Semantic Web - Hasso Plattner...

Vorlesung

Dr. Harald Sack

Hasso-Plattner-Institut für Softwaresystemtechnik

Universität Potsdam

Wintersemester 2008/09

Semantic Semantic WebWeb

http://sw0809.blogspot.com/

Blog zur Vorlesung: http://sw0809.blogspot.com/

2

Vorlesung Semantic Web, Dr. Harald Sack, Hasso-Plattner-Institut, Universität Potsdam

Semantic Web - Vorlesungsinhalt

1. Einführung

2. Die Sprachen des Semantic Web

3. Wissensrepräsentation

4. Web of Trust

5. Ontology Engineering

6. Semantic Web Anwendungen

3



Semantic Web Architecture

URI / IRI

XML / XSD

RDFS

Ontology (OWL)

Trust

Cry

pto

Unifying Logic

Proof

Data interchange:

RDF

Query:

SPARQLRule:

RIF

User Interface & Application

4


Semantic Web


2.1 Uniform Resource Identifier - URI

2.2 Universelle Vokabularien mit XML

2.3 Einfache semantische Strukturen mit RDF und RDFS

2.4 Abfragesprache SPARQL

2.5 Semantik im WWW - formats, RDFa, GRDDL

2.6 Warum RDF/RDFS noch nicht ausreicht

06.11.2008 – Vorlesung Nr. 21 3 4 5 6 7 8 9 1110 12

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2. Die Sprachen des Semantic Web2.1 Uniform Resource Identifier - URI

Uniform Resource Identifier - URIEin Uniform Resource Identifier (URI) definiert ein einfachesund erweiterbares Schema zur weltweit eindeutigen Identifikationvon Ressourcen (RFC 3986).

Ressource kann jedes Objekt sein, das (im Kontext der jeweiligenAnwendung) eine klare Identität besitzt ,

also z.B. (z.B. Webseiten, Bücher, Orte, Personen,Beziehungen zwischen diesen Dingen, abstrakte Konzepteusw.)

Das URI Konzept ist in verschiedenen Anwendungsbereichenbereits etabliert,

wie z.B. Web (URL, PRN, pURL), Bücher (ISBN), Digital ObjectIdentifier (DOI)

6



Uniform Resource Identifier - URIURI umfasst sowohl

Adressangaben (Locator)

Uniform Resource Locator (URL, RFC 1738)

gibt an, wo eine Web-Ressource zu finden ist

kann sich im Lebenszyklus der Web-Ressource ändern

Identitätsbezeichner (Namen)

Uniform Resource Name (URN, RFC 2141)

persistenter Bezeichner für eine Web-Ressource

bleibt für die gesamte Lebensdauer konstant

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URI - Generische SyntaxUS-ASCII Encoding

Percent Encoding für reservierte Zeichen, oder Zeichen, die nichtim US-ASCII Encoding existieren

pct-encoded = "%" HEXDIG HEXDIG

Reservierte Zeichen mit funktionalen Aufgabenreserved = gen-delims / sub-delims

gen-delims = ":" / "/" / "?" / "#" / "[" / "]" / "@“sub-delims = "!" / "$" / "&" / "'" / "(" / ")" / "*" / "+" / "," / ";" / "="

Erlaubte Zeichenunreserved = ALPHA / DIGIT / "-" / "." / "_" / "~"

Erweiterung auf Universal Character Code (Unicode/ISO 10646)

Internationalized Resource Identifier (IRI, RFC 3987)Bsp.:

8



URI - Generische Syntax

URI = schema"://"[userinfo"@"]host[:port][path]["?"query]["#"fragment]

schema: z.B. http, ftp, mailto,...

userinfo: z.B. user:password

host: z.B. Domain-Name, IPv4/IPv6-Adressen

port: z.B. 80 für Standard http-Port

path: z.B. Pfadangabe im WWW-Server Filesystem

query: z.B. Parameter, die an Anwendung weitergegeben werden

fragment: z.B. Angabe eines bestimmten Dokumententeilbereichs

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URIs im Semantic WebWas tun, wenn eine URI für eine Ressource noch nicht existiert?

Selbstdefinierte URIs

Zur Vermeidung von Überschneidungen, Nutzung der eigenenWebsite

Ermöglicht auch Ablage von zugehöriger Dokumentation angleicher Stelle

Trennung von URI für Ressource (Beschriebenes) und derenDokumentation (Beschreibendes) durch URI-Referenzen (durch"#" angehängte Fragmente) oder content negotiation

z.B.: http://hpi.ui-potsdam.de/harald_foaf.rdf#URI

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Semantic Web




2.2.0 Warum (X)HTML nicht ausreicht…

2.2.1 XML Sprachstandard

2.2.2 XML DTD

2.2.3 XML Schema (XSD)

2.2.4 XML Sprachfamilie

2.2.5 Warum XML noch nicht ausreicht…





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2. Die Sprachen des Semantic Web2.2 XML / 2.2.0 Warum HTML nicht ausreicht…

Semantik und HTMLHTML diente ursprünglich zur Beschreibung der Struktur einesHypermedia-Dokuments

