Semantische Technologien: Grundlagen, Konzepte, Anwendungen
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| Format: | Buch |
| Sprache: | Deutsch |
| Veröffentlicht: |
Heidelberg
Spektrum Akad. Verl.
2012
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| Umfang: | XIII, 460 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783827426635 |
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INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT V
I GRUNDLAGEN 1
1 EINLEITUNG 3
1.1 DATEN, INFORMATION UND WISSEN 4
1.2 WISSEN IM ALLTAG: EIN MENSCHLICHES BEISPIEL 5
1.2.1 BEISPIELSZENARIO 6
1.2.2 WISSENSARBEIT - WUNSCH UND WIRKLICHKEIT 8
1.3 SEMANTIK UND SEMANTISCHE TECHNOLOGIEN 10
1.4 METADATEN 13
1.5 DER WEITERE INHALT DIESES BUCHES 15
2 WISSENSREPRAESENTATION 21
2.1 PRINZIPIEN DER MASCHINELLEN WISSENSVERARBEITUNG 23
2.2 FAKTEN UND REGELN 23
2.2.1 FORMALISIERUNG VON AUSSAGEN 23
2.2.2 FAKTEN 24
2.2.3 INFERENZ MIT REGELN 25
2.2.4 ANFRAGEN 26
2.3 LOGIK UND INFERENZ 27
2.3.1 LOGISCHE OPERATOREN 27
2.3.2 INFERENZMECHANISMEN 28
2.4 PRAEDIKATENLOGIK 30
2.4.1 SYMBOLFORMEN 31
2.4.2 QUANTOREN 31
2.5 SEMANTISCHE NETZE 33
2.5.1 WISSENSDARSTELLUNG MIT GRAPHEN 33
2.5.2 RELATIONEN UND IHRE EIGENSCHAFTEN 35
2.5.3 EIGENSCHAFTEN SEMANTISCHER NETZE 36
2.5.4 KARDINALITAET VON RELATIONEN 38
2.6 FRAMES 39
2.6.1 DER SCHEMABEGRIFF 39
2.6.2 FRAMES ALS DENKMODELL 41
2.6.3 KLASSIFIKATION 43
2.6.4 GENERALISIERUNG UND SPEZIALISIERUNG 44
2.6.5 VERERBUNG 45
2.6.6 INSTANZIIERUNG 47
2.7 TAXONOMIEN 48
2.7.1 MULTI-PERSPEKTIVISCHE SCHEMAHIERARCHIEN 49
2.7.2 PROBLEME BEI UNTERSCHIEDLICHEN ROLLEN 51
2.8 CONCEPTUAL DEPENDENCIES 52
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1002533953
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
VIII INHALTSVERZEICHNIS
2.8.1 HANDLUNG UND ZUSTAND 53
2.8.2 HANDLUNGSOPTIONEN 53
2.8.3 MENTALE DREHBUECHER 55
2.9 TAXONOMIEN MIT FORMALER SEMANTIK: DIE KL-ONE-FAMILIE 58
2.9.1 SUPERKONZEPTE 59
2.9.2 ROLLEN 60
2.9.3 VERERBUNG UND ROLLENRESTRIKTIONEN 60
2.9.4 WOHLGEFORMTE TERME UND IHRE SEMANTIK 61
2.9.5 SUBSUMPTION UND KLASSIFIZIERUNG 62
2.10 ONTOLOGIEN 64
2.10.1 DER ONTOLOGIEBEGRIFF IN DER INFORMATIK 64
2.10.2 AUFBAU VON ONTOLOGIEN 66
2.10.3 NUTZEN VON ONTOLOGIEN 70
2.11 FAZIT 71
2.12 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 72
3 SEMANTISCHE NETZE, THESAURI UND TOPIC MAPS 73
3.1 GRUNDLAGEN 74
3.1.1 STRUKTUR SEMANTISCHER NETZE 74
3.1.2 KLASSIFIKATION SEMANTISCHER NETZE 75
3.2 GRAFISCHE NOTATIONEN 78
3.2.1 MIND-MAPS 79
3.2.2 CONCEPT-MAPS 80
