Knowledge Representation

Tsvetan Dimitrov, 201212015

  • Geshichte

  • Bauteile eines KR-Systems

  • Logik in KR

  • KR-Sprachen

  • Semantic Web

Geschichte

General Problem Solver

  • Software zur Realisierung einer allgemeinen Problemlösungsmethode

  • entwickelt von Herbert Simon und Allen Newell ab 1957 

  • basiert auf Prinzip der Problemreduktion

  • Problem = Raum möglicher Zustände

  • Übergänge mittels Operationen herbeiführen

Si

Fig.1: Graph der Teilprobleme

Expertensysteme

  • Wissen hochspezialisierter Fachleute in einem Computersystem nachbilden

  • Wissensbasis + Inferenzmachine 

  • Мenschliche Experten bei Routienaufgaben unterstützen

Semantic Web

  • Darstellung der Informationen im Internet mit ihrer Bedeutung in einer von Machinen lesbaren Form

  • Web 3.0 - Web von Dingen

Bauteile eines KR-Systems

  1. Wissensbasis       (knowledge base)

  2. Inferenzmachine     (inference engine)

Wissensbasis (knowledge base) / 1

  • Datenbank für Wissensmanagement

  • Grundlage für die Sammlung von Informationen

Wissensbasis (knowledge base) / 2

Hauptaufgaben:

  1. Wissen anderen Personen zur Verfügung stellen

  2. Ressourcen schnell finden

  3. Informationen selektiv, exakt und selbsterklärend darstellen 

Inferenzmachine (inference engine) / 1

  • Anwendung von logischen Regeln auf die Wissensbasis

  • Als Ergebnis neue Kenntnisse ableiten

  • Allgemeines Format der Regeln ist IF-THEN (Modus-Ponens)

Inferenzmachine (inference engine) / 2

  • 2 Typen von Inferenzmachinen:

    • mit Forward-Chaining

    • mit Backward-Chaining

Logik in KR

Prädikatenlogik erster Stufe

(First order logic)

Definition

Modelliert die Welt in Bezug auf:

  • Eigenschaften: Merkmale von Objekten, die sie von anderen Objekten unterscheiden

  • Relationen: Verbindungen zwischen Mengen von Objekten

  • Funktionen: Teilmengen von Relationen, wo es nur einen Wert als             Eingabe gibt

  • Objekte - Dinge mit individuellen Identitäten

Beispiele

  • Objekte: Studenten, Autos, Vorlesungen

  • Eigenschaften: blau, oval, gleich, groß

  • Relationen: Bruder-von, hat-Farbe, größer-als

  • Funktionen: Vater-von, bester-Freund

Beschreibungslogik

(Description logic)

Warum Beschrebungslogik?

  • Die Ausdruckskraft von FOL is zu groß, um effizient zu berechnen 

  • FOL muss nicht direkt ohne irgendwelche Beschränkung verwendet werden

  • Andernfalls wird die Struktur der Information verloren (keine Variablen, Konzepte als Klassen und Rollen als Attributen)

Definition

  • entscheidbar Fragment von FOL mit einer Reihe von automatischen Argumentation Verfahren

  • Basische Strukturen:

    • Konzepte

    • Relationen

KR-Sprachen

  • Frame Sprachen

  • DL- und FOL-basierte Sprachen

Frame Sprachen

  • von objekt-orientierten Sprachen inspiriert

  • Frames:

    • ​kann man sich als Objekte ohne Methoden vorstellen

    • sind hierarchisch angeordnet

    • Closed World Assumption

  • ​Beispiel: F-Logic

DL- und FOL-basierte Sprachen

  • Verallgemeinerung von Frame Sprachen

  • DL:

    • KL-ONE

    • RACER

    • OWL

  • FOL:

    • Common logic

    • CycL

    • KIF

Semantic Web

Webseiten sind in HTML geschrieben

HTML beschreibt die Struktur der Information

Wenn die Computer lernen können, 

was wir daran interessiert sind...

