Web Die Realisierung des Semantic Web

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1 Fakultät Informatik Institut für Angewandte Informatik, Professur TIS Hauptseminarvortrag Web Die Realisierung des Semantic Web Vortragender: Stephan Ziehl Betreuer: Dipl.-Inf. Henrik Dibowski Dresden,

2 I have a dream for the Web [in which computers] become capable of analyzing all the data on the Web the content, links, and transactions between people and computers. A Semantic Web, which should make this possible, has yet to emerge, but when it does, the day-to-day mechanisms of trade, bureaucracy and our daily lives will be handled by machines talking to machines. The intelligent agents people have touted for ages will finally materialize. Tim Berners-Lee, 1999 TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 2 von 28

3 Gliederung 1. Historischer Rückblick 2. Vorstellung Semantic Web 2.1 Motivation 2.2 Von Taxonomien zu Ontologien 2.3 Konzepte RDF und XML RDFS OWL SPARQL SWRL 2.4 Persistenz der Daten 3. Vorstellung Web Anwendungsbeispiele 5. Fazit TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 3 von 28

4 1. Historischer Rückblick TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 4 von 28

5 1. Historischer Rückblick 1989 bis Anfang 1990er Erfinder Tim Burners-Lee am CERN Hypertext-Vernetzung wissenschaftlicher Arbeiten Von Experten für Experten 1993 erster grafikfähiger Browser statische Seiten Rasche Entwicklung der Technik schneller Anstieg der Nutzerzahlen Werbliches Web Aktive Teilnahme der Nutzer dauerhafter Internetzugang Social Software Vernetzung der Nutzer Ajax, Webservices Soziales Web TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 5 von 28

6 2. Vorstellung Semantic Web 2.1 Motivation TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 6 von 28

7 2.1 Motivation Problem Maschinen verstehen in Webseiten und Dokumenten eingebettete Informationen und ihre Beziehungen zueinander nicht Suchmaschinen Lokalisieren nur Zeichenketten Organisation des Webs bringt Heterogenität der Informationen mit sich Dezentrale Struktur des Webs Gesuchte Information verteilt im Netz Ziel Informationen maschinell bearbeitbar machen (Interpretation, Beziehungen untereinander) Zuvor nicht erkennbare Zusammenhänge herstellen (Serendipity-Effekt) Lösung Daten mit Struktur (Syntax) und Bedeutung (Semantik) versehen Mittel: Metainformationen TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 7 von 28

8 2.2. Von Taxonomien zu Ontologien TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 8 von 28

9 2.2 Von Taxonomien zu Ontologien Taxonomie Baumstruktur Problem: keine Beziehungen der Klassen untereinander darstellbar Objekt Person Thema Vortrag Professor Student WMA Internet Betriebssys teme in der Automation TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 9 von 28

10 2.2 Von Taxonomien zu Ontologien Ontologien Netz von Hierarchien Klassen über logische Beziehungen verknüpft Gerichteter, zyklischer Graph Objekt Klasse Relation vergibt Person Thema besitzt Vortrag Individual Stephan Professor Student WMA Internet betreut Betriebssys teme in der Automation TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 10 von 28 hält

11 2.3 Konzepte TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 11 von 28

12 2.3 Konzepte Semantic Web Stack (Architecture) SPARQL Proof Logic Ontologies (OWL) RDFSchema RDF Trust Rules Encryption Signature Ideen für Semantic Web Technologien Standardisierte Semantic Web Technologien XML / XSD URI Namespaces Unicode Hypertext Web Technologien TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 12 von 28

13 2.3 Konzepte: RDF und XML Resource Description Framework Ziel Daten im Web ohne Bedeutungsverlust austauschen, kombinieren und weiterverarbeiten Merkmale Spezifikation 1993 vom W3C veröffentlicht, 2004 nochmals überarbeitet Verwendung anfangs: für Aussagen wie Autor oder Lizenbedingungen Heute: Anwendung in RSS 1.0 oder Adobes RDF-Format XMP Erlaubt Assoziationen einfacher Semantik RDF ist ein Konzept und keine Syntax Aufbau RDF-Tripel (Statement): Subjekt (Ressource), Prädikat (Property), Objekt (Ressource oder Literal) Ressource: über URI adressiertes Objekt Property: Attribut zur Beschreibung einer Ressource TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 13 von 28

