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

Semantic in Bullets - Semantic Search

• Information Retrieval
• Boolean Retrieval
• Vector Space Model
• Probabilistic Model
• Evaluation
• Recall, Precision, F-Measure
• Suchmaschinen
• Tasks
• Datennormalisierung, Wortidentifikation, Sprachidentifikation, Word Stemming, POS-Tagging, Deskriptorgenerierung
• Probleme
• Informationssuche
• Informationsextraktion
• multimedia Search
• relies on link context
• yet a bit visual similiarity is used
• Semantic Search
• Verknüpfung von Metadaten mit semantischen Entitäten
• Nutzung der semantischen Relationen
• Named Entity Recognition
• Extract Entity Mapping Kandidaten → decide via Context
• Co-occurence, semantic analysis, maschine learning
• Nutzen semantischer Metadaten
• Query String Refinement
• Thesauri, Domain Ontologies
• Cross Referencing
• Visualization
• Explorative Suche via geeigneter Properties

Semantic in Bullets - RDF(S) semantics

• um Tool Inkompatibilitäten zu vermeiden Definition einer formalen Semantik
• Modelltheoretische Semantik
• Interpretation ist Modell von Satz, wenn aus Interpretation Satz folgt (erfüllt)
• Schlussfolgerung: Jede Interpretation von s1 auch I von s2
• RDFS
• Triple sind Sätze → Grundvokabular
• einfach Interpretation → RDF-Interpretation → RDFS-Interpretation
  genereller Graph RDF Vokabular → RDFS Vokabular
• einfache Interpretation
• IR = Menge von Ressourcen
• IP = Menge der Properties
• Iext = Extension von Properties (Link zu Resourcen)
• Is = URIs aus Vokabular zu IR ∪ IP
• IL = Literale aus V zu Ressource
• LV = Menge der ungetypten Literale aus IR
• Graph1 folgt einfach aus Graph2, wenn jede einfach Interpretation
• Schlussfolgern wann Tripel valide
• RDF Interpretation
• Sonderbehandlung für RDF Vokabular
• zusätzliche Bedingungen
• e ist Property, wenn (x,rdf:Property) in Iext(rdf:type)
• nur wohlgeformte XMLLiterale
• axiomatische Tripel wie (rdf:type rdf:type rdf:Property, …)
• G1 RDF-folgt aus G2, wenn jede RDF-Interpreation von G2 auch Modell von G1
• RDFS Interpretation
• ergänzt RDFS Vokabular
• Klassenextension Icext
• jede Resource rdf:type rdfs:Resource
• domain, range, subclass, sub property (reflexiv+transitiv)
• Modelltheoretische Semantik nicht zum schlussfolgern geeignet da man alle Interpretationen beachten muss
• syntaktisches Schlussfolgern mit Deduktionsregeln
• Grenzen der RDFS Semantik
• Disjunktheit von Klassen
• Klassenkombination und Aufzählungsklassen
• Kardinalitätsrestriktionen
• Property → Transitivität, Eineindeutigkeit, Inversivität

Semantic in Bullets - Description Logic

• Ontology is a
• formal specification → machine understandable
• of a shared → group of people
• conceptualization → about concepts
• of domain of interest → between general description and individual use
• FOL is ausdrucksstark, aber semi-entscheidbar → Suche Fragement
• OWL1 basiert auf SHOIN(D)
• ALC kleinste DL die aussagen logisch deduktiv abgeschlossen
• Klassen, Rollen, Individuen
• Strikte / Offene Bindung einer Klasse an eine Rolle ( Existenz/Allquantor)
• Beschreibungsregel Symbolic
• ALC = Attribute Language with Complement
• S = ALC + Rollentransitivität
• H = Subrollen
• O = abgeschlossene Klassen
• I = inverse Rollen
• N = Zahlenrestriktionen
• Q = qualifizierte Zahlenrestriktionen
• (D) = Datentypen
• F = Funktionale Rollen
• R = Rollenkonstruktoren
• OWL1 DL = SHOIN(D)
• OWL2 DL = SHROIQ(D)
• Open/Closed World Assumption
• Inferenzprobleme
• Klasseninklusion, Klassenäquivalenz, Klassendisjunktheit, Klassenzugehörigkeit
• Rückführung auf Unerfüllbarkeit
• Tableau-Verfahren
• finde terminierende Bäume
• Regel
• Alpha: Kunjunktionen erweitern Pfad
• Beta: Disjunktionen splitten Pfad
• Delta: Existenzquantor durch neue Konstante ersetzen
• Gamma: Allquantor durch existierende Konstante

