Semantische Suche mit Technologien des Semantic Web Projektgruppe Location-based Services for Wireless Devices WS 2004/05 Jan Hoffmann AG Kao Betriebssysteme.

Semantische Suche mit Technologien des Semantic Web

Projektgruppe Location-based Services for Wireless DevicesWS 2004/05Jan Hoffmann

AG Kao

Betriebssysteme und Verteilte SystemeInstitut für InformatikUniversität Paderborn

PG LBS: Semantische Suche 228.10.2003

Überblick

• Agenda, Einleitung

• Semantic Web – Vision• Technologien des SW• Existierende Lösungen• Zusammenhang zu Web Service Technologien

• Bedarf für semantische Suchen im Rahmen der PG• Empfehlung für PG-Verwendung


Vision

• Entwickelt von Tim Berners-Lee Director des World Wide Web Consortiums „Erfand“ schon das WWW am CERN

• Beschrieben in „Weaving the Web“, 1997

• Umfasst Technologien wie XML, RDF oder Ontologien

• Soll maschinelles „Verstehen“ von Inhalten ermöglichen Darauf aufbauend: einfache logische „Folgerungen“ Basis für intelligentere Dienste


Problem• Informationen im WWW zurzeit „schlecht“ auffindbar:

Markup von Dokumenten erfüllt Doppelfunktion: Prozedual:

Semantische Auszeichnung von Elementen z.B. HTML-Tags <em>, <h1>

Deskriptiv: Formatierung von Elementen z.B. HTML-Tags <i>, <b>, <font>

• Derzeitige Suchen basieren auf Teilstring- oder Pattern-Matching-Algorithmen: Unscharf Falsche Bedeutung gefundener Treffer (vgl. „Bank“ vs

„Bank“)


Markup - Beispiel[http://www.verivox.de/Home/Webmaster/Fixed/Schnellabfrage.asp]

<form action="http://www.verivox.de/Fixed/output.asp" target="_blank" id=form2 name=form2> <table BORDER="0" CELLSPACING="0" CELLPADDING="1" bgcolor="888888"> <tr><td> <table w idth="100%" BORDER="0" CELLSPACING="0" CELLPADDING="5" bgcolor="888888"> <tr bgcolor="eeeeee"> <td><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><b>von:</b></font></td> <td><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><input type="text" size="6" name="Location" value="030"></font></td> <td><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><b>nach:</b></font></td> <td colspan="3"><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><input type="text" size="6" name="Destination" value="040"></font></td> </tr><tr bgcolor="eeeeee"> <td><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><b>am:</b></font></td> <td><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><input type="text" size="6" name="Date" value="01.12.04"></font></td> <td><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><b>um:</b></font></td>

<td><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><input type="text" size="6" name="Time" value="19:18"></font></td> <td><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><b>Dauer:</b></font></td> <td><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><input type="text" size="6" name="Duration" value="00:03:00"></font></td> </tr><tr bgcolor="eeeeee"> <td colspan="4"><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"><br><b>Tarife:</b> <select name="Tariffs" size="1"> <option value="1">Call-by-Call (ohne Anmeldung) <option value="2">Alle Call-by-Call <option value="3">Alle Tarife </select> </font></td> <td

colspan="2" align="right"><font face="arial,verdana,helvetica" size="-1" color="000000"> <br><br><center><input type="image" src="http://www.verivox.de/I/anzeigen.gif" name="suchen" id="suchen" value="OK" border="0"></center> </font> </td></tr></table> </td></tr></table> </form>

• Relevante Informationen: Service-Location Übergabeparameter (grober) Typ

• Nicht relevant: Farbe, Schriftart Gestaltung als Tabelle Button-Bild …


Problemlösung (1)

• Überwindung dieser Probleme durch: Hochwertigere Auszeichnung von Inhalten und Services,

z.B.: Trennung von Semantik und Darstellung Anreicherung der Darstellung durch Semantik

Definitionen von allgemeinen Konzepten: Standards, z.B. in einer bestimmten Branche Beziehungen zwischen diesen Konzepten Analogien zwischen gleichartigen Konzepten