Browser-Wars – Browser-Hersteller (Netscape/MS) definierteneigenständig proprietäre Erweiterungen der HTML-Syntax zurFormatierung von Strukturelementen

z.B. Tabellen mit absoluten Maßangaben

z.B. Schrifttyp, Schriftauszeichnungen, Schriftgröße, Farbe, etc…

Problem: Formatierung vs. Semantik

<td width="261">

<font color="#00ff00" face="Arial, Helvetica, sans-serif„

size==“+1“> fetter T

ext

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Semantik und HTMLMeta-Tags können zusätzliche Semantik in das HTML-Dokumenteinbringen

Problem:

Erweiterungen nicht standardisiert

leicht manipulierbar Missbrauch

<meta name="description"

content="Homepage of Dr. Harald Sack, … “>

<meta name="keywords" content="homepage teaching … “><meta name="Autor" content="Harald Sack">

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Semantik und HTMLSemantik der Meta-Tags beruht ausschließlich auf der privatenVereinbarung zwischen Informationsanbieter undInformationskonsumenten

Problem:

Syntax und Semantik gilt nur für spezielle Vereinbarung

<meta name=“PLZ" content=“07743“>

<meta name=“Ort" content=“Jena“>

<meta name=“Strasse" content=“Ernst-Abbe-Platz“>

<meta name=„Hausnummer" content=“2">

Fazit:

HTML war zwar für das immense Wachstumstempo des WWW

mitverantwortlich, behindert aber dessen Weiterentwicklung

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formats -- MicroformateXHTML Markup, mit dem es möglich ist, (in einem begrenzten Umfang)Semantik in einem HTML-Dokument auszudrücken

Anwendungen können leichter Daten aus HTML-Dokumenten extrahieren

Verwendung in folgenden XHTML-Tag Attributen:

class

rel

rev

Vordefinierte Standard-Microformate:

hCard - Personendaten ( vCard, RFC2426)

hCalender – Events

rel-Tag – social tagging

XFN – XHTML Friends Network

…

15



Formats -- MicroformateBeispiel:

<span class="vcard">

<span class="fn">Joe Blow</span>

<span class="org">The Example Company</span>

<span class="tel">604-555-1234</span>

<a class="url" href="http://example.com/">

http://example.com/</a>

</span>

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Semantic Web






2.2.2 XML DTD








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2. Die Sprachen des Semantic Web2.2 XML / 2.2.1 XML Sprachstandard


URI / IRI

XML / XSD

RDFS

Ontology (OWL)

Trust

Cry

pto

Unifying Logic

Proof

Data interchange:

RDF

Query:

SPARQLRule:

RIF


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XML – Extensible Markup LanguageWas XML alles kann

XML gestattet die Definition beliebiger neuer Tags(Metasprache zur Definition neuer Markupsprachen)

die Definition neuer Tags erfolgt in einem speziellen Dokument,der Document Type Definition (DTD) / XML Schema Definition

XML-Dokumenteninstanz

+

XML-DTD

kann von einem

Anwendungsprogramm,

das die

XML-DTD/XML-XSD

versteht, korrekt

interpretiert werden

XML-XSD

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XML

XML DTD

XSDXQuery

XPath

XPointer

XLink

XHTML

CSS

SGML

RDF

RDFS

OWLSPARLQ

SWRL

XML Namespaces

XSL

XSLT

XLS:FO

XForms

20



XML Timeline

1970 200019901980

GML SGML(ISO8879 1986)

HTML 1.0CSS 1.0

XML 1.0(1998)

1995

HTML 3.2

HTML 4.0

CSS 2.0

MathML

XSLT/XPath

XHTML 1.0

XSD

XLink

SMIL

x

XQuery

(1998)

RDF

(1999)

RDFS(2004)

OWL

SPARQL(2006)

(SWRL)

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<h2>

Max Mustermann

</h2>

<p>

Sesamstr. 49a <br>

<b>93123 Bad Sulzdetfurth </b>

</p>

HTML

<Adresse>

<Vorname> Max </Vorname>

<Nachname> Mustermann </Nachname>

<Straße> Sesamstr. </Straße>

<Hausnummer> 49a </Hausnummer>

<PLZ> 93123 </PLZ>

<Ort> Bad Sulzdetfurth </Ort>

</Adresse>

XML

XML als semistrukturiertes Austauschdatenformat (Ein-/Ausgabe)

für beliebige Anwendungen

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XMLHTML

„HTML sagt Ihnen wie die Informationen aussehen

sollen, aber XML sagt Ihnen was sie bedeuten.“

Quelle: Charles F. Goldfarb, „The XML Handbook“

23



XML – Extensible Markup Language

SGMLSGML (Standard (Standard Generalized Markup LanguageGeneralized Markup Language))

HTMLHTML XMLXML

•• Instanz von SGMLInstanz von SGML

•• Vermischung von Inhalt Vermischung von Inhalt

und Layoutund Layout

•• Darstellung von InformationDarstellung von Information

•• Teilmenge von SGMLTeilmenge von SGML

•• Strikte Trennung von InhaltStrikte Trennung von Inhalt

und Layout und Layout

•• Beschreibung von InformationBeschreibung von Information

XHTML ist Instanz von XMLXHTML ist Instanz von XML

XHTMLXHTML

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XML – Extensible Markup LanguageHTML unterstützt stets nureinen vordefinierten Dokumententyp

