Anbindung eines Ontologie- basiertes Risikomanagement- systems an eine XML-Datenbank Datenbankseminar am Lehrstuhl für Praktische Informatik III Vortrag.

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2 Anbindung eines Ontologie- basiertes Risikomanagement- systems an eine XML-Datenbank Datenbankseminar am Lehrstuhl für Praktische Informatik III Vortrag von Tilo Dickopp

3 Agenda Überblick „JOntoRisk“-Projekt Ein XPath-basierter Reasoner Ausblick

4 3 / 27 Einführung Entwicklung einer Plattform zur Unterstützung des Risikomanagement-Prozesses: „JOntoRisk“ Integration bestehender Tools und externer Quellen (z.B. Schadensdatenbanken) JOntoRisk  Einführung Risikomanagement Anforderungen Standard-APIs Nachteile Architektur Ontologie Ontology-Views XPath-Reasoner Ausblick

5 4 / 27 Risikomanagement Banken und andere Finanzdienstleister sind gesetzlich gezwungen ihre Risiken zu managen. Ein solches Risikomanagement kann in einem Prozess mit drei Phasen verwirklicht werden: JOntoRisk Einführung  Risikomanagement Anforderungen Standard-APIs Nachteile Architektur Ontologie Ontology-Views XPath-Reasoner Ausblick

6 5 / 27 Anforderungen (1)Jede Phase des Risikomanagement-Prozesses soll durch ein Tool unterstützt werden. Mindestens: –Self-Assesment während der Identifikation (Textanalyse analog zu Abbot) –Simulation zum Messen des Risikoausmaßes –Plausibilitätsabglich mit Schadensdatenbanken (2)Ontologie, die das Unternehmen aus Risikosicht beschreibt, als gemeinsame Datenbasis (3)Manche der Tools sollen auf mobilen Clients laufen (z.B. währende Besprechung eines Zinsrisikos mit einem Kunden). (4)… JOntoRisk Einführung Risikomanagement  Anforderungen Standard-APIs Nachteile Architektur Ontologie Ontology-Views XPath-Reasoner Ausblick

7 6 / 27 Architektur mit Standard APIs Clients Server / Reasoner Somit bietet sich folgende Architektur an: Ontologie Unter Verwendung von Standard APIs zur Ontologieverarbeitung, wie „Jena“, würde das z.B. heißen: J2ME (mobiler Client) J2SE / Jena Relationale DB Middleware JDBC Ontologie als Jena-Objekte JOntoRisk Einführung Risikomanagement Anforderungen  Standard-APIs Nachteile Architektur Ontologie Ontology-Views XPath-Reasoner Ausblick

8 7 / 27 Nachteile der Architektur mit Standard APIs Standardbibliotheken zu groß für mobile Endgeräte (Jena: 2,5mb; obfusicated 1,7mb). Bruch in der Darstellungsform: Relationen, Jena-Objekte, IDL/CDR-Darstellung, … Ständiges Anlegen von Java-Objekten teuer. Schwergewichtig. Kommt nicht ohne dedizierte Server- komponente. Somit nicht umsetzbar: JOntoRisk XML DB JOntoRisk Einführung Risikomanagement Anforderungen Standard-APIs  Nachteile Architektur Ontologie Ontology-Views XPath-Reasoner Ausblick

9 8 / 27 Umgesetzte Architektur In JOntoRisk verwenden wir deshalb eine davon abweichende Architektur: JOR-Client JOR-Server XML DB WS / XML-Streams nativer Treiber (verarbeitet XPath) Ontologie in OWL Reasoning mit XML-Technologien Ontologie in OWL oder eigene Darstellung Ontologie in OWL (z.Z. Infonyte) Können zusammenfallen. JOntoRisk Einführung Risikomanagement Anforderungen Standard-APIs Nachteile  Architektur Ontologie Ontology-Views XPath-Reasoner Ausblick

10 9 / 27 Ausschnitt aus der Ontologie JOntoRisk Einführung Risikomanagement Anforderungen Standard-APIs Nachteile Architektur  Ontologie Ontology-Views XPath-Reasoner Ausblick

11 10 / 27 Ontology-Views Ontologie Client 1Client 2Brücke 1 Clients haben eine abweichende Sicht auf das Unternehmen. Diese Sichten werden durch sog. Ontology-Views erzeugt: View 1 Legacy- Tool 1 View 2 View 3 JOntoRisk Einführung Risikomanagement Anforderungen Standard-APIs Nachteile Architektur Ontologie  Ontology-Views XPath-Reasoner Ausblick

12 11 / 27 Ontology-Views Als Beispiel einige Definitionen aus dem View für die Simulationskomponente (nach Kühn/Neu) in Description Logic: Asset  System Riskfactor  IT  Project State  Property  behaves.Random … In JOntoRisk werden die Views nicht in DL sondern in der OWL formuliert! JOntoRisk Einführung Risikomanagement Anforderungen Standard-APIs Nachteile Architektur Ontologie  Ontology-Views XPath-Reasoner Ausblick

13 12 / 27 Anforderungen (1)Der Reasoner muss in der Lage sein, die verwendeten Ontology-Views umzusetzen. (2)Er soll eine deklarative Anfragesprache zum Zugriff auf das DB-Repository benutzen. JOntoRisk XPath-Reasoner  Anforderungen Regeln Ablauf Beispiel Struktur Vorbereitung Merger Ausblick

