Mobile Anwendungen des Semantischen Web INFORMATIK 2004 – Informatik verbindet Universität Ulm, 22.09.04 Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz.

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1 Mobile Anwendungen des Semantischen Web INFORMATIK 2004 – Informatik verbindet Universität Ulm, 22.09.04 Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH Stuhlsatzenhausweg 3, Geb. 43.8 66123 Saarbrücken Tel.: (0681) 302-5252/4162 Fax: (0681) 302-5383/5341 E-mail: wahlster@dfki.de WWW: http://www.dfki.de/~wahlster Wolfgang Wahlster

2 © W. Wahlster Semantik := Bedeutung sprachlicher Ausdrücke Bisheriges Web: Netz von unspezifizierten Verbindungen zwischen Webseiten (URL, URI). Webseiten selbst sind nur für den Menschen inhaltlich analysierbar (= syntaktisches Web). Semantisches Web: Netz von Inhalten, in denen Webseiten über semantische Beziehungen untereinander verknüpft sind. Webseiten selbst sind auch für Softwaresysteme inhaltlich analysierbar. Zum Begriff „Semantisches Web“

3 © W. Wahlster Syntaktisches vs. Semantisches Web Syntaktisches Web Semantisches Web OWL HTML XML versteht Inhalt versteht Inhalt kann lesen und anzeigen kein inhaltliches Verstehen

4 © W. Wahlster 6 Hauptphasen der Internet-Nutzung 1 Forschungsnetze 2345 EMail WWW Mobile Internet- Dienste Ein- gebettete Internet- Dienste M2M 2003 t 2004 6 Seman- tische Web- dienste

5 © W. Wahlster Erste Generation Zweite GenerationDritte Generation Statische Web-Seiten Papierersatz in HTML Interaktive Web-Seiten JavaScripts und Applets Datenbank-Zugriff und Template-basierte Generierung Dynamische Web-Seiten Semantische Web-Dienste Netbots, Informationsextraktion, Präsentationsplaner Adaptive Web-Seiten Benutzermodellierung, Maschinelles Lernen, Online Layout Drei Generationen von Web-Seiten

6 © W. Wahlster Trendanalyse des Feldafinger-Kreises zum Semantischen Web (Version 09/04) Semantische Informations- integration Ontologie- Werkzeuge Medien Trans- formation Ontologie- sprachen Intelligente Suchagenten Metadaten Generierung Branchen- Ontologien Semantisches Grid Seman- tisches Multimedia- Markup Semantic Routing Regel- Markup und -Anwendung Inferenz- basiertes Retrieval Seman- tisches Surfen & Soft Retrieval Anwendungsreife hoch mittel gering 0-++ - Lernen von und mit Ontologien Methoden des Ontologie Engineerings Integration & Abgleich von Ontologien Wettbewerbsstellung von Deutschland Semantische Webdienste Semantisches Blogging

7 © W. Wahlster OWL-S Webdienst Vier Ebenen von Mark-up-Sprachen im Web Inhalt : Struktur : Form = 1 : n : m WWW-Dokument Inhalt Struktur Form OWL XML HTML

8 © W. Wahlster Framesprachen Objektoriente Wissensrepräsentation Framesprachen Objektoriente Wissensrepräsentation Konzeptsprachen/ Terminologische Logiken Formale Semantik Subsumption, Inferenzen Konzeptsprachen/ Terminologische Logiken Formale Semantik Subsumption, Inferenzen Websprachen XML- und RDF-Syntax Websprachen XML- und RDF-Syntax OWL Grundlagenforschung am DFKI : Baader, Bürckert, Nebel, Nutt, Smolka Erste Spin-off Firmen: Ontoprise, Racer Systems OWL führt drei Sprachfamilien zusammen

9 © W. Wahlster März 2003, MIT Press ISBN 0-262-06232-1 8 x 9, 392 Seiten., 98 illus. $40.00/£26.95 Herausgegeben von: Dieter Fensel, James A. Hendler, Henry Lieberman and Wolfgang Wahlster Vorwort von: Tim Berners-Lee Spinning the Semantic Web