XML erlaubt die Definitioneigener Dokumenten-Typen überdie Definition einer zugehörigenXML DTD (Document Type Definition)bzw. XML Schema Definition (XSD)

XSL Stylesheet

XML-Dokument XML DTD

XML Parser

XML SGML-Deklaration

Darstellung

XSD

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XML Attribute

XML Tags

XML DTD

XML Deklaration


XML – Extensible Markup Language

<?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?>

<!DOCTYPE address SYSTEM "Beispiel.dtd">

<adresse>

<vorname> Max </vorname>

<nachname> Mustermann </nachname>

<straße> Sesamstr. </straße>

<hausnummer> 49a </hausnummer>

<plz prefix=“D“> 93123 </plz>

<ort> Bad Sulzdetfurth </ort>

</adresse>

26



XML – Extensible Markup LanguageVeranschaulichung von XML-Daten als gerichteter Graph

<adresse>

<vorname> <nachname> <straße> <hausnummer> <plz> <ort>

<xml>

Max Mustermann

Sesamstr.

49a 93123

Bad Sulzdetfurth

27



XML – DeklarationXML-Prolog gibt Direktiven zur XML-Kodierung

version: obligatorische Versionsnummer

encoding: UTF-8/16/32 …

standalone: yes/no (wird DTD benötigt?)

<?xml version=“1.0“ encoding=“UTF-8“ standalone=“yes“>

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XML – DeklarationXML-Referenzen:

Angabe des verwendeten XML-DTDs

Referenz auf externe Teilmenge (globale URI)

Referenz auf interne Teilmenge

<!DOCTYPE name SYSTEM/PUBLIC “URI“>

<!DOCTYPE name [DTD-Definitionen]>

29



XML – ElementBeschreibung eines Objekts, das durch passende Markierungen (tags)wie <vorname> und </vorname> geklammert ist

Inhalt eines Elements: Text und/oder weitere Elemente(Unterelemente)

Elemente können beliebig geschachtelt sein

Leere Elemente: <plz></plz> kurz: <plz/>

<adresse>





Max Mustermann ist ein fleissiger Student…

</adresse>

Element

adresse

Start-Tag

End-Tag

Freitext

Unterelemente

30



XML – Attribute Name-Zeichenkettenwert-Paar

Assoziiert mit einem Element

Alternative Möglichkeit, Daten zu beschreiben

<adresse>



<ort plz=“01234“> Bad Sulzdetfurth </ort>

…

Attribut plz

31



Wohlgeformtes und gültiges XML

Max Mustermann

Sesamstr. 49a

93123 Bad Sulzdetfurth

Wohlgeformte XML-Dokumente:

Syntaktisch korrekt, d.h. alle angefangenen Tags werden wieder

geschlossen und sind stets korrekt geschachtelt,

keine Mehrfachattribute, nur ein Wurzelelement

<adresse>





<ort plz=“93123“>Bad Sulzdetfurth</ort>

</adresse>

32



Wohlgeformtes und gültiges XML

<adresse>






</adresse>

gültige (valide) XML-Dokumente:

wohlgeformt und zu einem assoziierten Schema uneingeschränkt konform

<!ELEMENT adresse (vorname+,

nachname, straße, hausnummer,

ort)>

<!ELEMENT vorname CDATA>

<!ELEMENT nachname CDATA>

<!ELEMENT straße CDATA>….

Document Type Definition (DTD)

33



Schemata in XMLDTD – Document Type Definitions:

Einfache Grammatik für ein XML-Dokument

Deklaration von Elementen, Attributen, u.a.

beschränkt die beliebige Verschachtelung von Elementen undAttributen

Teil des XML-Standards (“Erbe“ von SGML)

XML-Schema:

Komplexere Datendefinitionssprache

standardisierte Basistypen, z.B. float, double, decimal, boolean

Typen und typisierte Objektreferenzen

Klassenhierarchien / Vererbung

Konsistenzbedingungen

Standard (W3C Recommendation) in Ergänzung zu XML

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Semantic Web






2.2.2 XML DTD








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2. Die Sprachen des Semantic Web2.2 XML / 2.2.2 Document Type Definition (DTD)

XML-DTD definiert eine kontextfreie Grammatik für ein XML-Dokument

Extended Backus-Naur Form (EBNF)

--> Spezieller Interpreter notwendig

XML-DTDs unterstützen lediglich den Datentyp “text“

XML-DTDs unterstützen nicht das Vererbungskonzept

<adresse>






</adresse>

<!DOCTYPE adresse[



ort)>

<!ELEMENT vorname (#PCDATA)>

<!ELEMENT nachname (#PCDATA)>

<!ELEMENT straße (#PCDATA)>

<!ELEMENT ort (#PCDATA)>

<!ATTLIST ort plz CDATA #REQUIRED>

….

]>

XML

XML-DTD

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DTD Elementdeklarationbeschreibt die Einschränkungen des Inhalts eines Elements

Syntax:<!ELEMENT Name (Definition)>

Einziger atomarer Typ: #PCDATA(Parsed Character DATA)

(a,b,c) Liste von Unterelementen

(a|b|c) Alternativen

Kardinalitäten:

* keinmal oder beliebig oft

+ einmal oder beliebig oft

? kein- oder einmal

(ohne Angabe): genau einmal

EMPTY: Erzwingen von leeremElement

<!DOCTYPE adresse[



ort)>






….

