Semantic Web: Anwendungen · funktionsfähiger Prototyp Projekt gefördert durch BMBF, viele...

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Semantic Web: Anwendungen

Sebastian Rudolph

Institut AIFB · Universität Karlsruhe

Grundlagen Semantic Web (WS09/10)Seminar für Computerlinguistik, Universität Heidelberg

http://semantic-web-grundlagen.de

Foliensatz von M. Krötzsch. Die nichtkommerzielle Vervielfältigung, Verbreitung undBearbeitung dieser Folien ist zulässig (→ Lizenzbestimmungen CC-BY-NC).

S. Rudolph (AIFB Karlsruhe) Semantic Web Grundlagen Semantic Web 1 / 35

http://www.sebastian-rudolph.de

http://semantic-web-grundlagen.de/wiki/GSW_WS09/10


http://korrekt.org

http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/deed.de



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1 Einleitung und Motivation

2 Vokabulare

3 Ontologien

4 Anwendungsprojekte in Karlsruhe

5 Industrielle Anwendungen

6 Zusammenfassung und Ausblick




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Die Vision der Semantic Web

[Berners-Lee, Hendler, Lassila, 2001]:

“A new form of Web content that is meaningful to computers willunleash a revolution of new possibilities”

“Computers will find the meaning of semantic data by followinghyperlinks to definitions of key terms and rules for reasoning aboutthem logically.”

“Naturally, you want to check this, so your computer asks the servicefor a proof of its answer, which it promptly provides by translating itsinternal reasoning into the Semantic Web’s unifying language.”

Und wie sieht es in der Realität aus?




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Herausforderungen der Praxis

In der Praxis geht es um mehr als um Technik!

Wer möchte semantische Daten veröffentlichen (und wer nicht)?Wie passen semantische Technologien in bestehendeNutzungsprozesse?Welchen Gewinn bringt der Umstieg auf semantische Lösungen(und was kostet er)?Wer bietet Dienste und Produkte für solche Technologien an (undwer kauft sie)?

The Semantic Web Chicken-And-Egg-ProblemWas kommt zuerst: formalisierte semantische Daten oderAnwendungen und Dienste zu ihrer produktiven Nutzung?




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Was ist eine „Anwendung“?

Eine „Anwendung“ semantischer Technologie könnte vieles sein . . .. . . eine erste Implementierung?. . . eine einsetzbare Implementierung?. . . das Produkt einer Firma?. . . der Einsatz in einem konkreten Anwendungsfall?

Echte Anwendungen müssen sich in der echten Welt durchsetzen!




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2 Vokabulare

3 Ontologien







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Vokabulare im Semantic Web

Grundidee semantischer Wissensrepräsentation:Eindeutige Bezeichnung relevanter Elemente einesAnwendungsfelds ( URI)Formale Darstellung der Beziehung zwischen diesen Elementen( RDF(S), OWL, . . . )

Woher kommen URIs?

VokabularSammlung eindeutiger Bezeichner (URIs), deren pragmatischeBedeutung (informell) spezifiziert ist, eventuell ergänzt durch einfacheontologische Beziehungen.Meist als Schema zur Übertragung/Verknüpfung semantischer Datenin bestimmten Anwendungsfeldern.




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RSS – RDF Site Summary

Das am weitesten verbreitete Semantic-Web-Vokabular: å RSS

„RDF Site Summary“ (RSS 1.0)6= „Really Simple Syndication“ (RSS 2.0)Herausgegeben von der RSS-DEV Working Group 2000Übertragung von Listen aus (Hyper-)TexteinträgenRelevante Metadaten: Autor, Datum, Inhalt, . . .Erzeugung durch Blogs zur Übertragung von NewsfeedsAuswertung/Aggregation durch RSS-Feed-Reader


http://web.resource.org/rss/1.0/spec



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Daten über Personen: FOAF

å FOAF: „Friend of a Friend“Vokabular für Personendaten und Social NetworkingHerausgegeben vom FOAF-Projekt (Libby Miller, Dan Brickley)seit 2000Heute (2008) etwa 900,000 FOAF-Beschreibungen im Netz,großteils automatisch erstelltVerschiedene Anzeigetools: å FOAFexplorer, å FOAFnaut, . . .Beschreibung des Vokabulars mittels OWL


http://www.foaf-project.org/

http://xml.mfd-consult.dk/foaf/explorer/

http://foafnaut.org/



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FOAF-Eigenschaften

Beispiele für Elemente in FOAF:foaf:Person: Klasse aller Personenfoaf:mbox: DatatypeProperty für Email-Adressen;invers-funktionalfoaf:knows: ObjectProperty zur Herstellung von Beziehungenzwischen Personenfoaf:mbox_sha1sum: DatatypeProperty für Hashs vonEmail-Adressen; invers-funktional

mbox und mbox_sha1sum zur Zuordnung verschiedenerFOAF-Files zu einer Person

Weitere Elemente und Eigenschaften für Personen, Organisationen,Gruppen, Bilder, . . .




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Modellierungsprobleme in FOAF

Auch Vokabularkonstruktion ist nicht einfach!

Wie stellt man Namen dar?International unterschiedliche NamensgebungenFOAF hat firstName, surname, givenname, family_name,name

Wie stellt man Geburtstage dar?Problem: Angabe von Tag oder Jahr eventuell nicht erwünschtXML-Schema kennt Typen für Datum und Zeitpunkt, nicht für Tageohne JahrZusammenhang zwischen XSD-Datum und Jahreszahl nicht inOWL darstellbar




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Woher kommen FOAF-Files?

FOAF wird großteils automatisch generiert, z.B. aus Nutzerprofilen.Beispiel: å AIFB-Portal

Einige Tools zur direkten Erstellung.Beispiel: å FOAF Creator, å FOAF-a-matic


http://www.aifb.uni-karlsruhe.de/

http://neverfriday.com/foaf/create.html

http://www.ldodds.com/foaf/foaf-a-matic.html



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Weitere Vokabulare im Semantic Web

Andere weit verbreitete Vokabulare:å GEO: geographische Positionenå DOAP (Description of a Project): Metadaten zuSoftwareprojektenå CC (Creative Commons): Lizenzinformationen in RDFå SIOC (Semantically Interlinjked Online Communities):Online-Gemeinschaften


http://www.w3.org/2003/01/geo/

http://usefulinc.com/doap/

http://wiki.creativecommons.org/License_RDF

http://sioc-project.org/



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2 Vokabulare

3 Ontologien







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Ontologien vs. Vokabulare

OntologieFormale Beschreibungen für ein Anwendungsgebiet: Dokument einerOntologiesprache

Zielstellung von Ontologien nicht nur DatenaustauschAxiomatisierung relevanter Zusammenhänge zwecks„intelligenter“ VerarbeitungNutzung ausdrucksstarker Ontologiesprachen

(„Ontologie“ und „Vokabular“ keine allgemein definierten Begriffe,Überschneidungen möglich)




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Upper-Level Ontologies

Gibt es domänenunabhängige Ontologien? Upper-Level Ontologien (auch: Foundational Ontologies)

Beispiele:DOLCE: Descriptive Ontology for Linguistic and CognitiveEngineeringKlassen wie „Perdurant“ und „Non-Physical Endurant“SUMO: Suggested Upper Merged OntologyKlassen wie „Abstract“ und „Physical“GFO: General Formal Ontology. . .

Verwendung vor allem zur Modellierung und Vereinigungunabhängiger Ontologien . . . eher kompiliziert . . .




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Medizinische Terminologien

Anwendungen komplexer Ontologien besonders in Medizin/BiologieGene Ontology

Domäne: Gene in allen Organismen

Ontologiesprache: „OBO“, Abbildung auf OWL teilweise möglich

Anwendung: Kombination von Gen-Daten

SNOMED – Systematized Nomenclature of Medicine (Clinical Terms)Domäne: Krankheiten, Diagnosen, Medikamente, . . .

Ontologiesprache: Beschreibungslogik EL++

Anwendung: Informationsaustausch in Medizinanwendungen

GALENDomäne: Krankheiten (medizinsiche Klassifikation)

Ontologiesprache „GRAIL“, Abbildung auf OWL teilweise möglich

Anwendung?: „basis for teaching, training and services“ (Zitat)

Formale Semantik hilft bei OntologieerstellungS. Rudolph (AIFB Karlsruhe) Semantic Web Grundlagen Semantic Web 17 / 35



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Wie entstehen Ontologien?

Erstellung von Ontologien kompliziert:genaue Kenntnis der Domäne erforderlichgutes Verständnis der Ontologiesprache erforderlich

Problem: Domänenexperten sind häufig keine Informatiker . . .

