Konzepte und Techniken für das Semantic Web

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1 Konzepte und Techniken für das Semantic Web Hauptseminar im WS 2007/08 Programmierung verteilter Systeme Lab Institut für Informatik Universität Augsburg Universitätsstraße 14, Augsburg Tel.: (+49) 821/ , Fax: URL:

2 Agenda Seminarblöcke und -themen Organisatorisches Wichtige Termine Bernhard Bauer, all rights reserved

3 Seminarblöcke und -themen Thema 01: Grundlagen des Semantic Web und Anwendungsgebiete Thema 02: Theoretische Grundlagen des Semantic Web Thema 03: Reasoning: RETE (und Jena) Thema 04: Reasoning auf Datalog-Basis (KAON2) Thema 05: Reasoning: Tableaux-Algorithmus (und Pellet) Thema 06: Abfragesprache SPARQL Thema 07: Regelsprache SWRL Thema 08: Ontology Mapping Thema 09: Ontology-Methodologien & Ontology Design Thema 10: Semantic Web Services am Beispiel WSMO Thema 11: Semantic Web Service Composition Thema 12: Semantic Web: Proof, Trust und Security Bernhard Bauer, all rights reserved

4 Thema 01: Grundlagen des Semantic Web und Anwendungsgebiete [Betreuer: Stephan Roser] Motivation des Semantic Web Definition des Begriffs Ontologie in der Informatik Unterschiedlichste Anwendungen setzen heutzutage schon Semantic Web Technologie ein MultimediaN E-Culture demonstrator DBin: Enabling Semantic Web communities Semantic MediaWiki (ontoworld.org) emerges: Semantic Web Services GIS based Emergency Management Aufgabe Motivation und Definitionen (ca. 15%) Überblick über Anwendungsgebiete des Semantic Web (ca. 10%) 3 Projekte (nach Absprache mit dem Betreuer) im Detail vorstellen (ca. 75%) Demo bei der Präsentation! Bernhard Bauer, all rights reserved

5 Thema 02 - Theorie: Theoretische Grundlagen des Semantic Web [Betreuer: Florian Lautenbacher] Die Sprachen des Semantik Web basieren auf diversen Logikstufen. Meist werden Untersprachen der Prädikatenlogik eingesetzt: von Description Logic über First-Order Logic zu Higher-Order Logic Dies sind auch die zugrundeliegenden Logiken der Semantic Web Sprachen wie RDF, OWL 1.0 und OWL 1.1 (SHIQ, SHOIN, SROIQ) Aufgabe: Vorstellen der unterschiedlichen Logiken im Detail und deren Unterschiede (60%) Vergleich der Mächtigkeit der unterschiedlichen Sprachen (20%) Darstellung beispielhaft an Konstrukten der Semantic Web Sprachen (20%) Bernhard Bauer, all rights reserved

6 Thema 03 - Theorie: Reasoning: RETE (und Jena) [Betreuer: Stephan Roser] RETE Der RETE Algorithmus ist ein pattern-matching Algorithmus mit dem Production Rule Systeme implementiert werden können RETE ist eine Hauptbestandteil des von Jena bereitgestellten Standardreasoners General Purpose Reasoning Engine in Jena Kombination aus RETE und LP Engine mit Tabling Das OWL-Reasoning ist in Jena mit diesem Reasoner zu grossen Teilen implementiert Aufgabe Detaillierte Erarbeitung des RETE Algorithmus (ca. 50%) Kombination von RETE und LP Engine in Jena (ca. 30%) Realisierbarkeit von OWL Reasoning mit RETE Mächtigkeit, Komplexität, etc. (20%) Bernhard Bauer, all rights reserved

7 Thema 04 - Theorie: Reasoning auf Datalog-Basis (KAON2) [Betreuer: Wolf Fischer] Datalog Prologähnliche Datenbankprogrammiersprache KAON2 verwendet SHIQ- Reduktion der Knowledgebase auf Datalog (3 Schritte) Sehr performant auf großen ABoxes Aufgabe Beschreibung des Reduktionsalgorithmus (ca. 50%) Einschränkungen und die dafür verantwortlichen Gründe der verwendeten Logik im Vergleich zu OWL-DL zeigen (ca. 30%) Mögliche Optimierungstechniken der Queries darlegen (ca. 20%) Bernhard Bauer, all rights reserved