]> XML-DTD

37



DTD AttributdeklarationName-Zeichenkettenwert-Paar

Assoziiert mit einem Element

Syntax: <!ATTLIST Element Attributname1 Typ1 Zusatz1 Attributname2 …>

Typ:

CDATA Zeichenkette

ID OID

IDREF Referenzen

IDREFS Menge von Referenzen

Zusatz:

REQUIRED zwingend

IMPLIED optional

(Initialwert)

<!DOCTYPE adresse[



ort)>






….

]> XML-DTD

38


<family>

<person id=“jane” mother=“mary” father=“john”>

<name> Jane Doe </name>

</person>

<person id=“john” children=“jane jack”>

<name> John Doe </name>

</person>

<person id=“mary” children=“jane jack”>

<name> Mary Smith </name>

</person>

<person id=“jack” mother=“mary” father=“john”>

<name> Jack Smith </name>

</person>

</family>

<family>

<person id=“jane” mother=“mary” father=“john”>

<name> Jane Doe </name>

</person>

<person id=“john” children=“jane jack”>

<name> John Doe </name>

</person>

<person id=“mary” children=“jane jack”>

<name> Mary Smith </name>

</person>

<person id=“jack” mother=“mary” father=“john”>

<name> Jack Smith </name>

</person>

</family>


DTD - OID und ReferenzenDTDs erlauben die Deklaration von OIDs, Referenzen undReferenzmengen als Attribute

<!DOCTYPE family [

<!ELEMENT family (person*)>

<!ELEMENT person (name)>

<!ELEMENT name (#PCDATA)>

<!ATTLIST person

id ID #REQUIRED

mother IDREF #IMPLIED

father IDREF #IMPLIED

children IDREFS #IMPLIED>

]>XML-DTD

XML

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DTDs - BewertungDTDs sind kontextfreie Grammatiken

rekursive Definitionen möglich

Probleme:

Ungewollte Festlegung der Reihenfolge:

<!ELEMENT person ( name, phone ) >

Workaround:

<!ELEMENT person ( (name, phone ) | ( phone, name ) ) >

Kann teilweise zu vage werden:

<!ELEMENT person ( ( name | phone | email )* ) >

Referenzen können nicht eingeschränkt (typisiert) werden

Alle Elementnamen sind global in einem Namensraum

<!DOCTYPE [

<!ELEMENT buch (titel,

subtitel?, autor+, preis)>

<!ATTLIST buch ISBN ID

#REQUIRED>

<!ELEMENT titel (#PCDATA)>

<!ELEMENT subtitel (#PCDATA)>

<!ELEMENT autor (#PCDATA)>

<!ELEMENT preis (#PCDATA)>

…]>

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Semantic Web






2.2.2 XML DTD








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2. Die Sprachen des Semantic Web2.2 XML / 2.2.3 XML Schema Definition (XSD)


URI / IRI

XML / XSD

RDFS

Ontology (OWL)

Trust

Cry

pto

Unifying Logic

Proof

Data interchange:

RDF

Query:

SPARQLRule:

RIF


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Echter Schemamechanismus mit vielen Erweiterungen über DTDshinaus

Benutzt selbst wieder XML-Syntax zur Schemadefinition

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>

<xsd:schema xmlns:xsd="http://www.w3.org/2001/XMLSchema">

<xsd:complexType name=“buchtyp“>

<xsd:element name=“buch“/>

<xsd:attribute name=“ISBN“ type=“xsd:string“ use=“required“/>

<xsd:all>

<xsd:element name=“titel“ type=“xsd:string“/>

<xsd:element name=“subtitel“ type=“xsd:string“ minOccurs=“0“

maxOccurs=“1“/>

<xsd:element name=“autor“ type=“xsd:string“ minOccurs=“1“/>

<xsd:element name=“preis“ type=“xsd:decimal“/>

</xsd:all>

</xsd:complexType>

</xsd:schema> XML SCHEMA

XSD Namespace

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XML Schema - ElementdeklarationSyntax: <element name=“Name“/>

Optionale Zusatzattribute:

Typ

type = “Typ“ atomarer, einfacher oder komplexer Typ

Kardinalitäten (Vorgabe [1,1]):

minOccurs = “x“ x { 0, 1, n }

maxOccurs = “y“ y { 1, n, unbounded }

Wertvorgaben (schließen sich gegenseitig aus!):

default = “v“ veränderliche Vorgabe

fixed = “u“ unveränderliche Vorgabe

Beispiele:

<element name=“buch”/>

<element name=“kapitel” minOccurs=“0” maxOccurs=“unbounded”/>

<element name=“subtitel” type=“string” minOccurs=“0”/>

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XML Schema - AttributdeklarationSyntax: <attribute name=“Name“/>

Optionale Zusatzattribute:

Typ:type = “Typ“

Existenz:use = “optional“ Kardinalität [0,1]use = “required“ Kardinalität [1,1]

Vorgabewerte:use = “default“ value = “v“ veränderliche Vorgabeuse = “fixed“ value = “u“ unveränderliche Vorgabe

Beispiele:<attribute name=“id” type=“ID” use=“required”/><attribute name=“alter” type=“string” use=“optional”/><attribute name=“sprache” type=“string” use=“default” value=“de”/>

