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Automatic Evaluation of Ontologies

Seminararbeit 2008 30 Seiten

Informatik - Wirtschaftsinformatik

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Formelverzeichnis

1. Welchen Zweck erfüllen Ontologien?

2. Ontologien
2.1 Anwendungsbereiche und Historie
2.2 Elemente einer Ontologie
2.3 Klassifikation von Ontologien
2.4 Ontologie versus konzeptionelles Datenbankschema

3. Evaluation von Ontologien
3.1 Evaluationsansätze
3.2 Evaluationstechniken
3.3 Evaluationsmethoden

4. Ansätze zur automatischen Evaluierung von Ontologien
4.1 Natural Language Application metrics
4.2 OntoClean mit AEON
4.3 OntoRand Index
4.4 Vergleich der Ansätze

5. Zusammenfassung und Ausblick

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abb.1.1. Anzahl der Ontologien pro Anwendungsbereich

Abb. 2.1 Beispiel einer Ontologie

Abb. 2.2 Klassifikation und Abhängigkeiten von Ontologien

Abb. 3.1ruktur einer anwendungsbasierte Evaluation

Abb. 3.2 Rahmenkonstruktion der Kriterien in OntoMetric

Abb. 4.1 Architektur von AEON

Abb. 4.2 Darstellung eines Musters

Tabellenverzeichnis

Tab. 3.1. Überblick über die verschiedenen Evaluationsansätze und ihr Einsatz in den einzelnenhichten

Tab. 4.1. Vergleiche der Ansätze

Formelverzeichnis

Formel 4.1.ring Matching von Maedche undaab

Formel 4.2. Durchschnitt desring Matching von Maedche undaab

Formel 4.3. Formel für die Berechnung des Nachweises der Meta-Eigenschaften

Formel 4.4. OntoRand Index Formel nach Brank, Grobelnik und Mladenic

Formel 4.5. Jaccard Koeffizient

Formel 4.6. Formel für die Berechnung der Distanz innerhalb des Baums

1 Welchen Zweck erfüllen Ontologien?

Heutzutage ist in digitalen Medien und im Internet eine gewaltige Menge an Informationen abrufbar. Aufgrund dessen ist es wichtig, die Informationen so zu strukturieren und aufzubereiten, dass dieche nach relevanten Informationen über eine bestimmte Thematik und ihre richtige Interpretation einfach und schnell durchgeführt werden kann. Um dieses Ziel zu erreichen, sind Wissensrepräsentationen nötig. Dafür hat sich in der Informatik in den letzten Jahren der Begriff Ontologie eingebürgert.[1]

Der Begriff der Ontologie hat eine lange Tradition in der Philosophie und denrachwissenschaften. Erst in den 90er Jahren wurde der Begriff in die Informatik von Gruber eingeführt.[2] Er definierte eine Ontologie als „explicit specification of a conceptualization“.[3] Eine aktuelle Definition, die darauf aufgebaut ist, ist die vonuder: “Eine Ontologie ist eine explizite, formaleezifikation der Konzeptualisierung eines abgegrenzten Diskursbereichs zu einem definierten Zweck, auf die sich eine Gruppe von Akteuren geeinigt hat.“[4]

Anders als bei einem konzeptionellen Datenbankschema enthalten Ontologien Informationen über die Bedeutung der gespeicherten Daten sowie Regeln über deren Zusammenhang.[5] Eine Ontologie ist ein formales Wissensmodell, das im Wissensmanagement, in Experten- und Multiagentensystemen, bei der Informationsintegration und vor allem immantic Web eingesetzt wird.[6] Gerade in diesen Bereichen haben die Ontologien einen großen Aufschwung erlangt, wie in Abb. 1.1 ersichtlich ist. Besonders seit dem Aufkommen desmantic Webs werden sie immer mehr zur Grundlange für Austausch und Zusammenführen von Informationen (siehe Abb. 1.1).[7] Ontologien sind zu dem Rückgrat der Wissensrepräsentation immantic Web geworden.[8]

Aufgrund der hohen Anzahl an verfügbaren Ontologien und aufgrund der Bedeutung von Ontologie, vor allem für den Bereich desmantic Webs, ist die Evaluation der unterschiedlichen Ontologien zu einemhlüsselfaktor der Entwicklung von Anwendungen desmantic Webs geworden. Für die Entwicklung von Anwendungen spielt die Auswahl der richtigen und guten Ontologie eine große Rolle. Um dieses beurteilen zu können, ist eine Evaluation der einzelnen Ontologien unumgänglich.[9]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Baker, Warren, Haarslev (2005), 1.