14 2.3 Konzepte: RDF und XML Resource Description Framework Beispiel hält hat Thema Web 3.0 In RDF/XML <?xml version= 1.0 encoding= utf-8?> <rdf:rdf xmlns:rdf= xmlns:sem= > <rdf:description rdf:about= > <sem:haeltvortrag rdf:resource= /> </rdf:description> <rdf:description rdf:about= > <sem:hattitel rdf:datatype= " >Web 3.0</sem:hatTitel> </rdf:description> TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 14 von 28

15 2.3 Konzepte: RDF und XML Resource Description Framework Beispiel hält hat Thema Web 3.0 Weitere Syntax (Serialisierungsformate) RDF/XML Notation3 sem: < sem:stephan sem:haeltvortrag sem:vortrag. sem:vortrag sem:hattitel Web 3.0. Turtle: Untermenge von N3 TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 15 von 28

16 2.3 Konzepte: RDFS RDF Schema, RDF Vocabulary Description Language Ziel Basis zur Erstellung eigener Vokabulare (vgl. Wörterbücher) bereitstellen Merkmale Erweiterung von RDF um weitere Elemente (u.a. auch rdfs:label, rdfs:comment, rdfs:seealso für detailliertere Dokumentinformationen) Erstellen von Klassenhierarchien durch Klassenvererbung Festlegen von Eigenschaften (auch vererbbar) und Restriktionen Beispiel Klassenvererbung Problem aus RDF: sem:stephan rdf:type sem:student. Suche nach allen Personen enthält sem:stephan nicht Lösung: sem:student rdfs:subclassof sem:person. Person Student TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 16 von 28

17 2.3 Konzepte: RDFS Beispiel RDFS <?xml version= 1.0 encoding= utf-8?> <rdf:rdf xmlns:rdf= xmlns:sem= > xml:base= > <sem:student rdf:about= Stephan sem:haeltvortrag= VortragHS /> <sem:vortrag rdf:about= VortragHS sem:hattitel= Web 3.0 /> </rdf:rdf> RDF Dokument RDF Schema <?xml version= 1.0 encoding= utf-8?> <rdf:rdf xmlns:rdf= xml:base= > <rdfs:class rdf:id= Student /> <rdfs:class rdf:id= Vortrag /> <rdf:property rdf:id= haeltvortrag > <rdfs:domain rdf:resource= #Student /> <rdfs:range rdf:resource= #Vortrag /> </rdf:property> <rdf:property rdf:id= hattitel > <rdfs:domain rdf:resource= #Vortrag /> <rdfs:range rdf:resource= &xsd;string /> </rdf:property> </rdf:rdf> TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 17 von 28

18 2.3 Konzepte: OWL Ontology Web Language Problem RDFS ist in Modellierungsfähigkeit beschränkt, z.b. Keine Möglichkeit auszudrücken, dass etwas nicht gilt Keine Unterstützung von Kardinalitäten Ziel Beseitigung der Beschränkungen von RDFS zur Erstellung komplexerer Ontologien Merkmale (1) Spezifikation 2004 vom W3C standardisiert Weit verbreitete Ontologiesprache Baut auf RDFS auf Umfangreiche Unterstützung durch Tools Open World Assumption: Fehlen von Information wird nicht als negative (falsche) Information angenommen TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 18 von 28