10 © W. Wahlster Personalisierung Die Darstellung von Webinhalten in unterschiedlichen Strukturen und Formen Personalisierte und adaptive Präsentation von Webinhalten Struktur XML 1 XML 2 XML n Inhalt OWL (Ontology Web Language) Layout HTML 11 HTML 1m HTML 21 HTML 2o HTML 31 HTML 3p

11 © W. Wahlster 1.Syntaktisches versus Semantisches Web 2.SmartWeb: Beispiele für mobile semantische Webdienste 3.OWL-S: Die Beschreibung semantischer Webdienste 4.Die automatische Dienstekomposition als Planungsproblem 5.Informationsextraktion und Sprachtechnologie zur automatischen Annotation syntaktischer Webseiten 6. Konklusion Gliederung

12 © W. Wahlster Mobiler breitbandiger Internetzugang UMTS/WLAN Mobiler Multimodaler Dialog Sprache, Gestik, Haptik, Mimik Semantisch annotierte Webseiten Automatisch annotierte Intranetseiten Klassische HTML- Webseiten Sprachtechnologie, Informationsextraktion Semantisches Web Neu: Offener ThemenbereichNeu: Fragebeantwortung SmartWeb: Mobiler Breitbandzugang zum Semantischen Web

13 © W. Wahlster Internet Sichere Verbindung UMTS WLAN Zunkünftige 4G Technologie versorgt den Nutzer in allen Situationen automatisch mit der jeweils besten sicheren Verbindung Nahtloser Übergang Zwischen UMTS in der Fläche und WiMAX/WLAN im Hotspot und Zuhause Always Best Connected: Mobile und allgegenwärtige Internet-Dienste

14 © W. Wahlster Multimodale UMTS Systeme Lokalisierter Zugriff auf mobile Internetdienste Zugriff auf Webinhalte und Webdienste zu jeder Zeit von jedem Ort Zugriff auf Intranet und Virtual Private Networks von mobilen Geräten Zugriff auf Edutainment und Infotainment Dienste Zugriff auf Edutainment und Infotainment Dienste Zugriff auf Nachrichten (voice, email, multimedia, MMS) zu jeder Zeit auf jedem Gerät Zugriff auf Nachrichten (voice, email, multimedia, MMS) zu jeder Zeit auf jedem Gerät Personalisierung Lokalisierung

15 © W. Wahlster Motorola A920 UMTS-Handy mit Assistiertem Globalem Positionierungs- System (AGPS) Lokalisierung von UMTS-Nutzern Cell ID (Micro cell) ca. 3000m AGPS ca. 5-10m OTDOA ca. 25-50m Cell ID + Segment ca. 2000m Cell ID + Segment + TA ca. 500m

16 © W. Wahlster [ D x, D y, D z ] Korrektur- Server [sat1, t1] [sat2, t2] [sat3, t3] [sat4, t4] JAVA Midlet für Korrekturberechnung UMTS-Handy mit eingebautem GPS- Empfänger Von LKVK exakt vermessene Position [sat1, t1] [sat12, t12] RAW-Daten 50 cm Genauigkeit in 100 km Entfernung vom Korrektur-Server bei sehr schneller Übertragung, so dass die Satellitenbewegung vernachlässigbar ist. Schnelle UMTS-Verbindung Neues Prinzip zur hochpräzisen Außenpositionierung

17 © W. Wahlster IMS Institut für Maschinelle Sprachverarbeitung, Universität Stuttgart Ludwig-Maximilians- Universität München European Media Lab IT-2006 und Futur-Programm BMBF: 13,7 Mio Euro (Dr. Reuse) Leiter: W. Wahlster Laufzeit: 2004-2007 SmartWeb-Konsortium BMBF Softwaresysteme

18 © W. Wahlster Mobiler Zugriff im Smart Web Price: $841.00 Wieviel ist das in Euro? Semantische Metainfo über Webdienste Preis: €732,068 Die Kamera kostet 732,07 Euro. Currency Converter

19 © W. Wahlster Multimodale Konfiguration von Anwendungen im Smart Web Entferne in diesen Bildern die roten Augen, speichere sie im Album Geburtstagsfeier 2003 und lasse mir davon von Pixum Abzüge zusenden ! Die gewünschten Bilder werden in zwei Tagen per Post zugeschickt.