3.2.3 CONCEPTUAL GRAPHS 88
3.2.4 GRAFISCHE VS. LINEARE NOTATIONEN 90
3.3 WEITERE REPRAESENTATIONSTECHNOLOGIEN 91
3.3.1 THESAURI 92
3.3.2 TOPIC MAPS 94
3.4 FAZIT 104
3.5 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 106
4 DAS RESOURCE DESCRIPTION FRAMEWORK 107
4.1 VON DER PRAESENTATIONS- ZUR INHALTSSICHT 110
4.1.1 PRAESENTATIONSEBENE: DIE HYPERTEXT MARKUP LANGUAGE HTML 110 4.1.2
DIE STRUKTURIERUNGSSPRACHE XML 111
4.1.3 UMGANG MIT MEHRDEUTIGKEIT: DISAMBIGUIERUNG DURCH ZUWEISUNG VON
NAMENSRAEUMEN 114
4.2 DAS RDF-DATENMODELL 116
4.2.1 CONTAINER 117
4.2.2 AUSSAGEN UEBER AUSSAGEN: REIFIZIERUNG 120
4.3 ONTOLOGISCHE STRUKTURIERUNG VON DATEN: RDF-SCHEMA 122
4.4 (X)HTML-ERWEITERUNG: RDFA 124
4.5 DIE WEB ONTOLOGY LANGUAGE (OWL) 125
4.6 FAZIT 126
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
4.7 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 126
5 ONTOLOGIEN UND ONTOLOGIE-ABGLEICH IN VERTEILTEN INFORMATIONS- SYSTEMEN
129
5.1 MOTIVATION: ONTOLOGIEN IN VERTEILTEN IT-SYSTEMEN 130
5.1.1 EXPLIZITE KONZEPTUALISIERUNGEN ALS BASIS SEMANTISCHER IT-SYSTEME
.. 130 5.1.2 ONTOLOGIEN IN VERTEILTEN INFORMATIONSLANDSCHAFTEN 133
5.2 ABGLEICH VON ONTOLOGIEN 135
5.2.1 REPRAESENTATION VON ABBILDUNGEN ZWISCHEN ONTOLOGIEN 137 5.2.2
HEURISTIKEN ZUR AUTOMATISCHEN BERECHNUNG VON BEZIEHUNGEN ZWI- SCHEN
ONTOLOGIEN 141
5.2.3 INTEGRATION VON MAPPING-VORSCHLAEGEN 148
5.2.4 ZUSAMMENFASSUNG: DER GENERELLE MATCHING-PROZESS 150
5.3 WERKZEUGE 152
5.3.1 ALIGNMENT API 152
5.3.2 S-MATCH 154
5.3.3 DIE PROMPT-SUITE 154
5.4 FAZIT 156
5.5 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 157
6 ANFRAGESPRACHEN UND REASONING 159
6.1 ANFRAGESPRACHEN 159
6.1.1 EINFACHE SPO-ANFRAGEN 160
6.1.2 SPARQL 160
6.1.3 ANFRAGESPRACHEN FUER OWL 167
6.2 REASONING 168
6.2.1 HORNLOGIK UND F-LOGIK 168
6.2.2 REASONING FUER OWL 172
6.3 FAZIT 174
6.4 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 174
II FUNDAMENTALE DIENSTE UND FUNKTIONEN 179
7 LINKED OPEN DATA, SEMANTIC WEB DATENSAETZE 181
7.1 LINKED OPEN DATA - DIE GRUNDLAGEN 183
7.2 VEROEFFENTLICHEN VON LINKED OPEN DATA 184
7.2.1 WRAPPING VON EXISTIERENDEN DATENSAETZEN 185
7.3 BEISPIELE FUER LOD-SERVICES 188
7.3.1 DUMP-KONVERSION: DBPEDIA 189
7.3.2 ONLINE-KONVERSION: DBTROPES 190
7.4 ZUGRIFF AUF LINKED DATA 191
7.4.1 REST & HTTP CONTENT NEGOTIATION 192
7.4.2 ZUGRIFF DURCH MENSCHLICHE NUTZER 192
7.4.3 ZUGRIFF IN ANWENDUNGEN 195
7.5 BEISPIEL 199
IMAGE 4
X INHALTSVERZEICHNIS
7.6 FAZIT 200
7.7 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 200
