Betriebs- systeme und Verteilte Systeme Web Ontology Language (OWL) Projektgruppe Peer2Peer basierte Suche nach Webservices WS 2004 / SS 2005 Martin Steinhoff.

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1 Betriebs- systeme und Verteilte Systeme Web Ontology Language (OWL) Projektgruppe Peer2Peer basierte Suche nach Webservices WS 2004 / SS 2005 Martin Steinhoff 15.12.2004

2 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)2 Inhaltsübersicht  Motivation  Ontologien  Einführung in OWL  OWL-Untersprachen  Grundbegriffe von OWL  Aufbau von OWL  Vokabeln und Tags  Einordnung in PG  Zusammenfassung

3 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)3 Motivation    Sprechen wir die gleiche Sprache?  Unterhalten wir uns über das gleiche Thema?  Verstehen wir Begriffe gleich?  oder  Müssen wir zuerst auf eine Sprache einigen ???

4 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)4 Motivation  Kommunikation nur möglich durch  Einheitliches Verständnis des Themas  Verwenden des gleichen Vokabulars  => alle Kommunikationspartner müssen eine einheitliches Verständnis haben

5 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)5 Inhaltsübersicht  Motivation  Ontologien  Einführung in OWL  OWL-Untersprachen  Grundbegriffe von OWL  Aufbau von OWL  Vokabeln und Tags  Einordnung in PG  Zusammenfassung

6 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)6 Ontologien  Begriff Ontologie ursprünglich aus Philosophie und steht für die Lehre von Sein  Informatik:  „…Ontology is a dokument or file that formally defines the relations among terms…“ [Tim Berners-Lee: The Semantic Web]  Ontologie ist ein hierarchisch geordnetes Beziehungssystem mit Regeln und möglichen Schlussfolgerungen  „…Ontologie beschreibt einen Wissensbereich, mit Hilfe einer standardisierten Terminologie sowie Beziehungen und Ableitungsregeln darauf…“ [Gesellschaft für Informatik-Lexikon, http://www.gi-ev.de/informatik/lexikon/]

7 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)7 Klassifizierung von Ontologien  Top-Level Ontologies  Allgemeine, bereichsübergreifende Ontologien  global  Domain Ontologies  auf eine Domain/Anwendungskontext bezogen  lokal, auf einen Bereich beschränkt

8 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)8 Inhaltsübersicht  Motivation  Ontologien  Einführung in OWL  OWL-Untersprachen  Grundbegriffe von OWL  Aufbau von OWL  Vokabeln und Tags  Einordnung in PG  Zusammenfassung

9 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)9 Anwendungsbereiche  Kommunikation  Automatische Deduktion  Repräsentation u. Wiederverwendung von Wissen  Sammlung von Informationen  Gemeinsames Verständnis, Interpretation von Wissen  Daten regelbasiert verknüpfen  Maschine zu Maschine Kommunikation  (Weltweiter) Datenaustausch  Objektivierung von Wissen  Kooperation von Anwendungen

10 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)10 Praktische Abwendung  Webportale  Informationssammlung zu einem spez. Thema  Einschränkende Suchabfrage  Kooperation/Austausch mit anderen Seiten  Multimediale Sammlungen  Metainformationen (Text, Audio, Video)  Zum Dokument (-typ) selbst  Zum Inhalt  Verwaltung von Unternehmenswebseiten  Stark verzweigt mit vielen verschiedenen Angeboten (Download, Paper, Dokumentationen, …)  Intelligente Softwareagenten  Spezielle und einschränkende Suchanfragen  Sammeln von Informationen über eine Domäne hinaus

11 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)11 Anforderungen an OWL  Effizient anpassbar und erweiterbar  Ontologien müssen eindeutig sein  Hierarchische Einteilung  Zuordnung Klasse - Eigenschaft  Anpassbarkeit an Benutzer (z.B. Sprache)  Kennzeichnung für gleichartige Klassen (z.B. von verschiedenen Domänen) Klasse1 = Klasse2  Öffentlich zugängliche Metadaten der Ontologie  Ober-/Untergrenzen von Werten  Entscheidbarkeit / sichere Deduktion  Open World

12 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)12 OWL Ursprungssprachen  XML  Strukturierung und Syntax für OWL  RDF/RDF-S  Ressource Description Framework (-Schema)  Tripel: Subjekt (Klasse),Prädikat (Property), Objekt (typisierter Wert)  Siehe vorheriger Vortrag  DAML+OIL  DARPA Agent Markup Language  Ontology Inference Layer  Erweiterung von RDF durch Klassen, Unterklassen, Individuen, Properties, Restriktionen  OIL erweitert DARPA mit Deduktion  Direkter Vorgänger von OWL und daher sehr ähnlich

13 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)13 Probleme bei RDF  Kommunikation zwischen verschiedenen Domänen nicht möglich  Inselbildung (Jeder für sich)  Eine Ressource kann mehrere URI‘s besitzen  Keine Verbindung möglich

14 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)14 Einordnung von OWL Quelle: http://www.topquadrant.com

15 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)15 Inhaltsübersicht  Motivation  Ontologien  Einführung in OWL  OWL-Untersprachen  Grundbegriffe von OWL  Aufbau von OWL  Vokabeln und Tags  Einordnung in PG  Zusammenfassung

16 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)16 Unterteilung von OWL  OWL ist in 3 Teilsprachen gegliedert: OWL Full OWL DL OWL Lite Dabei gilt:  Jede gültige OWL Lite Ontologie ist eine gültige OWL DL Ontologie  Jede gültige OWL DL Ontologie ist eine gültige OWL Full Ontologie  Jede gültige OWL Lite Folgerung ist eine gültige OWL DL Deduktion  Jede gültige OWL DL Folgerung ist eine gültige OWL Full Deduktion

17 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)17 OWL Lite  OWL Lite  Grundlegende Funktionen  Klassen und Unterklassen  Properties auf Klassen und Individuen  Schnell und einfach zu implementieren  Unterstützung durch Programme gegeben  Weitere Unterstützung von:  Domain, Range, Versionisierung, Property Restrictions, 0/1- Kardinalitäten, …  Standard-Datentypen (von XML-S übernommen)

18 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)18 OWL DL und Full  OWL DL  Description Logics  Maximum an Ausdrucksfähigkeit  Entscheidbar, vollständige Bearbeitung gesichert  Umfangreiche Funktionen für Schlussfolgerungen  Volle Kardinalitäten  Zusätzlich: Operationen zur Kombination von Klassen (unionOf, complementOf, intersectionOf)  OWL Full  Sämtliche Sprachelemente  Evtl. nicht entscheidbar/berechenbar => Unterstützung durch Deduktionssoftware problematisch  Klassen können auch Individuen o. Properties sein =>komplexe Verschachtelungen möglich

19 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)19 Welche ist die Richtige?  Entscheidung zwischen Teilsprachen  OWL Full nur, wenn volle Funktionalität erforderlich =>eher selten  Bei komplexen Schlussfolgerungen => OWL DL  OWL Lite für einfache Klassen/Instanzbeziehungen und Properties

20 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)20 Inhaltsübersicht  Motivation  Ontologien  Einführung in OWL  OWL-Untersprachen  Grundbegriffe von OWL  Aufbau von OWL  Vokabeln und Tags  Einordnung in PG  Zusammenfassung

21 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)21 Grundbegriffe (1)  Domäne (domain)  Anwendungsbereich für Klassen  Bsp: Domäne Säugetier  Klasse  Sammlung von Eigenschaften, die für eine Gruppe von Individuen gelten  Unterklassen (subClass) möglich  Bsp: Mensch, Unterklasse Mann/Frau  Individuum  Instanz/Mitglied einer Klasse  Bsp: Peter ist Instanz der Klasse Mensch  Eigenschaft (Property)  Beschreibt eine Klasse oder Instanz näher  Bsp: Alter, Größe, Haarfarbe auf Klassenebene, auf Instanzebene mit Werten belegt

22 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)22 Grundbegriffe (2)  Klassen  Alle Klassen sind Unterklassen von owl:Thing  Unterklassen  Individuen  Instanzen einer Klasse  Datentypen  Entsprechen XML-Schema  xsd:string  xsd:integer  …

23 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)23 Inhaltsübersicht  Motivation  Ontologien  Einführung in OWL  OWL-Untersprachen  Grundbegriffe von OWL  Aufbau von OWL  Vokabeln und Tags  Einordnung in PG  Zusammenfassung

24 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)24 Namensräume (namespace)  Spezifizieren das Vokabular  machen die Ontologie lesbarer (u.a. durch kurze Schreibweise)  Definition in einem rdf:RDF-Tag <rdf:RDF xmlns ="http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-guide-20040210/wine#" xmlns:owl ="http://www.w3.org/2002/07/owl#"  Identifikation des Namespace der mit der akt. Ontologie verbunden ist  Elemente mit Prefix owl werden als Objekte mit Bezug auf die angegebene URI interpretiert => Einführung der OWL Vokabeln

