Semantische Technologien - Grundlagen. Konzepte. Anwendungen.

Vorwort

Inhaltsverzeichnis

Teil I Grundlagen

1 Einleitung

1.1 Daten, Information und Wissen

1.2 Wissen im Alltag: Ein menschliches Beispiel

1.2.1 Beispielszenario

Personenbeschreibung Rudi Baispilov

Kontaktdaten

Personenbeschreibung Dr. Gesine Mustermann

Kontaktdaten

1.2.2 Wissensarbeit – Wunsch und Wirklichkeit

1.3 Semantik und semantische Technologien

1.4 Metadaten

1.5 Der weitere Inhalt dieses Buches

2 Wissensrepräsentation

2.1 Prinzipien der maschinellen Wissensverarbeitung

2.2 Fakten und Regeln

2.2.1 Formalisierung von Aussagen

2.2.2 Fakten

2.2.3 Inferenz mit Regeln

2.2.4 Anfragen

2.3 Logik und Inferenz

2.3.1 Logische Operatoren

2.3.2 Inferenzmechanismen

2.4 Pr¨adikatenlogik

2.4.1 Symbolformen

2.4.2 Quantoren

2.5 Semantische Netze

2.5.1 Wissensdarstellung mit Graphen

2.5.2 Relationen und ihre Eigenschaften

2.5.3 Eigenschaften Semantischer Netze

2.5.4 Kardinalit¨at von Relationen

2.6 Frames

2.6.1 Der Schemabegriff

2.6.2 Frames als Denkmodell

2.6.3 Klassifikation

2.6.4 Generalisierung und Spezialisierung

2.6.5 Vererbung

2.6.6 Instanziierung

2.7 Taxonomien

2.7.1 Multi-perspektivische Schemahierarchien

2.7.2 Probleme bei unterschiedlichen Rollen

2.8 Conceptual Dependencies

2.8.1 Handlung und Zustand

2.8.2 Handlungsoptionen

2.8.3 Mentale Drehb¨ucher

2.9 Taxonomien mit formaler Semantik: Die KL-ONE-Familie

2.9.1 Superkonzepte

2.9.2 Rollen

2.9.3 Vererbung und Rollenrestriktionen

2.9.4 Wohlgeformte Terme und ihre Semantik

2.9.5 Subsumption und Klassifizierung

2.10 Ontologien

2.10.1 Der Ontologiebegriff in der Informatik

2.10.2 Aufbau von Ontologien

2.10.3 Nutzen von Ontologien

2.11 Fazit

2.12 Weiterf¨uhrende Literatur

3 Semantische Netze, Thesauri und Topic Maps

3.1 Grundlagen

3.1.1 Struktur Semantischer Netze

3.1.2 Klassifikation Semantischer Netze

3.2 Grafische Notationen

3.2.1 Mind-Maps

Geschichte und Motivation

Werkzeuge

3.2.2 Concept-Maps

Geschichte und Motivation

Anwendungen von Concept-Maps

Erstellung von Concept-Maps

Formale Semantik von Concept-Maps

Werkzeuge

3.2.3 Conceptual Graphs

Conceptual Graphs

3.2.4 Grafische vs. Lineare Notationen

3.3 Weitere Repr¨asentationstechnologien

3.3.1 Thesauri

Linguistische Thesauri

Thesauri zur Dokumentation

Standardisierung

3.3.2 Topic Maps

Datenmodell

Standards und Standardisierungsprojekte

Anwendungsbereiche

Werkzeuge und Systeme

3.4 Fazit

3.5 Weiterf¨uhrende Literatur

4 Das Resource Description Framework

4.1 Von der Pr¨asentationszur Inhaltssicht

4.1.1 Pr¨asentationsebene: Die Hypertext Markup Language HTML

4.1.2 Die Strukturierungssprache XML

4.1.3 Umgang mit Mehrdeutigkeit: Disambiguierung durch Zuweisung von Namensr¨aumen

4.2 Das RDF-Datenmodell

4.2.1 Container

4.2.2 Aussagen ¨uber Aussagen: Reifizierung

4.3 Ontologische Strukturierung von Daten: RDF-Schema

4.4 (X)HTML-Erweiterung: RDFa

4.5 Die Web Ontology Language (OWL)

4.6 Fazit

4.7 Weiterf¨uhrende Literatur

5 Ontologien und Ontologie-Abgleich in verteilten Informationssystemen

5.1 Motivation: Ontologien in verteilten IT-Systemen

5.1.1 Explizite Konzeptualisierungen als Basis semantischer IT-Systeme

5.1.2 Ontologien in verteilten Informationslandschaften

5.2 Abgleich von Ontologien

5.2.1 Repr¨asentation von Abbildungen zwischen Ontologien

5.2.2 Heuristiken zur automatischen Berechnung von Beziehungen zwischen Ontologien

Die lexikalische Ebene der Ontologien

Die Ontologie-Struktur

Ontologie-Nutzung als Evidenz f¨ur Korrespondenzen

5.2.3 Integration von Mapping-Vorschl¨agen

Integration einzelner Matching-Heuristiken

Integration mehrerer Abbildungsvorschl¨age

5.2.4 Zusammenfassung: Der generelle Matching-Prozess

5.3 Werkzeuge

5.3.1 Alignment API

5.3.2 S-Match

5.3.3 Die PROMPT-Suite

5.4 Fazit

5.5 Weiterf¨uhrende Literatur

6 Anfragesprachen und Reasoning

6.1 Anfragesprachen

6.1.1 Einfache SPO-Anfragen

6.1.2 SPARQL

Abk¨urzende Schreibweisen

Filter

Weitere Graph-Pattern

L¨osungslistenmodifikatoren

Weitere Anfrageformate

RDF-Datasets und benannte Graphen

SPARQL und RDFS

6.1.3 Anfragesprachen f¨ur OWL

6.2 Reasoning

6.2.1 Hornlogik und F-Logik

Regeln in Jena

6.2.2 Reasoning f¨ur OWL

SWRL (Semantic Web Rule Language)