Semantic in Bullets - Logic in detail

• Logik, die Lehre des formalen Schließens
• Semantik
• Syntax → zulässige Zeichenfolgen ohne Bedeutung
• Semantik → Regeln wie Bedeutung komplexer Zeichenfolgen aus der von atomare Zeichenfolgen hergeleitet werden kann
• intendiert
• formal
• prozedural
• Modelltheoretische Semantik: formale Interpretation der Sprache in einem Modell
• Logik besteht aus Menge von Sätzen S und Schlussfolgerungsrelation
• Aussagenlogik
• Negation, Konjunktion, Disjunktion, Implikation, Äquivalenz
• FOL
• Existenz-/Allquantor
• Terme = Variablen, Konstanten- und Funktionssymbole
• Atome = Relationssymbole mit Termen als Argumenten
• Formeln = Atome, Junktoren und Quantoren
• Modeltheoretische Semantik
• Interpretation → abbilden der Atome nach wahr und falsch
• Struktur
• Grundbereich
• Konstanten auf Grundbereich
• Funktionen auf Grundbereich
• Relationen auf Grundbereich
• Zeige dass Formel widerlegbar → nicht allgemeingültig
• logische Konsequenz: jedes Modell von F1 auch modell von F2
• Normalformen
• NegationsNF → Negationen ganz innen
• PränexNF → Quantoren ganz vorne
• gleiche Reihenfolge ggf. umbenennen
• Skolemnisierte PränexNF → Eleminierung der Existenzquantoren
• durch Konstante ersetzen
• bei Allquantor Funktionssymbol
• Konjunktive NF → Konjunktion aus Disjunktionen
• aka Klauselform
• nur noch Allquantoren → weglassen
• Logik rechnen
• Entscheidbarkeit
• Semientscheidbarkeit (Aufzählbarkeit)
• Resolution
• Verfahren
• 1. Wähle Zwei Klausel und erzeuge noch durch Resolutionsschritt
• 2. Ist Klausel immer falsch → Widerspruch
• 3. Sonst, füge Klausel hinzu und gehe zu 1
• Variablenbindung durch Substitution
• Unifikator → nach Substituion Formeln gleich
• endliche Anzahl von Schritten um Widerspruch zu finden
• nicht entscheidbar
• Eigenschaften von FOL Prädikatenlogik
• Monotonie → mit Vergrößerung des Wissens, keine Verlust von Schlussfolgerungen
• Kompaktheit → Schlussfolgerung begründet auf endliche Menge von Sätzen
• nicht entscheidbar
• außer Nachweisen der logischen Konsequenz → semi-entscheidbar
• Eigenschaften der Aussagenlogik
• alles aus FOL
• Schlussfolgerungen sind entscheidbar

Semantic in Bullets - Onotologies

sharing knowledge → interlingua

• Syntax, Sematik

• Taxonomy: Klassifikation von Begriffen
• Thesauri: Assoziation und Vernetzung von Begriffen
• Onotologie: Regeln + Wissen über sinnvolle Vernetzung
• Wissen ist Teilmenge aller wahren Annahmen.

Onotologie in der Philosophie

• Existenz?
• Kategorien der existierenden Objekte
• Platon: Trennung zw. Klasse und Instanz
• Sylogismen (Aristoteles) Schlussfolgerungsregeln

An ontology is an explicit, formal specification, of a shared conceptualization.
Onotologie in Informatik

• Bestandteile: Klassen, Beziehungen und Instanzen
• informal, semi-informal, semi-formal oder formal definiert
• formal: sogrfältig definierte Begriffe mit formaler Semantik
• Klassen stehen mit anderen in Beziehung
• an Beziehung können Regeln geknüpft sein
• Aussage über Klassen, Regeln, Beziehungen
• formale Axiome bezeichnen nicht ausdrückbares Wissen
• Instanzen bezeichnen Individuen: konkrete und abstrakte

