nach oben

2012 | Buch

Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Semantische Technologien

Grundlagen – Konzepte – Anwendungen

herausgegeben von: Prof. Dr. Prof. h. c. Andreas Dengel

Verlag: Spektrum Akademischer Verlag

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch bietet eine umfassende Einführung in Grundlagen, Potentiale und Anwendungen Semantischer Technologien. Es richtet sich an Studierende der Infor¬matik und angrenzender Fächer sowie an Entwickler, die Seman¬tische Technologien am Arbeitsplatz oder in verteilten Applikationen nutzen möchten. Mit seiner an praktischen Beispielen orientierten Darstellung gibt es aber auch Anwendern und Entscheidern in Unternehmen einen breiten Überblick über Nutzen und Möglichkeiten dieser Technologie. Semantische Technologien versetzen Computer in die Lage, Informationen nicht nur zu speichern und wieder zu finden, sondern sie ihrer Bedeutung entsprechend auszuwerten, zu verbinden, zu Neuem zu verknüpfen, und so flexibel und zielgerichtet nützliche Leistungen zu erbringen. Das vorliegende Buch stellt im ersten Teil die als Semantische Technologien bezeichneten Techniken, Sprachen und Repräsentationsformalismen vor. Diese Elemente erlauben es, das in Informationen enthaltene Wissen formal und damit für den Computer verarbeitbar zu beschreiben, Konzepte und Beziehungen darzustellen und schließlich Inhalte zu erfragen, zu erschließen und in Netzen zugänglich zu machen. Der zweite Teil beschreibt, wie mit Semantischen Technologien elementare Funktionen und umfassende Dienste der Informations- und Wissensverarbeitung realisiert werden können. Hierzu gehören etwa die Annotation und das Erschließen von Information, die Suche in den resultierenden Strukturen, das Erklären von Bedeutungszusammenhängen sowie die Integration einzelner Komponenten in komplexe Ablaufprozesse und Anwendungslösungen. Der dritte Teil beschreibt schließlich vielfältige Anwendungsbeispiele in unterschiedlichen Bereichen und illustriert so Mehrwert, Potenzial und Grenzen von Semantischen Technologien. Die dargestellten Systeme reichen von Werkzeugen für persönliches, individuelles Informationsmanagement über Unterstützungsfunktionen für Gruppen bis hin zu neuen Ansätzen im Internet der Dinge und Dienste, einschließlich der Integration verschiedener Medien und Anwendungen von Medizin bis Musik.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Grundlagen

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Willkommen! Dieses Buch ist als Lehrbuch konzipiert. Wir, die Autoren, wollen Ihnen, den Leserinnen und Lesern, unsere Kenntnisse und Ansichten über Semantische Technologien vermitteln. Sie werden unsere Worte lesen, bedenken und in Beziehung zu Ihren eigenen Kenntnissen und Erfahrungen setzen. Im Idealfall werden Sie anschließend die Konzepte und Ansätze der Semantischen Technologien verstehen und deren Einsatzmöglichkeiten und Nutzen für Ihre eigenen Zwecke zu beurteilen wissen.

Andreas Dengel

2. Wissensrepräsentation

Zusammenfassung

In diesem Kapitel möchten wir näher erläutern, wie sich Wissen in seinen unterschiedlichsten Formen und Ausprägungen auf dem Computer repräsentieren lässt und wie es formal verarbeitet und damit interpretiert werden kann.

Andreas Dengel

3. Semantische Netze, Thesauri und Topic Maps

Zusammenfassung

Wir haben bereits im Kapitel 2 gesehen, dass Semantische Netze Wissen als Graphenknoten und Beziehungen zwischen ihnen darstellen. Semantische Netze sind eine der ältesten Arten der Wissensrepräsentation. Bereits im 3. Jahrhundert vor Chr. hat der griechische Philosoph Porphyrios (siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Porphyrios) ein Semantisches Netz, bekannt als Baum des Porphyrios, entworfen, um die Kategorienlehre von Aristoteles zu illustrieren. Im Jahr 1329 zeichnete der Logiker Peter von Spanien diesen Baum nach. Ein Fragment dieser Zeichnung ist in Abbildung 3.1 dargestellt.

Andreas Dengel

4. Das Resource Description Framework

Zusammenfassung

Im vorangehenden Kapitel haben wir bereits zwei visuelle, auf Graphen basierende Formen der Wissensrepräsentation kennengelernt. Im Folgenden wollen wir uns einen Formalismus anschauen, der mit Blick auf die Weiterentwicklung des World Wide Webs zum Semantischen Web entwickelt wurde: das Resource Description Framework (RDF, http://www.w3.org/RDF/). RDF dient der Wissensrepräsentation und insbesondere dem Informationsaustausch.

Andreas Dengel

5. Ontologien und Ontologie-Abgleich in verteilten Informationssystemen

Zusammenfassung

Semantische Technologien, wie sie in diesem Buch beschrieben werden, sind nicht nur dazu geeignet, einzelne Systemfunktionalitäten wie z. B. eine Dokumentsuche durch Anreicherung mit Meta-Daten zu unterstützen oder als Basistechniken für spezielle Anwendungen (etwa im Bereich der medizinischen Diagnose) zu dienen. Vielmehr stellen sie ein umfassendes Paradigma zur Entwicklung wissensintensiver IT-Systeme in verteilten Informationslandschaften dar. Die Umgebungen, in die solche Systeme eingebettet sind, können einen geschlossenen oder kontrollierten Charakter haben (etwa ein elektronisches Unternehmensgedächtnis wie das im Beispielszenario in Abschnitt 1.2.1 erwähnte CoMem) oder aber eher offen, ohne zentrale Kontrolle sein, wie das Internet mit seinen vielfältigen Dienstleistungsanbietern und -nachfragern. In beiden Fällen muss sowohl bei der Konzeption der IT-Systeme als auch bei der technischen Realisierung der verteilten Natur der Informationslandschaften Rechnung getragen werden.

Andreas Dengel

6. Anfragesprachen und Reasoning

Zusammenfassung

In Kapitel 4 wurden RDF, RDFS und OWL vorgestellt, also die Sprachen des Semantischen Webs, die der Repräsentation von Wissensbasen dienen. In diesem Kapitel behandeln wir Anfragesprachen und Reasoning, die also dem Abfragen dieser Wissensbasen bzw. dem Herleiten von neuem Wissen aus diesen Wissensbasen dienen.

Andreas Dengel

Fundamentale Dienste und Funktionen

Frontmatter

7. Linked Open Data, Semantic Web Datensätze

Zusammenfassung

Linked Open Data (LOD, „Verknüpfte öffentlich zugängliche Daten“, (Heath und Bizer 2011), http://linkeddata.org) ist eine Community-Bestrebung, innerhalb derer Regeln und Best Practices definiert werden, um große Datensätze zu veröffentlichen und mittels semantischer Techniken miteinander in Beziehung zu setzen. Es geht darum, Daten schnell und auf einfache Weise maschinenlesbar zu veröffentlichen, damit auf den Daten aufbauende Anwendungen geschrieben, aber auch weitere Daten mit ihnen verknüpft werden können. Linked Open Data weist bereits beachtliche Mengen von verknüpften Datensätzen vor (man spricht in diesem Zusammenhang auch von der LOD Cloud). Die Linked Open Data Cloud von September 2010 ist in Abbildung 7.1 visualisiert. Bereits im August 2010 beinhaltete die LOD-Cloud ca. 38 Milliarden RDFTripel, verlinkt über 389 Millionen RDF-Links. Für viele namenhafte Firmen gehört LOD zum Tagesgeschäft. Der Service-Provider Google beispielsweise verwendet Linked Open Data, um seine Suchresultate zu verbessern; Firmen, wie BestBuy veröffentlichen Metadaten über ihre Produkte online; die Online-Enzyklopädie DBpedia veröffentlicht Daten zu sehr vielen Themen (mehr Informationen in Abschnitt 7.3.1), aber auch Fachwissen aus der Biomedizin und Geographie oder auch Produktinformationen sind als LOD verfügbar.

Andreas Dengel

8. Semantik in der Informationsextraktion

Zusammenfassung

In den Kapiteln über Wissensrepräsentation, Semantische Netze und RDF wurden Modelle, Methoden, und Techniken erläutert, um allgemein Informationen für eine Maschine interpretierbar zu repräsentieren. In diesem Kapitel werden Methoden vorgestellt um Informationen aus Texten, die in natürlicher Sprache verfasst wurden, mit maschinellen Verfahren zu interpretieren. Im Allgemeinen werden diese Verfahren unter dem Begriff Informationsextraktion zusammengefasst.

Andreas Dengel

9. Semantische Suche

Zusammenfassung

Eine der grundlegendsten Funktionen des Informationsmanagements ist die Suche. Semantische Technologien helfen die Suche erheblich zu verbessern, indem sie Wissen formal und somit maschineninterpretierbar beschreiben. Dies zielt nicht nur auf die Lösung des Problems der Synonyme (Laptop, Notebook) oder der Homonyme (Bank: Sitzbank, Geldinstitut) ab. Es erlaubt vielmehr auch die Beantwortung komplexer Anfragen, da die Suchworte nicht nur als eine Zeichenkette aufgefasst und mit anderen Zeichenketten verglichen, sondern semantisch (d. h. mit Hilfe formaler Semantiken) interpretiert werden. So könnte Rudi Baispilov von CarFS die Suchanfrage „wie lautet die Telefonnummer meiner Ansprechpartnerin für die Autoversicherung beim DFKI?“ stellen, anstatt zuerst nach DFKI zu suchen und danach zu versuchen die richtige Person zu finden.