6.3 Fazit

6.4 Weiterf¨uhrende Literatur

Teil II Fundamentale Dienste und Funktionen

7 Linked Open Data, Semantic Web Datensätze

7.1 Linked Open Data die Grundlagen

7.2 Ver¨offentlichen von Linked Open Data

7.2.1 Wrapping von existierenden Datens¨atzen

Wrapper-Ans¨atze

7.3 Beispiele f¨ur LOD-Services

7.3.1 Dump-Konversion: DBpedia

7.3.2 Online-Konversion: DBTropes

7.4 Zugriff auf Linked Data

7.4.1 REST & HTTP Content Negotiation

7.4.2 Zugriff durch menschliche Nutzer

Generische Linked-Data-Browser

Suchmaschinen f¨ur Linked Data

Linked-Data-basierte Anwendungen

7.4.3 Zugriff in Anwendungen

Zugriff durch automatische Navigation im Web of Data

Automatischer Zugriff auf Linked-Data-Suchmaschinen

Anfrageausf¨uhrung ¨uber dem Web of Linked Data

7.5 Beispiel

7.6 Fazit

7.7 Weiterf¨uhrende Literatur

8 Semantik in der Informationsextraktion

8.1 Informationsextraktion

8.2 Generischer Aufbau einer Informationsextraktion

8.2.1 Syntaktische Analyse

Textextraktion

Spracherkennung

Segmentierung von W¨ortern

Segmentierung von S¨atzen

Part-of-Speech-Tagging

Erkennung von Phrasen

8.2.2 Semantische Analyse

Erkennung von benannten Entit¨aten

Erkennung von strukturierten Entit¨aten

Koreferenzanalyse

Aufl¨osung sprachlicher Mehrdeutigkeiten

Erkennung von Fakten

8.2.3 Templates

8.3 Ontologien in der Informationsextraktion

8.3.1 Formale Modellierung von sprachlichem Hintergrundwissen

8.3.2 Extraktionsontologien

8.3.3 Formale Modellierung von Dom¨anenwissen

8.3.4 Formale Anfragesprachen zur Spezifikation von Templates

8.4 Formale Repr¨asentation von Extraktionsresultaten

8.4.1 Semantisches Anreichern von Dokumenten

8.4.2 Semantische Annotationen

8.5 Fazit

8.6 Weiterf¨uhrende Literatur

9 Semantische Suche

9.1 Der Begriff Semantische Suche

9.1.1 Grundlagen

9.1.2 Viele Definitionen ein Ziel

9.2 Kategorien semantischer Suchmaschinen

9.2.1 Formularbasierte Suche

9.2.2 Suchmaschinen mit RDF-basierten Anfragesprachen

9.2.3 Faceted Browsing

9.2.4 Semantikbasierte Schl¨usselwortsuchmaschinen

9.2.5 Question Answering Tools

9.2.6 Schl¨usselwortsuche mit semantischer Nachverarbeitung

9.2.7 Semantikbasierte intelligente Visualisierung

9.3 Architektur und Ans¨atze

9.3.1 Wissensbasis, Suchraum

Suchraum vs. Wissensbasis

Beschaffenheit des Suchraumes und der Wissensbasis

9.3.2 Anfrageverarbeitung

Formalit¨at der Anfrage

Anfragemodifizierung

9.3.3 Ans¨atze, Suchalgorithmen

9.3.4 Beispiele

9.4 Benutzerkontext, Personalisierung und Transparenz

9.4.1 Benutzerkontext und Personalisierung

9.4.2 Transparenz

9.5 Fazit

9.6 Weiterf¨uhrende Literatur

10 Erklärungsfähigkeit semantischer Systeme

10.1 Szenario

10.2 Der Begriff der Erkl¨arung

10.2.1 Erkl¨arungen im Alltag

