf:about="&mo;franksgenretaxonomieoberklasse" mo:level="1" rdfs:label="franksgenretaxonomieoberklasse" ns:term_status="unstable"> <rdfs:comment>die Genre-Taxonomie von Frank</rdfs:comment> <rdfs:isdefinedby rdf:resource="&mo;"/> <rdfs:subclassof> <owl:class rdf:about="&mo;genre"/> </rdfs:subclassof> </owl:class> </rdf:rdf>

40 Genre in der MO

41 Projekte Projekte, die die Music Ontology verwenden Zitgist MusicBrainz Metadaten nach RDF konvertiert DBTune Überprojekt für Creative Commons Music Repositories Foafing-the-music Musikempfehlungen über Benutzerprofile Music Ontology Mailing-Liste Music Ontology WiKi

42 Quellen RDF Primer, W3C Recommendation, 2004, Description Logic Handbook, Cambridge University Press, Introduction to OWL, Sean Bechhofer, ISWC, 2007, OWL Web Ontology Language Guide, W3C Recommendation 2004, The Music Ontology, THE MUSIC ONTOLOGY, International Conference on Music Information Retrieval, ISMIR, 2007,