Ontologieentwurf

• UML, ER → keine logischen Zusammenhänge oder Schlussfolgerungen

Ontologytypen

• Top-Level → allg. bereichsübergreifend
• Domain → Konzepte einer generischen Domäne
• Task → Konzepte einer allg. Aktivität oder Aufgabe
• Application → konkrete fokusierte Domäne, spezialisiert Domain-/Task Ontologie
• lightweight to heavyweight ontologies
• vokabular → thesauri → formales ist-ein → Frames → Wertrestriktionen → Allg. logische Constraints → Disjunktheit, Part-of, inverses
• Taxonomie → Klassifikation
• informale IS-A-Hierarchie → nicht strikte Subklassen
• formale IS-A-Hierarchie → strikte Subklassen
• formale Instanz explizite Hierarchie mit Instanzen

Anwendungen

• Top-Level z.B. OpenCyc
• Domain z.B. NP-Ontologie for SAT & Co.

Semantic in Bullets - Logic Overview

Logic

Prädikatenlogik

• besteht aus Fakten

Frist Order Logik

• ergänzt um Existenz und Allquantoren (uneingeschränkt)

Beschreibungslogiken

• entscheidbare Untermenge der FOL
• TBox und ABox
• terminologisches Wissen (Konzepte einer Domäne)
• Concepte beschreiben Klassen (unär)
• Rollen beschreiben Eigenschaften (binär)
• assertionales Wissen (Instanzen)
• Individuals (Konstanten, Ausprägungen)
• Operatoren und Konstruktoren
• Konjunktion, Disjunktion, Negation, eingeschränkte Quantifizierung

→ Basis Beschreibungslogik ALC (attribute language with complement)
ALC

• ergänzt Top und Bottom Konzept
• Klasseninklusion und -gleichheit
• TBox: Struktur der modellierten Domäne
• ABox: Axiome die konkrete Daten beschreiben

Operatoren und Logiken

• FL →  Konjunktion, Werterestriktion, Existenzquantor
• AL* → Top, Bootom, Negation(C), Disjunktion, existentielle Restriktion, Zahlenrestriktion(N), Menge von Individuen(O)
• S* → FL und AL*
• H → Beziehunghierarchie
• I → inverse Beziehungen
• Q → qualifizierte Zahlenrestriktionen

Semantic in Bullets - RDFS

RDFSchema

• definiert welche Terme benutzt werden → Datendefinition
• Klassen
• rdfs:Resource, Property, Class, Literal, Datatype, Container
• Eigenschaften
• rdfs:subClassOf, domain, range
• formal definierte Semantik
• mehr als XML
• kleine ontologische Einigung
• eigene Vokabulare definierbar

Semantik von RDF(S)

• Bedeutung eines Terms liegt in seinen Properties und deren Werten
• Schlussfolgerungen
• Klassenzugehörigkeit durch Property Domain und Range
• Superklassenzugehörigkeit
• Fakten aus Subproperty Beziehung

Semantische Annotation im WWW

• link rel meta zu RDF Dokument
• Microformats
• nutzen XHtml-attribute: class, rel, rev
• XSLT zur RDF Generierung
• RDFa
• ergänzte weitere Xhtml Attribute → generisches RDF in HTML
• GRDDL zur Extraction (Profilangabe notwendig)
• freie Ontologien
• offener Standard, formale Semantik
• schema.org
• microdata schema
• itemscope, itemprop
• nur vordefinierte Vokabularien, keine formale Semantik

Semantic in Bullets - SPARQL

SPARQL - Protocol and RDF Query Language

• Extraction von Werten aus strukturierten Daten
• URIs, Literale
• Subgraphen
• komplexe Join Operationen über verteilten Datenbanken
• RDF Vokabular Transformation
• RDF Graph Konstruktion
• Syntax basiert auf Turtle
• SELECT ?title ?author WHERE{?title ex:of ?x. ?author ex:wrote ?x. }
• FILTER(?price<30.5)
• OPTIONAL // selektiert optionale Elemente
• ASK (boolsche Antwort), CONSTRUCT(neue RDF triple), DESCRIBE(server beschreibt)
• nutzt HTTP query als get parameter

Semantic in Bullets - Basic Architecture

URI

• U - einheitliches Schema
• R - alles hat  ID
• I - dient der Unterscheidung

Metadaten

• Beschreibung einer Ressource
• maschine-understandable information about a resource

Interoperabilität mit XML

• schwierig da Schema-Matching, XSLT notwendig