Vermeidung von Mehrfachbedeutungen: Konzepte eindeutig referenzieren Namensräume deklarieren


Problemlösung (2)

• Maschinelle Verarbeitung ermöglichen: Einheitliche Syntax:

Erlaubt Verwendung allgemeiner Parser Bestenfalls auch durch Menschen les-/editierbar

Formelle und prüfbare Definitionen von Konzepten und Beziehungen

Hier gibt es bereits weit verbreitete Technologien


Technologien – Überblick

Uniform Resource Identifier

XML / XML Schema

Unicode

RDF / RDF Schema

Ontologien (OWL)

Logik

Beweise

Vertrauen

• Semantic Web Pyramid of Languages [Quelle: iX Special 1/04, S.129]


XML (1)

• eXtensible Markup Language Erweiterbar: Metasprache zur Definition von

Markupsprachen Anwendungsgebiete:

Dokumente: z.B. XHTML, MathML, LMML Grafik: z.B. SVG Konfiguration: z.B. Apache Tomcat / Cocoon Kommunikation: z.B. BizTalk, SOAP

XML-Dokumente können wohlgeformt sein: z.B. Korrektes Schließen von Tags (z.B. <p><ex /></p>) Korrekte Verwendung der XML-Syntax

XML-Dokumente können gültig sein: bzgl. einer bestimmten Definition (Schema, DTD, …) Korrekte Verwendung einer bestimmten Markupsprache


XML (2)• Definition der Markupsprachen:

Document Type Definition (DTD): Älterer Standard, weit verbreitet, intuitiv

XML Schema: Vorteil: Schema ist selbst XML einfache Validierung Erlaubt auch Datentypen, Objektorientierung Hoher Toolsupport

Relax NG Alternative zu Schemata, auch in XML Vorteile: einfache Kurznotation möglich

• Rolle im Semantic Web: XML: Definiert Syntax XML Schema: Definiert Struktur und evtl. Namespace Bis jetzt noch keine Semantik!


RDF (1)• Sprach[-Framework], um Dokumente auszuzeichnen

Erste Stufe der semantischen Anreicherung Verschiedene Darstellungsmethoden, in XML serialisierbar Kann Resourcen auszeichnen:

z.B. bei Bildern oder Binärformaten die ganze Datei Konzepte, z.B. Person, Auftrag „Anything that has idendity“

Dient somit der Repräsentation von Wissen

• Konzept: RDF beschreibt Zusammenhänge als Tripel: Subject: die zu beschreibende Resource Predicate: eine Relation zwischen Subject und Object Object: eine andere Resource oder ein Literal


RDF (2)

SubjectObject

LiteralPredicate

Predicate

#Lynne#Mike

33#age

#knows

• Wichtig: Eindeutige Bezeichnung der Konzepte/Resourcen

• Dafür URI verwenden: www.domain.org/ns/#concept

• Standardverzeichnisse für Konzepte verfügbar: Z.B. Dublin Core


RDF (3)• Vorteil: Eindeutige Auszeichnung von Dokumenten

Beispiel: Autor kann als solcher erkannt und von Herausgeber unterschieden werden zz. nicht möglich (Name ist String)

• Probleme: Verschiedene Darstellungsformen:

XML/RDF umständlich zu formulieren Andere einfachere Formate besser für Triples geeignet

(n3) Kaum Tools/Suchen, die Metadaten nutzen Daher keine weite Verbreitung

• Existierendes Beispiel: „Friend of a Friend“ http://www.foaf-project.org/


Ontologien

• Was sind Ontologien? „Formal definiertes System von Dingen“ „specification of a conceptualization“ Hier: Strukturen über Resourcen und Relationen (vgl.