Andreas Dengel

10. Erklärungsfähigkeit semantischer Systeme

Zusammenfassung

Wie in Kapitel 2 eingeführt wurde, ist das Inferieren von Wissen ein zentraler Bestandteil bei der Problemlösung in wissensbasierten Systemen. Das automatische Lösen von Aufgaben birgt jedoch das Problem, dass Benutzer die Lösung nicht immer akzeptieren. Erklärungen sind immer in solchen Fällen sinnvoll, wenn ein Benutzer etwas nicht versteht oder wenn das System nicht seinen Erwartungen entspricht.

Andreas Dengel

Anwendungen

Frontmatter

11. Semantische Webservices zur Steuerung von Produktionsprozessen

Zusammenfassung

Nachdem in den ersten beiden Teilen dieses Lehrbuches die wichtigsten Grundlagen Semantischer Technologien sowie deren elementare Funktionen diskutiert wurden, sollen im dritten Teil verschiedene Anwendungsbeispiele vorgestellt werden, die zur Illustration der Mehrwerte, Potenziale und Grenzen Semantischer Technologien dienen.

Andreas Dengel

12. Wissensarbeit am Desktop

Zusammenfassung

Dieses Kapitel betrachtet den Einsatz semantischer Technologien aus der Sicht der Wissensarbeiter. Ihre Aufgabe ist es, in der täglichen Flut von Informationen verwertbares Wissen für laufende Projekte (feingranularer: Kontexte) zu entdecken. Dabei werden Methoden vorgestellt, die es erlauben, sowohl die physikalische Arbeit (z.B. mit Stift und Papier) als auch die digitale Arbeit am Computer in einheitlicher Weise zu unterstützen und teilweise sogar die Produkte beider Arbeitswelten miteinander zu verschmelzen. Um die Qualität und Effizienz der Wissensarbeit als solche deutlich zu steigern, stellt das Kapitel Methoden zur semantischen, kontextsensitiven Archivierung und (Wieder-)Verwendung von Informationen vor.

Andreas Dengel

13. Semantische Suche für medizinische Bilder

Zusammenfassung

Dieses Kapitel illustriert den Einsatz von semantischen Technologien in der Medizin als exemplarischer Anwendungsdomäne. Als Beispiel werden Arbeiten aus dem Forschungsprojekt Theseus Medico vorgestellt, das semantische Technologien für die Unterstützung radiologischer Befundung entwickelt hat.

Andreas Dengel

14. Semantische Musikempfehlungen

Zusammenfassung

Das Entertainment System schmetterte gerade „We Can Work It Out“ von den Beatles als das Telefon klingelte. Dies sind die ersten Worte des bekannten Artikels von Tim Berners-Lee (Berners-Lee et al. 2001) zum in 2001 noch vage bekannten Konzept des Semantic Web. In der Tat beachtlich, wenn man bedenkt, dass musikalische Inhalte eher weniger prominent im Kontext der Semantic Web Forschung behandelt werden. Um hier Abhilfe zu schaffen werden wir im vorliegenden Kapitel den derzeitigen Status bezüglich der Rolle des Semantic Web und Semantischer Technologien für musikbezogene Anwendungen behandeln. Wir werden insbesondere aufzeigen, wie man den Brückenschlag zwischen musikbezogenen Rohdaten (Künstlernamen, Songtitel, Playlists, etc.) und intelligenten Anwendungsfällen wie beispielsweise Musikempfehlungen bewerkstelligt. Wir beginnen mit gängigen Ansätzen zur Repräsentation und Bereitstellung von musikbezogenen Informationen im Semantischen Web, einschließlich Ontologien und Datensammlungen.

Andreas Dengel

15. Optimierung von Instandhaltungsprozessen durch Semantische Technologien

Zusammenfassung

Produzierende Unternehmen sehen sich zu Beginn des 21. Jahrhunderts einer Reihe besonderer Herausforderungen gegenübergestellt. Um auch in Zukunft wettbewerbsfähig zu bleiben, leitet sich für solche Unternehmen die konkrete Herausforderung ab, auch bei stark sinkenden Losgrößen, die Effizienz und Produktivität von Produktionsprozessen weiter zu verbessern. Um dieses Ziel zu erreichen, beschreiben die Paradigmen der Ambient Intelligence und des Ubiquitous Computing zentrale Lösungsansätze. Aus technologischer Sicht bilden Semantische Technologien bisher ungekannte Möglichkeiten zur Optimierung industrieller Fabrikprozesse und Abläufe.

Andreas Dengel

Backmatter

Titel: Semantische Technologien
herausgegeben von: Prof. Dr. Prof. h. c. Andreas Dengel
Verlag: Spektrum Akademischer Verlag
Electronic ISBN: 978-3-8274-2664-2
Print ISBN: 978-3-8274-2663-5
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-8274-2664-2