25 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)25 Ontologie Kopf (Header)  Versionsinformationen  Verweise auf andere Ontologien  Kommentar  Namensgebung An example OWL ontology Wine Ontology  about: Name oder Referenz für Ontologie  comment: Kommentar  priorVersion: Verweis auf vorherige Version  import: Verweis auf andere Ontologie, die benutzt wird  label: Bezeichnung

26 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)26 Strukturierung von OWL Ontologie Klasse Eigenschaft Individuum Eigenschaft Individuum Unter- klasse …

27 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)27 Inhaltsübersicht  Motivation  Ontologien  Einführung in OWL  OWL-Untersprachen  Grundbegriffe von OWL  Aufbau von OWL  Vokabeln und Tags  Einordnung in PG  Zusammenfassung

28 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)28 Eigenschaften in OWL(1)  rdfs:domain  Reduziert die Eigenschaft auf eine bestimmte Gruppe/Domäne  rdfs:range  Reduziert das Ergebnis auf einen bestimmten Wertebereich  Datentypeneigenschaften  Zuordnung: Ressourcen zu Datentypen  Owl:DatatypeProperty  #Jahr ist ein Verweis auf die Klasse Jahr, die auch definiert sein muss

29 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)29 Eigenschaften in OWL(2)  Objekteigenschaften  Zuordnung Ressourcen zu Ressourcen  Owl:ObjectProperty (Weinbeispiel)   Deduktion über Eigenschaft auf Klasse möglich  Strukturierung  subPropertyOf ...

30 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)30 Regeln von Eigenschaften (1)  Transitiv  P(x,y) und P(y,z)=>P(x,z)  Bsp: istNachkommeVon  Symmetrisch  P(x,y) P(y,x)  Bsp: verwandtMit  Funktional  P(x,y) und P(x,z) => y=z

31 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)31 Regeln von Eigenschaften (2)  Inverse  P(x,y) P(y,x)  Benötigt Eigenschaft als Parameter  Inverse Funktional  P(y,x) und P(z,x) => y=z

32 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)32 Restriktionen von Eigenschaften(1)  owl:Restriction-Tag  allValuesFrom  Jede Instanz der Klasse, die diese Property implementiert, muss den Typ der angegebenen Klasse besitzen  Jeder Nachkomme gehört zur Kategorie Kind  someValuesFrom  Mindestens eine Eigenschaft muss als Ziel eine Referenz auf ein Kind sein

33 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)33 Restriktionen von Eigenschaften(2)  owl:Restriction-Tag (Fortsetzung)  owl:cardinality 1  owl:maxCardinality  Obere Schranke  owl:minCardinality  Untere Schranke  owl:hasValue  Definition von Klassen aufgrund eines einzelnen Eigenschaftswertes

34 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)34 Abbilden von Ontologien  Ontologien müssen sich verbinden lassen  =>Wiederverwendung, Koexistenz, Kooperation  owl:equivalentClass  Beschreibt, dass zwei Klassen die gleichen Instanzen besitzen  =>Klassen sind gleich, Eigenschaften identisch  owl:equivalentProperty  Identifiziert zwei Eigenschaften miteinander

35 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)35 Abbilden von Individuen  owl:sameAs  Deklariert zwei Individuen als identisch  owl:differentFrom  Zwei Individuen sind verschieden  Gegenteil von owl:sameAs  U.a. für gegenseitigen Ausschluss  owl:allDifferent  Liste von sich ausschließenden Individuen  Bsp: Rolle von Person A bzgl. Person B  owl:distinctMembers  Nur zusammen mit allDifferent  Gegenseitiger Ausschluss realisierbar

36 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)36 Komplexe Klassen(1)  Nur OWL DL und OWL Full  owl:intersectionOf  Schnittmenge von zwei Klassen  owl:unionOf  Vereinigungsmenge von zwei Klassen  owl:complementOf  Klasse ist Gegenteil von einer anderen Klasse

37 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)37 Komplexe Klassen(2)  owl:oneOf  XOR-Auswahl aus einer Menge von Klassen  owl:disjointWith  Garantiert, dass ein Individuum nur zu einer Klasse gehört

