20.12.2005 IPD Uni Karlsruhe1
Seminar S2D2
Ontology Engineering
Mario Herb
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Was bedeutet Ontologie ?
Disziplin der Philosophie „Lehre vom Sein“
Begriffserweiterung durch Informatik Formal: „a formal, explicit specification of a shared
conceptualization“, Gruber 1993 Beschreibung eines Wissensbereichs (Domäne) Ziel: Computergerechte, formale Beschreibung der
Domäne für gemeinsames Verständnis
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Wozu Ontologien ?
Anwendungen Neutrale Modellierung
Integration vielfältiger Software mit einheitlicher Semantik
Gemeinsamer Informationszugang Einheitliche Basis für Konversion /Abbildung von Formaten
Ontologie als Spezifikation Softwareentwicklung konsistent mit Ontologie
Ontologie als Struktur für Informationsquelle einfachere Suche nach Information
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Einsatz von Ontologien
Allgemeines, gemeinsames Verständnis für Domäne
Probleme Modell == Intention ? Ergebnisse
Höherstehendes Konzept als UML-Modellierung, ER-Modellierung Basis für deren Entwicklung
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Darstellung von Ontologien
Taxonomie Vorgang des Klassifizierens hierarchisch Baumdarstellung Hier: bestimmte Art von Ontologie
1 Klasse 1 Eigenschaft Klasse = Menge von Entitäten mit dieser Eigenschaft Instanz = Mitglied von Klasse Unterschied zu OO-Klassen und OO-Attributen
Mechanisches Gerät
Pumpe Motor
Hydr. Pumpe
Treibstoffpumpe
Jet-Motor
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Subsumierung
Subsumierung P subsumiert Q in jeder möglichen Welt sind alle
Instanzen von Q auch Instanzen von P P Q
Paarhufer
Schwein
RindP
Q
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Motivation(1)
Schlechte Subsumierungsstrukturen
Modellierung von Rollen
Verwechslung von „ist-ein“ mit „hat“
Person
Firma
Kunde
Gefäß Volumen
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Motivation(2)
Weitere schlechte Subsumierungsstrukturen
Verwechslung von „ist“ mit „besteht-aus“
Tier existiert nach Tod nicht mehr, der physische Körper schon
Wie erkennt man diese Fehler systematisch ?
Sanddüne Sand
Tier physisches Objekt
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Gliederung
1. Ontology-Engineering
2. Der OntoClean-Ansatz Meta-Eigenschaften Subsumierungsrestriktionen Vorgehensweise bei der Analyse mit OntoClean
3. Zusammenfassung und Ausblick
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Ontology Engineering
Entwurf, Evaluation, Wartung, Abbildung, Wiederverwendung, Analyse,…
Entwurf von Ontologien bisher intuitiv Schwierig: Komplexe Domänen (Bioinformatik, Medizin) Besser: Ingenieurmäßiges Erstellen von Ontologien über
wiederholt anwendbare Regeln
Was ist „gute“ Ontologie ?
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Der OntoClean-Ansatz
Nicola Guarino und Christopher Welty, 2000
Ontologische Analyse von Subsumierungsstrukturen über Meta-Eigenschaften
Aufdecken von semantischen Fehlern durch strukturierte Vorgehensweise
Mechanisches Gerät
Pumpe Motor
Hydr. Pumpe
Treibstoffpumpe
Jet-Motor
+O+R+U-D
-O+I+R+U-D -O+I+R+U-D
-O+I+R+U-D
-O+I~R+U+D-O+I~R+U+D
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Meta-Eigenschaften
Aus Philosophie
Klasse P mit Meta-Eigenschaft M +M: M gilt notwendig f.a. Instanzen von P -M: M gilt nicht f.a. Instanzen von P (evtl. nur f. einige) ~M: M gilt f. keine Instanz von P -M ~M
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Essence und Rigidity
Bestimmte Entitäten haben essentielle Eigenschaften Kissen müssen weich sein essentiell = notwendig kann nicht verloren gehen
Rigidität +R
rigide = essentiell f.a. Instanzen Warmblüter
–R nicht rigide = ex. Instanz für die Eigenschaft nicht essentiell rot
~R anti-rigide = f.a. Instanzen Eigenschaft nicht essentiell Student
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Identity
Beantwortet Fragen: Ist das mein Auto?
Eigenschaft trägt Identitätskriterium (nicht triviale essentielle Eigenschaft) +O
eigenes ID-Kriterium Statue
+I-O geerbtes ID-Kriterium Rote Statue
–I kein ID-Kriterium rot
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Unity
Beantwortet Fragen: Gehört BW zu Deutschland?
Verwandtschaft mit Identität
Eigenschaft trägt Einheitskriterium +U
hat Einheitskriterium Sanddüne
–U hat nicht notwendig Einheitskriterium rot
~U hat kein Einheitskriterium Sand
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Dependence
P hängt extern von Q ab g.d.w. x Instanz von P ex. y Instanz von Q y kein Teil von x
Vater hängt ab von Kind
Abhängigkeit +D
abhängig Vater, Kind
–D nicht abhängig Haus
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Subsumierungsrestriktionen - Rigidity
+R ~R
Person
Firma
Kunde
+R
+R
~R
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Subsumierungsrestriktionen - Identity
-I +I
Subsumierende u. subsumierte Klasse müssen kompatible ID-Kriterien haben
Repräsentant Person
Gefäß Volumen
-I +I
+I +I
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Subsumierungsrestriktionen - Unity
-U +U
+U ~U
Subsumierende u. subsumierte Klasse müssen kompatible Einheitskriterien haben
Steinern Stein
Sanddüne Sand
-U +U
+U ~U
Mannschaft Verein
+U +U
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Subsumierungsrestriktionen - Dependence
-D +D
Student abhängig von Fachrichtung Vorlesungshörer unabhängig
Vorlesungshörer Student
+D-D
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Arten von Eigenschaften
+O +I +R+D
Type (Person, Statue, mech. Gerät)
Sortal-D
-O +I +R+D
Quasi-type (Paarhufer, Pumpe, Motor)-D
-O +I -R +D Material Role (Essen)
-O +I ~R -D Phased Sortal (Schmetterling)
-O +I -R
+DMixin (Rote Blume, Grüner Apfel, rote
Statue)-D
-O -I +R-D
Category (Ding, Entität)
Non-S
ortal
+D
-O -I -R +D Formal Role (Patient, Teil, Schauspieler)
-O -I
-R -D
Attribution (rot, weich)~R
+D
-D
+O
-I
Incoherent+I
~R
-R
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OntoClean Vorgehensweise (1)
„No entity without identity“, Quine 1969 Identität durch Typen jede Entität muss Typ instanzieren
Grundgerüst der Ontologie „Backbone Taxonomy“ Typen, Quasi-Typen und Kategorien alle +R Eigenschaften
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OntoClean Vorgehensweise (2)
1. Klassen mit Meta-Eigenschaften
2. Überprüfung der Konsistenz
3. „Backbone Taxonomy“ mit Subsumierungsstruktur
4. Restriktionen Meta-Eigenschaften
5. restliche Eigenschaften Restriktionen
6. Evtl. zusätzliche Eigenschaften
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Zusammenfassung
Systematische Vorgehensweise bei Erstellung und Analyse von Ontologien
Meta-Eigenschaften ontologische Analyse der Eigenschaften
Validierung einzelner Subsumierungsbeziehungen basierend auf intendierter Bedeutung
Erleichterung: Bilden der Ontologie schrittweise („Backbone Taxonomie“)
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Ausblick
Ansatz unterscheidet sich sehr von Bisherigen Philosophie
Ansatz noch in Entwicklung Fehler in mathematischer Formulierung entdeckt zeitweise Einführung weiterer Meta-Eigenschaften,
wieder verworfen ? Aufspalten von Meta-Eigenschaften in Unter-Meta-
Eigenschaften, Weiterentwicklung der Restriktionen
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Ende
Vielen Dank für die Aufmerksamkeit !
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Literatur
„An Overview of OntoClean“, Nicola Guarino und Christopher A. Welty, Handbook on Ontologies, Steffen Staab und Rudi Studer, Springer 2004, Seiten 151-172
„Towards a methodology for ontology based model engineering“, Nicola Guarino und Christopher A. Welty, Nizza, 2000, Proceedings of ECOOP-2000 Workshop on Model Engineering
„Supporting ontological analysis of taxonomic relationships“, Christopher Welty und Nicola Guarino, 2001, Data & Knowledge Engineering, Vol.39, Seiten 51-74
„A formal ontology of properties“, Nicola Guarino und Christopher Welty, 2000, London, Proceedings of the 12th European Workshop on Knowledge Acquisition, Modeling and Management, Seiten 97-112
„Towards a consistent logical framework for ontological analysis“, Aaron N. Kaplan, 2001, Technical Report 748, University of Rochester
„Identity and Modality in OntoClean“, Cararra, Giaretta, Morato, Soavi und Spolaore, Turin, 2004, Akten von "Formal Ontology and Information Systems: Fifth Conference"
„Toward Principles for the Design of Ontologies Used for Knowledge Sharing“, Thomas Gruber,1993, International Journal Human-Computer Studies 43, Seiten 907-928.