Abb.1.1 Anzahl der Ontologien pro Anwendungsbereich

Ziel dieser Arbeit ist die unterschiedlichsten Verfahren und Ansätze zur Evaluation von Ontologien vorzustellen. Derhwerpunkt wird dabei auf die Verfahren gelegt, die das Ziel verfolgen, die Evaluation von Ontologien automatisch durchzuführen.

Die Arbeit ist in fünf Kapitel aufgeteilt. Nach der Einleitung werden die Entwicklungshistorie und die Grundkonzepte der Ontologie erklärt. Die daraus resultierenden Erkenntnisse ermöglichen eine Klassifikation unterschiedlicher Ontologien. Aufgrund der Ähnlichkeiten einer Ontologie mit einer konzeptionellen Datenbank werden diese im letzten Abschnitt des Kapitels miteinander verglichen.

Im Kapitel drei werden die generellen Konzepte einer ontologischen Evaluation besprochen. Hier werden sowohl die einzelnen Ansätze und Techniken beschrieben, als auch die ersten Versuche eine Ontologie zu evaluieren dargestellt. Im Kapitel vier werden drei konkrete Ansätze erläutert, die eine automatische Evaluation ermöglichen. Am Ende der Arbeit wird nochmal einen Blick in die Zukunft verschafft, wie sich die Evaluation weiter entwickeln sollte.

2 Ontologien

2.1 Anwendungsbereiche und Historie

Die „Ontologie“, vom griechischen ontos = dasin und logos = Abhandlung, ist in seinem ursprünglichennne eine philosophische Disziplin.e ist die Lehre über dasin und den Zusammenhang der Dinge in unserer Welt.[10] Obwohl ontologische Überlegungen seit Anbeginn der Philosophiegeschichte existieren, taucht das Wort „Ontologie“ erst im achtzehnten Jahrhundert auf.[11] stellte sich schon Aristoteles in seinem Werk „Metaphysik, IV, 1“ folgende Fragen: Was istin? Was sind Entitäten? Was zeichnet Entitäten aus?[12]

In den letzten Jahren wurde der Begriff der „Ontologie“ auch für Forschungsbereiche der Informatik übernommen. Aufgrund der Überschneidungen zwischen Künstlicher Intelligenz und Philosophie fand der Begriff Einzug sowohl in die Wissensverarbeitung als auch in die Wissensrepräsentation. Dort werden Ontologien eingesetzt, um bekanntes Wissen explizit ausdrücken zu können.mit kann dieses formalisierte Wissen von einer Gruppe von Personen gemeinsam genutzt werden oder es kann in unterschiedlichen Kontexten neu verwendet werden.[13]

In der Informatik werden Ontologien hauptsächlich in drei Berieche eingesetzt: Kommunikation, automatischeshließen und Repräsentation sowie Wiederverwendung von Wissen.[14] Wenn zwei Programme, z.B. Web-Suchmaschine oderftware-Agenten, miteinander kommunizieren sollen, müssen sie entweder selbst die Informationsregeln für die Daten in sich tragen (datenabhängig), oder sie übergeben diese in Form von Metadaten aus einer für beiden zugänglichen Ontologie. Die Ontologie wird also als eine Art Zwischensprache genutzt. Man kann dieses Verhalten durchaus als Dolmetschertätigkeit bezeichnen. Im Falle des automatischenhließens können Programme logischehlüsse ziehen, basierend auf die in der Ontologie bekannten Ableitungsregeln. Ähnlich ist es bei der Wissensrepräsentation und –wiederverwendung. Ontologien spielen in allen Bereichen der Informatik, die sich mit Wissen befassen, eine große Rolle, wie z.B. Künstliche Intelligenz, Datenbanken und Informationssysteme. Dazu kommen angrenzende Bereiche wieftwaretechnik und Multimedia-Kommunikation, aber auch Anwendungsgebiete wie z.B. Medizin, Rechtwesen und Wirtschaftsinformatik.[15]

Heute könnenmantic Web und Wissensmanagement als Hauptanwendungsfelder von Ontologien identifiziert werden. Wichtig hier sind Bereiche wie semantischeche, intelligente Informationsintegration, wissensbasierte Beratungs- und Assistenzsysteme und semantische Infrastrukturen.[16]