8 Thema 05 - Theorie: Reasoning: Tableau (anhand von Pellet) [Betreuer: Wolf Fischer] Tableau Sucht nach einer Interpretation, die gegebene Konzepte erfüllt Erstellt die Lösung inkrementell in Form eines Tableau Pellet OWL-DL Reasoner nach dem OWL 1.1 Standard SROIQ(D) Ursprünglich als Demonstration parallel zur OWL Standardisierung entwickelt worden Aufgabe Tableau Algorithmus detailliert beschreiben (ca. 50%) Pellet-Reasoner Architektur mit verschiedenen Tableau-Algorithmen vorstellen (30%) Auf Pellet-spezifische Optimierungen eingehen (ca. 20%) Bernhard Bauer, all rights reserved

9 Thema 06 - Theorie: Abfragesprache SPARQL [Betreuer: Florian Lautenbacher] Abfragen sollen analog zu Sprachen wie SQL auch auf Ontologien und RDF- Tripeln möglich sein Dazu wurde die SPARQL Protocol and RDF Query Language neben anderen Abfragesprachen im Semantic Web Bereich entwickelt. Aufgabe: Einführung in die Sprachkonstrukte von SPARQL (20%) Übersetzung von SPARQL in relationale Algebra (40%) interne Algorithmen für die Bearbeitung dieser Abfragen in ARQ beschreiben (20%) Spezialform SPARQL-DL für OWL-Ontologien im Vergleich zu normalen SPARQL beschreiben (20%) Bernhard Bauer, all rights reserved

10 Thema 07 - Regelsprache SWRL [Betreuer: Wolf Fischer] SWRL Kombination von OWL-Lite, OWL-DL und RuleML Erweiterung der OWL-Axiome mit Horn-ähnlichen Regeln Ermöglicht Kombination von Horn-ähnlichen Regeln mit einer Knowledgebase Aufgabe Geschichtliche Entstehung und Grundlagen (ca. 10%) Zusammenspiel OWL <-> SWRL (ca. 20%) Abstrakte und konkrete Syntax zeigen (ca. 30%) Semantik beschreiben (ca. 40%) Bernhard Bauer, all rights reserved

11 Thema 08 - Theorie: Ontology Mapping [Betreuer: Stephan Roser] Ontology Mapping (/Matching) hat das Ziel Zusammenhänge zwischen den Elementen unterschiedlicher Ontologien zu indentifizieren und auszudrücken Ansätze: C-OWL: Contextualizing Ontologies DL-safe Rules: A Mapping System for the Integration of OWL-DL Ontologies Vergleich: Serafini, Stuckenschmidt, Wache: A Formal Investigation of Mapping Language for Terminological Knowledge Aufgabe Einführung in die Problemstellung (Local-as-View vs. Global-as-View) (ca. 10%) Detaillierte Erarbeitung des C-OWL und des DL-safe Rule Ansatzes zzgl. Beispielen (ca. 60%) Detaillierte Erarbeitung des Vergleichs von Mapping Sprachen (ca. 30%) Bernhard Bauer, all rights reserved

12 Thema 09: Ontology-Methodologien & Design [Betreuer: Wolf Fischer] Wozu Ontology Methodologien & Design Um ein gemeinsames Verständnis für einen Sachverhalt zu definieren Um die Wiederverwendung zu verstärken Um Standards für die Interoperabilität einzuführen Aufgabe Besonderheiten von Ontologien im Vergleich zu Klassendiagrammen aufzeigen (ca. 10%) Prinzipiellen Entwurf von Ontologien zeigen (ca. 30%) Unterschiede zwischen Entwurf einer Ontologie und einem Klassendiagramm (ca. 10%) Ontologie Design Patterns (ca. 30%) Ontologie Design und mögliche Einschränkungen durch OWL (ca. 20%) Bernhard Bauer, all rights reserved

