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2 Kooperativer Ontologieaufbau Katrin Weller Institut für für Sprache und Information Abteilung für Informationswissenschaft HHU Düsseldorf Universitätsstr. 1, Geb D Düsseldorf, Germany 1

3 Was sind Ontologien? Systeme zur Wissensrepräsentation und -organisation. Für den Anfang: vergleichbar mit einem (erweiterten) Thesaurus. Abbilden von Wissen in strukturierter Form: Konzepte und Relationen (+ Instanzen und Regeln). Eignen sich besonders für die Abbildung komplexer Strukturen in eingegrenzten Wissensbereichen. 2

4 Ontologien: Bestandteile und Struktur Hierarchie- Relation Class A Beliebige Relation Class B Class A.1 Class A.2 Class B.1 Class B.2 Class A.1.1 Class A.1.2 I I I I I I I I I I I I I Instances/ Individuals Weiter können Regeln für die Klassenzugehörigkeit und für Verbindung von Konzepten angelegt werden, formale Logik wird in manchen Ontologiesprachen unterstützt. Meist können auch Definitionen und Anmerkungen ergänzt werden. 3

5 Ontologien: Bestandteile und Struktur istregisseurvon Hierarchie- Relation Spielfilm Film Personen hatregisseur Dokumentarf. Regisseur Darsteller Komödie Thriller I I I I I I I I Instanzen Personennamen I I I I I Instanzen Filmtitel 4

6 Ontologien: Technik und Hilfsmittel Verschiedene Ontologiesprachen werden zur Abbildung von Ontologien entwickelt, z. B.: DAML, XOL, OIL, OWL; genutzt werden aber auch z. B. XML, RDF. Einige unterstützen Beschreibungslogik (z. B. OWL-DL). Editoren werden entwickelt, um den Aufbau von Ontologien zu vereinfachen. Beispiele: Protégé, OntoStudio. Reasoner werden eingesetzt, um logische Inkonsistenzen innerhalb der Ontologie aufzuspüren. Beispiele: FACT, Pellet. 5

7 Beispiel-Ontologie: Klassen Ontologien: Bestandteile und Struktur Definition Relationen Bedingungen BIO2Me, Entwurf einer Ontologie für Hilfsmittel und Methoden der Bioinformatik. Erstellt mit Protégé 3.1 im Rahmen des Ontoverse Projektes. 6

8 Beispiel-Ontologie: Instanzen und Eigenschaften BIO2Me, Entwurf einer Ontologie für Hilfsmittel und Methoden der Bioinformatik. Erstellt mit Protégé 3.1 im Rahmen des Ontoverse Projektes. 7

9 Definitionsproblematik Theoretisch vorhandene hohe Ausdruckskraft wird bisher kaum ausgeschöpft. Eine einheitliche definitorische Abgrenzung zu anderen Systemen wie Thesauri fehlt. Fehlender interdisziplinärer Austausch Dringender Bedarf nach Klärung und Konsensbildung. 8

10 Definitionsproblematik Wünschenswerte Sicht Aktuell vorherrschende Sicht Begriffs- und Ordnungssysteme Ontologien Ontologie Thesaurus Klassifikation Definition Definition Definition Definition Heavyweight Ontology Lightweight Ontology Thesaurus Terminologie 9

11 Definitionsproblematik Vorerst gängige Definition: An ontology is a explicit specification of a conceptualisation. formal shared Gruber (1993) Studer, Benjamins, Fensel (1998) Ziel von Ontologien: Wissen in strukturierter Form abbilden und als gemeinsame Wissensgrundlage ( shared conceptualisation ) bereitstellen; für Menschen innerhalb einer Wissensdomäne, für Computer untereinander oder zwischen Mensch und Computer. 10

12 Ontologien zur Konsensabbildung Aktueller Stand: Ontologien, Forschungsgruppen und Projekte sind verteilt. Es gibt keine zentrale Bündelung, aber verschiedene Kooperationen. Ansätze z. B. bei OBO (Open Biomedical Ontologies, Ontologien werden i.d.r. von Teams aufgebaut, Kooperationen finden statt. Aber meist besteht kein offener Zugang für Interessierte. Z. B.: Bei GeneOntology werden Änderungsvorschläge aufgenommen. ( Ein offener Diskurs über die bestehenden Ontologien wird bisher nicht explizit gefördert. Kooperative Ontologieerstellung kann Konsensbildung fördern und Konsensabbildung sicherstellen. 11

13 Phasen des Ontologieaufbaus Wiederverwendung Wiederverwendung (Reuse) und Modifikationen: Verschmelzung, Verbindung, Integration, Abspaltung. Pflege Aktualisierungen, Fehlerkorrekturen, Enrichment. Evaluierung. Diskussionen über Stand und Entwicklung. Umsetzung Umsetzung in eine formale Ontologiesprache (im Editor). Erarbeiten der eigentlichen Strukturierung. Konzeptualisierung Planung von Inhalt und Umfang. Lose Konzeptsammlung. Festlegen von Regeln für strukturierten Aufbau. 12