45



XML Schema - ElementtypenXML-Schema unterscheidet

Atomare Typen

Eingebaute Elementartypen wie int oder string

Einfache Typen

haben weder eingebettete Elemente noch Attribute

in der Regel von atomaren Typen abgeleitet

Komplexe Typen

dürfen Elemente und Attribute besitzen

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XML Schema - ElementtypenAtomare Typen

XML-Schema unterstützt eine große Menge (>40) interner Basistypen

Numerisch: byte, short, int, long, float, double, decimal, …

Zeitangaben: time, date, month, year, timeDuration, …

Sonstige: string, boolean, uriReference, ID, …

Beispiele:

<element name=“jahr“ type=“year“/>

<element name=“seitenzahl“ type=“positiveInteger“/>

<attribute name=“alter“ type=“unsignedShort“/>

<attribute name=“homepage“ type=“anyURI“/>

47



XML Schema - ElementtypenEinfache Typen

von bestehenden Typen können einfache Typen abgeleitet werden:

Typdefinition:<simpleType name=“autorAlter“ base=“unsignedShort“>

<maxInclusive value=“200“/></simpleType>

Dokumentdefinition: <attribute name=“age“ type=“autorAlter“/>

einfachen Typen dürfen keine verschachtelten Elemente enthalten!

In ähnlicher Weise können Listen definiert werden:

Typdefinition: <simpleType name=“autorTyp“ base=“string“ derivedBy=“list“/>

(Name eines Autors als mit Leerzeichen getrennte Liste von Zeichenketten)

Dokumentdefiniton: <element name=“autor“ type=“autorTyp“/>

48



XML Schema - ElementtypenKomplexe Typen

Komplexe Typen dürfen eingebettete Elemente und Attribute besitzen

Bsp. Typdefinition:

<complexType name=“autorTyp“>

<sequence>

<element name=“vorname“ type=“string“ minOccurs=“0“

maxOccurs=“unbounded“/>

<element name=“nachname“ type=“string“/>

</sequence>

<attribute name=“alter” type=“autorAlter” use=“optional”/>

</complexType>

Gruppierungs-Bezeichner:<sequence> … </sequence> Feste Reihenfolge (a,b)<all>… </all> Beliebige Reihenfolge (a,b oder b,a)<choice> … </choice> Auswahl (entweder a oder b)

49



XML Schema - ElementtypenKomplexe Typen

<complexType name=“autorTyp“>

<sequence>

<element name=“vorname“ type=“string“ minOccurs=“0“

maxOccurs=“unbounded“/>


</sequence>

<attribute name=“alter” type=“autorAlter” use=“optional”/>

</complexType>

… Grundlage für weitere Beispiele!

50



XML Schema - ElementtypenWie definiert man ein leeres Element?

Bsp.: Telefonnr. soll nur ein Attribut haben und sonst leer sein

<telefonnr nr=“555-9-43221“ />

<element name=“phone“> <complexType> <attribute name=“nr“ type=“string“/> </complexType></element>

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XML Schema - TyphierarchienTypdefinition kann ebenfalls erfolgen durch

Erweiterung (engl. extension) oder

Restriktion (engl. restriction) einer bestehenden Typdefinition

Alle Typen in XML-Schema sind entweder

AtomareTypen (z.B. string) oder

Erweiterung bzw. Restriktion bestehender Typen

Alle Typen bilden eine Typhierarchie

Baum mit Wurzel: Typ Zeichenkette

Keine Mehrfachvererbung

Typen sind entlang der Typhierarchie abwärtskompatibel:

Für Typinstanzen gilt das Substituierbarkeitsprinzip

Elemente eines bestimmten Typs akzeptieren auch Daten einerErweiterung oder Restriktion des geforderten Typs

52



XML Schema - TyphierarchienTypen können konstruktiv um weitere Elemente oder Attribute zu neuenTypen erweitert werden

Beispiel:

<complexType name=“extendedAutorTyp“>

<extension base=“autorTyp“>

<sequence>

<element name=“email“ type=“string“ minOccurs=“0“ maxOccurs=“1“/> </sequence>

<attribute name=“homepage” type=“string” use=“optional”/>

</extension>

</complexType>

Erweitert den zuvor definierten Typ authorType um

ein optionales Element email

ein optionales Attribut homepage

53



XML Schema - TyphierarchienTypen können durch die Verschärfung von Zusatzangaben bei Typdefinitionenin ihrer Wertemenge eingeschränkt werden

Beispiele für Restriktionen:

Bisher nicht angegebene type-, default- oder fixed-Attribute

Verschärfung der Kardinalitäten minOccurs, maxOccurs

Substituierbarkeit

Menge der Instanzen des eingeschränkten Untertyps muss immer eineTeilmenge des Obertyps sein!