...dann können sie uns helfen, besser zu finden, was wir wollen!

Das ist die Idee  vom Semantic Web!

Web 3.0

SW W3C Standard

  • RDF

  • OWL

  • SPARQL

RDF (Resource Description Framework) / 1

  • Datenmodell mit einer wohldefinierten formalen Semantik

  • basiert auf gerichteten Graphen

  • Aussagen werden dabei als Tripel modelliert

„Ariel produziert Waschpulver“

Ariel

Waschpulver

produziert

Subjekt

Objekt

Prädikat

RDF (Resource Description Framework) / 2

  • Die Menge der Tripel bildet einen Graphen

  • Ressource - etwas, das eindeutig bezeichnet ist und worüber man etwas aussagen möchte

  • Subjekt und Prädikat sind immer Ressourcen

  • Das Objekt kann entweder eine Ressource oder nur ein Literal sein

  • Literale - sind dabei Zeichenketten oder auch andere Datentypen (Zahlen, Datumsangaben)

RDF (Resource Description Framework) / 3

  • Ressourcen werden durch eindeutige Bezeichner (URIs) identifiziert

  • URIs erlauben es, Aussagen aus verschiedenen Quellen zu verbinden

http://en.wikipedia.org/wiki/Resource_Description_Framework
http://www.w3.org/TR/2003/PR-owl-guide-20031209/food#Grape

RDF (Resource Description Framework) / 4

  • RDF ist unabhängig von einer speziellen (textuellen) Repräsentation

  • XML, N3, Turtle 

# this is a complete turtle document
@prefix foo: <http://example.org/ns#> .
@prefix : <http://other.example.org/ns#> .
foo:bar foo: : .
:bar : foo:bar .

RDF (Resource Description Framework) / 5

<?xml version="1.0"?>

<rdf:RDF
xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
xmlns:cd="http://www.recshop.fake/cd#">

<rdf:Description
rdf:about="http://www.recshop.fake/cd/Empire Burlesque">
  <cd:artist>Bob Dylan</cd:artist>
  <cd:country>USA</cd:country>
  <cd:company>Columbia</cd:company>
  <cd:price>10.90</cd:price>
  <cd:year>1985</cd:year>
</rdf:Description>

OWL (Web Ontology Language) / 1

  • formalen Beschreibungssprache zur Erstellung von Ontologien

  • Begriffe einer Domäne und deren Beziehungen formal so zu beschreiben, dass auch Software die Bedeutung „verstehen“ kann

  • 3 Typen:

    • ​OWL Lite

    • OWL DL

    • OWL Full

OWL (Web Ontology Language) / 2

  • Die Spezifikation erweitert die Bedeutung von RDF und RDF-Schema um weitere Konstrukte, um die Ausdrucksmächtigkeit zu steigern

  • Open World Assumption

  • OWL unterscheidet Klassen, Eigenschaften (properties) und Instanzen

OWL (Web Ontology Language) / 3

  • Klassen

  • Eigenschaften

  • Instanzen

<owl:class>
<owl:oneOf>
<owl:unionOf>
<owl:intersectionOf>
<owl:Restriction>
<owl:allValuesFrom>
<owl:someValuesFrom>
<owl:sameAs>

SPARQL

  • SPARQL Protocol and RDF Query Language

  • eine graphenbasierte Abfragesprache für RDF

  PREFIX abc: <http://example.com/exampleOntology#>
  SELECT ?capital ?country
  WHERE {
    ?x abc:cityname ?capital ;
       abc:isCapitalOf ?y .
    ?y abc:countryname ?country ;
       abc:isInContinent abc:Africa .
  }

Variable

Prädikat

Subjekt

Objekt

Triple Pattern

RDF Datenquellen

RDF Triplestores / 1

  • Graph-Datenbanken, die RDF Tripel bestehen

  • benutzen SPARQL als Abfragesprache

  • 2 Typen:

    • auf Basis einer relationalen Datenbank

    • native Implementierung

RDF Triplestores / 2

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