2.2 Elemente einer Ontologie

Ontologien werden heute in der Künstlichen Intelligenz mit einer der drei bekannten Wissensrepräsentationsparadigmen dargestellt: Logik, meistens Beschreibungslogik, Klassen und semantische Netze.[17] Im Normalfall wird eine Ontologie aus Konzepten und Relationen aufgebaut. Attribute und deren Werte, Instanzen, Axiome sowie Nebenbedingungen sind weitere Bestandteile einer Ontologie. In der Regel werden Ontologien als Taxonomien organisiert, welche in einer Baumstruktur mit mehrfacher Vererbung sowie disjunktenbkategorien sind.[18]

Konzepte sind abstrakte Ausdrücke, die aus einer Menge von Objekten, die gemeinsame Eigenschaften aufweisen, bestehen. Konzepte können auch als Klassen verstanden werden, welche über eine Klassenstruktur mit Über- und Unterklassen verfügen, die dessen Eigenschaften erben oder aber weiter spezialisieren können. Die verschiedenen Begriffe können bestimmte Relationen zueinander aufweisen, was zu einer Konzepthierarchie führen kann. Die Attribute charakterisieren die Begriffe und die Instanzen, die eine individuelle Ausprägung eines Objekts eines Konzepts darstellen. Zuletzt sind noch die Axiome zu nennen, welche Aussagen innerhalb der Ontologie sind, die immer wahr sind. Diese werden dazu verwendet, Wissen zu repräsentieren, das nicht aus anderen Konzepten abgeleitet werden kann.[19] Dieruktur und die Elemente einer Ontologie werden in der Abb. 2.1 verdeutlicht.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2.1 Beispiel einer Ontologie

2.3 Klassifikation von Ontologien

Es gibt zahlreiche und äußerst unterschiedliche Ansätze zur Klassifikation von Ontologien.[20] Einer der am häufigsten zitierten Klassifikationen ist die von Guarino. Guarino geht von der Granularität der Konzeptualisierung als Hauptunterscheidungskriterium für die Klassifikation aus. Dabei nimmt der Generalitätsgrad der Konzepte von oben nach unten ab. Er ist der Auffassung, dass verschiedene Arten von Ontologien für unterschiedliche generischeufen zu entwickeln sind. Laut Guarino gibt es vier verschiedene Ontologie Typen wie in Abb. 2.2 zu sehen ist.[21]

- Top-level onotology beschreibt sehr allgemeine Konzepte wie Raum, Zeit, Materie, Objekte, Ereignisse, Aktionen und so weiter, die die Welt grundsätzlich strukturieren. Diese Konzepte sind unabhängig von einer bestimmten Domäne oder einem Problem. Es scheint sinnvoll, zumindest in der Theorie, für einen großen Benutzerkreis gemeinsame top-level Ontologien zu verwirklichen.[22] Diese Ontologien werden in der Regel verwendet, um Domänenontologien mit allgemeinen Konzepten zu bereichern und eine gemeinsame Basis zu anderen Domänenontologien zu realisieren.[23]

[...]


[1] Vgl. Hesse (2002).

[2] Vgl. Ruiz, Hilera (2006), 50.

[3] Gruber (1993),2.

[4]uder (2008).

[5] Vgl. Noy, Klein (2004),3.

[6] Vgl.uder (2008).

[7] Vgl. Vrandecic (2006), 1.

[8] Vgl. Hart, Brewster (2006), 1.

[9] Vgl. Kozaki,nagawa, Kitamura, Mizoguchi (2006), 1.

[10] Vgl. Daemi-Ahwazi (2005), 12.

[11] Vgl. Ruiz, Hilera (2006), 50.

[12] Vgl. Corcho, Fernández-López, Gómez-Pérez (2006), 3.

[13] Vgl. MacCarthy (1995), 2041.

[14] Vgl. Uschold, Gruninger (1996), 8.

[15] Vgl. Hesse (2002).

[16] Vgl.uder (2008).

[17] Vgl. Daemi-Ahwazi (2005), 25.

[18] Vgl. Noy, Hafner (1997), 53.

[19] Vgl. Corcho, Fernández-López, Gómez-Pérez (2006), 5f.

[20] Vgl. Ruiz, Hilera (2006), 51ff.

[21] Vgl. Guarino (1998), 7f.

[22] Vgl. Guarino (1998), 7.

[23] Vgl. Daemi-Ahwazi (2005), 34.

Details

Seiten
30
Jahr
2008
ISBN (eBook)
9783640687091
ISBN (Buch)
9783640687077
Dateigröße
769 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v154887
Institution / Hochschule
Westfälische Wilhelms-Universität Münster – Wirtschaftsinformatik
Note
2,7
Schlagworte
Automatic Evaluation

Autor

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Titel: Automatic Evaluation of Ontologies