Restriktion komplexer Typen

Struktur bleibt gleich: es dürfen keine Elemente oder Attributeweggelassen werden

Restriktion einfacher Typen

Restriktion ist (im Gegensatz zur Erweiterung) auch bei einfachen Typenerlaubt

54



XML Schema - TyphierarchienBeispiel (Restriktion eines Komplexen Typs):

<complexType name=“restrictedAutorTyp“>

<restriction base=“autorTyp“>

<sequence>

<element name=“vorname“ type=“string“ minOccurs=“0“maxOccurs=“2“ />


</sequence>

<attribute name=“alter” type=“autorAlter” use=“required ”/>

</restriction>

</complexType>

Gegenüber dem ursprünglichen Typ wurde die Anzahl des Elements “vorname“auf 2 begrenzt und das Attribut “autorAlter“ erzwungen

55



XML Schema – Bewertung

Mit XML-Schema können Datenstrukturen (XML-Schemata)einfacher als mit Hilfe von DTDs spezifiziert werden

XML Schema vermag mehr Semantik zu spezifizieren als DTDs

XML-Schema erfährt breite Unterstützung (Tendenz steigend) undwird DTDs sukzessive ablösen (W3C Standard)

Syntax und Ausdruckskraft von XML-Schema sind sehr umfangreich

einfachere XML Schema Variante RelaxNG

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XML – NamensräumeXML-Autoren definieren eigene XML Element-Typen (Tags), die global für ein

Dokument gelten

XML-Tags mit demselben Namen, aber unterschiedlicherBedeutung und unterschiedlichen Attributen

Ambiguität und Namenskonflikte

<compactDisk autor=“HS">

<titel>Das wohltemperierte Klavier</titel>

<track Nummer=“1“>

<titel>Fuge Nr. 1</titel>

<autor>Johann Sebastian Bach</autor>

</track>

</compactDisk>

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XML – NamensräumeXML Namensraum legt eindeutigen Kontext für XML Element-Typ fest

definiert Namen, die jeweils bestimmten Schemata zugeordnetwerden (Vermeidung von Namenskonflikten)

benötigt keine formale Struktur

Zerlegung komplexer Strukturen in handhabbare Teilbereiche(vgl. Modulkonzept)

Mischung verschiedener Namensräume

jeweils eigene Namensräume für Elemente und XML-Entitäten proDokument / Dokumentenklasse (Gültigkeitsbereich)

jeweils eigener Namensraum für Attribute pro Element(Gültigkeitsbereich)

jeweils eigene universelle Namensräume für Fremddaten-Entitätenund Prozessanweisungen

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XML – Namensräume

<cd:compactDisk

xmlns:cd = “http://www.uni-jena.de/cd.dtd“

xmlns:tr = “http://www.beispiel.de/track.dtd“

autor=“HS“>

<cd:titel>Das wohltemperierte Klavier</cd:titel>

<tr:track nummer=“1“>

<tr:titel>Fuge Nr. 1</tr:titel>

<tr:autor>Johann Sebastian Bach</tr:autor>

</tr:track>

</cd:compactDisk>

Namespace Binding

Prefix-

Definition

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Semantic Web






2.2.2 XML DTD








06.11.2008 – Vorlesung Nr. 31 2 4 5 6 7 8 9 1110 12

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2. Die Sprachen des Semantic Web2.2 XML / 2.2.4 XML Sprachfamilie

XML

XML DTD

XSDXQuery

XPath

XPointer

XLink

XHTML

CSS

SGML

RDF

RDFS

OWLSPARLQ

SWRL

XML Namespaces

XSL

XSLT

XLS:FO

XForms

61


2. Die Sprachen des Semantic Web2.2 XML / 2.2.4 Die XML Sprachfamilie

XLink, XPath und XPointerXML dient der Strukturierung von Dokumenten im WWW

Notwendigkeit der Definition von Hyperlinks zurDokumentenverknüpfung im WWW

XML Linking Language – XLink

Definition von XML-Hyperlinks

XML Pointer Language – XPointer und XPath

Definition von Ankerpunkten in XML Dokumenten

Definition von Dokumentenfragmenten

<A HREF=“…“>

<A name=“…“>

62



XLinkHTML <A> -Element

Unidirektionale Verknüpfung zwischen genau zweiInformationsressourcen

stets Bestandteil des Start-Dokuments

Darstellung hängt von Browser ab

<A HREF=“…“>

<A name=“…“>

Startdokument

Zieldokument

63



XLinkXLink – Simple Links

entspricht HTML-Hyperlink

zusätzliche Attribute: typ / role / title / show / actuate

<publications

xmlns:xlink=“http//www.w3.org/1999/xlink“

xlink:type=“simple“

xlink:href=“publications.xml“

xlink:role=“http://www.bsp.de/bibliography“

xlink:title=“Veröffentlichungen“

xlink:show=“new“

xlink:actuate=“onRequest“

/>

64



XLinkxlink:show

in welchem Kontext soll die verlinkte Ressource angezeigtwerden?

new / replaceembed / other / none

xlink:actuate

wann soll der Link aktiviert werden?onLoad / onRequest / other / none

xlink:title

Textuelle Information über den Link ( Tooltip)

xlink:role

Enthält URI mit Ressource, die Zusatzinformationen über dasverlinkte Dokument enthält

65



XLinkXLink – Out-of-Line Links

Realisierung von bidirektionalen n:m Linkbeziehungen

Linkbasis ist nicht Bestandteil von Quell-/Zieldokument

Linkbasis

QuelldokumenteZieldokumente

66




Beispiel:

Pizzaboden Mozarella Tomaten

Thunfisch BasilikumOliven

Pizza Tonno

from from from

toto to

67




<xlink:extended

xmlns:xlink=“http//www.w3.org/1999/xlink/“

xlink:role=“http://www.pizza.de/pizzaworld“

xlink:title=“Pizza Tonno“>

<xlink:locator href=“Pizzaboden.xml“

role=“http://www.pizza.de/basis“

title=“Pizzaboden“/>

<xlink:locator href=“Basilikum.xml“

role=“http://www.pizza.de/spezial“

title=“Basilikum“/>

<xlink:arc from=“http://www.pizza.de/basis“

to=“http://www.pizza.de/spezial“ show=“new“

actuate=“onRequest“/>

<xlink:extended\>

68



XML Pointer Language – XPointer und XPath

Festlegung eines Sprungziels innerhalb eines Dokuments

HTML: <A NAME=“…“>

Probleme von HTML-Ankern:

Einfügen von Sprungzielen in schreibgeschützte und fremdeDokumente nicht möglich

es muss stets das gesamte Zieldokument übertragen werden

Idee: • XML/XHTML-Dokument kann als Baumstruktur dargestellt werden• Adressierung durch Navigation im Dokumentenbaum

69



XML Pointer Language – XPointer

URI#xpointer(ankerbeschreibung)

Bsp.: http://www.bsp.de/gedicht.xml#xpointer(id(‘zeile2‘))http://www.bsp.de/gedicht.xml#xpointer(//zeile[.=“zeile2“])http://www.bsp.de/gedicht.xml#element(/1/1/2)

<gedicht>

<strophe ID=“strophe1“>

<zeile ID=“zeile1“>Dreifach ist des Raumes Maß:</zeile>

<zeile ID=“zeile2“>Rastlos fort ohn‘ Unterlaß</zeile>

<zeile ID=“zeile3“>Strebt die Länge fort ins Weite,</zeile>

<zeile ID=“zeile4“>Endlos gießet sich die Breite,</zeile>

<zeile ID=“zeile5“>Grundlos senkt die Tiefe sich</zeile>

</strophe>

</gedicht>

70


Achse Kontextknoten Prädikat


XPathNavigation innerhalb des abstrakten Dokumenten-Strukturbaumes

child descendant parent ancestor

z.B. gedicht.xml#xpointer(/child::gedicht[position()=3])

Kontextknoten

adressierte Knoten

71



XSL und XSLTXML-Dokument ist hierarchisch strukturierte Informationssammlung

vergleichbar mit hierarchischer oder relationaler Datenbank

über Transformationen können XML-Dokumente für eine Vielzahl vonAnwendungen nutzbar gemacht werden

Strukturelle Transformationen

Filterung/Sortierung/Umformatierung für andere Anwendungen(XSLT)

Dynamische Dokumente

Oft interaktive Filterung /Reorganisation eines XML-Dokuments(XSLT)

Darstellungstransformationen

Layoutspezifische Transformation über Stylesheets (CSS) oderXSL-FO

72



XSL und XSLTExtensible Style Language (XSL) zur Transformation von XML-Dokumenten ist in drei separate Sprachen aufgeteilt:

XSLT – Spezifikation der Transformationen

XSL-FO – Layout-Transformationen (Formatierung) mit XSL

XPath – Zugriff auf XML-Strukturen

DSSSL XSL

CSS

XSLT

XSL-FO

73



XSL und XSLT

XML-Dokument

XSLT-

Prozessor

DTD/XSD

XSLT 1

HTML

XSLT 2

WML

74



XSL und XSLTXSL arbeitet auf dem abstrakten Strukturbaum des XML-Dokuments (XPath)

Ein XSL-Stylesheet besteht aus einer Sammlung vonTransformationsregeln (Templates)

Strukturbaum wird durchlaufen, für jeden Knoten wird passendesTemplate aus XSL-Stylesheet gesucht und angewendet

XSL-

Stylesheet +

Strukturbaum

neues

Dokument

75



XSL und XSLT

<xsl:template match = Suchabfrage

name = Name

priority = Prioritität

… >

… Template Instruktionen …

</xsl:template>

76



XSL und XSLTBeispiel


<!DOCTYPE movie SYSTEM "Beispiel.dtd">

<movie>

<title>North by Northwest</title>

<cast>

<director>Alfred Hitchcock</director>

<actor type=“protagonist”>Cary Grant</actor>

<actor>Eve Marie Saint</actor>

<actor type=“antagonist”> James Mason </actor>

</cast>

<year> 1959</year>

</movie>

XML-Dokument

77





<xsl:stylesheet xmlns:xsl="http://www.w3.org/TR/WD-xsl">

<xsl:template match="/"><HTML>

<HEAD><TITLE> <xsl:value-of select="movie/titel" /> </TITLE> </HEAD>

<BODY> <H1> <xsl:value-of select="movie/titel" /> </H1>

<P> Darsteller: </P>

<UL>

<xsl:for-each select="movie/cast/actor">

<LI> <xsl:value-of /> </LI>

</xsl:for-each>

</UL>

</HTML>

</xsl:template> XSLT-Stylesheet

78




<HTML>

<HEAD>

<TITLE> North by Northwest </TITLE>

</HEAD>

<BODY>

<H1> North by Northwest </H1>

<P> Darsteller: </P>

<UL>

<LI> Cary Grant</LI>

<LI> Eve Marie Saint</LI>

<LI> James Mason</LI>

</UL>

</HTML>

Ergebnis der

XSLT-Stylesheet

Transformation

79


Semantic Web






2.2.2 XML DTD








13.11.2008 – Vorlesung Nr. 31 2 4 5 6 7 8 9 1110 12

13

80


2. Die Sprachen des Semantic Web2.2 XML / 2.2.5 Warum XML noch nicht ausreicht…

XML und Semantikallgemeine, erweiterbare Meta-Markup-Sprache zurRepräsentation von semi-strukturierten Daten

Aber: woher weiß man, dass <adresse> eine Adresse bezeichnet?