20 © W. Wahlster Wo ist hier im Umkreis von 5 Km die günstigste Tankstelle für Super-Benzin? Ich zeige Ihnen den Weg zur günstigsten Tankstelle. Sprachbasierte Suche nach dem preisgünstigsten Angebot am Beispiel der Tankstellensuche im KFZ

21 © W. Wahlster Achtung, Aquaplaning in 100 Meter !!! Peer-to-Peer Austausch von Sensorischer information GPS: Geodaten GPS: Geodaten Sensorik Semantische Peer-to-Peer Verbindung

22 © W. Wahlster Komposition mehrere semantischer Webdienste zu einem "räumlichen Wecker" DFKI City Shopper ein ortssensitiver Mehrwertdienst

23 © W. Wahlster Das UMTS-Handy als Gesundheitsberater AllergieChecker: Abgleich von individuellen Allergieprofilen mit Produktinformation

24 © W. Wahlster Produktdatenbank 4018462143001 Demonstration AllergieChecker

25 © W. Wahlster Vom klassischen Web zu semantischen Webdiensten WWW HTTP, URL, HTML, XML Semantisches Web Webdienste RDF, OWL UDDI, WSDL, SOAP Semantische Webdienste OWL-S

26 © W. Wahlster Wissensrepräsentation Ontologie- repräsentation BenutzermodellierungSprachverarbeitung Mobile Multimodale Benutzerschnittstellen Inferenzsysteme Agententechnologie Planungssysteme Die Integration aktueller KI-Technologien im SmartWeb-Projekt

27 © W. Wahlster Die Zielsetzung einer Inhaltsbeschreibungssprache für Webinhalte Basis für die Berechnung semantischer Äquivalenz syntaktisch unterschiedlicher Repräsentationen Ziel- sprache für die Bedeutungs- repräsentation natürlich- sprachlicher Eingaben Quell- sprache für die Generierung eindeutiger natürlich- sprachlicher Ausgaben Basis für effiziente Inferenzen über Webinhalte Gemeinsames Verständnis aller Informationskonsumenten (Benutzer, Suchmaschine, Webdienst, Sprachgenerator) Repräsentation der Bedeutung von Webinhalten

28 © W. Wahlster Beschreibungslogik Typische Konstruktoren Ein Mann, der mit einer Doktorin verheiratet ist und mindestens drei Kinder hat, die alle Informatiker sind. Mensch п ¬ Weiblich,  verheiratet-mit Doktor п (  3 Kinder) п  Kinder. Informatiker C п D, ¬ C,  r. C,  r, (  nr)

29 © W. Wahlster ELTERNTEIL GROSSVATER ELTERNTEIL MENSCH GELD MENSCH MANN MENSCH SPECIALIZES-Kante   S S S S VR RR VR P 1KIND P 1 KIND P 1 ENKEL EINKOMMEN Automatische Klassifikation in OWL-Ontologien

30 © W. Wahlster ELTERNTEIL GROSSVATER ELTERNTEIL MENSCH GELD MENSCH MANN MENSCH SPECIALIZES-Kante Berechnete Subsumptionsbeziehung   S S S S VR RR VR P 1KIND P 1 KIND P 1 ENKEL EINKOMMEN Automatische Klassifikation in OWL-Ontologien

31 © W. Wahlster Inferenzdienste in Konzeptsprachen In der Ontologie: In der gesamten Wissenbasis: Sind alle Konzepte verschieden oder stimmen welche überein? (Äquivalenz) Welche Unterbegriffsbeziehungen bestehen? (Klassifikation) Welche Rollen-Beziehungen gelten daher für die Begriffe?(Vererbung) Ist ein definierter Begriff sinvoll oder ist die Klasse grundsätzlich leer? (Inkohärenz) Haben zwei Klassen gemeinsame Instanzen oder nicht? (Disjunktheit) Ist die WB konsistent? (Konsistenz) Welche Klassen instantiiert ein gegebenes Objekt? (Realisierung) Welche der bekannten Elemente enthält eine vorgegebene Klasse? (Retrieval) Welche (Rollen-)Beziehungen bestehen zwischen verschiedenen Objekten?(Vererbung)

32 © W. Wahlster Rollen, Konzepte und ihre Interpretation A:Menge von atomaren Konzepten (Variablen: A, B) S:Menge von atomaren Rollen (Variablen: S) Interpretation:I Z 6D, 8%9 I 7 mit D beliebige Menge und Funktion: A / 2 D S / 2D / 2 D 3 Die Interpretation wird induktiv definiert: 8R l R#9 I Z $d  !8R9 I (d) h 8R#9 I (d)#% 8R- C 9 I Z $d  !8R9 I (d) h 8C9 I #% 8%9I: 8%9I: 8A9 I heißt Konzeptextension 8S9 I heißt Rollenextension 8S9 I (d)heißt Rollenfüllermenge der Rolle S für d R: Menge von Rollenbeschreibungen R / Satomare Rolle - R l R#Rollenkonjunktion - R- C Rollenrestriktion

33 © W. Wahlster Automatisierte Dienste im Semantischen Web OWL-S Automatische Suche und Auswahl von Semantischen Webdiensten Automatische Komposition von Semantischen Webdiensten Automatische Überwachung der Ausführung von Webdiensten Automatischer Aufruf und Ausführung von semantischen Webdiensten

34 © W. Wahlster WSDL Binding an SOAP, HTTP Ontologie-basierte Typen OWL-S Prozeßmodell Atomarer ProzeßEingabe/Ausgabe OperationNachricht Die Integration von OWL-S und WSDL

35 © W. Wahlster Resource ServiceProfile ServiceModel ServiceGrounding Service Was leistet der Dienst? provides presents DescribedBy supports Wie funktioniert der Dienst? Wie greift man auf den Dienst zu? Die Top-Ontologie für Webdienste in OWL-S

36 © W. Wahlster Das Prozess-Modell von OWL-S für Semantische Webdienste Prozess OWL-S 1.1 Kodierung in OWL ermöglicht Planung und Inferenz has Participant hasLocal hasOutput hasResult hasInput has Precondition

37 © W. Wahlster Plan-basierte Webdienste zur dynamischen Komposition semantischer Webdienste Zielspezifikation Planer zur Komposition von semantischen Webdiensten Webdienst ausführbarer Plan Plan- Exekution & Plan- Monitor Aufrufparameter Ergebnis... Seman- tischer Web- dienst 1 Seman- tischer Web- dienst 2 Seman- tischer Web- dienst 3 Seman- tischer Web- dienst n z.B. I-PLAN von A. Tate 2004 OWL-S

38 © W. Wahlster Plan-basierte Webdienste zur dynamischen Komposition semantischer Webdienste Zielspezifikation Planer zur Komposition von semantischen Webdiensten Webdienst ausführbarer Plan Plan- Exekution & Plan- Monitor Aufrufparameter Ergebnis... Seman- tischer Web- dienst 1 Seman- tischer Web- dienst 2 Seman- tischer Web- dienst 3 Seman- tischer Web- dienst n z.B. I-PLAN von A. Tate 2004 KFZ-Abmeldung Saarbruecken.de Verkauf meines PKW Fahrzeug- bewertung EurotaxSchwacke Gebraucht- wagenbörse Scout24 Internet- Banking Postbank KFZ-Kennung IBAN Auto abgemeldet Kaufpreis auf dem Konto OWL-S

39 © W. Wahlster Grobarchitektur des mobilen Smart Web Mobile Infrastruktur Mobile Breitbanddienste Adhoc-Vernetzung von KFZ Peer-to-Peer Dienste Roaming für ABC- Technologien Ontologische Infrastruktur Top-level Ontologie Domänen- spezifische Ontologien Ontologische Beschreibung von Webdiensten Sprachorientierte Ontologien Mobile multimodale Mensch-Technik- Interaktion Semantische Repräsentation der Benutzeranfrage Semantisch annotierte Informations- strukturen und Medienobjekte Zugriffsdienste auf das Semantische Web

40 © W. Wahlster Intelligentes Informationsfinden im Smart Web Layout Analyse Hybrides Parsing Tagging Segmentierung und Klassifikation von Video Finite State Technologie Statistik- basierte Annotation Software-Toolbox zur automatischen Offline- Markierung von Webseiten Korpus von Webseiten Online- Informationsextraktion Anfragetransformation und Suchplanung Dokumentensuche Dokumentenbewertung und Selektion Extraktion von Informations- und Medienobjekten Informationsintegration Syntaktische Webseiten Semantische Repräsentation der Benutzeranfrage Ansteuerung multipler Suchdienste Intelligenter Zugriff mit Inferenzkomponente Semantische Webseiten

41 © W. Wahlster Mensch-Technik-Interaktion mit dem Smart Web Biosensoren Gesichts- erkennung Prosodie Spracheingabe HaptikGestik Situative Benutzermodellierung Aufmerksamkeit, Affektiver Zustand Modalitätsspezifische Erkennung und Analyse Fusion der Eingabemodalitäten Dialogmanagement Multimodale Fission Transformation von Medienobjekten Sprachgenerierung und Sprachsynthese Multimedia-Präsentationskomponente: Räumliche & zeitliche Synchronisation Haptisch Auditiv Sprache, Musik Visuell Graphik, Bild, Video, Text Zugriff auf das Semantische Web

42 © W. Wahlster Schablonen-basierte Informationsextraktion aus Webseiten Schablone Nachfolger: Der künftige Bundespräsident Horst Köhler hat an den poli- tischen Entscheidungsträgern und manchen Wirtschaftsführern in Deutschland unmittelbar nach seiner Wahl deutliche Kritik geübt. Köhler löst seinen Amtsvorgänger Johannes Rau am 1. Juli 2004 ab. PersonIn:---------- PersonOut:---------- Position:---------- TimeIn:---------- TimeOut:---------- Text: Text- klassifikation Sprach- verarbeitung Schablonen- verabeitung Schablone Nachfolger: PersonIn:Horst Köhler PersonOut:Johannes Rau Position:Bundespräsident TimeIn:1.Juli 2004 TimeOut:1. Juli 2004

43 © W. Wahlster Aktueller Leistungstest für Systeme zur Informationsextraktion QA@CLEF-2004 Wettbewerb, Bath, 15.-16. 9. 2004 7 europäische Sprachen zur Frageformulierung  Englisch als Antwortsprache 200 Testfragen (Faktenfragen und Definitionsfragen) Beispiele: Wo befindet sich das CERN? Was ist die UEFA? Wann wurde Litauen unabhängig? Wie geht es dem Papst? (Neumann et. al.) 18 Systeme getestet Platz 1 DFKI-System SMES-QA höchster Anteil korrekter Antworten (keine Textausschnitte) 25%, 47 Fragen korrekt beantwortet Textkorpora z.B. Spiegel, Frankfurter Rundschau

