Semantic in Bullets - RDF

• Ressource: alles, aber eindeutig
• Description: Beschreibung durch Beziehungen → Graph
• Framework: definiert erlaubte Beziehungen
• Subject Property Object. (RDF Tripel)
• Subject / Object: Ressource mit URI
• Property: Attribute/Eigenschaften zur Beschreibung
• Literale beschreiben Datenwerte
• XML Schema Datentypen
• Blank Nodes erlauben Existenzaussagen
• Turtle endet mit “.”
• <URI> “Literal”
• Erlaubt XML Serialisierung
• @prefix, @base
• Mehrweritge Beziehungen über Blank Nodes
• Derefenzierbare Knoten _:ID1
• Container, Collections
• rdf:Seq [ a rdf:Seq; rdf:_1 <>; rdf:_2 <>]
• [rdf:first <>;rdf:rest [rdf:first <>; rdf:rest  rdf:nil]]
• (<> <>)
• RDF - Reification
• Schachtelung von Statements
• rdf:subject <>; rdf:predicate <>; rdf:object <>; a rdf:Statement.
• notwendig
• Herkunft, Trust, Metadaten
• Charakteristika
• Unabhängigkeit: jeder kann erfinden
• austauschbar, skalierbar
• Properties sind Ressourcen
• Werte/ Statements können Ressourcen sein
• keine Möglichkeit Schemawissen zu kodieren

Semantic in Bullets - Ontology Engineering

• An ontology is an explicit, formal specification of a shared conceptualization.
• Upper Onotology → Task- und Domainontologien → Application Ontology
• Ontology Engineering
• Ontology Design (Entwurf)
• Ontology Mapping (effizienter Vergleich)
• Ontology Merging (effiziente Kombination)
• Ontology Learning (ableiten aus Daten)
• Ontology Design Allgemein
• Management
• scheduling, control, quality assurance
• Developement
• 1. Pre-Developement
• Environment / Feasibility Study
• 2. Developement
• Specification (Nutzen, Grund)
• Conceptualization
• Formalization → semiberechenbares Modell
• Implementation → berechenbares Modell in Ontologysprache
• 3. Post-Developement
• Maintenance (Update, Korrektur)
• Use/Reuse
• Support Activities
• Knowledge Acquisition, Evaluation, Integration, Merging
• Alignment(Mapping), Documentation, Configuration Management
• Ontology Design 101 (iterativer process)
• determine scope (Wozu?)
• consider reuse (Aufwand)
• enumerate terms (Begriff, Eigenschaften)
• define classes
• define properties
• define constraints → Property contraints
• create instances
• Ontology Learning
• automatisch lernen
• Natural Language Processing, Data Mining, Maschine Learning
• Term Extraction → Conceptualization → Evaluation
• Learning Tasks
• Ontology creation (Entwurf durch Experten)
• Ontology schema extraction (Schema aus Webdocs)
• Extraction of ontology instances
• Ontology integration and navigation
• Ontology update (erweitern, umbauen)
• Ontology enrichment (automatische Aktualisierung)
• Ontology Mapping
• versch. Partein, versch. Ontologien → Mapping
• Schema Matching, Konzepte der Datenintegration
• Heterogenität
• syntaktisch (Sprache)
• terminologisch (Namen)
• konzeptionelle / semantisch (z.B. Granularität)
• semiotisch / pragmatisch (Interpretation einer Domäne)
• Ontology Merging
• 2 → 1 - vereinheitlicht und ersetzt Basis
• Union vs Intersection

