Semantic Web - RDF, DAML OIL Sebastian Zächerl  

0.  Inhalt  

0.  Inhalt  2

1.  Motivation  3

2.  Semantic Web  3

2.1.  Überblick  3

2.2.  Das Semantic Web Schichtenmodell  5

3.  Ontologien  6

4.  RDF  8

4.1.  Das Basic RDF Modell  8

4.2.  Basic RDF Syntax  10

4.3.  RDF Container  11

4.4.  Aussagen über Aussagen  11

4.5.  RDF Schema  13

5.  DAML OIL  16

5.1.  OIL  16

5.2.  DAML OIL Überblick  16

5.3.  Struktur von DAML OIL  17

5.4.  Möglichkeiten zur Definition von Klassen in DAML OIL  17

5.5.  Möglichkeiten zur Definition von Prädikaten in DAML OIL  18

5.6.  DAML OIL Beispiel-Ontologie  19

6.  Semantic Web und eLearning  22

6.1.  Allgemeine Anwendungen  22

6.2.  Anwendungen im eLearning-Bereich  22

7.  Fazit  23

8.  Literaturverzeichniss  23

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Semantic Web - RDF, DAML+OIL Sebastian Zächerl

1. Motivation

“The concept of machine-understandable documents does not imply some magical artificial intelligence which allows machines to comprehend human mumblings. It only indicates a machine's ability to solve a well-defined problem by performing well-defined operations on Tim Berners-Lee [BL98] existing well-defined data.”

Als Motivation erscheint dieses Zitat vielleicht zunächst ungeeignet, aber es verdeutlicht eine typische Missinterpretation der Schlagworte Ontologie und Semantic Web. In diesem Zusammenhang wird häufig davon gesprochen, dass Informationen durch die Realisierung des Semantic Web für einen Computer verstehbar würden. Dies ist zwar nicht falsch, aber auch nur dann richtig, wenn man den Begriff Verständnis in diesem Kontext nicht mit dem Prozess des menschlichen Verstehens gleichsetzt.

Die Idee des Semantic Web ist vielmehr, Informationen so aufzubereiten, dass Computer darauf algorithmisch arbeiten und semantische Zusammenhänge automatisch ableiten können. Hierzu ist zunächst eine Mehrarbeit des menschlichen Autors nötig, der seine Informationen mit einem geeigneten Formalismus um eine semantische Beschreibung erweitern muss.

Ist aber diese zusätzliche Arbeit getan - und es gibt auch schon Ansätze diesen Prozess ansatzweise zu automatisieren - eröffnet sich mit der Realisierung des Semantic Web eine Fülle von faszinierenden, neuen Anwendungen.

2. Semantic Web

2.1. Überblick

Die Grundidee des Semantic Web ist die Erweiterung des gegenwärtigen Internets um einen semantischen Markup, also um eine semantische Strukturierung. Das Internet in seiner aktuellen Form bietet uns durch seine heterogene, dezentrale Struktur eine große Vielfältigkeit. Durch das Konzept der Hyperlinks bewegen sich Informationen im Web auf vielen Achsen. Also etwa von kommerziellen Seiten zu akademischen oder privaten. Unabhängig von dieser Vielfältigkeit beinhaltet das aktuelle Internet eine konzeptuelle Unzulänglichkeit. Diese liegt darin begründet, dass das Web im eigentlichen Sinne nur ein Transport- und Präsentationsmedium für Dokumente ist. Inhalte sind für Computer zwar lesbar, aber nicht „versteh- oder interpretierbar“. Die Idee des Semantic Web, federführend u.a. von Tim Berners-Lee vorangetrieben [BL01], ist ein weitgehend dezentraler Aufsatz auf das aktuelle Internet, der dieses Manko beheben soll. Ein oft verwendeter Vergleich ist, dass man im aktuellen Web „von jedem beliebigem Dokument auf jedes beliebige andere Dokument verlinken“ kann und im Semantic Web „Alles über Alles aussagen“ kann.

Als Illustration, Motivation und Einstieg möchte ich zunächst eine Vision (Abb. 1) des zukünftigen (Semantic-)Webs vorstellen.

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Semantic Web - RDF, DAML+OIL Sebastian Zächerl

Die Suche ist auch bereits jetzt eine der Schlüsselapplikationen im Internet. Durch das Hinzufügen von semantischen Metadaten könnte diese Suche eine ganz andere Qualität erreichen. Man stelle sich vor: März 2008, die Bäume werden langsam wieder grün, man sitzt zuhause und gibt auf der Google ¹ -Website den Suchbegriff „Wirbel“ ein. Als Antwort liefert uns Google nun diese Seite (Abb. 1). Die Suchmaschinen-Agenten haben erkannt, dass der Begriff „Wirbel“ in den verschiedensten Zusammenhängen genutzt wird, und man hat jetzt die Möglichkeit einen dieser Zusammenhänge auszuwählen. Des weiteren wurden hier zum Beispiel „Teil-von“-Beziehungen und andere Hierarchien erkannt. Nicht dargestellt ist in dieser Abbildung die automatische Erkennung von Synonymen, welche aber auch mit Hilfe des Semantic Web realisiert werden könnte und würde.

Hierbei sei gesagt, dass die Suche im Semantic Web auch eine essentielle Rolle spielen wird, aber doch nur die Spitze eines „Eisberges“ neuer, webbasierter Applikationen darstellt.

Um das Semantic Web zu realisieren, müssen Computer Zugriff auf strukturierte semantische Informationen und Kenntnis von geltenden Interferenzregeln haben. Herkömmliche Knowledge-Representation-Syteme haben eine zentralistische Struktur, es gelten feste Definitionen und Regeln. Bei der Realisierung des Semantic Web will man einen möglichst hohen Grad an Dezentralität erreichen und den Austausch von Definitionen ermöglichen.

¹ Der Name Google und das Google-Logo sind Warenzeichen der Google Inc., Mountain View, CA (USA). Die hier dargestellte Abbildung stellt eine Vision des Autors da und steht in keinem Zusammenhang mit der Google Inc.

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Semantic Web - RDF, DAML+OIL Sebastian Zächerl

Zu diesem Zweck nimmt man zunächst Inkonsistenzen und Paradoxa in Kauf und hofft auf den „WWW-Effekt“. Denn auch beim herkömmlichen, aktuellen Internet gab es in der Anfangsphase zahlreiche Zweifler die der Ansicht waren, dass ohne eine zentrale Kontrollstruktur das Internet nicht effizient nutzbar wäre. Die Evolution des Webs hat sie eines Besseren belehrt.

2.2. Das Semantic Web Schichtenmodell

Das im folgenden vorgestellte Schichtenmodell (Abb. 2) veranschaulicht, wie das Semantic Web realisiert werden kann bzw. könnte [SSS01]. Die hier verwendeten Sprachen sind nicht die einzigen, die die benötigte Funktionalität bereitstellen. Allerdings ist man natürlich bemüht, auf Standards zurückzugreifen und so bieten sich XML und RDF als W3C Standards an. Und auch DAML+OIL ist auf dem besten Weg, zur Standardsprache für den Austausch und die Definition von Ontologien und Meta-Daten zu werden.

Von unten beginnend findet sich auf der untersten Schicht XML. Diese Sprache bietet uns die Möglichkeit, Dokumente zu strukturieren. Man kann eigene XML-Tags erstellen, und Computer können diese Tags auf verschiedene Art und Weise nutzen. Hierzu müssen Computer die Bedeutung der Tags kennen. In den meisten Fällen ist diese Bedeutung zwar intuitiv, aber leider (oder zum Glück) haben Computer keine Intuition. Des weiteren lässt sich auch nicht unbedingt aus der Struktur auf die Semantik schließen. So hat XML im Semantic Web (nur) die Aufgabe einer maschinenlesbaren Transport-Sprache.

Zeitgleich zu XML wurde RDF entwickelt. Das Resource Description Framework ist eine Infrastruktur zur Definition, zum Austausch und zur Wiederverwendung von strukturierten Meta-Daten. RDF und RDF Schema werden in Abschnitt 3 ausführlich behandelt.

Um das Internet nun wirklich zum Semantic Web werden z u lassen, benötigen wir Ontologien. Diese ermöglichen die Konzeptionalisierung eines Wissensbereiches, einer Wissensdomäne. Software-Agenten die im Semantic Web agieren sollen, müssen in der Lage sein Ontologien auszutauschen und sie zu interpretieren. Um Ontologien zu definieren, brauchen wir mehr Ausdruckskraft als uns RDF und RDF Schema bieten. Hier schafft DAML+OIL Abhilfe.

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Semantic Web - RDF, DAML+OIL Sebastian Zächerl

Die beiden obersten Schichten dieses Modells werden hier nicht explizit behandelt. Die Logik-Schicht über den Ontologien ermöglicht effektives Reasoning auf den definierten semantischen Metadaten.

Richtig „interessant“ wird das Semantic Web, wenn viele verschiedene Ontologien bestehen und viele Leute ihre Dokumente mit entsprechenden semantischen Metadaten aufwerten. Bei einer solchen Vielfalt muss aber auch logische Konsistenz, Seriösistät der Informationen etc. gewährleistet werden. Diese Notwendigkeiten müssen in der „Proof“-Schicht realisiert werden.

3. Ontologien

Auf den Begriff Ontologie möchte ich hier nur kurz eingehen. Ursprünglich stammt dieser Begriff aus der Philosophie. Man bezeichnet damit die „Lehre des Seins“, man beschäftigt sich also mit Fragen nach der Existenz von Dingen und den Eigenschaften von Existenz.

Die Informatik und die Künstliche-Intelligenz-Forschung haben sich diesen Begriff zu eigen gemacht. In diesem Kontext hat der Begriff Ontologie eine andere Bedeutung: Er bezeichnet die Repräsentation einer Wissensdomäne. Eine zunächst vielleicht verwirrende, aber doch gelungene Definition des Begriffs Ontologie ist:

„Eine Ontologie definiert die Basisterme und Relationen eines Themenbereiches einschließlich des Vokabulars und der Regeln zur Kombination von Termen und Relationen Neches u.a. [NF91] zur Erweiterung des Vokabulars“

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