Weitere Herausforderungen:Ontologien können sehr groß werden – Aufteilung?Viele Freiheiten bei Modellierung – wie entscheiden?Gemeinschaftliche Erstellung von Ontologien? Prozesse undMethoden?Entwicklung und Versionierung von Ontologien(Ontologie-Evolution)Beurteilung der Qualität von Ontologien (Ontologie-Evaluation)




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Werkzeuge der Ontologieerstellung

Ontologien werden nicht manuell in XML geschrieben!

Freie und kommerzielle Ontologieeditoren:å Protégé: freier Ontologieeditor, Plugins/Erweiterungenå Topbraid Composer: kommerzieller Editorå NeOn-Toolkit: freier Editor mit kommerziellen Erweiterungen, inEntwicklung

mehr dazu in å Semantic Web Technologies 2, Sommer 2008


http://protege.stanford.edu/

http://www.topbraidcomposer.com/

http://www.neon-toolkit.org/

http://semantic-web-grundlagen.de/index.php/SWebT2_SS08



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2 Vokabulare

3 Ontologien







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SmartWeb

Noch einmal SmartWeb (siehe auch å Praxisvortrag Ontoprise . . . )

Fallstudie zum Einsatz semantischer Technologien in mobilenUmgebungenkomplexe Aufgabenstellung, Verknüpfung vieler Technologienfunktionsfähiger PrototypProjekt gefördert durch BMBF, viele deutsche Partner ausForschung und Industrie

Video


http://semantic-web-grundlagen.de/index.php/Bericht_aus_der_Praxis_%2813._Vorlesung_SWebT1_WS07/08%29



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Semantic MediaWiki

〈 Kurze Einleitung zu Wikis, semantischen Wikis und SMW 〉

Homepage: å Semantic MediaWiki


http://semantic-mediawiki.org



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Semantic MediaWiki (SMW)

freie Erweiterung von MediaWiki (Software unter Wikipedia)seit Anfang 2006 verfügbargroße weltweite Nutzergemeinschaftzahlreiche Anwendungen in WWW und Industrie (700 Downloadsin Jan 2008)Übersetzung in über 10 Sprachen (darunter Chinesisch undHebräisch)Entwicklung auch in verschiedenen Projekten am AIFB

Homepage: å Semantic MediaWiki

mehr dazu in å Semantic Web Technologies 2, Sommer 2008


http://semantic-mediawiki.org

http://semantic-web-grundlagen.de/index.php/SWebT2_SS08



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Semantic MediaWiki: Anwendungsbeispiele

Beispielanwendungen von Semantic MediaWiki:å Ontoworld.org – Semantic Web Community Wikiå DiscourseDB – Politische Berichterstattung in den Medienå SpieleWiki – Aktivitäten für Jugendgruppenå Sydney Directory – Alles über Sydneyå Creative Commons Wiki – Alles über freie Inhalte und CCInnovationsmanagement bei Volkswagen (intern)Projekt- und Arbeitsgruppenwikis in verschiedenenOrganisationenDie å Homepage dieser Vorlesungund selbst å das

sehr viele neue OWL/RDF Daten im Netz sehr viele neue „Vokabulare“ für neue Anwendungen


http://ontoworld.org

http://discoursedb.org/

http://spiele.j-crew.de

http://sydneydirectory.org

http://wiki.creativecommons.org


http://www.chickipedia.com



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Semantic MediaWiki: Wir suchen Unterstützung

Freie Positionen im Umfeld von SMWStudentische Hilfskräfte

EntwicklungKommunikation/Öffentlichkeitsarbeit. . .

Diplom- und ProjektarbeitenStellen für Doktoranden

Mail an Markus Krötzsch – [email protected]




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Fallstudien aus Industrie- und Forschungsprojekten

Viele weitere fallstudien zum Einsatz semantischer Technologien inKarlsruhe:

å NeOn-Projekt:Wissensverwaltung bei der FAO (UN Food and AgricultureOrganisation)Informationsintegration in der pharmazeutischen Industrieå SEKT (inzwischen ausgelaufen):z.B. Anwendungsstudie zur semantischen Suche in digitalenBibliothekenACTIVE (Folgeprojekt von SEKT, Start März 2008)Einsatz semantischer Technologien in Firmenkontexten, SMWå NepomukUmsetzung des semantischen Desktopså XMediaSemantische Daten und Multimedia


http://www.neon-project.org

http://www.sekt-project.com/

http://nepomuk.semanticdesktop.org

http://www.x-media-project.org



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2 Vokabulare

3 Ontologien







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Ontologien speichern und verarbeiten

