SMART Systems (Vorlesung: KI & XPS) zBeim vorigen Mal: yRDFS, Vertiefung der Anwendung der DL ALCQHI...
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SMART Systems (Vorlesung: KI & XPS)
Beim vorigen Mal: RDFS, Vertiefung der Anwendung der DL ALCQHIR+ Konkrete Domänen, Lineare Constraints über reellen Zahlen
Inhalt heute: XML-Schema, DAML Schließen mit verschiedenen Ontologien
Lernziele: Verstehen von praktischen Internet-Modellierungssprachen Verstehen der logischen Grundlagen (im DL-Kontext)
Ralf Möller, Univ. of Applied Sciences, FH-Wedel
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Vertiefung: Informationsintegration
Datenmodellierungsschemata nicht konform Stichwort: Interoperabilität Ableitung von Ontologien aus UML/ER-Modellen Inter-Schema-Axiome Taxonomie bestimmen Verwendung der
Taxonomie zurAnfrageberechnungund Anfrageverteilung
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Inter-Schema-Axiome: Beispiel 1
Axiome aus EER-Modell1 (DB1):
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Inter-Schema-Axiome: Beispiel 1
Axiome aus EER-Modell (DB2)
Interschema-Aussagen
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Inter-Schema-Axiome: Beispiel 2
Axiome aus EER-Modell (DB3):Annahme: has_cargo_storage sei transitiv
Woher kommen Schema-Informationen in der Praxis? -> RDFS, XML-Schema, DAML+OIL
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Wiederholung RDF / RDFS
Nachteile von XML Vielfache Repräsentationsmöglichkeiten für die
„gleiche Sache“ Keine Graphstrukturen über Dokument hinaus
(eingeschränkte Verwendung von IDREF)RDF
SPO-Darstellung Ressourcenidee, URIs statt IDREFs RDFS-Dokument ≈ Tbox RDF-Dokument ≈ Abox
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XML-Schemata I: Bewertung von DTDs
Zur Erinnerung: DTDs definieren kontextfreie Grammatiken Rekursive Definitionen sind
möglich
<!DOCTYPE paper [<!ELEMENT paper (section*)><!ELEMENT section ((title, section*)|text)><!ELEMENT title (#PCDATA)><!ELEMENT text (#PCDATA)>
]> DTD DTDs weisen bei der Definition eines Schemas jedoch
einige Schwächen auf: 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
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XML-Schemata II: XML-Schema Echter Schemamechanismus mit vielen Erweiterungen über
DTDs hinaus Benutzt selbst wieder XML-Syntax zur Schemadefinition
<schema> <element name=“bib”> <complexType> <element name=“paper” minOccurs=“0” maxOccurs=“unbounded”> <complexType> <attribute name=“id” type=“ID” use=“required”/> <sequence> <element name=“author” type=“authorType” maxOccurs=“unbounded”/> <element name=“year” type=“string”/> <element name=“publisher” type=“string” minOccurs=“0”/> </sequence> </complexType> </element> </complexType> </element></schema> XML-Schema
<!DOCTYPE bib [<!ELEMENT bib (paper*)><!ELEMENT paper (author+, year, publisher?)><!ATTLIST paper id ID #REQUIRED><!ELEMENT author (firstname*, lastname)><!ATTLIST author age CDATA #IMPLIED><!ELEMENT firstname (#PCDATA)><!ELEMENT lastname (#PCDATA)><!ELEMENT year (#PCDATA)>
<!ELEMENT publisher (#PCDATA)>...
]> DTD
1:1-Abbildung(bis auf author)
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XML-Schema: Elemente Syntax:
<element name=“Name“/> Optionale Zusatzattribute:
Typ type = “Typ“ atomarer, einfacher oder komplexer Typname
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=“bib”/> <element name=“paper” minOccurs=“0” maxOccurs=“unbounded”/> <element name=“publisher” type=“string” minOccurs=“0”/>
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XML-Schema: Attribute Syntax:
<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 Vorgabe use = “fixed“ value = “u“ unveränderliche Vorgabe
Beispiele: <attribute name=“id” type=“ID” use=“required”/> <attribute name=“age” type=“string” use=“optional”/> <attribute name=“language” type=“string” use=“default”
value=“de”/>
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XML-Schema: Typen In XML-Schema wird zwischen atomaren, einfachen und
komplexen Typen unterschieden 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
Zusätzlich kann man noch folgende Unterscheidung treffen: Reine Typdefinitionen beschreiben (wiederverwendbare)
Typstruktur Dokumentdefinitionen beschreiben welche Elemente wie im
Dokument auftauchen dürfen
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XML-Schema: Atomare Typen
XML-Schema unterstützt eine große Menge eingebauter Basistypen (>40): Numerisch: byte, short, int, long, float, double, decimal,
binary, … Zeitangaben: time, date, month, year, timeDuration,
timePeriod, … Sonstige: string, boolean, uriReference, ID, …
Beispiele:<element name=“year“ type=“year“/><element name=“pages“ type=“positiveInteger“/><attribute name=“age“ type=“unsignedShort“/>
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XML-Schema: Einfache Typen Zusätzlich können von bestehenden Typen noch weitere, sog.
einfache Typen, abgeleitet werden: Typdefinition:
<simpleType name=“humanAge“ base=“unsignedShort“><maxInclusive value=“200“/> </simpleType>
Dokumentdefinition:<attribute name=“age“ type=“humanAge“/>
Solche einfachen Typen dürfen jedoch keine verschachtelten Elemente enthalten!
In ähnlicher Weise können Listen definiert werden: Typdefinition:
<simpleType name=“authorType“ base=“string“derivedBy=“list“/>
(Name eines Autors als mit Leerzeichen getrennte Liste von Zeichenketten) Dokumentdefiniton:
<element name=“author“ type=“authorType“/>
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XML-Schema: Komplexe Typen Komplexe Typen dürfen im Gegensatz zu einfachen Typen
eingebettete Elemente und Attribute besitzen Beispiel:
Typdefinition:<complexType name=“authorType“><sequence><element name=“firstname“ type=“string“ minOccurs=“0“maxOccurs=“unbounded“/><element name=“lastname“ type=“string“/></sequence><attribute name=“age” type=“string” 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)
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XML-Schema: Komplexe Typen
<complexType name=“authorType“><sequence>
<element name=“firstname“ type=“string“minOccurs=“0“maxOccurs=“unbounded“/>
<element name=“lastname“ type=“string“/></sequence><attribute name=“age” type=“string” use=“optional”/>
</complexType>
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Typhierarchien
Gesetzmäßigkeit zwischen zwei Typen Typdefinition durch
Erweiterung (engl. extension) oder Restriktion (engl. restriction) einer bestehenden Typdefinition
Alle Typen in XML-Schema sind entweder Atomare Typen (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 einer
Erweiterung oder Restriktion des geforderten Typs
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Typen können konstruktiv um weitere Elemente oder Attribute zu neuen Typen erweitert werden
Beispiel:<complexType name=“extendedAuthorType“>
<extension base=“authorType“><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
Typhierarchien: Erweiterung von Typen
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Die Erweiterungen werden an die bestehenden Definitionen angehängt:<complexType name=“extendedAuthorType“>
<sequence><element name=“firstname“ type=“string“ minOccurs=“0“
maxOccurs=“unbounded“/><element name=“lastname“ type=“string“/><element name=“email“ type=“string“ minOccurs=“0“
maxOccurs=“1“/> </sequence><attribute name=“age” type=“string” use=“optional”/><attribute name=“homepage” type=“string” use=“optional”/>
</complexType>
Typhierarchien: Erweiterung von Typen (2)
<complexType name=“authorType“><sequence><element name=“firstname“ type=“string“ minOccurs=“0“maxOccurs=“unbounded“/><element name=“lastname“ type=“string“/></sequence><attribute name=“age” type=“string” use=“optional”/> </complexType>
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Typhierarchien: Restriktion von Typen
Typen werden durch Verschärfung von Zusatzangaben bei Typdefinitionen in ihrer Wertemenge eingeschränkt
Beispiele für Restriktionen: Bisher nicht angebene type-, default- oder fixed-Attribute Verschärfung der Kardinalitäten minOccurs, maxOccurs
Substituierbarkeit Menge der Instanzen des eingeschränkten Untertyps muß immer
eine Teilmenge des Obertyps sein! Restriktion komplexer Typen
Struktur bleibt gleich: es dürfen keine Elemente oder Attribute weggelassen werden
Restriktion einfacher Typen Restriktion ist (im Gegensatz zur Erweiterung) auch bei einfachen