RDF) Verknüpft Konzepte / Resourcen

• Klassen von Ontologien: Taxonomie: Hierarchische Gliederung von Konzepten

(z.B. A ist Untertyp von B) Therasaurus: Definiert z.B. Gleichheit von Konzepten

(z.B. Preis vs. Price)


OWL

• Web Ontology Language des W3C: Ontologie-Sprache, speziell für Benutzung im Web Seit 10.2.2004 Recommendation (≈ Standard!) Baut auf RDF und URIs (Naming) auf

• Ontologien in OWL erlauben logische Inferenzen: Klassisches Wein / Rotwein - Beispiel

Rotwein wird als Subtyp von Wein definiert Händler mit Rotwein-Webangebot kann als Weinhändler

identifiziert werden. Können auch Regeln / Constraints enthalten:

Z.B. bei Währungsumrechnung Z.B. für Relationen (bei istVater: mind. 1 Kind)


OWL - Probleme

• Web ist nicht zentral organisiert: Verschiedene Sites können verschiedene Definitionen

des semantisch gleichen Dinges anbieten Dies ist Design-Ziel und soll Flexibilität erhöhen Zusammenführung erfolgt dann auf Ontologieebene Ergo: Semantischer Suchdienst muss (alle) Ontologien

kennen Das Problem ist nur eine Ebene verschoben worden!

• Ontologien aber in kleinen Netzen möglich: Implementierungen / Ansätze existieren:

Jena Semantic Web Framework (HP Labs) DAML Ontology Library sammelt bereits viele Ontologien


Web Services - Kurzeinführung

• Definition: „Lose gekoppelte, programmtechnisch nutzbare und

wieder verwendbare Komponenten, die durch WWW-Standards kommunizieren.“

• Web Service: Mit entferntem Methodenaufruf (RPC) vergleichbar, aber:

Übertragung per http Nutzung / Codierung mit XML-Technologien

Asynchron, verteilt, zusammengesetzt Keine Methodenaufrufe von verteilten Objekten, sondern.. Austausch von Nachrichten, Protokoll auf

Anwendungsebene


WS-Technologien

WSProvider

WSBroker

WSClient

UDDI

WSDLSOAP


Web Services vs. Semantic Web

• Ziel: „A Semantic Web of Web Services“ Spezielle Semantiken, um Geschäftsprozesse in

bestimmten Domains / Branchen zu formalisieren Ontologien verknüpfen diese dann mit Services Ermöglicht smarte Software-Agenten

WWW Semantic Web

Web Services SemanticWeb Services

static

dynamic

InteroperableSyntax

InteroperableSemantics


Projektgruppen - Bedarf

• Art der Suchen (Use Cases): Suche nach Diensten:

Welche Dienste sind für eine bestimmte Aufgabe geeignet

Anfragen von Verzeichnissen Thema „Discovery“ Auswertung der Ergebnisse mit Methoden des SW

Welche bieten äquivalente Funktionalität? Welche sind Teildienste von anderen?

Suchfunktion innerhalb von Diensten: Z.B. nach Ortsbezeichnungen Sehr dienstabhängig, d.h. Ausnutzen von SW-

Technologien nicht immer notwendig / sinnvoll


Projektgruppen – Bedarf

• Art der zu verarbeitenden Informationen: Kaum Dokumente Eher Datenorientiert:

Dienst-Suchparameter Dienstbeschreibungen Ortsbeschreibungen (für speziellen Dienst)


Projektgruppen – Vorschlag• Erstellen einer semantischen Suche nach Diensten:

Auf Basis der durch ein „Discovery Layer“ zur Verfügung gestellten Informationen

Semantische Nachverarbeitung Auswahl eines oder mehrerer geeigneter Dienste

BeschreibungenOntologien

[Parameter]

Dienst-Verzeichnis

DienstListe

Ergebnisse

EinzelneDienste

Semantic Web-Engine, z.B. Jena-basiert


Projektgruppen – Vorschlag• Beschreibungen / Ontologien:

Vorhandene Verzeichnisse auf sinnvolle Einträge prüfen Ermöglicht Konformität mit anderen Diensten (falls nötig)

Ggf. selbst beschreiben / definieren Annahme: Nur unserer Server stellen Semantische

Informationen zur Verfügung (kein P2P zwischen Clients) D.h.: abgeschlossenes Semantisches Netz mit globalem

Wissen vermutlich realisierbar.

• Innerhalb von Diensten mit geografischen Suchen: Z.B. Verwendung von GML (Geographic ML) Definiert neben geogr. Konzepten auch Operationen über

diesen (z.B.: intersect, overlap, touch)


Ende

• Fragen?• Vielen Dank!

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