Semantic in Bullets - Rules with RIF/SWRL

• OWL-Konzept als Abfragesprache ungenügend
• SPARQL für RDF keine direkte OWL Unterstützung
• OWL beschreibt viele mögl. Interpretationen
• mit unendlich vielen Elementen
• Ziel: ausdrucksstärkere Anfragen nach Individuen
• konjunktive Anfragen
• logische Formeln
• OWL kann Existenz unbenannter Elemente implizieren
• Unbestimmte Variablen
• SPARQL Erweiterung müsste alle herleitbaren Ergebniselemente zurückliefern
• Blank Node vs unbenanntes Element
• Schlussfolgern sehr komplex (NExpTime vollständig)
• Konjunktiveanfragen sehr komplex, Entscheidbarkeit nicht bekannt
• Regelsprachen
• Logische Regeln (Implikation in PL)
• Prozedurale Regeln
• Logikprogrammierung
• Prädikatenlogische Regeln
• Regeln als Hornklauseln (Implikationsformeln)
• Disjunktive Regeln
• Disjunktion von mehreren nicht negierten Atomen
• Klausel
• Disjunktion von negierten oder nicht negierten Atomen
• Hornklausel
• Klausel mit max. einem nicht negiertem Atom
• Definite Klausel
• Klausel mit genau einem nicht negiertem Atom
• Fakt
• Klausel aus einem einzigen nicht negiertem Atom
• DATALOG
• besteht aus Hornklauseln ohne Funktionssymbole
• Konjunktion, Konstanten, Allquantoren, Prädikatssymbol
• ExpTime berechenbar
• Regeln für OWL mit SWRL
• Regeln werden formuliert als Implikation eines Antezedenz(Prämisse) und einer Konsequenz
• SWRL ist unentscheidbar, OWL2 DL N2ExpTime
• praktisch
• Algorithmen die alle Schlussfolgerung für einige Wissensbasen ziehen
• Algos die einige Schlussfolgerungen für alle SWRL Wissenbasen ziehen
• Entscheidbare Fragmente
• Description Logic Rules
• Regeln die bereits in OWL2 ausgedrückt werden können
• indirekt durch OWL Reasoner untestützt
• DL-Safe
• jede Variable muss im Rumpf(Prämisse) ohne OWL-Klasse oder Rollen auftreten
• Regeln nur für bekannte Individuen
• DL-safety lässt sich erzwingen
• RIF- Rule Interchange Format
• W3C Standard zum Austausch von Regeln für Rule Engines

Semantic in Bullets - OWL2

• Vgl OWL1
• neue ontologische Axiome, neue Syntaxvariante
• Erhaltung der Entscheidbarkeit von OWL2 DL
• OWL DL basiert auf Beschreibungslogik SHOIN(D)
• Axiome
• TBox: Subklassenbeziehungen
• RBox Subrollenbeziehungen, inverse Rollen, Transitivität
• ABox: Fakten zu Klassen, Rollen, a=b, a!=b
• Klassenkonstruktoren
• Konjunktionen, Diskunktion, Negation
• beschränkte Rollenrestriktion (Existenz/All per Class)
• Kardinalitätsrestriktionen
• abegschlossene Klassen
• Datentypen
• SHOIN(D) zu SHROIQ(D)
• SHROIQ(D) erlaubt
• negierte Rollenbeziehung
• qualifizierte Kardinalitätsrestriktionen
• SELF
• zusätzliche Rollenaxiome
• Antisymmetrie, Reflexivität, Irreflexivität, Disjunktheit
• universelle Rolle
• Rolleninklusion
• Einschränkung auf Reguläre Sprachen (nicht kontext-frei)
• → entscheidbar
• Beschränkt auf einfache Rollen
• nicht zusammengesetzt
• nicht einfach, wenn die Rolle direkt oder indirekt von Verkettung abhängt
• strukturelle Einschränkungen für Entscheidbarkeit
• Regularität → RBox Axiome
• einfache Rollen in Kardnialitätsrestriktionen
• Überblick
• Klassenausdrücke
• Klassen, Konjunktion, Disjunktion, Negation, Exist. Rollenrestriktion, Univ. Rollenrestriktion, Self, größer-als, kleiner-als, Nominale (Individuen)
• Rollen
• Rollen, einfache Rollen, inverse Rollen, universelle Rolle
• TBox
• Inklusion, Äquivalenz
• RBox
• Inklusion, Allg. Inklusion
• transitiv, symmetrisch, reflexiv, irreflexiv, disjunkt
• ABox
• Klassenzugehörigkeit, Rollenbeziehungen, Negierte Rollenbeziehungen, Gleichheit, Ungleichheit
• Syntax
• owl:NamedIndividual → keine direkte Klassenzugehörigkeit
• owl:AllDisjointClasses, owl:disjointUnionOf
• owl:AsymmetricProperty / ReflexiveProperty / IrreflexivProperty
• owl:hasKey (nicht beschreibungslogisch)
• owl:propertyDisjointWith
• owl:topObjectProperty, owl:bottomObjectProperty, owl:inverseOf
• owl:PropertyChainAxiom
• a owl:Restriktion; owl:onClass Cls
• owl:hasSelf
• [] rdf:type owl:negativePropertyAssertion
• Komplexität
• SHOIN(D) → NExpTime
• SHROIQ(D) entscheidbar, N2ExpTime
• erweiterung Tableau durch RBox-Automaten
• Metamodellierung
• Punning → einfache Metadaten
• OWL 2 Profile
• Subsprachen von OWL2 in Polynomialzeit entscheidbar
• eleminieren Ursache - Nicht-Determinismus
• Disjunktion, maxCardinality
• Kombi aus Existenz und Allq.
• abgeschlossene Klassen

Semantic in Bullets - OWL semantics

• ALC and OWL DL
• Klassen, Rollen und Individuen
• owl:Thing, owl:Nothing
• Klasseninklusion, -disjunktion, -äquivalenz
• owl:complementOf, owl:intersectionOf, owl:unionOf
• rdfs:domain, rdfs:range
• SHOIN(D)
• owl:sameAs, owl:differentFrom → erweitert mit a=b (schon in DL)
• owl:oneOf, owl:hasValue
• Kardinalitätsrestriktion
• Rollenkonstruktoren: rdfs:subPropertyOf, inverse, transitiv, symetrisch Rollen
• beliebig komplexes Schachteln

Semantic in Bullets - OWL

• OWL
• Klassen, Properties, Instanzen
• Open World Assumption
• No Unique Name Assumption
• Fragment von FOL
• OWL Lite < OWL DL < OWL Full
• OWL Lite SHIF(D)
• keine Aufzählung, Kardinalität, Disjunkheit → ExpTime
• OWL DL SHOIN(D) bzw. SHROIQ(D)
• entscheidbar, vollständig, korrekt
• Typentrennung: rdfs:Class/Property nicht erlaubt
• Konkrete Rollen nicht transitiv
• NExpTime
• OWL Full
• OWL + RDFS
• Schachtelung
• Unentscheidbar
• keine Typentrennung owl:Thing rdfs:Resource
• Mighty
• Disjunktheit von Klassen, Inverse Properties
• Verschiedenheit von Instanzen, Klassenbeschreibungen
• Syntax
• owl:class, Thing, Nothing
• abstrakte Rollen (Object Properties) owl:ObjectProperty, rdfs:domain, rdfs:range
• konkrete Rollen (Datatype Properties) owl:DatatypeProperty &xsd,string
• owl:disjointWith, rdfs:subClassOf, owl:equivalentWith, owl:sameAs, owl:differentFrom
• owl:oneOf (abgeschlossene Klasse)
• Klassenkonstruktoren owl:intersectionOf, owl:unionOf owl:complementof (kombiniert mit subClassOf, owl:equivalentClass)
• Rolleneinschränkungen: owl:hasValue, owl:allValuesFrom, owl:cardinality (min/max) → rdfs:subClassOf[ a owl:Restriktion; owl:onProperty :testeMich; owl:allValuesFrom :Class].
• Rolleneigenschaften
• rdfs:subPropertyOf, owl:inverseOf
• rdf:type TransitiveProperty, SymmetricProperty, FunctionalProperty
• Terminologische OWL Anfragen
• Klassenäquivalenz, Disjunktheit von Klassen
• Widerspruchsfreiheit
• Klassenkonsistenz = Äquivalent zu owl:Nothing
• Assertionale Anfragen
• Instanzüberprüfung
• Klassenextension (alle Instanzen einer Klasse)
• Rollenüberprüfung (2 Instanzen verknüpft)
• Rollenextension

Semantic in Bullets - Linked Data Engineering

• Daten verschlossen, unterschiedliche APIs und Austauschformate
• → semantische Technologien um Daten zu publizieren und zu verbinden
• Linked Open Data
• 1. use URIs for things
• reale und abstrakte Objekte
• 2. use HTTP uris to lookup
• lesbar für Mensch und Maschine (Content Negotiation)
• 3. give useful information using standards (RDF/SPARQL)
• alle URIs dereferenzierbar
• 4. include links to other resources
• inhaltlich zusammenhängen
• relationship, identity, vocabulary
• → Entstehung des Web of Data → DBPedia in Mitte
• Anwendung
• Semantic Mashups
• Anwendung nutzt vernetzte RDF Daten aus unterschiedliche Datenquellen
• Browser für Linked Data
• Linked Open Data Rating
• Available → Maschine-readable → non-proprietary format → RDF and SPARQL → Link to other data
• Linked Data Ontologien
• owl:sameAs, owl:equivalentClass to connect ontologies
• Upper Ontology z.B. Umbel
• Link Ontology SKOS
• Zugriff über SPARQL Endpoints (RESTfull)
• komplexe Abfragen über mehrere
• nacheinander
• LOD repo → zentraler Speicher (nicht immer aktuell)
• local copy (Wartung)
• föderiert: Mediator, Link Traversal Based Query Execution (zeitaufwändig)
• Challenges
• quality, performance, data consumption, usability
• Research
• Crawl, Analysis (Structural, Content), Cleansing, Ranking, Augmenting