19 2.3 Konzepte: OWL Ontology Web Language Merkmale (2) Aufbau Reasoner dienen zur Verarbeitung 3 Varianten: OWL Lite, OWL DL, OWL Full Reasoner Inferenzsystem zieht aus Aussagen Schlüsse durch Auswertung von Ableitungsregeln Überprüft Konsistenz der Ontologie Sprachkonstrukte: Klassen, Individuen (Instanzen), Rollen (Properties) Im Ontologie-Header Angabe von Zusatzinformationen wie Kommentare (rdfs:comment), Version (owl:versioninfo), Importe (owl:imports) Beispiel <owl:class rdf:id= WMA > <owl:intersectionof rdf:parsetype= Collection > <owl:class rdf:about= #Person /> <owl:restriction> <owl:onproperty rdf:resource= #hatabschluss /> <owl:hasvalue rdf:resource= #Diplom /> </owl:restriction></owl:intersectionof></owl:class> TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 19 von 28

20 2.3 Konzepte: SPARQL und SWRL Simple Protocol and RDF Query Language Merkmale Seit Anfang 2008 Recommendation vom W3C Ist Anfragesprache, vergleichbar mit SQL, für RDF-Dokumente http-post basiertes Protokoll zum Senden von Anfragen an SPARQL Endpunkte Semantic Web Rule Language Ziel Regeln zur Findung neuer Schlussfolgerungen erstellen Merkmale W3C Member Submission seit 2004 Kombiniert OWL mit Rule Markup Language (RML) Reasoner verarbeiten die Regeln, z.b. Integration in Protege Beispiel: hasparent(?x,?y)^hasbrother(?y,?z) hasuncle(?x,?z) TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 20 von 28

21 2.4 Persistenz der Daten TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 21 von 28

22 2.4 Persistenz der Daten Problem RDF-Dokumente müssen gespeichert werden Lösung a) Serialisierung mit XML Einschränkung in Semantik von RDF Aufwändige Erschließung RDF-typischer Querbeziehungen bei Anfragen b) Relationale Datenbank (rel. DB) Hohe Performanz und lange Erfahrung im Umgang mit rel. DB Aber: - rel. DB stark typisiert, Literale in RDF kein Typ; - Länge von Literalen und URIs in RDF nicht beschränkt, würde BLOB in rel. DB erfordern Performanzeinbußen im DBMS und höherer Platzbedarf Realisierung 3 Tabellen für Subjekt, Aussage, Objekt Optimierung: Einführung einer Eigenschaftstabelle TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 22 von 28

23 3. Vorstellung Web 3.0 TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 23 von 28

24 3. Vorstellung Web 3.0 Idee Web 3.0 = Web Semantic Web Merkmale How far is New York City from Berlin in kilometers? Intelligente Anwendung: Verarbeitung der natürlichen Sprache, Maschinelles Lernen und Schlussfolgern Online Datenhaltung und Programmausführung Öffentliche Technologien (Web Services) und Identitäten (OpenID) Probleme und Risiken Basis: Text-Analyse, Problem von Synonymie und Homonymie Privatssphäre bei Einsatz von FOAF und Geo-Location Metadata Doppelte Ausgabeformate, Lösungsansätze via RDFa und GRDDL Aktualität der Inhalte und semantischer Beziehungen TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 24 von 28

25 4. Anwendungsbeispiele TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 25 von 28

26 4. Anwendungsbeispiele Semantic MediaWiki Erweiterung von MediaWiki um semantische Annotationen wie Relationen oder Attribute Wiederverwendung von Informationen über Abfrage der Annotation Kombination von Informationen verschiedener Quellen über RDF GeoNames Ontology Ontology bestehend aus 6.5 Millionen geografischen Namen Jedes Element über eindeutige ID referenzierbar Dresden, Deutschland, RDF Struktur auf TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 26 von 28

27 5. Fazit TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 27 von 28

28 5. Fazit Web 3.0 Enormes Potential um aktuelle Nutzung und Wahrnehmung des Webs grundlegend zu verändern Technische Basis weitestgehend realisiert Aufgabe von Konsortien einheitliche Standards voranzutreiben TU Dresden, Web 3.0 Die Realisierung des Semantic Web Folie 28 von 28

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit