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Semantic Web: Anwendungen
Sebastian Rudolph
Institut AIFB · Universität Karlsruhe
Grundlagen Semantic Web (WS09/10)Seminar für Computerlinguistik, Universität Heidelberg
http://semantic-web-grundlagen.de
Foliensatz von M. Krötzsch. Die nichtkommerzielle Vervielfältigung, Verbreitung undBearbeitung dieser Folien ist zulässig (→ Lizenzbestimmungen CC-BY-NC).
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Outline
1 Einleitung und Motivation
2 Vokabulare
3 Ontologien
4 Anwendungsprojekte in Karlsruhe
5 Industrielle Anwendungen
6 Zusammenfassung und Ausblick
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Die Vision der Semantic Web
[Berners-Lee, Hendler, Lassila, 2001]:
“A new form of Web content that is meaningful to computers willunleash a revolution of new possibilities”
“Computers will find the meaning of semantic data by followinghyperlinks to definitions of key terms and rules for reasoning aboutthem logically.”
“Naturally, you want to check this, so your computer asks the servicefor a proof of its answer, which it promptly provides by translating itsinternal reasoning into the Semantic Web’s unifying language.”
Und wie sieht es in der Realität aus?
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Herausforderungen der Praxis
In der Praxis geht es um mehr als um Technik!
Wer möchte semantische Daten veröffentlichen (und wer nicht)?Wie passen semantische Technologien in bestehendeNutzungsprozesse?Welchen Gewinn bringt der Umstieg auf semantische Lösungen(und was kostet er)?Wer bietet Dienste und Produkte für solche Technologien an (undwer kauft sie)?
The Semantic Web Chicken-And-Egg-ProblemWas kommt zuerst: formalisierte semantische Daten oderAnwendungen und Dienste zu ihrer produktiven Nutzung?
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Was ist eine „Anwendung“?
Eine „Anwendung“ semantischer Technologie könnte vieles sein . . .. . . eine erste Implementierung?. . . eine einsetzbare Implementierung?. . . das Produkt einer Firma?. . . der Einsatz in einem konkreten Anwendungsfall?
Echte Anwendungen müssen sich in der echten Welt durchsetzen!
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1 Einleitung und Motivation
2 Vokabulare
3 Ontologien
4 Anwendungsprojekte in Karlsruhe
5 Industrielle Anwendungen
6 Zusammenfassung und Ausblick
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Vokabulare im Semantic Web
Grundidee semantischer Wissensrepräsentation:Eindeutige Bezeichnung relevanter Elemente einesAnwendungsfelds ( URI)Formale Darstellung der Beziehung zwischen diesen Elementen( RDF(S), OWL, . . . )
Woher kommen URIs?
VokabularSammlung eindeutiger Bezeichner (URIs), deren pragmatischeBedeutung (informell) spezifiziert ist, eventuell ergänzt durch einfacheontologische Beziehungen.Meist als Schema zur Übertragung/Verknüpfung semantischer Datenin bestimmten Anwendungsfeldern.
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RSS – RDF Site Summary
Das am weitesten verbreitete Semantic-Web-Vokabular: å RSS
„RDF Site Summary“ (RSS 1.0)6= „Really Simple Syndication“ (RSS 2.0)Herausgegeben von der RSS-DEV Working Group 2000Übertragung von Listen aus (Hyper-)TexteinträgenRelevante Metadaten: Autor, Datum, Inhalt, . . .Erzeugung durch Blogs zur Übertragung von NewsfeedsAuswertung/Aggregation durch RSS-Feed-Reader
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Daten über Personen: FOAF
å FOAF: „Friend of a Friend“Vokabular für Personendaten und Social NetworkingHerausgegeben vom FOAF-Projekt (Libby Miller, Dan Brickley)seit 2000Heute (2008) etwa 900,000 FOAF-Beschreibungen im Netz,großteils automatisch erstelltVerschiedene Anzeigetools: å FOAFexplorer, å FOAFnaut, . . .Beschreibung des Vokabulars mittels OWL
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FOAF-Eigenschaften
Beispiele für Elemente in FOAF:foaf:Person: Klasse aller Personenfoaf:mbox: DatatypeProperty für Email-Adressen;invers-funktionalfoaf:knows: ObjectProperty zur Herstellung von Beziehungenzwischen Personenfoaf:mbox_sha1sum: DatatypeProperty für Hashs vonEmail-Adressen; invers-funktional
mbox und mbox_sha1sum zur Zuordnung verschiedenerFOAF-Files zu einer Person
Weitere Elemente und Eigenschaften für Personen, Organisationen,Gruppen, Bilder, . . .