Typen erlaubt
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Typhierarchien: Restriktion von Typen (2) Beispiel (Komplexer Typ):
<complexType name=“restrictedAuthorType“><restriction base=“authorType“>
<sequence><element name=“firstname“ type=“string“ minOccurs=“0“
maxOccurs=“2“/><element name=“lastname“ type=“string“/>
</sequence><attribute name=“age” type=“string” use=“required”/>
</restriction> </complexType>Gegenüber dem ursprünglichen Typ wurde die Anzahl der Vornamen (firstname) auf 2 begrenzt und das Altersattribut (age) erzwungen
Vorher: maxOccurs=“unbounded“
Vorher: use=“optional“
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Bewertung von XML-Schema
Syntax und Ausdruckskraft von XML-Schema sind sehr umfangreich
Formale Fundierung durch Beschreibungslogiken zum Teil möglich (problematisch: Defaults -> kommt später)
Weiteres Merkmal: Konsistenzbedinungen (z.B. Schlüssel, Fremdschlüssel): hier nicht im Fokus
Mehr zu XML-Schema im Web: http://www.w3.org/TR/xmlschema-0/ Einführung http://www.w3.org/TR/xmlschema-1/ Teil I: Strukturen http://www.w3.org/TR/xmlschema-2/ Teil II: Datentypen
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DAML - Darpa Agent Markup Language
Rapides Anwachsen der Informationen im WebÜbersteigt menschliche Fähigkeit,
Datenmengen in Informationen zu verarbeiten Relationen in maschinenlesbarer Weise
darstellenEinsatz von Webagenten
DARPA Agent Markup Language (offizieller Beginn: August 2000 in den USA) Zusammenschluß mit europäischen Entwicklungen
DAML+OIL
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Verwendung von Ontologien im Agentenkontext
Gegeben in Form von Tboxen: Basis-Ontologie I, Basis-Ontologie II Übersetzungsaxiome: BasisOnto I zu BasisOnto II Anwendungsontologie I (Vokabular Agent I) mit
Bezug auf Basis-Ontologie I Anwendungsontologie II (Vokabular Agent II) mit
Bezug auf Basis-Ontologie IIKlassifikation der Gesamt-Tbox ergibt
Beziehungen von Konzeptnamen aus BasisOntoI und BasisOntoII
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DAML-Beispiel (1)
DAML-ONT ist in RDF geschrieben, dasselber in XML codiert ist und XML – NS verwendet.
<rdf:RDF xmlns:rdf ="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns ="http://www.daml.org/2000/10/daml-ont#"
xmlns:daml ="http://www.daml.org/2000/10/daml-ont#">
Zunächst werden 3 Namensräume definiert
Unpräfigierte Elementnamen beziehen sich auf die Standard-Ontologie von DAML, alternativ versehen mit daml-Präfix
Rdf-Präfix mit Verweis auf Standard-Definition für RDF
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DAML-Beispiel (2)
Nun wird erklärt, wie eine spezielle Ontologie definiert wird.
<Ontology about="">
<versionInfo> $Id: myontologie.daml, vers. 1.2</versionInfo>
<comment>An Beispiel ontology</comment> <imports resource="http://www.daml.org/2000/10/daml-
ont"/>
</Ontology>
„leere“ Assertion
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DAML-Beispiel (3)
Definitionen von Klassen und Eigenschaften in DAML.
<Class ID=“Human">
<label>Human</label> <comment>The class is illustrative of ontological
idioms</comment> </Class>
<Class ID="Male"> <subClassOf resource="#Human"/> </Class>
Mit ID kann die Klasse Human extern über URI und #Human referenziert werden
Male ist Unterklasse von Human
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DAML-Beispiel (4)
Mit dem disjointFrom-Tag können ähnlich wie in Konzeptsprachen Disjunktheitsklassen definiert werden.
<Class ID="Female"> <subClassOf resource="#Human"/> <disjointFrom resource="#Male"/> </Class>
<Property ID="parent"> <domain resource="#Human"/> <cardinality>2</cardinality> </Property>
Eigenschaft ist eine binäre Relation
Der Definitionsbereich ist Human und es gibt genau 2 Eltern
Klasse „Female“
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DAML-Beispiel (5)
Einschränkung von Relationen: Werte- und Existenzrestriktionen
<Class ID="Person"> <subClassOf resource="#Human"/> <restrictedBy> <Restriction> <onProperty resource="#parent"/> <toClass resource="#Person"/> </Restriction> </restrictedBy> </Class>
Der Bildbereich der Relation Parent wird für Personen auf Personen eingeschränkt
Existenzrestriktion:hasClass statt toClass
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DAML-Beispiel (6)
Subrelationen
<Property ID="father"> <subProperty resource="#parent"/> <range resource="#Man"/> <cardinality>1</cardinality> </Property>
<UniqueProperty ID="mother"> <subProperty resource="#parent"/> <range resource="#Woman"/> </UniqueProperty>
Vater wird als Subrelation von Eltern eingeführt, wobei es immer nur einen Vater gibt
Notationsvariante für Relationen mit Kardinalität 1
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DAML-Beispiel (7)
Vererbung und Konjunktion<Class ID="Man"> <subClassOf resource="#Person"/> <subClassOf resource="#Male"/> </Class>
<Class about="#Person"> <disjointUnionOf parseType="daml:collection"> <Class about="#Man"/> <Class about="#Woman"/> </disjointUnionOf> </Class>
Konjunktion von Klassen
Elemente wie oneOf oder disjointUnionOf werden mit „daml:collection“ geparst
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DAML-Beispiel (8)
Verschiedene Relationstypen
<Property ID="child"> <inverseOf resource="#parent"/> </Property>
- weiterhin gibt es noch andere Relationstypen:- Bsp.: Transitive Relation...
Inverse Relation
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DAML-Beispiel (9)Synonyme, Kardinalitätsbereich und Komplement
<Property ID="mom"> <equivalentTo resource="#mother"/> </Property>
<Property ID=”profession"> <maxCardinality>1</maxCardinality> </Property>
<Class ID=“Animal"> <subClassOf><Class> <complementOf resource="#Person"/> </Class></subClassOf> </Class>
Der Kardinalitätsbereich für Beruf ist 0 oder 1
Synonym für Mother
complementOf-Tag bildet anonyme Klasse – Komplementmenge aller Personen
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DAML-Beispiel (10)Definition einer Instanz von Person
<Person ID="Adam">…</Person> <Property ID="height"> <domain resource="#Person"/> <range resource="#Height"/> </Property>
<Class ID="Height"> <oneOf parseType="daml:collection"> <Height ID="short"/> <Height ID="medium"/> <Height ID="tall"/> </oneOf> </Class>
Instanz von Person
Eine Person hat eine bestimmte Größe (Eigenschaft)
Größe wird durch eine extensional definierte Menge spezifiziert ist
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Extensionale Beschreibungen: One-of (1)
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Extensionale Beschreibungen: One-of (2)
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DAML-Beispiel (11)
Durch Wertrestriktion neue Klassen spezifizieren
<Class ID="TallThing"> <restrictedBy> <Restriction> <onProperty resource="#height"/> <toValue resource="#tall"/> </Restriction> </restrictedBy> </Class>
Spezifizieren einer neuen Klasse
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DAML-Beispiel (12)
Durchschnittsbildung spezifiziert neue Klassen aus bereits vorhandenen
<Class ID="TallMan"> <intersectionOf parseType="daml:collection"> <Class about="#TallThing"/> <Class about="#Man"/> </intersectionOf> </Class></rdf:rdf>
Durchschnittsbildung von Klasse „TallThing“ und der Klasse „Man“
Abschluß der Ontologie-Definition über RDF
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DAML – Fazit:
Die Repräsentationssprache DAML+OIL ist eine syntaktische Variante von ALCQHIR+ mit einer speziellen Erweiterung: den sogenannten Extensionalen Beschreibungen
Eine spezielle Ontologie heißt DAML-S und beschreibt „Dienste“. Wir kommen darauf zurück.
DAML ist weiterhin eine Sammlung von Tools zum Umgang mit Ontologien.
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Zusammenfassung, Kernpunkte
XML, XML-SchemaDAMLAgenten können in Kontext eintreten und
Ontologie-Informationen verarbeiten (RDFS, XML-Schema oder DAML), in dem eine DL-Inferenzmaschine verwendet wird
Detailliertere Beispiele kommen etwas späterMögliche Studien- und Diplomarbeiten
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Was kommt beim nächsten Mal?
Inter-Schema-Schließen zweiter TeilGrundlagen von Schlußalgorithmen für das
Abox-Konsistenzproblem