44 © W. Wahlster SmartWeb als BMBF-Leitprojekt zum Futur-Thema “Leben in der vernetzten Welt” 1992 1999 2000 2003 Verbmobil Spin Off Produkte: 20 Spin Off Firmen: 8 Patente: 11 Morpha EmbassiSmart- Kom Invite Arvika Map 129406029526 4 1251206371 Service Robots Basic Research Home Electronics Multimodal Interaction Distributed Teamwork Mobile Interaction VR/AR Work Environment 2005 2008 SME VR/AR Initiative Leitprojekt Service Robotik LeitProjekt Smart Web 2004-2008 Leitprojekte Virtual Human Artesas Net. of Exc. 9202 Data provided by Dr. Reuse, BMBF Deutscher Zukunftspreis 2001

45 © W. Wahlster Das DFKI ist „Partner für Innovation“: Ideen erfolgreich machen Bundeskanzler Gerhard Schröder Prof. Dr.-Ing. Joachim Milberg, Präsident Acatech – Konvent für Technik und Wissenschaft, Aufsichtsratsvorsitzender BMW Prof. Dr.-Ing. Hans-Jörg Bullinger, Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Wolfgang Wahlster, Geschäftsführer Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH Eggert Voscherau, Stellvertretender Vorsitzender des Vorstandes der BASF AG Edelgard Bulmahn, Bundesminister für Bildung und Forschung Prof. Dr. Jürgen Mlynek, Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin Chef des Bundes- kanzleramtes, Dr. Walter Steinmeier Dr. Heinrich von Pierer, Vorsitzender des Vorstandes Siemens AG Heinz Putzhammer, Mitglied des Geschäftsf. DGB- Bundesvorstandes Dr. Gunter Thielen, Vorsitzender des Vorstandes der Bertelsmann AG Walter Raizner, Vorsitzender der Geschäftsführung IBM Deutschland GmbH Wolfgang Mayrhuber, Vorsitzender des Vorstandes Deutsche Lufthansa AG Michael Sommer, Bundesvorsitzender des DGB Dr. Hubertus Erlen, Vorsitzender des Vorstandes Schering AG Kai-Uwe Ricke, Vorsitzender des Vorstandes Deutsche Telekom AG Prof. Dr. Utz Claassen, Vorsitzender des Vorstandes der EnBW Energie Baden-Württemberg AG Prof. Dr. Roland Berger, Geschäftsführer Roland Berger Strategy Consultants GmbH Dr. Wolfgang Clement, Bundesminister für Wirtschaft und Arbeit

46 © W. Wahlster Das DFKI ist „Partner für Innovation“ des Bundeskanzlers

47 © W. Wahlster Das DFKI wurde im Jahr 2004 mit dem ersten deutschen Spin-off Preis ausgezeichnet Aus dem DFKI sind 36 erfolgreiche Firmenneugründungen hervorge- gangen, wobei je ein Forscher drei Neue Arbeitsplätze geschaffen hat.

48 © W. Wahlster Das Smart Web als Grundlage für mobiler Informationsassistent bei der Fußball- Weltmeisterschaft 2006 Reiseunterstützung zu und in den Spielorten Information zur Verkehrssituation Navigation in den Stadien Information zu den WM-Spielen während und nach dem Spielbesuch Unterstützung von Fangemeinschaften (Community Service) Basic- und Premium Editions

49 © W. Wahlster Comment je fais pour aller du stade à la Cité Interdite? Welches Tor hat Kahn durchgelassen? Crosslinguale und multimediale Informations- suche Multilinguale Fragebeant- wortung Dynamisches Hyperlinking Mobiler Multimodaler Informationszugang bei der Digitalen Olympiade in Peking 2008 mit COMPASS

50 © W. Wahlster 1.Das semantische Web macht die hochpräzise Suche und die gezielte Fragebeantwortung über offenen Wissensdomänen möglich. 2.Die KI-Forschung zu Beschreibungslogiken und Planungssystemen bildet die Grundlage für die automatische Komposittion komplexer semantischer Webdienste. 3. Durch Fortschritte auf dem Gebiet der Sprachtechnologie und der Informationsextraktion wird es möglich, das derzeitige syntaktische schrittweise in ein semantisches Web zu überführen. Konklusion

51 © W. Wahlster © 2004 DFKI Design by R.O. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit