Semantic Web Technologies - SS 2010 - 04 - RDFS

Semantic Web Technologien

Lehrveranstaltung

Semantic Web Technologien
SS 2010
HTWG Konstanz

Semantic Web Technologien Steffen Schlönvoigt, HTWG Konstanz, Sommersemester 2010 RDFS

Sprachen des Semantic Web

RDFS
RDF Schema


Sprachen des Semantic Web - RDFS

Rückblick


●
XML liefert uns ein Format zur Serialisierung
strukturierter Daten
– XML ist für das Semantic Web nicht ausreichend
– Aber: Wir picken uns einige Bestandteile heraus
●
(Namespaces, DOCTYPE...)

●
RDF liefert uns ein Datenmodell zur Beschreibung von
Ressourcen
– Modellierung der Daten als Graph – Zerlegung in SPO Triple
– Mit SPO-Triplen lässt sich fast jede Aussage darstellen
– Wir können Beziehungen zwischen Ressourcen modellieren
– Wir können Daten von Ressourcen modellieren (Literale)
●
Wir können Literalen einen Typ geben! (Datum, String, Integer … )



Was fehlt ?



Wir möchten mehrere Ressourcen eines Typs
zusammenfassen können

=> Wir müssen Typen definieren können

=> Wir müssen Ressourcen typisieren (können)

– Beispiele:
●
“Steffen Schlönvoigt” ist ein “Mann”
– Wie stellen wir “ist ein” generisch dar?
– Welchen Typ hat “Mann” ?



=> Wir müssen Aussagen über Typen treffen können

=> Typen müssen auch Ressourcen sein

●
“Mann” ist Untertyp Von “Mensch”
– Ist “Steffen Schlönvoigt” dann nicht auch ein “Mensch”?
– Muss ich das explizit ausdrücken?
– Für jeden Mann, für jede “Frau” einzeln?

=> Wir müssen eine Hierarchie von Typen aufbauen können


Wie sieht es bei Properties aus ?

– Beispiel:
●
“Steffen” ist befreundet mit “Markus”
●
“Steffen” kennt “Matthias”
– Kennt Steffen Markus nicht?
– Muss ich das explizit ausdrücken?

=> Wir benötigen eine Hierarchie bei Properties

– Ist ein “Auto” passend als Ziel der “ist befreundet mit” Beziehung?
=> Wir wollen Aussagen über Properties treffen
– Properties müssen typisiert werden
=> Wir wollen Typen für Subjekt und Objekt eingrenzen können



Solches Wissen nennt man “Schemawissen”

RDF Schema hilft uns, solches Wissen
auszudrücken


RDF Schema (RDFS)

– Gehört zum W3C Recommendation Paket zu RDF
– Ermöglicht Spezifikation von schematischem Wissen
●
Wird auch terminologisches Wissen genannt
●
In Ontologie: T-Box
– Besitzt eigenes/spezielles Vokabular
●
Vokabular ist definiert in RDF
●
Jedes RDFS Dokument ist gültiges RDF!
– Namensraum:
●
http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#
●
In der Regel abgekürzt durch “rdfs”


RDF Schema (RDFS)

– Vokabular ist nicht themengebunden, sondern generisch
– Erlaubt Spezifikation von beliebigen RDF-Vokabularen
– Erlaubt Spezifikation von Semantik von Vokabularen
=> RDFS ist ein Metavokabular

– Vorteil:
Jedes mit RDFS definierte RDF-Vokabular kann von jeder Software
mit RDFS Unterstützung interpretiert werden


RDF Schema (RDFS)

– RDFS erlaubt die Definition von Ontologien
=> RDFS ist eine Ontologiesprache (Wissensrepräsentationssprache)
– Allerdings: Funktionsumfang eingeschränkt
=> Man spricht von lightweight/leichtgewichtigen Ontologien
– Wir werden uns später mit OWL, einer ausdrucksstärkeren Sprache,
beschäftigen
– Aber ausdrucksstärkere Sprachen führen auch zu
– Höherer Komplexität
– Längerer Laufzeit der Algorithmen zum Schlussfolgern

– Mit ein bisschen Semantik kommt man schon recht weit
“A little semantics goes a long way”


Zuweisung von Instanzen zu Typen:
– RDF definiert die Eigenschaft “type”
– Bereits kennengelernt im Zusammenhang mit Listen:

ex:Hitzler
ex:SemanticWeb rdf:_1

ex:Autoren rdf:_2 ex:Krötzsch

rdf:_3
ex:Rudolph
rdf:type
rdf:_4
rdf:Seq
ex:Sure

– Mit “rdf:type” wird einem Subjekt das Objekt als Typ zugewiesen
– Das Objekt wird damit als “Klasse” ausgezeichnet
– Das Subjekt wird als “Instanz” der Klasse gesehen


Beispiel zu “rdf:type”:

ex:SteffenSchloenvoigt rdf:type ex:Mann .
– Folgendes kann daraus geschlossen werden:
● ex:Mann ist eine Klasse
● ex:SteffenSchloenvoigt ist eine Instanz, die der Klasse ex:Mann
angehört

●
Einem Individuum können beliebig viele Klassen
zugewiesen werden
●
Unterscheidung zwischen Klassen und Individuen
syntaktisch nicht möglich
●
Auch in der Realität ist Abgrenzung manchmal
schwierig

●
Manchmal möchten wir explizit ausdrücken, dass eine
Ressource/URI eine Klasse bezeichnet

●
Typ/Klasse aller Klassen:
rdfs:Class

●
Beispiel:
ex:Mann rdf:type rdfs:Class .

●
Wenn rdfs:Class Klasse aller Klassen ist, enthält sie
sich auch selbst.
=> Es gilt immer:
rdfs:Class rdf:type rdfs:Class .


●
RDF/RFDS Standardklassen:
– rdfs:Class
– rdfs:Resource
●
Klasse aller Ressourcen
– rdf:Property
●
Klasse aller Relationen
– rdf:List, rdf:Seq, rdf:Bag, rdf:Alt, rdfs:Container
– rdfs:ContainerMembershipProperty
●
Klasse aller Relationen, die eine Enthaltenseinsbeziehung darstellen
– rdf:XMLLiteral
●
Klasse aller Werte des Datentyps XMLLiteral
– rdfs:Literal
●
Klasse aller Literalwerte (enthält alle Datentypen als Sub-Class)
– rdfs:Datatype
● Klasse aller Datentypen (analog zu rdfs:Class)
– rdf:Statement
●
Klasse aller reifizierten Aussagen (siehe später)


●
Syntaktische Vereinfachungen in RDF/XML

An Stelle von
<rdf:Description rdf:about=”&ex;SteffenSchloenvoigt”>
<rdf:type rdf:resource=”&ex;Mann />
</rdf:Description>

Kann auch
<ex:Mann rdf:about=”&ex;SteffenSchloenvoigt” />

geschrieben werden.
Entsprechend gilt auch:
<rdfs:Class rdf:about=”&ex;Mann” />


Hierarchisierung von Klassen (auch Taxonimien)

– RDFS-Vokabular definiert “rdfs:subClassOf”
– Beispiel:
ex:Mann rdfs:subClassOf ex:Mensch .
ex:Steffen rdf:type ex:Mann .
●
RDFS-Software erkennt automatisch:
ex:Steffen rdf:type ex:Mensch .
– Man kann dies ausdrücken als “Mann ist eine Unterklasse von
Mensch”
– “rdfs:subClassOf” ist transitiv.
●
Mit zusätzlichem Triple
ex:Mensch rdf:subClassOf ex:Saeugetier .
●
Folgt:
ex:Steffen rdf:type ex:Saeugetier .


● Weiteres zu rdfs:subClassOf

– rdfs:subClassOf ist reflexiv
=> Jede Klasse ist Unterklasse von sich selbst
Damit gilt implizit:

ex:Mann rdf:subClassOf ex:Mann .

– Festlegung von Gleichheit zweier Klassen möglich mit
gegenseitiger Unterklassenbeziehung

ex:Hospital rdfs:subClassOf ex:Krankenhaus .
ex:Krankenhaus rdfs:subClassOf ex:Hospital .



●
RDFS hat ein “mengentheoretisches” Klassenmodell wie
in der Mathematik

– rdf:type entspricht ∊
– rdfs:subClassOf entspricht ⊆

● Reflexivität und Transitivität von rdfs:subClassOf
damit mathematisch hinterlegt


●
Properties: (auch Relationen, Beziehungen)

– Properties stehen in Triplen an der Stelle des Prädikats
– Sagen aus, auf welche Art Ressourcen miteinander verbunden sind
– Mathematische Schreibweise:
●
befreundetMit = {(Steffen,Markus),(Markus,Mario)...}

– Properties werden in RDFS speziellen Klassen zugeordnet
– Klasse aller Properties in RDFS: rdf:Property
●
Es gilt bei Properties:
ex:befreundetMit rdf:type rdf:Property .


●
Property-Hierarchien:

– Werden in RDFS abgebildet durch Property “rdfs:subPropertyOf”

– Beispiel:

ex:befreundetMit rdfs:subPropertyOf ex:kennt .
ex:Steffen ex:befreundetMit ex:Markus .

●
Damit kann eine RDFS Software folgern:

ex:Steffen ex:kennt ex:Markus .


●
Einschränkungen auf Properties
– Oft weiß man, dass das Subjekt oder das Objekt einer Property
einer bestimmten Klasse angehört
– Den Definitionsbereich eines Property bezeichnet man als domain
– Den Bildbereich einer Property bezeichnet man als range
– Beispiel:
ex:employedAt rdfs:domain ex:Person .
ex:employedAt rdfs:range ex:Company .
ex:Steffen ex:employedAt ex:TechniData .
– Aus dem Beispiel kann eine RDFS-Software folgern:
● ex:Steffen rdf:type ex:Person
● ex:TechniData rdf:type ex:Company
– Kann auch für Datentypen bei Literalen verwendet werden:
● ex:hasAge rdfs:range xsd:nonNegativeInteger


●
Property-Einschränkungen
– Einzige Möglichkeit zur Definition semantischer Zusammenhänge
zwischen Properties und Klassen
●
Vorsicht
– Angaben zu Domain und Range gelten global
●
Also überall, wo die Property verwendet wird
– Angaben zu Domain und Range sind konjunktiv
– Beispiel:
ex:istAutorVon rdfs:range ex:Kochbuch .
ex:istAutorVon rdfs:range ex:Maerchenbuch .
führt dazu, dass jedes Buch von dem jemand Autor ist, gleichzeitig
Kochbuch UND Märchenbuch ist!!!
●
Immer die Klasse verwenden, die am allgemeinsten ist!


●
Offene Listen mit RDFS
– rdfs:Container
● Oberklasse von rdf:Seq, rdf:Bag und rdf:Alt (und allen
weiteren Klassen, die man als Container definiert)
– rdfs:ContainerMembershipProperty
●
Klasse aller Properties, die eine Beziehung beschreiben, welche die
Semantik besitzt, dass das Subjekt im Objekt enthalten ist
● Für alle Instanzen (Properties) gilt: Range ist rdfs:Container
– rdfs:member
● Oberproperty aller in rdfs:ContainerMembershipProperty
enthaltenen Instanzen
●
Wenn gilt
aProperty rdfs:subPropertyOf rdfs:member
folgt daraus:
aProperty rdf:type rdfs:ContainerMembershipProperty
und umgekehrt


●
Reifikation

– Aussagen über Triple
– Hinweiswort “dass”
– Beispiel:
●
Der Detektiv vermutet, dass der Butler den Gärtner ermordet hat.
– Oft verwendet, um Ungewissheiten auszudrücken
– Die “reifizirten” Triple müssen nicht unbedingt gelten
●
Beachten: Wenn ein Triple einmal definiert ist, gilt es immer
– Typisierung reifizierter Aussagen als rdf:Statement
– Elemente der Aussage:
● rdf:subject, rdf:predicate, rdf:object
– Statements werden oft als Blank Nodes realisiert


●
Beispiel (von letzter Folie): ex:Butler

rdf:subject

ex:vermutet
rdf:predicate
ex:Detektiv ex:hatErmordet

rdf:object

ex:Butler

●
In Turtle:
ex:Detektiv ex:vermutet [ ex:subject ex:Butler
ex:predicate ex:hatErmordet
ex:object ex:Gaertner ] .


●
Annotations

– Beim Programmieren kommentiert man Code, bei der
Ontologieerstellung anntotiert man sein Vokabular und Ressourcen
– Ziel: Erhöhung der Verständlichkeit für den Nutzer
– Wird ebenfalls als Graph notiert – RDFS bietet spezielle Properties
● rdfs:label
– Vergabe eines lesbaren Namens für eine Ressource
– Wird oft von Tools anstelle der (abgekürzten) URI angezeigt
● rdfs:comment
– Möglichst umfangreicher Kommentar zu einer Ressource
– z.B. Natürlichsprachliche Definition einer neuen Klasse
● “Die Klasse ex:Bank bezeichnet ein Geldinstitut”
● rdfs:seeAlso, rdfs:definedBy
– URIs, wo man weitere Informationen über die Ressource finden kann


●
Beispiel zu Annotationen:

<rdfs:Class rdf:about=”&ex;Car”>
<rdfs:label xml:lang=”en”>Car</rdfs:label>
<rdfs:label xml:lang=”de”>Auto</rdfs:label>
<rdfs:comment xml:lang=”de”>
Ein Automobil, kurz Auto (auch Kraftwagen, früher
Motorwagen), ist ein mehrspuriges Kraftfahrzeug, das
von einem Motor angetrieben wird und zur Beförderung von
Personen und Frachtgütern dient.
</rdfs:comment>
<rdfs:seeAlso rdf:resource=”http://de.wikipedia.org/wiki/Auto” />
<rdfs:isDefinedBy rdf:resource=”http://example.org/vocabulary” />
<rdfs:subClassOf rdf:resource=”&ex;MotorVehicle” />
</rdfs:Class>


●
Ontologien - A-Box / T-Box

– Mit RDFS kann Wissen so modelliert werden, dass weiteres,
implizites Wissen zu einem gewissen Teil bereits geschlussfolgert
werden kann
– Eine Ontologie ist die Beschreibung von Wissen
– Man unterscheidet zwischen
●
A-Box: Assertionales Wissen
– Aussagen über Individuen und deren Beziehung zueinander
– Wird bereits durch RDF abgedeckt
●
T-Box: Terminologisches Wissen
– Definition von Klassen, Properties und deren Beziehung untereinander
– Wird mit RDFS modelliert


1 Dokument - 3 Interpretationen
<rdf:Description rdf:ID=”Truck”>
<rdf:type rdf:resource=”&rdfs;Class” />
<rdfs:subClassOf rdf:resource=”#MotorVehicle” />
</rdf:Description>

XML RDF RDFS

rdf:Description #MotorVehicle

#MotorVehicle
rdfs:subClassOf

rdf:ID rdf:type rdfs:subClassOf “ist ein”
#Truck

#Truck
rdf:type
Truck rdf:resource rdf:resource

rdfs:Class

&rdfs;Class #MotorVehicle


Sprachen des Semantic Web - RDF

Noch Fragen ?


Sprachen des Semantic Web - XML

●
Literatur:
– Buch “Semantic Web Grundlagen”, Springer Verlag 2008
Pascal Hitzler, Markus Krötzsch, Sebastian Rudolph, York Sure
ISBN: 978-3-540-33993-9
– RDF Webseite
http://www.w3.org/RDF/
– Resource Description Framework Schema
Dan Brickley, R.V. Guha, Brian McBride
W3C Recommendation, 10th February 2004
http://www.w3.org/TR/rdf-schema
– RDF Planet – Blogs zum Thema RDF / Semantic Web
http://www.planetrdf.com/


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