14 Inter-ontologische und intra-ontologische Ebene Intra-ontologische Ebene Inter-ontologische Ebene Betrachtet die Zusammenhänge innerhalb eines abgegrenzten Ontologieprojektes. Ontologieaufbau durch eine möglichst große Community. Richtlinien und Regeln für konsistenten Aufbau benötigt. Betrachtet Beziehungen zwischen verschiedenen Ontologien. Merging und Mapping wichtigste Aktionen auf dieser Ebene. Prognose: verschiedene hochspezialisierte Ontologien für einzelne Einsatzbereiche. Strukturierter Zugang benötigt. Shared conceptualisation Gemeinsame Sichtweise Multiple views Verschiedene Perspektiven 13

15 Kooperative Ontologieentwicklung Die Vorteile: Umsetzung und Pflege der Ontologie schneller und umfassender möglich. Unterstützung von Diskussionen über Fachtermini und Definitionen. Konsensbildung auf intra-ontologischer und Vielfalt auf inter-ontologischer Ebene wird gefördert. Die Herausforderung: Zusammenarbeit unterstützen und fördern. Hilfsmittel für die Koordination erforderlich. Bislang fehlen: Ontologie-Editoren, die eine kooperative Arbeit explizit unterstützen Methodologien und Leitlinien. Qualifizierte Mitarbeiter/ große Teilnehmergemeinschaften. 14

16 Ansatz: Ontologieentwicklung im Wiki Ziele: Zentraler Treffpunkt für Ontologie-Entwickler, Nutzer und interessierte Fachexperten. Bearbeitung bestehender und Eingabe neuer Ontologiedaten. Dauerhafte Möglichkeit für Diskussionen und Änderungen. Paralleles, zeitgleiches Arbeiten. Änderungen sind direkt für die gesamte Community sichtbar 15

17 Ontologieentwicklung im Wiki Konzept bei Ontoverse: Spezielle Ontologie-Wiki-Technologie. Rollen und Benutzerrechte, Urheberschaftsauthentifizierung. Unterstützung der verschiedenen Stufen des Ontologieaufbaus. Plattform für die Entwicklungen diverser Einzelontologien. Systeme für Archivierung und Versionisierung werden benötigt. 16

18 Mögliches Szenario Ontologie Ontologie kann kann genutzt genutzt werden werden Passende Ontologie gefunden Ergänzen Ergänzen und und Ändern Ändern Diskussionen Diskussionen Teilen Teilen und und Verbinden Verbinden Nutzer Nutzer durchsucht durchsucht vorhandene vorhandene Ontologien Ontologien Ontologie- Archiv Passende Ontologie nicht gefunden Neue Neue Ontologie Ontologie kann kann initialisiert initialisiert werden werden Anforderungsspezifikation Unstrukturierte Unstrukturierte Konzepte Konzepte Strukturierung Strukturierung Bearbeitete Bearbeitete Ontologie Ontologie Neue Neue Ontologie Ontologie 17

19 Technische Unterstützung Benötigt werden: Funktionales Rechtesystem für Benutzerrollen, Benutzeridentifikation. Zentraler Speicherort für aktuelle Ontologieversion. Konsistenzcheck. Übersicht, wer welche Änderungen vorgenommen hat und wann. Möglichkeit zur geeigneten Diskussion, Kommentierung von Änderungen. Möglichkeiten zur Einbindung externer Fachexperten und Arbeitsgruppen 18

20 Fazit Gemeinschaftlicher Ontologieaufbau für die Realisierung umfassender und aktueller Ontologien sowie zur Konsensbildung. Möglichkeit zur Umsetzung: Ontologie-Wiki-Plattform. Unterstützung aller Phasen des Ontologieaufbaus. Kooperationen auf intra-ontologischer und Strukturierung auf interontologischer Ebene. Interdisziplinärer Austausch und gemeinsame Definitionsbildung als wichtige Schritte für die Zukunft der Ontologieforschung. 19

21 Viele Grüße aus Düsseldorf Für Kontakte, Fragen und Anregungen: Katrin Weller 20

22 Literatur Corcho, O.; Fernandez-Lopez, M; Gomez-Perez, A.: Methodologies, Tools and Languages for Building Ontologies. Where is their Meeting Point? In: Data and Knowledge Engineering 46, 2003, S Davies, J.; Fensel, D.; van Harmelen, F. (Hrsg.): Towards the Semantic Web. Ontology-Driven Knowledge Management. Chichester Gomez-Perez, A.; Fernandez-Lopez, M.; Corcho, O.: Ontological Engineering. London 2004 Hepp, M., Bachlehner, D., Siorpaes, K.: OntoWiki - Community-driven Ontology Engineering and Ontology Usage based on Wikis. Proceedings of the 2005 International Symposium on Wikis (WikySym), San Diego Staab, S.; Studer, R. (Hrsg.): Handbook on Ontologies. Berlin, Heidelberg, New York Sure, Y.; Erdmann, M.; Angele, J.; Staab, S; Studer, R.; Wenke, D.: OntoEdit. Collaborative Ontology Development for the Semantic Web. Technical Report 419, University of Karlsruhe, Institut AIFB,