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Modellierungsprobleme in FOAF
Auch Vokabularkonstruktion ist nicht einfach!
Wie stellt man Namen dar?International unterschiedliche NamensgebungenFOAF hat firstName, surname, givenname, family_name,name
Wie stellt man Geburtstage dar?Problem: Angabe von Tag oder Jahr eventuell nicht erwünschtXML-Schema kennt Typen für Datum und Zeitpunkt, nicht für Tageohne JahrZusammenhang zwischen XSD-Datum und Jahreszahl nicht inOWL darstellbar
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Woher kommen FOAF-Files?
FOAF wird großteils automatisch generiert, z.B. aus Nutzerprofilen.Beispiel: å AIFB-Portal
Einige Tools zur direkten Erstellung.Beispiel: å FOAF Creator, å FOAF-a-matic
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Weitere Vokabulare im Semantic Web
Andere weit verbreitete Vokabulare:å GEO: geographische Positionenå DOAP (Description of a Project): Metadaten zuSoftwareprojektenå CC (Creative Commons): Lizenzinformationen in RDFå SIOC (Semantically Interlinjked Online Communities):Online-Gemeinschaften
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Ontologien vs. Vokabulare
OntologieFormale Beschreibungen für ein Anwendungsgebiet: Dokument einerOntologiesprache
Zielstellung von Ontologien nicht nur DatenaustauschAxiomatisierung relevanter Zusammenhänge zwecks„intelligenter“ VerarbeitungNutzung ausdrucksstarker Ontologiesprachen
(„Ontologie“ und „Vokabular“ keine allgemein definierten Begriffe,Überschneidungen möglich)
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Upper-Level Ontologies
Gibt es domänenunabhängige Ontologien? Upper-Level Ontologien (auch: Foundational Ontologies)
Beispiele:DOLCE: Descriptive Ontology for Linguistic and CognitiveEngineeringKlassen wie „Perdurant“ und „Non-Physical Endurant“SUMO: Suggested Upper Merged OntologyKlassen wie „Abstract“ und „Physical“GFO: General Formal Ontology. . .
Verwendung vor allem zur Modellierung und Vereinigungunabhängiger Ontologien . . . eher kompiliziert . . .
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Medizinische Terminologien
Anwendungen komplexer Ontologien besonders in Medizin/BiologieGene Ontology
Domäne: Gene in allen Organismen
Ontologiesprache: „OBO“, Abbildung auf OWL teilweise möglich
Anwendung: Kombination von Gen-Daten
SNOMED – Systematized Nomenclature of Medicine (Clinical Terms)Domäne: Krankheiten, Diagnosen, Medikamente, . . .
Ontologiesprache: Beschreibungslogik EL++
Anwendung: Informationsaustausch in Medizinanwendungen
GALENDomäne: Krankheiten (medizinsiche Klassifikation)
Ontologiesprache „GRAIL“, Abbildung auf OWL teilweise möglich
Anwendung?: „basis for teaching, training and services“ (Zitat)
Formale Semantik hilft bei OntologieerstellungS. Rudolph (AIFB Karlsruhe) Semantic Web Grundlagen Semantic Web 17 / 35
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Wie entstehen Ontologien?
Erstellung von Ontologien kompliziert:genaue Kenntnis der Domäne erforderlichgutes Verständnis der Ontologiesprache erforderlich
Problem: Domänenexperten sind häufig keine Informatiker . . .
Weitere Herausforderungen:Ontologien können sehr groß werden – Aufteilung?Viele Freiheiten bei Modellierung – wie entscheiden?Gemeinschaftliche Erstellung von Ontologien? Prozesse undMethoden?Entwicklung und Versionierung von Ontologien(Ontologie-Evolution)Beurteilung der Qualität von Ontologien (Ontologie-Evaluation)
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Werkzeuge der Ontologieerstellung
Ontologien werden nicht manuell in XML geschrieben!
Freie und kommerzielle Ontologieeditoren:å Protégé: freier Ontologieeditor, Plugins/Erweiterungenå Topbraid Composer: kommerzieller Editorå NeOn-Toolkit: freier Editor mit kommerziellen Erweiterungen, inEntwicklung
mehr dazu in å Semantic Web Technologies 2, Sommer 2008
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1 Einleitung und Motivation
2 Vokabulare
3 Ontologien
4 Anwendungsprojekte in Karlsruhe
5 Industrielle Anwendungen
6 Zusammenfassung und Ausblick
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SmartWeb
Noch einmal SmartWeb (siehe auch å Praxisvortrag Ontoprise . . . )
Fallstudie zum Einsatz semantischer Technologien in mobilenUmgebungenkomplexe Aufgabenstellung, Verknüpfung vieler Technologienfunktionsfähiger PrototypProjekt gefördert durch BMBF, viele deutsche Partner ausForschung und Industrie
Video
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Semantic MediaWiki
〈 Kurze Einleitung zu Wikis, semantischen Wikis und SMW 〉
Homepage: å Semantic MediaWiki
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Semantic MediaWiki (SMW)
freie Erweiterung von MediaWiki (Software unter Wikipedia)seit Anfang 2006 verfügbargroße weltweite Nutzergemeinschaftzahlreiche Anwendungen in WWW und Industrie (700 Downloadsin Jan 2008)Übersetzung in über 10 Sprachen (darunter Chinesisch undHebräisch)Entwicklung auch in verschiedenen Projekten am AIFB
Homepage: å Semantic MediaWiki
mehr dazu in å Semantic Web Technologies 2, Sommer 2008
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Semantic MediaWiki: Anwendungsbeispiele
Beispielanwendungen von Semantic MediaWiki:å Ontoworld.org – Semantic Web Community Wikiå DiscourseDB – Politische Berichterstattung in den Medienå SpieleWiki – Aktivitäten für Jugendgruppenå Sydney Directory – Alles über Sydneyå Creative Commons Wiki – Alles über freie Inhalte und CCInnovationsmanagement bei Volkswagen (intern)Projekt- und Arbeitsgruppenwikis in verschiedenenOrganisationenDie å Homepage dieser Vorlesungund selbst å das
sehr viele neue OWL/RDF Daten im Netz sehr viele neue „Vokabulare“ für neue Anwendungen
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Semantic MediaWiki: Wir suchen Unterstützung
Freie Positionen im Umfeld von SMWStudentische Hilfskräfte
EntwicklungKommunikation/Öffentlichkeitsarbeit. . .