38 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)38 Versionsverwaltung mit OWL  Innerhalb des owl:Ontology - Tags  owl:priorVersion  Verweist auf die vorherige Version  owl:compatibleWith  Kompatibilität mit einer anderen Version  owl:incompatibleWith  Inkompatibilität mit einer anderen Version  owl:backwardCompatibleWith  Falls nicht angegeben=> keine Probleme mit alten Versionen  owl:versionInfo  Versionsangabe  owl:DeprecatedClass / owl:DeprecatedProperty  Versionshistorie

39 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)39 Beispiele Deduktion  Eigenschaft hasChild gehört zu Domäne Säugetier  Wenn gilt Frank hasChild Anna => Frank gehört zur Domäne Säugetier  Eigenschaft hatBruder ist subproperty von hatVerwandte  =>wenn eine Individuum zu einem anderen über hatBruder verbunden ist, dann sind sie auch über hatVerwandte verbunden  Über equivalentClass verbundene Klassen  => die Individuuen dieser Klassen besitzen die gleichen Eigenschaften

40 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)40 Inhaltsübersicht  Motivation  Ontologien  Einführung in OWL  OWL-Untersprachen  Grundbegriffe von OWL  Aufbau von OWL  Vokabeln und Tags  Einordnung in PG  Zusammenfassung

41 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)41 Einordnung ins PG-Thema (1)  Beispiel Webservice „Suche Rechner, der … kann/hat“  OWL als Grundlage zur Strukturierung der Rechnerinformationen  Klasse Hardware  Unterklassen  Optische Laufwerke  Festplatte  Ein/Ausgabe-Geräte  Prozessor  Software  …  Zuweisung von Eigenschaften  Festplatte (Kapazität, Umdrehungen, freie Kapazität)  Prozessor (Intel, x-Bit, Taktung)

42 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)42 Einordnung ins PG-Thema (2)  Strukturierung von unstrukturierten Informationen  Ressourcenbeschreibung von Rechnern  Möglichkeiten von Schlussfolgerungen  Läuft Software auf PC „XY“  Bsp: Suche 32 Bit kompatiblen Rechner  Property Architektur  Rechner ist Itanium => kann 32 Bit Programm ausführen  Abbilden mit OWL von Rechnerkomponenten  Restspeicher  Prozessor  Architektur  …  Voraussetzung:  Exakte Definition von Klassen und Properties erforderlich

43 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)43 Inhaltsübersicht  Motivation  Ontologien  Einführung in OWL  OWL-Untersprachen  Grundbegriffe von OWL  Aufbau von OWL  Vokabeln und Tags  Einordnung in PG  Zusammenfassung

44 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)44 Was haben wir gesehen?  Warum Semantik hinterlegen?  Warum reicht RDF nicht aus?  Was ist OWL?  Wie ist OWL aufgebaut?  Was sind die wichtigsten Tags?  Wie kann man OWL in der PG einsetzen ?

45 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)45 Vortragsende Vielen Dank für die Aufmerksamkeit! Fragen und Anregungen?

46 4PG P2P basierte Suche nach Webservices: Web Ontology Language (OWL)46 Literatur  Tim Berners-Lee, James Hendler, Ora Lassila : The Semantic Web, http://www.ScientificAmerican.com, 17. Mai 2001 http://www.ScientificAmerican.com  Deborah L. McGuinness, Frank van Harmelen: OWL Web Ontology Language Overview,  http://www.w3.org/TR/owl-features/ http://www.w3.org/TR/owl-features/  Michael K. Smith, Chris Welty, Deborah L. McGuinness: OWL Web Ontology Language Guide,  http://www.w3.org/TR/owl-guide/ http://www.w3.org/TR/owl-guide/  OWL Vokabeln http://www.w3.org/2002/07/owl#http://www.w3.org/2002/07/owl#  Mike Dean, Guus Schreiber: OWL Web Ontology Language Reference  http://www.w3.org/TR/owl-ref/ http://www.w3.org/TR/owl-ref/  Peter F. Patel-Schneider, Patrick Hayes, Ian Horrocks: OWL Web Ontology Language Semantics and Abstrct Syntax  http://www.w3.org/TR/owl-semantics/ http://www.w3.org/TR/owl-semantics/  Jeff Heflin: OWL Web Ontology Language Use Cases and Requirements  http://www.w3.org/TR/webont-req/ http://www.w3.org/TR/webont-req/  Deborah L. McGuinness, Richard Fikes, James Hendler, Lynn Andrea Stein: DAML+OIL: An Ontology Language for the Semantic Web  Wolfgang Dostal, Mario Jeckle, Werner Kriechbaum: Semantik und Webservices: Vokabulare und Ontologien