Systeme zum Umgang mit Ontologien/RDF-Daten:RDF-Datenbanken (RDF-Stores): Jena, Oracle 10g∗, RAP,Redland, Sesame, Virtuoso∗, . . .OWL-Reasoner: FACT++, HermiT, KAON2 (OntoBroker-OWL∗),Pellet, RacerPro∗, . . .Leicht-gewichtige OWL-Unterstützung: CEL, Oracle 11g∗,QuOnto∗, . . .

Siehe auch: å Online-Liste der DL-Reasoner

∗ Kommerzielle Systeme


http://www.cs.man.ac.uk/~sattler/reasoners.html



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Semantik in Dateiformaten

Einbettung semantischer Metadaten in existierende Dateiformate:Adobe XMP – Extensible Metadata PlatformRDF-basiertes Metadatenformat in DateienVerfügbar in Photoshop 7.0, Acrobat 5.0, Illustrator 10, . . .SVG (z.B. in å Inkscape)RDF-Daten in SVG (Scalable Vector Graphics, XML-basiert)Einbettung von Metadaten Grafiken

Semantik fest an existierende Dateiinhalte gekoppelt einfache Integration in bestehende IT-Prozesse


http://www.inkscape.org/



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Metadatenverwaltung

OWL/RDF als Metadatenformat in der Medienverwaltung:

å Microsoft „Interactive Media Manager“


http://www.microsoft.com/resources/mediaandentertainment/solutions_imm.mspx



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Anwendungen mit „Semantic Web inside“

Nicht alle Anwendungen semantischer Technologien exportierenDaten!

å Yahoo! FoodYahoo!-Portal zu Ernährung und Kocheninterne Datenhaltung mit RDF

Vodaphone Live! Mobile PortalVodaphone-Portal für handy-Downloadsinterne Datenverwaltung mit RDFVerbesserung in der Suche: 50% weniger Seitenaufrufe proDownload


http://food.yahoo.com/



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Semantische Websuche

Websuche auf Basis von semantischen Dokumenten in Netz

å Yahoo! Creative Commons SearchSuche nach Webinhalten auf Basis ihrer LizenzbestimmungenAngabe von gewünschten Rechten (kommerzielle Nutzung,Bearbeitung)Basierend auf Annotationen inCreative-Commons-RDF-Vokabular (z.B. von Flickr)

Aktuelle Forschung: Semantic-Web-SuchmaschinenAggregation von semantischen Daten, crawlingSuche nach technischen/strukturellen Merkmalen von MetadatenBeispiele: å Swoogle, å SindiceMeist relativ unvollständige Crawler, unvollständige Datensätze


http://search.yahoo.com/cc

http://swoogle.umbc.edu/

http://sindice.com/



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(Web-)Dienste

Webdienste als wichtiger Architekturteil moderner IT-Systeme (SOA)

å Microsoft Connected Services FrameworkInterne Verwaltung von Nutzerprofilen in RDFZugriff via SPARQL möglich

Aktuelle Forschung: Semantic Webservicesautomatische Suche, Konfiguration, und Invokation von Dienstenaufgrund von semantischen BeschreibungenNeu in Karlsruhe: å Karlsruhe Service Research Institute (KSRI)


http://msdn2.microsoft.com/en-us/library/aa303446.aspx

http://www.ksri.uni-karlsruhe.de/



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2 Vokabulare

3 Ontologien







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Zusammenfassung und Ausblick

Semantische Technologien sind in der Praxis angekommenIndustrielle Produkte, Dienstleistungen und AnwendungenverfügbarVokabulare, Ontologien und „Best practices“ für verschiedeneDomänenFokus auf „Web of Data“ oder „Web 3.0“RDF stärker verbreitet als OWL

Was bringt die Zukunft?weiter verstärkte Annahme durch Industrieneue GeschäftsmodelleWeiterentwicklung der GrundlagentechnologienÜbergang von RDF-Vokabularen zu OWL-Ontologien?

Wer bringt die Zukunft?




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