<adresse>

<name>

<vorname>Harald</vorname>

<name>Sack</nachname>

</name>

<strasse>Ernst-Abbe-Platz</strasse>

<hausnummer>2</hausnummer>

<plz>07743</plz>

<ort>Jena</ort>

</adresse>

81



XML und SemantikXML instantiiert vorgegebene, vom Benutzer frei definierbareDatentypen (customized tagging scheme)

dazu zählen

Typfestlegung einfacher (simpler) XML-Elemente

syntaktische Definition komplexer XML-Elemente

Definition von Eigenschaften (Attributen) von XML-Elementen

Definition von einfachen Restriktionen bzgl. XML-Elementtypen

Definition der XML-Syntax/Struktur via DTD, XMLSchema oderRelaxNG

Fazit:

XML bildet die Basis des Semantic Web

82



Syntaktische Definition mit XMLSchemaXML-Schema als Template

XMLSchema definiert XML-Elemente (simple/complex),zugehörige Attribute und implementiert Restriktionen

(Constraints)

XMLSchema implementiert Vererbungskonzept

objektorientierter Programmiersprachen

XMLSchema erlaubt die Verwendung unterschiedlicherNamensräume

global einheiltliche Identifikation von XML-ElementenKombination unterschiedlicher XML-Vokabularien

XML-Schema als Validator

mit XMLSchema Definitionen können XML-Dokumentevalidiert werden Interoperabilität

83



Warum XML noch nicht ausreicht…

<adresse>

<name>

<vorname>Harald</vorname>

<name>Sack</nachname>

</name>

<strasse>Ernst-Abbe-Platz</strasse>

<hausnummer>2</hausnummer>

<plz>07743</plz>

<ort>Jena</ort>

</adresse>

<adresse>

<name>

<firstname>Harald</firstname>

<mi>H</mi>

<surname>Sack</surname>

</name>

<street>Ernst-Abbe-Platz</street>

<number>2</number>

<zip>07743</zip>

<city>Jena</city>

<state>Thüringen</state>

</adresse>Sind beide Inhalte miteinander

vereinbar ?

84




CV

name

education

work

private

< >

< >

< >

< >

< >

Dokument

XML-Dokument mit

„sprechenden“ Bezeichnern

85




μ

< >

< >

< >

< >

< >

Dokument

XML-Dokument mit

„sprechenden“ Bezeichnern

aus der Sicht des eines

Programms

86




μ

< >

< >

< >

< >

< >

Dokument 1

μ

< >

< >

< >

< >

< >

Dokument 2

< >

< μ >…

Schema-Definition

Kommunikationspartner müssen sich

über die Semantik der Metadaten

einigen

87




μ

< >

< >

< >

< >

< >

Dokument 1

< >

< >

< >

< >

< >

Dokument 2

< >

< μ >…

Schema

Definitionen

< >

< >…

Schema

DefinitionenOntologien

Beschreibungslogiken

RDF / OWL / SWRL

Inferenzmechanismen

Trust

88



Warum XML noch nicht ausreicht…Semantik eines XML-Dokuments erschließt sich nur dem menschlichen

Benutzer

XML = syntaktisch standardisierte Meta-Sprache zur Kommunikationzwischen Systemen und zur Auszeichnung von Daten

XML dient der Beschreibung von Daten/Nachrichten im Semantic Web

Aber:

XML besitzt keine semantische Interoperabilität

Es ist stets ein Modell der Umgebung notwendig, d.h. Zusammenarbeitist dann nur möglich, wenn sich die beteiligten Akteure über die

Semantik der verwendeten XML-Syntax geeinigt haben

z.B. Agenten in abgeschlossenen homogenen Umgebungen

( WWW ist aber heterogen und dynamisch!)

89


2. Die Sprachen des Semantic Web2.2 XML / 2.2.5 Warum XML noch nicht ausreicht...


URI / IRI

XML / XSD

RDFS

Ontology (OWL)

Trust

Cry

pto

Unifying Logic

Proof

Data interchange:

RDF

Query:

SPARQLRule:

RIF


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Semantic Web






2.2.2 XML DTD








13.11.2008 – Vorlesung Nr. 31 2 4 5 6 7 8 9 1110 12

13

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Literatur

» E. R. Harold, S. MeansXML in a Nutshell, O’Reilly, 2005.

» Ch. Meinel, H. Sack:WWW– Kommunikation, Internetworking, Web-Technologien,Springer, 2004.

92



Literatur

Bloghttp://sw0809.blogspot.com/

Materialien-Webseitehttp://www.hpi.uni-potsdam.de/meinel/teaching/semantic_web_ws08090.html

bibsonomy - Bookmarkshttp://www.bibsonomy.org/user/lysander07/sw0809-02

Semantic Web - Hasso Plattner...

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