8 SEMANTIK IN DER INFORMATIONSEXTRAKTION 201
8.1 INFORMATIONSEXTRAKTION 203
8.2 GENERISCHER AUFBAU EINER INFORMATIONSEXTRAKTION 204
8.2.1 SYNTAKTISCHE ANALYSE 204
8.2.2 SEMANTISCHE ANALYSE 209
8.2.3 TEMPLATES 213
8.3 ONTOLOGIEN IN DER INFORMATIONSEXTRAKTION 215
8.3.1 FORMALE MODELLIERUNG VON SPRACHLICHEM HINTERGRUNDWISSEN 215 8.3.2
EXTRAKTIONSONTOLOGIEN 216
8.3.3 FORMALE MODELLIERUNG VON DOMAENENWISSEN 217
8.3.4 FORMALE ANFRAGESPRACHEN ZUR SPEZIFIKATION VON TEMPLATES 218 8.4
FORMALE REPRAESENTATION VON EXTRAKTIONSRESULTATEN 219
8.4.1 SEMANTISCHES ANREICHERN VON DOKUMENTEN 219
8.4.2 SEMANTISCHE ANNOTATIONEN 220
8.5 FAZIT 224
8.6 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 224
9 SEMANTISCHE SUCHE 227
9.1 DER BEGRIFF SEMANTISCHE SUCHE 228
9.1.1 GRUNDLAGEN 228
9.1.2 VIELE DEFINITIONEN EIN ZIEL 229
9.2 KATEGORIEN SEMANTISCHER SUCHMASCHINEN 230
9.2.1 FORMULARBASIERTE SUCHE 231
9.2.2 SUCHMASCHINEN MIT RDF-BASIERTEN ANFRAGESPRACHEN 232
9.2.3 FACETED BROWSING 233
9.2.4 SEMANTIKBASIERTE SCHLUESSELWORTSUCHMASCHINEN 234
9.2.5 QUESTION ANSWERING TOOLS 236
9.2.6 SCHLUESSELWORTSUCHE MIT SEMANTISCHER NACHVERARBEITUNG 236 9.2.7
SEMANTIKBASIERTE INTELLIGENTE VISUALISIERUNG 236
9.3 ARCHITEKTUR UND ANSAETZE 237
9.3.1 WISSENSBASIS, SUCHRAUM 239
9.3.2 ANFRAGEVERARBEITUNG 241
9.3.3 ANSAETZE, SUCHALGORITHMEN 243
9.3.4 BEISPIELE 246
9.4 BENUTZERKONTEXT, PERSONALISIERUNG UND TRANSPARENZ 249
9.4.1 BENUTZERKONTEXT UND PERSONALISIERUNG 249
9.4.2 TRANSPARENZ 250
9.5 FAZIT 251
9.6 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 251
10 ERKLAERUNGSFAEHIGKEIT SEMANTISCHER SYSTEME 253
10.1 SZENARIO 254
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS XI
10.2 DER BEGRIFF DER ERKLAERUNG 256
10.2.1 ERKLAERUNGEN IM ALLTAG 257
10.2.2 WISSENSCHAFTLICHE ERKLAERUNGEN 258
10.3 ERKLAERUNGEN IN EXPERTENSYSTEMEN 259
10.3.1 MYCIN 259
10.3.2 NEOMYCIN 260
10.3.3 RED 261
10.3.4 PEA 262
10.3.5 REX 263
10.4 ASPEKTE VON ERKLAERUNGEN 263
10.4.1 ARTEN VON ERKLAERUNGEN 264
10.4.2 ZIELE VON ERKLAERUNGEN 265
10.4.3 DARSTELLUNGEN VON ERKLAERUNGEN 266
10.4.4 WAHRHEIT UND ERKLAERUNG 266
10.4.5 ANFORDERUNGEN AN ERKLAERUNGEN 266
10.4.6 ERKLAERUNGSSZENARIO 268
10.5 ERKLAERUNGEN IM SEMANTIC WEB 269
10.5.1 INFERENCE WEB 269
10.5.2 ERKLAERUNGSKOMPONENTE VON RADSEM 274
10.6 FAZIT 276
10.7 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 277
I II ANWENDUNGEN 279
11 SEMANTISCHE WEBSERVICES ZUR STEUERUNG VON PRODUKTIONSPROZESSEN281
11.1 EINLEITUNG 282
11.2 GRUNDLAGEN 284
11.2.1 STEUERUNGEN IN HEUTIGEN PRODUKTIONSANLAGEN 284
11.2.2 SERVICEORIENTIERTE ARCHITEKTUREN 285
11.2.3 SEMANTISCHE WEBSERVICES 290
11.3 ANWENDUNGSFELD 295
11.3.1 SEMANTISCHE WEBSERVICES IN DER PRODUKTIONSDOMAENE 295 11.3.2
EXPERIMENTELLER AUFBAU 296
11.4 SEMANTISCHES AUFFINDEN VON WEBSERVICES IN DER PRODUKTION 298 11.4.1
SEMANTISCHE ANNOTATION DER WEBSERVICES 298
11.4.2 ERSTELLUNGSPROZESS UND STRUKTUR DER ONTOLOGIEN 302
11.4.3 SYSTEMARCHITEKTUR UND ABLAUF DES SEMANTISCHEN AUFFINDENS VON
WEBSERVICES 304
11.5 AUTOMATISCHE ORCHESTRIERUNG ZUR ERSTELLUNG FLEXIBLER
PRODUKTIONSPROZESSE . 305 11.5.1 SEMANTISCH UNTERSTUETZTE
PROZESSMODELLIERUNG 305
11.5.2 KONZEPTIONELLER ANSATZ ZUR FLEXIBLEN STEUERUNG VON
PRODUKTIONSPRO- ZESSEN 306
11.6 FAZIT 309
11.7 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 310
IMAGE 6
XII INHALTSVERZEICHNIS
12 WISSENSARBEIT AM DESKTOP 311
12.1 HERAUSFORDERUNGEN DER WISSENSARBEIT AUF DEM DESKTOP 312
12.2 SEMANTISCHE MODELLIERUNG DES WISSENSRAUMS 313
12.2.1 PERSOENLICHES INFORMATIONSMODELL (PIMO) 315
12.2.2 DIE NIE-ONTOLOGIEN ZUR DATENREPRAESENTATION 319
12.2.3 INTEGRATION PROPRIETAERER INFORMATIONSQUELLEN 324
12.3 DER SEMANTIC DESKTOP 326
12.3.1 AUSGANGSSITUATION 327
12.3.2 DIE IDEE DES SEMANTIC DESKTOPS 328
12.3.3 NEPOMUK SEMANTIC DESKTOP 329
12.3.4 REFINDER 335
12.4 WIKIS UND SEMANTISCHE WIKIS 339
12.4.1 ANNOTATIONEN BEI DOKUMENTBASIERTER ARBEIT 341
12.4.2 DAS PERSOENLICHE WIKI IM SEMANTIC DESKTOP 343
12.4.3 FEINGRANULARE ANNOTATIONEN - DER ANSATZ IN MYMORY 344
12.5 AUFGABENMANAGEMENT FUER WISSENSARBEITER 350
12.5.1 PERMANENTER AUFGABENWECHSEL (MULTITASKING) 351
12.5.2 ZIELE FUER DIE TECHNISCHE UNTERSTUETZUNG 352
12.5.3 TASK MANAGEMENT-SYSTEME 352
12.5.4 SEMANTISCHE AUFGABENMODELLIERUNG 353
12.5.5 KONTEXT EINES WISSENSARBEITERS : 354
12.5.6 CONTASK: KONTEXTSENSITIVES AUFGABENMANAGEMENT 358
12.6 FAZIT 363
12.7 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 363
13 SEMANTISCHE SUCHE FUER MEDIZINISCHE BILDER 365
13.1 MEDICO-ONTOLOGIE-HIERARCHIE 366
13.1.1 REPRESENTATIONAL ONTOLOGIES 367
13.1.2 UPPER ONTOLOGY 367
13.1.3 INFORMATION ELEMENT ONTOLOGY 368
13.1.4 CLINICAL ONTOLOGY 368
13.1.5 ANNOTATION ONTOLOGY 368
13.1.6 MEDICAL ONTOLOGIES 369
13.2 SEMANTISCHE TECHNOLOGIEN IM MEDICO-SYSTEM 370
13.2.1 MEDICOSERVER 371
13.2.2 SEMANTICSEARCH AND SEMANTICANNOTATION 371
13.2.3 TRIPEL-SPEICHER 373
13.2.4 SEMANTISCHES VOLUMEN-PARSING 374
13.2.5 SPATIAL DBMS 375
13.2.6 DER 2-D-ANNOTATIONS-PROTOTYP RADSEM 375
13.2.7 DIE 3-D-ANNOTATIONSANWENDUNG FUER DEN KLINISCHEN BETRIEB 377
13.2.8 SEMANTISCHE NAVIGATION 377