13 Thema 10: Semantic Web Services am Beispiel WSMO [Betreuer: Florian Lautenbacher] Normale Web Services, die nur mit WSDL beschrieben sind, verhindern ein automatisches Auffinden der passenden Services Als Lösung werden semantisch beschriebene Web Services entwickelt. Derzeit gibt es viele verschiedene Ansätze: OWL-S, WSMO, SAWSDL, SWSF, etc. Aufgabe: Grundlegende Idee von Semantic Web Services, Anwendungsbereiche, etc. darstellen (10%) Überblick über existierende Semantic Web Service Ansätze (20%) spezieller Fokus auf den Ansatz WSMO und dort auf die Sprachengruppe WSML (50%) WSML: welche Untersprachen existieren, wie unterscheiden sich diese in der Mächtigkeit, welche dahinter liegenden Logiken, etc beispielhafte Implementierung / Darstellung mit WSMOStudio (20%) Bernhard Bauer, all rights reserved

14 Thema 11: Semantic Web Service Composition [Betreuer: Florian Lautenbacher] Damit auch Nutzen von der semantischen Beschreibung von Web Services gezogen werden kann, gibt es diverse Ansätze der SWS-Komposition Diese basieren auf unterschiedlichen Logiken, Planern, etc. Aufgabe: Notwendigkeit, Nutzen und Grundlagen der SWS-Composition (20%) Überblick über Methoden für SWS-Composition sowie über existierende Planer (30%) Einen Planer beispielhaft (z.b. den Model-Based Planer MBP) im Detail mit allen zugrunde liegenden Algorithmen beleuchten (50%) Bernhard Bauer, all rights reserved

15 Thema 12: Semantic Web: Proof, Trust und Security [Betreuer: Stephan Roser] Für viele Anwendungen des Semantic Web ist Erweiterung Semantic Web Stack nötig Proof Beweise über Annahmen in der Datenbasis im Semantic Web PML: Proof Markup Language for Semantic Web Services Trust Dokumente/Information im Semantic Web wird digital signiert Semantic Web Trust and Security Resource Guide Crypto/Security Semantic Web wird um Sicherheitsaspekte erweitert Semantic Web Trust and Security Resource Guide Aufgabe Literaturrecherche über den aktuellen Stand der Technik Überblick über Proof, Trust und Security erarbeiten Einzelne Arbeiten (nach Absprache mit dem Betreuer) für Proof, Trust und Security im Detail vorstellen und anhand von Beispielen illustrieren Bernhard Bauer, all rights reserved

16 Organisatorisches Bewerbung an Name, Matrikelnummer, Studiengang, Semester Bereits gehörte Vorlesungen und Seminare im Hauptstudium Gegebenenfalls weitere qualifizierende Vorkenntnisse Drei priorisierte Themenwünsche STUDIS Zusätzliche Anmeldung in STUDIS zwingend erforderlich Seminararbeit Formatvorlage auf PvS-Website (Springer LNCS, LaTeX) Umfang: Seiten (exkl. Anhang) Abgabe aller für die Kompilierung notwendigen Ressourcen + Arbeit im pdf-format Seminarvortrag Formatvorlage auf PvS-Website (PowerPoint, andere Programme erlaubt) Dauer: ca. 45 min / Person (35-40 min Vortrag, 5-10 min Diskussion) Anrechung des Seminars Alle Themen können in den Software Engineering-Bereich eingebracht werden Theoriethemen können auch in den Theoriebereich eingebracht werden Bernhard Bauer, all rights reserved

17 Organisatorisches Seminarvorträge Jugendbildungsstätte Hindelang Termin Beginn: Montag, , ca. 14 Uhr in Hindelang Ende: Freitag, , ca. 14 Uhr in Hindelang Zeit für soziale Events vorhanden Anreise Eigenständig, z.b. in Fahrgemeinschaften oder mit ÖVM Unterkunft In Mehrbettzimmern Jugendherbergsstandard Vollpension Kosten pro StudentIn 4 x 25 = 100 zzgl. An- und Abreise Bernhard Bauer, all rights reserved

18 Wichtige Termine Kickoff-Meeting: Bewerbungsschluss: Verteilung der Themen: Versand von Literaturhinweisen: (spätestens) Anmeldung mit Unterschrift: Besprechung: (spätestens) Literaturrecherche abgeschlossen Grobgliederung erstellt Anmeldung in STUDIS: (spätestens) 2. Besprechung: (spätestens) Feingliederung erstellt Seminararbeit ~90% geschrieben Abgabe der Seminararbeiten: (spätestens) Veröffentlichung der Arbeiten: (spätestens) Seminarvorträge: Abgabe der Foliensätze: Bernhard Bauer, all rights reserved