SMART Systems (Vorlesung: KI & XPS) zBeim vorigen Mal: ySemantische Netze, Frames, XML, RDF(S), XMLS zInhalt heute: yKL-ONE, Einführung in Beschreibungslogiken.

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1 SMART Systems (Vorlesung: KI & XPS) zBeim vorigen Mal: ySemantische Netze, Frames, XML, RDF(S), XMLS zInhalt heute: yKL-ONE, Einführung in Beschreibungslogiken zLernziele: yKritik an Sem.Netzen, Frames und auch XML verstehen yMotivation der Entwicklung der Repräsentationssprache KL-ONE kennen ySyntax und Semantik von Beschreibungslogiken verstehen Ralf Möller, Univ. of Applied Sciences, FH-Wedel

2 Acknowledgments zDiese Vorlesung enthält graphisches Material von yB. Nebel, Univ. Freiburg: Bilder Semantische Netze und Frames yI. Horrocks (Univ. Manchester): DL-Einführungsfolien yU. Sattler (RWTH Aachen): DL-Einführungsfolien yH.J. Schek (ETH Zürich): KL-ONE-Bilder

3 Semantische Netze: Kritik zWas ist die Bedeutung eines Knotens: Begriff, hypothetisches oder existierendes Individuum? zWas ist die Bedeutung einer Kante: Werteeinschränkung, Default-Wert, aktueller Wert,... ? zWas bedeutet die ISA-Kante? zWas ist die Semantik semantischer Netze? zAufsatz: "What's in a link?" [Woods 75]

4 Frames: Kritik zEin Eigenschaftswert (Slot-Wert) kann yein Default-Wert sein (im Sinne eines Prototypen) ystrikt notwendig sein (notwendige Bedingungen) yzusammen mit anderen hinreichend sein (hinreichende Bedingungen) ystrikt oder nicht-strikt vererbt werden zBedeutung unklar

5 Sem.Netze und Frames: Zusammenfassung zBeruhen auf ähnlichen Ideen: yObjektzentrierte Organisation yHierarchie und Vererbung zDie interessanten Fragen in diesem Kontext sind yEffizienz der Verarbeitung yStrikte oder nicht-strikte Vererbung yFalls strikt, können Eigenschaften auch definierend sein?

6 Strukturierte Vererbungsnetze: Motivation zWas war unschön an allgemeinen semantischen Netzen? yDie Semantik der nicht-ISA Kanten war unklar. zWas fehlt Frame-Systemen? yBegriffe sind atomar und unstrukturiert. zStrukturierte Vererbungsnetze [Brachman 77]

7 Strukturierte Vererbungsnetze: Zentrale Ideen zStrukturierte Beschreibungen yentsprechen der relationalen Struktur von Objekten yaufgebaut mit Hilfe einer geringen Anzahl von wohldefinierten Operatoren zUnterscheidung zwischen begrifflichem (terminologischem) und objektbezogenem (assertionalem) Wissen (TBox/ABox) zAutomatische Bestimmung von Unterbegriffs- und Oberbegriffsbeziehung (Klassifikation)

8 Terminologisches Wissen: Informelles Bsp. (1) zEin Mensch ist eine Art: Tier zEine Frau ist: ein Mensch und Weiblich zEin Mann ist: ein Mensch und Männlich zEine Mutter ist: eine Frau mit mindestens einem Kind, das ein Mensch ist zEin Vater ist: ein Mann mit mindestens einem Kind, das ein Mensch ist

9 Terminologisches Wissen: Informelles Bsp. (2) zEin Elternteil ist: eine Mutter oder ein Vater zEine Großmutter ist: eine Frau, mit mindestens einem Kind, das ein Elternteil ist zEine Mutter-ohne-Tochter ist: eine Mutter mit nur männlichen Kindern zMännlich ist: das Gegenteil von Weiblich zWas kann alles geschlossen werden? yIst eine Mutter-ohne-Tocher auch ein Elternteil? zImplizite ISA-Beziehungen!

10 Assertorisches Wissen: Informelles Bsp. zELIZABETH ist eine Frau zCHARLES ist ein Vater zELIZABETH hat das Kind CHARLES zDIANA ist eine Mutter-ohne-Tochter zDIANA hat das Kind WILLIAM zWas kann alles geschlossen werden? yIst WILLIAM männlich? yIst ELIZABETH eine Großmutter?

11 KL-ONE (1) z[Brachman, 77, 79, 85] zErste Implementierungen Anfang 1980 zVorrangig: Terminologisches Wissen (TBox) zGraphische Notation: yEin KL-ONE-Modell ist ein Netz mit Knoten und Kanten y2 Arten von Knoten: Konzepte Rollen

12 KL-ONE (2)

13 KL-ONE: Konzepte (1)

14 KL-ONE: Konzepte (2)

15 KL-ONE: Rollen (1)

16 KL-ONE: Rollen – Beispiel (1)

17 KL-ONE: Rollen (2)

18 KL-ONE: Rollen – Beispiel (2)

19 KL-ONE: Rollen (3)

20 KL-ONE: Rollen – Beispiel (3)

21 KL-ONE: Inferenzprobleme zGegeben ein KL-ONE-Netz (eine TBox) zFragen: yKann es zu einem bestimmten Konzept einer TBox über- haupt Individuen (Objekte) geben? (Konsistenztest) yWas sind die speziellsten Konzepte in der TBox, die zu einem gegebenen Konzept in der ISA-Beziehung stehen? (Klassifikation, Bestimmung der "Parents") yWas sind die allgemeinsten Konzepte in der TBox, zu denen ein gegebenes Konzept in der ISA-Beziehung steht? (Klassifikation, Bestimmung der "Children")

22 KL-ONE: Kritik zGraphische Darstellung erscheint zwar intuitiv zAber: Verschiedene Interpretationen und Diskussionen über die Bedeutung waren die Regel zMathematische Beschreibung der Bedeutung der Repräsentationskonstrukte immer noch nicht klar y(insb. Individuenkonzepte, die wir hier nicht behandeln) zWichtig für maschinelle Verarbeitung: Inferenzalgorithmen: yTerminierung, Vollständigkeit, Korrektheit yBerechenbarkeit, Komplexität (asymptotisch)

23 Beschreibungslogiken (Description Logics, DLs) zFamilien von formalen, logischen Beschreibungssprachen zSyntax zSemantik zPragmatik

24 Architektur eines DL-Systems

25 DL – Einführung (1)

26 DL – Einführung (2)

27 Zusammenfassung, Kernpunkte zKritik an Sem.Netzen und Frame-Systemen zKL-ONE: Motivation, Generelle Ideen und Probleme zFormale Repräsentationstechniken: Beschreibungslogiken yKonstrukte zur Beschreibung von Konzepten und Rollen yMengentheoretische Semantik

28 Was kommt beim nächsten Mal? zBeschreibungslogiken zweiter Teil