14 13 / 27 b Regeln Der Reasoner benutzt Regeln, wie zum Beispiel: a)Prämisse: Konjunktiv verknüpfte Formeln. Bezeichnung: Für eine Regel r bezeichnen r 1,…,r n die einzelnen Formeln. Bsp.: r 2 =„o  C 2 “ b)Konsequenz: Schlussfolgerbares Wissen, wenn die Prämisse wahr ist. Bezeichnung: r neu C1C2  oC2C1C2  oC2 oC1oC1 a C 1  C 2  R.C 3  o  C 2   C 3, o   R oC1oC1 JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen  Regeln Ablauf Beispiel Struktur Vorbereitung Merger Ausblick

15 14 / 27 Ablauf Definition: Eine Substitution  einer gegebenen Formel f bezeichnet eine Ersetzung aller in f vorkommenden Variablen durch Ausdrücke, die keine Variablen enthalten. Ablauf: Ausgabe = {} FÜR jede Regel r { FÜR jedes  mit {  ( r 1 ), …,  ( r n )}  OWL-Daten { Ausgabe = Ausgabe  {  ( r neu )} } JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen Regeln  Ablauf Beispiel Struktur Vorbereitung Merger Ausblick

16 15 / 27 Beispiel Anwenden der Regel auf das vereinfachte OWL-Dokuement: C1C2  oC2C1C2  oC2 oC1oC1 … … … … … … JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen Regeln Ablauf  Beispiel Struktur Vorbereitung Merger Ausblick

17 16 / 27 Beispiel Schritt 1: Suche nach „C 1  C 2 “ Werte dazu den folgenden XPath-Ausdruck aus: //owl:Class[owl:equivalentClass] … … … … … … JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen Regeln Ablauf  Beispiel Struktur Vorbereitung Merger Ausblick

18 17 / 27 Beispiel Schritt 2: Binden der Variablen C 1 und C 2 : … … … … … … $C1./@rdf:ID $C2.//owl:equivalentClass/@rdf:resource JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen Regeln Ablauf  Beispiel Struktur Vorbereitung Merger Ausblick

19 18 / 27 Beispiel Schritt 3: Wenn in den Schritten 1 und zwei alle Variablen gebunden wurden, suche nach „ o  C 2 “: //$C2 wird zu //jor:System … … … … … … JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen Regeln Ablauf  Beispiel Struktur Vorbereitung Merger Ausblick

20 19 / 27 Beispiel Schritt 4: Binden der Variablen o: … … … … … … $O. JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen Regeln Ablauf  Beispiel Struktur Vorbereitung Merger Ausblick

21 20 / 27 $O $C2 Beispiel Schritt 5: Erzeugen der Ausgabe mittels eines Templates: {$O/*} … … … … … $C1 JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen Regeln Ablauf  Beispiel Struktur Vorbereitung Merger Ausblick

22 21 / 27 Struktur des Reasoners original Ontologie gefolgertes Wissen Merger Regeln Reasoning- Kern Vorbereitung JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen Regeln Ablauf Beispiel  Struktur Vorbereitung Merger Ausblick

23 22 / 27 Vorbereitung Einschränkungen des Reasoners: –nur online –kein rekursives Anwenden von Regeln  entworfen für Anfragen der Art: „Gib mir alle Individuen der Klasse X.“ Wenn zusätzlich keine Änderungen am Schema erlaubt sind, kann die Laufzeit optimiert werden: –Pruning der Regelmenge –Cachen der Werte von Variablen in Formeln, die sich auf das Schema beziehen JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen Regeln Ablauf Beispiel Struktur  Vorbereitung Merger Ausblick

24 23 / 27 Merger … NormalDist(0,1) NormalDist(0,1) Reasoner Merger JOntoRisk XPath-Reasoner Anforderungen Regeln Ablauf Beispiel Struktur Vorbereitung  Merger Ausblick

25 24 / 27 Ideen für Erweiterungen (1)Gefolgertes Wissen speichern (+ truth maintenance). (2)Transitiv folgerbares Wissen. (3)Regeln nicht mehr von Hand implementieren, sondern in deklarativer Sprache definieren (angelehnt an OWL abstract Syntax). (4)Anfrageschnittstelle generalisieren (zum Beispiel OWL-QL). (5)Regeln in XQuery umsetzen. Für JOntoRisk wird vermutlich nur noch Idee (3) umgesetzt. JOntoRisk XPath-Reasoner Ausblick  Ideen XQuery

26 25 / 27 XQuery declare namespace rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" declare namespace owl="http://www.w3.org/2002/07/owl#" declare namespace jor="http://www.jontorisk.org/jontorisk.owl"; for $R1 in //owl:Class[owl:equivalentClass] let $C1 := $R1/@rdf:ID let $C2 := fn:concat('jor:', fn:substring-after($R1//owl:equivalentClass/@rdf:resource, '#')) for $R2 in //*[name()=$C2] let $O := $R2 return element{$C1}{attribute rdf:ID {$O/@rdf:ID}, $O/*} JOntoRisk XPath-Reasoner Ausblick Ideen  XQuery

27 26 / 27 XQuery declare namespace rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"; declare namespace owl="http://www.w3.org/2002/07/owl#"; declare namespace jor="http://www.jontorisk.org/jontorisk.owl"; for $R1 in //owl:Class[owl:equivalentClass] let $C1 := $R1/@rdf:ID let $C2 := fn:concat('jor:', fn:substring-after( $R1//owl:equivalentClass/@rdf:resource, '#')) for $R2 in //*[name()=$C2] let $O := $R2 return element{$C1}{attribute rdf:ID {$O/@rdf:ID}, $O/*} JOntoRisk XPath-Reasoner Ausblick Ideen  XQuery

28 Ende