Diplom- und ProjektarbeitenStellen für Doktoranden
Mail an Markus Krötzsch – [email protected]
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Fallstudien aus Industrie- und Forschungsprojekten
Viele weitere fallstudien zum Einsatz semantischer Technologien inKarlsruhe:
å NeOn-Projekt:Wissensverwaltung bei der FAO (UN Food and AgricultureOrganisation)Informationsintegration in der pharmazeutischen Industrieå SEKT (inzwischen ausgelaufen):z.B. Anwendungsstudie zur semantischen Suche in digitalenBibliothekenACTIVE (Folgeprojekt von SEKT, Start März 2008)Einsatz semantischer Technologien in Firmenkontexten, SMWå NepomukUmsetzung des semantischen Desktopså XMediaSemantische Daten und Multimedia
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6 Zusammenfassung und Ausblick
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Ontologien speichern und verarbeiten
Systeme zum Umgang mit Ontologien/RDF-Daten:RDF-Datenbanken (RDF-Stores): Jena, Oracle 10g∗, RAP,Redland, Sesame, Virtuoso∗, . . .OWL-Reasoner: FACT++, HermiT, KAON2 (OntoBroker-OWL∗),Pellet, RacerPro∗, . . .Leicht-gewichtige OWL-Unterstützung: CEL, Oracle 11g∗,QuOnto∗, . . .
Siehe auch: å Online-Liste der DL-Reasoner
∗ Kommerzielle Systeme
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Semantik in Dateiformaten
Einbettung semantischer Metadaten in existierende Dateiformate:Adobe XMP – Extensible Metadata PlatformRDF-basiertes Metadatenformat in DateienVerfügbar in Photoshop 7.0, Acrobat 5.0, Illustrator 10, . . .SVG (z.B. in å Inkscape)RDF-Daten in SVG (Scalable Vector Graphics, XML-basiert)Einbettung von Metadaten Grafiken
Semantik fest an existierende Dateiinhalte gekoppelt einfache Integration in bestehende IT-Prozesse
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Metadatenverwaltung
OWL/RDF als Metadatenformat in der Medienverwaltung:
å Microsoft „Interactive Media Manager“
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Anwendungen mit „Semantic Web inside“
Nicht alle Anwendungen semantischer Technologien exportierenDaten!
å Yahoo! FoodYahoo!-Portal zu Ernährung und Kocheninterne Datenhaltung mit RDF
Vodaphone Live! Mobile PortalVodaphone-Portal für handy-Downloadsinterne Datenverwaltung mit RDFVerbesserung in der Suche: 50% weniger Seitenaufrufe proDownload
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Semantische Websuche
Websuche auf Basis von semantischen Dokumenten in Netz
å Yahoo! Creative Commons SearchSuche nach Webinhalten auf Basis ihrer LizenzbestimmungenAngabe von gewünschten Rechten (kommerzielle Nutzung,Bearbeitung)Basierend auf Annotationen inCreative-Commons-RDF-Vokabular (z.B. von Flickr)
Aktuelle Forschung: Semantic-Web-SuchmaschinenAggregation von semantischen Daten, crawlingSuche nach technischen/strukturellen Merkmalen von MetadatenBeispiele: å Swoogle, å SindiceMeist relativ unvollständige Crawler, unvollständige Datensätze
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(Web-)Dienste
Webdienste als wichtiger Architekturteil moderner IT-Systeme (SOA)
å Microsoft Connected Services FrameworkInterne Verwaltung von Nutzerprofilen in RDFZugriff via SPARQL möglich
Aktuelle Forschung: Semantic Webservicesautomatische Suche, Konfiguration, und Invokation von Dienstenaufgrund von semantischen BeschreibungenNeu in Karlsruhe: å Karlsruhe Service Research Institute (KSRI)
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1 Einleitung und Motivation
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3 Ontologien
4 Anwendungsprojekte in Karlsruhe
5 Industrielle Anwendungen
6 Zusammenfassung und Ausblick
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Zusammenfassung und Ausblick
Semantische Technologien sind in der Praxis angekommenIndustrielle Produkte, Dienstleistungen und AnwendungenverfügbarVokabulare, Ontologien und „Best practices“ für verschiedeneDomänenFokus auf „Web of Data“ oder „Web 3.0“RDF stärker verbreitet als OWL
Was bringt die Zukunft?weiter verstärkte Annahme durch Industrieneue GeschäftsmodelleWeiterentwicklung der GrundlagentechnologienÜbergang von RDF-Vokabularen zu OWL-Ontologien?
Wer bringt die Zukunft?
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