13.2.9 MULTIMODAL DIALOGUE INTERFACE 378
IMAGE 7
INHALTSVERZEICHNIS XIII
13.3 FAZIT 379
13.4 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 380
14 SEMANTISCHE MUSIKEMPFEHLUNGEN 381
14.1 GRUNDLAGEN 382
14.1.1 MUSIKONTOLOGIEN 382
14.1.2 SOCIAL MUSIC UND DAS SEMANTIC WEB 383
14.2 DATENSAMMLUNGEN ZU MUSIKBEZOGENEN INFORMATIONEN 385
14.2.1 TRADITIONELLER MUSIKJOURNALISMUS IM WANDEL DER ZEIT 385 14.2.2
MUSIK UND DAS LINKED OPEN DATA PROJEKT 386
14.3 ALGORITHMEN ZUR MUSIKEMPFEHLUNG 389
14.3.1 INHALTSBASIERTE VERFAHREN 389
14.3.2 KOLLABORATIVES FILTERN 390
14.3.3 HYBRIDE ANSAETZE 390
14.4 SOZIOSEMANTISCHE MUSIKEMPFEHLUNGEN 391
14.4.1 KOLLABORATIVES FILTERN UND SEMANTISCHE SOCIAL NETWORKS 391 14.4.2
DBREC: DBPEDIA ALS BASIS FUER MUSIKEMPFEHLUNGEN 392
14.4.3 HORST - HOLISTIC RECOMMENDATION AND STORYTELLING 394 14.5 FAZIT
397
14.6 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 397
15 OPTIMIERUNG VON INSTANDHALTUNGSPROZESSEN DURCH SEMANTISCHE
TECHNOLOGIEN 399
15.1 EINLEITUNG 400
15.2 GRUNDLAGEN 402
15.2.1 INTERPRETATION VON KONTEXTINFORMATIONEN ALS GRUNDLAGE KONTEXTAD-
APTIVER ANWENDUNGEN 402
15.2.2 SYSTEMARCHITEKTUR ZUR INTERPRETATION UND NUTZUNG VON ORTSINFOR-
MATIONEN IN FABRIKSYSTEMEN 404
15.3 ANWENDUNGSFELD UND SZENARIO 406
15.3.1 INSTANDHALTUNGSPROZESSE IN DER INDUSTRIELLEN PRODUKTION 406
15.3.2 SZENARIO 407
15.4 SEMANTISCHE NAHTLOSE NAVIGATIONSANWENDUNG 409
15.4.1 ONTOLOGIEBASIERTE SITUATIONSINTERPRETATION 410
15.4.2 ANWENDUNGSBEZOGENE NUTZUNG VON ONTOLOGIEN 417
15.5 FAZIT 419
15.6 WEITERFUEHRENDE LITERATUR 422
LITERATURVERZEICHNIS 423
AKRONYME 445
INDEX 449
DIE AUTORINNEN UND AUTOREN 455
Dieses Lehrbuch bietet eine umfassende Einführung in Grundlagen, Potenziale und
Anwendungen Semantischer Technologien. Es richtet sich an Studierende der Informatik
und angrenzender Fächer sowie an Entwickler, die Semantische Technologien am Arbeits¬
platz 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 Leistun¬
gen 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 Anwen¬
dungslösungen.
Der dritte Teil beschreibt schließlich vielfältige Anwendungsbeispiele in unterschiedlichen
Bereichen. Die dargestellten Systeme reichen von Werkzeugen für persönliches, individu¬
elles Informationsmanagement über Unterstützungsfunktionen für Gruppen bis zu neuen
Ansätzen im Internet der Dinge und Dienste. Diese umfassen die instrumentierte Fabrik
der Zukunft genauso wie die Integration verschiedener Medien und Anwendungen von
Medizin bis Musik.
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