Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces1 Beschreibungslogiken.

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1 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces1 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Sebastian Hellmann 12.12.06 Seminar: Semantic Web Services and Interfaces

2 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces2 Übersicht Übersicht: Beschreibungslogik- Eine Einführung Zusammenhang zu OWL Reasoning- Schliessen OWL 1.1

3 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces3 Beschreibungslogik – Einführung

4 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces4 Beschreibungslogik – Einführung Sie entwickelte sich aus einer graphischen Darstellung für Semantische Netze, welche noch keine formale Beschreibung hatte (Repräsentationen für Konzept-Wissen): [Grafik: Baader/Nutt: The Handbook of DL]

5 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces5 Beschreibungslogik – Einführung Einfach: Description Logic ist eine formale Sprache zur Repräsentation von Wissen über eine Welt.

6 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces6 Beschreibungslogik – Einführung Einfach: Description Logic ist eine formale Sprache zur Repräsentation von Wissen über eine Welt. Genauer: DL ist der neueste Name für eine Familie von Formalismen zur Wissensrepräsentation, die Wissen von einer Anwendungsdomäne (der „Welt“) repräsentiert, indem erst relevante Konzepte der Domäne definiert werden (die Terminologie TBox) and dann diese Konzepte benutzt, um Eigenschaften von Objekten und Individuen, die in dieser Domäne vorkommen, zu spezifizieren (die Beschreibung der Welt ABox) [frei übersetzt aus: Baader/Nutt: The Handbook of DL]

7 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces7 Beschreibungslogik – Einführung [A. Heußner]

8 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces8 Beschreibungslogik – Einführung Prinzipiell gibt es: -Konzepte (unäre Prädikate) -Rollen (binäre Prädikate) -Individuen (Konstanten)

9 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces9 Beschreibungslogik – T-Box Terminology Box (T-Box) -Definition der Konzepte Beispiel: Woman ≡ Person ⊓ Female Man ≡ Person ⊓ ￢ Female Mother ≡ Woman ⊓ ∃ hasChild.Person Father ≡ Man ⊓ ∃ hasChild.Person Parent ≡ Father ⊔ Mother Grandmother ≡ Mother ⊓ ∃ hasChild.Parent MotherWithManyChildren ≡ Mother ⊓ ≥ 3hasChild MotherWithoutDaughter ≡ Mother ⊓ ∀ hasChild. ￢ Woman Wife ≡ Woman ⊓ ∃ hasHusband.Man

10 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces10 Beschreibungslogik – A-Box Assertion Box (A-Box) - extensionales Wissen über die Domäne -membership-assertions über Individuen Beispiel: MARY : MotherWithoutDaughter PETER : Father PAUL : Father (MARY, PETER) : hasChild (MARY, PAUL) : hasChild (PETER, HARRY) : hasChild

11 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces11 Beschreibungslogik – Sematik Semantik: ∆ I = { PETER, PAUL, MARY } Father I = { PETER, PAUL } hasChild I = {( MARY, PETER ), ( MARY, PAUL ), ( PETER, HARRY ) }

12 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces12 Beschreibungslogik – Erweiterungen Standard: ALC : Attribute Language with Complement ALC ::= ⊥ | A | ¬C | C ∧ D | C ∨ D | ∃ R.C | ∀ R.C

13 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces13 Beschreibungslogik – Erweiterungen Standard: ALC : Attribute Language with Complement ALC ::= ⊥ | A | ¬C | C ∧ D | C ∨ D | ∃ R.C | ∀ R.C Zusätzliche Buchstaben kennzeichnen die Eigenschaften/ Constraints der ausgewählten Sprache: S ist ALC + Transitivität Weitere Buchstaben sind: HOINQFRD

14 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces14 Beschreibungslogik – Erweiterungen H erlaubt Subrollen (Hierarchie) O Nominale. Bsp: {FRANCE,GERMANY, … } als Konzept- Definition f ü r LänderDerEU I Inverse Rollen (hasChild ≡ hasParent -1 ) N Zahlen-Restriktionen (Woman ⊓ ≥ 3hasChild ) Q Qualifizierte Zahlen-Restriktionen (Woman ⊓ ≥ 3hasChild.Male ) F funktionale Rollen R komplexe Rollendefinitionen D einfache Datentypen: Integer, String

15 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces15 Beschreibungslogik – Erweiterung [Lehmann, Diplomarbeit]

16 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces16 Zusammenhang zu OWL

17 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces17 Zusammenhang zu OWL Direktes Mapping von OWL nach DL möglich DL wurde als Basis für OWL gewählt, aus folgenden Gründen: DL ist ausdrucksstark, aber dennoch entscheidbar 30-jährige Erfahrung Tool Support bereits vorhanden Einfach zu modellieren und variablenfrei

18 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces18 RDFS Syntax Person ⊓ ∀ hasChild.(Doctor ⊔ ∃ hasChild.Doctor): [Bechhofer, Horrocks]

19 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces19 RDFS Syntax Person ⊓ ∀ hasChild.(Doctor ⊔ ∃ hasChild.Doctor): --------------------------------------------------------- ---------------------------------------------------------

20 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces20 Mapping von OWL Konzepte => Klassen Rollen => Properties Individuen => Objekten

21 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces21 Mapping von OWL OWL Klassen Konstruktoren [Horrocks]

22 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces22 Mapping von OWL OWL Axiome [Horrocks]

23 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces23 Drei Subsprachen von OWL und ihre Mächtigkeit (Vor- und Nachteile) Um verschiedene Eigenschaften bei OWL zu erreichen gibt es drei unterschiedliche OWL- Typen: OWL-Lite OWL-DL OWL-Full

24 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces24 Drei Subsprachen von OWL und ihre Mächtigkeit (Vor- und Nachteile) Um verschiedene Eigenschaften bei OWL zu erreichen gibt es drei unterschiedliche OWL- Typen: OWL-Lite Basiert auf: SHIF (D) Unterstützt Hierarchie und einfache Constraints (0 oder 1) Einfacher tool support Entscheidbar, weniger komplex OWL-DL OWL-Full

25 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces25 Drei Subsprachen von OWL und ihre Mächtigkeit (Vor- und Nachteile) Um verschiedene Eigenschaften bei OWL zu erreichen gibt es drei unterschiedliche OWL- Typen: OWL-Lite OWL-DL Basiert auf: SHOIN (D) Größere Ausdruckskraft als OWL-Lite Immer noch berechenbar und entscheidbar Jede OWL-Lite Ontologie ist auch OWL-DL Ont. Tool support vorhanden, jedoch höhere Komplexität der Berechnungen OWL-Full

26 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces26 Drei Subsprachen von OWL und ihre Mächtigkeit (Vor- und Nachteile) Um verschiedene Eigenschaften bei OWL zu erreichen gibt es drei unterschiedliche OWL- Typen: OWL-Lite OWL-DL OWL-Full Maximale Ausdruckskraft und Freiheit Keine Garantie für Berechnungen/ unentscheidbar Kein einfacher Tool-Support

27 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces27 Kurzer Einschub In Description Logics gilt die Open World Assumption Beispiel: Bahnfahrplan

28 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces28 Reasoning Reasoning / Schliessen:

29 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces29 Reasoning Reasoning / Schliessen: unterstützt beim Designen von Ontologien ermöglicht Wissensgewinnung, indem es implizites Wissen explizit macht

30 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces30 Reasoning Reasoning / Schliessen: unterstützt beim Designen von Ontologien ermöglicht Wissensgewinnung, indem es implizites Wissen explizit macht Weiterhin wird zwischen T- und A-Box Reasoning unterschieden

31 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces31 Reasoning T-Box Typische Aufgabe von Reasoning z.B. w ä hrend der Design-Phase: Subsumption: Ist die Hierarchie richtig? Welches Konzept ist Subkonzept eines anderen? Beispiel: „ Margharita Pizzen haben Tomaten- und Mozzarellabelag “ „ Vegetarische Pizzen haben keinen Fleisch- oder Fischbelag “

32 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces32 Reasoning T-Box Typische Aufgabe von Reasoning z.B. w ä hrend der Design-Phase: Subsumption: Ist die Hierarchie richtig? Welches Konzept ist Subkonzept eines anderen? Beispiel: „ Margharita Pizzen haben Tomaten- und Mozzarellabelag “ „ Vegetarische Pizzen haben keinen Fleisch- oder Fischbelag “ Margharita ≡ Pizza ⊓ ∃ hatBelag.Tomaten ⊓ ∃ hatBelag.Mozarella VegPizza ≡ Pizza ⊓ ∀ hatBelag. ￢ Fleisch ⊓ ∀ hatBelag. ￢ Fisch

33 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces33 Reasoning T-Box Typische Aufgabe von Reasoning z.B. w ä hrend der Design-Phase: Subsumption: Ist die Hierarchie richtig? Welches Konzept ist Subkonzept eines anderen Speisekarte 1 Pizzen - Margharita - Prosciutto - Salami Vegetarische Pizzen -  Speisekarte 2 Pizzen - Prosciutto - Salami Vegetarische Pizzen - Margharita

34 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces34 Reasoning T-Box Typische Aufgabe von Reasoning Ü berpr ü fen der Konsistenz Erf ü llbarkeit/Satisfiability: Sind alle Konzepte frei von Widerspr ü chen? Thunfischpizza ≡ VegPizza ⊓ ∃ hat_Belag.Fisch => es kann keine Instanz von Thunfischpizza geben

35 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces35 Reasoning A-Box Typische Aufgabe von Reasoning Auch in der A-Box: Ü berpr ü fen der Konsistenz Erf ü llbarkeit/Satisfiability: Gibt es keine Widerspr ü che in der A-Box?

36 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces36 Reasoning A-Box Typische Aufgabe von Reasoning Implizites Wissen in explizites Verwandeln Instancecheck: Ist a eine Instanz von C? PIZZA63 : Pizza (PIZZA63, PILZE) : hat_Belag (PIZZA63, EIER) : hat_Belag - vegetarisch?

37 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces37 Reasoning A-Box Typische Aufgabe von Reasoning Implizites Wissen in explizites Verwandeln Realization: Welche Konzepte gibt es von der PIZZA63 eine Instanz ist? PIZZA63 : Pizza (PIZZA63, PILZE) : hat_Belag (PIZZA63, EIER) : hat_Belag R (T,A) ( PIZZA63 ) = ( Pizza, Veg_Pizza, Lacto-Ovo-Veg_Pizza )

38 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces38 Reasoning A-Box Typische Aufgabe von Reasoning Implizites Wissen in explizites Verwandeln Retrieval: Welche Instanzen gibt es von einem Konzept? alle vegetarischen Pizzas

39 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces39 Tools zum Reasoning Überblick: Protégé : OWL-Ontologie editor mit eingebautem Reasoning FaCT++, KAON2, Pellet, Racer Link-Sammlung bei Wikipedia>Description Logic Fast alle kostenlos und open-source

40 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces40 Weiterführende Themen OWL 1.1

41 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces41 Weiterführende Themen Was es neues gibt [Grau, Horrocks, Next Step for OWL]: OWL 1.1 basiert auf SROIQ (D + ) Beibehaltung der Entscheidbarkeit Jede OWL-DL Ontologie ist auch eine OWL 1.1 Ontologie

42 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces42 Weiterführende Themen Was es neues gibt [Grau, Horrocks, Next Step for OWL]: Überblick Syntactic sugar Größere Ausdruckskraft bei Properties Erweiterte Datentypen Meta-modelling Semantik-frei Kommentare

43 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces43 Weiterführende Themen Was es neues gibt [Grau, Horrocks, Next Step for OWL]: Syntactic sugar Erweiterung der Syntax um Ausdrücke zu vereinfachen. Bsp: bei einer Konzept-Hierarchie sind alle Unterklassen eines Konzeptes disjunkt Tiere  Elefant  Zebra  Löwe Früher war es nötig alles einzeln aufzuschreiben

44 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces44 Weiterführende Themen Was es neues gibt [Grau, Horrocks, Next Step for OWL]: Größere Ausdruckskraft bei Properties basiert auf R Bei zugundeliegender DL gibt es jetzt auch eine R-Box OWL 1.1 Axiom: SubPropertyOf(propertyChain(locatedIn partOf)locatedIn) Wenn ein Object in einem Teil eines anderen Objektes liegt, dann ist es auch teil dessen Beispiel: Medizin Knochenhalsbruch Zudem: DisjointProperties (motherOf, childOf), und Selbstbezug ∃ likes.Self

45 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces45 Weiterführende Themen Was es neues gibt [Grau, Horrocks, Next Step for OWL]: Erweiterte Datentypen Möglichkeit value ranges festzulegen: Ein Kreuzer muss eine Länge zwischen 30 und 50 meter haben Ein quadratischer Tisch hat vier gleich lange Seiten

46 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces46 Weiterführende Themen Was es neues gibt [Grau, Horrocks, Next Step for OWL]: Meta-modelling Genannt: punning Derselbe Bezeichner kann eine Klasse und ein Individuum bezeichnen Class(Person), Individual (Person)

47 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces47 Weiterführende Themen Was es neues gibt [Grau, Horrocks, Next Step for OWL]: Semantik-freie Kommentare Möglichkeit Kommentare anzulegen, die nicht im Reasoning berücksichtigt werden. Früher nicht möglich, z.B. Probleme mit Versionsnummern Syntax: comment( ‚dies ist ein Kommentar‘) Kann überall da stehen wo Leerzeichen stehen können

48 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces48 Weiterführende Themen Ausserdem : Nicht mehr kompatibel mit RDF und OWL-Full Auf Grund der Kommentare und Meta-Modelling In Rdf-Tripeln ist nur Platz für Semantischen Inhalt Es gibt zusätzlich eine XML-Syntax basierend auf DIG 2.0 Die vorhandenen Tools sind bereits teilweise kompatibel mit OWL 1.1 und die Hersteller haben sich bereit erklärt alle Features zu implementieren.

49 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces49 Literatur Diplomarbeit Jens Lehmann Franz Baader and Werner Nutt. Basic description logics. In F. Baader, D. Calvanese, D. McGuinness, D. Nardi, and P.F. Patel-Schneider, editors, The Description Logic Handbook Cambridge University Press, 2003. http://www.w3.org/TR/owl-features/ http://www.mindswap.org/2005/OWLWorkshop/ (OWL workshop)http://www.mindswap.org/2005/OWLWorkshop/ I. Horrocks, O. Kutz, and U. Sattler. The Even More Irresistible SROIQ In Proc. of the 10th International Conference of Knowledge Representation and Reasoning (KR-2006, Lake District UK), 2006. http://www.cs.man.ac.uk/~sattler/publications/KR-06-SROIQ.pdf http://www.cs.man.ac.uk/~sattler/publications/KR-06-SROIQ.pdf B. Cuenca Grau, I. Horrocks, B. Parsia, P. Patel-Schneider, and U. Sattler. Next Steps for OWL. In Proc. of OWL: Experiences and Directions, (to appear), 2006. http://www.cs.man.ac.uk/%7Ebcg/OWL1-1.pdf

50 Beschreibungslogiken als Basis von OWL Institut für Informatik Betriebliche Informationssysteme Seminar: Semantic Web Services and Interfaces50 Literatur – Folien/ Vorträge Danke für Grafiken, Tabellen, etc… Alexander Heußner: „Description Logics. – an introduction into its basic ideas „ http://www.informatik.uni- leipzig.de/~brewka/papers/semweb/DL_vortrag.pdf Ian Horrocks: "OWL: A Description Logic Based Ontology Language". Talk at CISA, Edinburgh, March 30th 2006. http://www.cs.man.ac.uk/~horrocks/Slides/cisa06.ppt Ian Horrocks: "Description Logic Reasoning". Invited tutorial at LPAR, Montevideo, Uruguay, March 2005. http://www.cs.man.ac.uk/~horrocks/Slides/lpar05.ppt