10.2.2 Wissenschaftliche Erkl¨arungen

10.3 Erkl¨arungen in Expertensystemen

10.3.1 MYCIN

10.3.2 NEOMYCIN

10.3.3 RED

10.3.4 PEA

10.3.5 REX

10.4 Aspekte von Erkl¨arungen

10.4.1 Arten von Erkl¨arungen

10.4.2 Ziele von Erkl¨arungen

10.4.3 Darstellungen von Erkl¨arungen

10.4.4 Wahrheit und Erkl¨arung

10.4.5 Anforderungen an Erkl¨arungen

10.4.6 Erkl¨arungsszenario

10.5 Erkl¨arungen im Semantic Web

10.5.1 Inference Web

10.5.2 Erkl¨arungskomponente von RadSem

10.6 Fazit

10.7 Weiterf¨uhrende Literatur

Teil III Anwendungen

11 Semantische Webservices zur Steuerung von Produktionsprozessen

11.1 Einleitung

11.2 Grundlagen

11.2.1 Steuerungen in heutigen Produktionsanlagen

11.2.2 Serviceorientierte Architekturen

WSDL – Beschreibung von Webservices

UDDI – Verzeichnisdienste f¨ur Webservices

BPEL – Orchestrierung von Webservices

11.2.3 Semantische Webservices

SAWSDL

WSMO

OWL-S

11.3 Anwendungsfeld

11.3.1 Semantische Webservices in der Produktionsdom¨ane

11.3.2 Experimenteller Aufbau

11.4 Semantisches Auffinden von Webservices in der Produktion

11.4.1 Semantische Annotation der Webservices

Semantische Annotation mit SAWSDL

Semantische Beschreibung mit OWL-S

Ergebnisse des Vergleichs von SAWSDL und OWL-S

11.4.2 Erstellungsprozess und Struktur der Ontologien

11.4.3 Systemarchitektur und Ablauf des semantischen Auffindens von Webservices

11.5 Automatische Orchestrierung zur Erstellung flexibler Produktionsprozesse

11.5.1 Semantisch unterst¨utzte Prozessmodellierung

11.5.2 Konzeptioneller Ansatz zur flexiblen Steuerung von Produktionsprozessen

11.6 Fazit

11.7 Weiterf¨uhrende Literatur

12 Wissensarbeit am Desktop

12.1 Herausforderungen der Wissensarbeit auf dem Desktop

12.2 Semantische Modellierung des Wissensraums

12.2.1 Pers¨onliches Informationsmodell (PIMO)

Repr¨asentation des PIMOs in RDF

PIMO-Upper: Allgemeine Klassen

PIMO-Mid: Ontologien, die in einer Dom¨ane oder Gruppe geteilt werden

Pers¨onliche Klassen, Relationen und Erweiterungen

Beispiel

12.2.2 Die NIE-Ontologien zur Datenrepr¨asentation

Repr¨asentation eines Adressbucheintrages in RDF

12.2.3 Integration propriet¨arer Informationsquellen

Aperture

Gnowsis

12.3 Der Semantic Desktop

12.3.1 Ausgangssituation

12.3.2 Die Idee des Semantic Desktops

12.3.3 Nepomuk Semantic Desktop

12.3.4 Refinder

12.4 Wikis und Semantische Wikis

12.4.1 Annotationen bei dokumentbasierter Arbeit

12.4.2 Das pers¨onliche Wiki im Semantic Desktop

12.4.3 Feingranulare Annotationen – der Ansatz in Mymory

Die Technische Realisierung der Annotationen

Annotationsbasierte Suche

Visualisierung der strukturierten Daten

Beispiele

12.5 Aufgabenmanagement f¨ur Wissensarbeiter

12.5.1 Permanenter Aufgabenwechsel (Multitasking)

12.5.2 Ziele f¨ur die technische Unterst¨utzung

12.5.3 Task Management-Systeme

12.5.4 Semantische Aufgabenmodellierung

12.5.5 Kontext eines Wissensarbeiters

Semantische Kontextmodellierung

12.5.6 ConTask: Kontextsensitives Aufgabenmanagement

Benutzerverhalten und Historie

12.6 Fazit

12.7 Weiterf¨uhrende Literatur

13 Semantische Suche für medizinische Bilder

13.1 Medico-Ontologie-Hierarchie

13.1.1 Representational Ontologies

13.1.2 Upper Ontology

13.1.3 Information Element Ontology

13.1.4 Clinical Ontology

13.1.5 Annotation Ontology

13.1.6 Medical Ontologies

13.2 Semantische Technologien im Medico-System

13.2.1 MedicoServer

13.2.2 SemanticSearch and SemanticAnnotation

13.2.3 Tripel-Speicher

13.2.4 Semantisches Volumen-Parsing

13.2.5 Spatial DBMS

13.2.6 Der 2-D-Annotations-Prototyp RadSem

13.2.7 Die 3-D-Annotationsanwendung f¨ur den klinischen Betrieb

13.2.8 Semantische Navigation

13.2.9 Multimodal Dialogue Interface

13.3 Fazit

13.4 Weiterf¨uhrende Literatur

14 Semantische Musikempfehlungen

14.1 Grundlagen

14.1.1 Musikontologien

The Music Ontology

14.1.2 Social Music und das Semantic Web

14.2 Datensammlungen zu musikbezogenen Informationen

14.2.1 Traditioneller Musikjournalismus im Wandel der Zeit

14.2.2 Musik und das Linked Open Data Projekt

DBTune

DBpedia

Freebase

14.3 Algorithmen zur Musikempfehlung

14.3.1 Inhaltsbasierte Verfahren

14.3.2 Kollaboratives Filtern

14.3.3 Hybride Ans¨atze

14.4 Soziosemantische Musikempfehlungen

14.4.1 Kollaboratives Filtern und Semantische Social Networks

FOAF-ing the music

14.4.2 dbrec: DBpedia als Basis f¨ur Musikempfehlungen

14.4.3 HORST – Holistic Recommendation and Storytelling

¨Uberf¨uhren der semantischen Daten in einen Vektorraum

Merkmalsauswahl und Gewichtung

Berechnung der ¨Ahnlichkeit

Bereitstellung einer erkl¨arenden Geschichte

14.5 Fazit

14.6 Weiterf¨uhrende Literatur

15 Optimierung von Instandhaltungsprozessen durch Semantische Technologien

15.1 Einleitung

15.2 Grundlagen

15.2.1 Interpretation von Kontextinformationen als Grundlage kontextadaptiver Anwendungen

15.2.2 Systemarchitektur zur Interpretation und Nutzung von Ortsinformationen in Fabriksystemen

15.3 Anwendungsfeld und Szenario

15.3.1 Instandhaltungsprozesse in der industriellen Produktion

15.3.2 Szenario

15.4 Semantische nahtlose Navigationsanwendung

15.4.1 Ontologiebasierte Situationsinterpretation

Identifikation und Modellierung einzelner Situationen

Modellierung der Ontologie

Semantisches Reasoning

15.4.2 Anwendungsbezogene Nutzung von Ontologien

Interpretation Server als technische Grundlage

Semantische nahtlose Navigation als Anwendung

15.5 Fazit

15.6 Weiterf¨uhrende Literatur

Literaturverzeichnis

Akronyme

Index

Die Autorinnen und Autoren