Semantische Netze und Ontologien

Semantische Netze und Ontologien stellen Wissen als strukturierte Sammlungen von Konzepten und den Beziehungen zwischen ihnen dar, indem sie das Wissen über einen Bereich in einem Graphen oder einem formalen Vokabular organisieren.

Definition

Ein semantisches Netz stellt Wissen als einen Graphen dar, dessen Knoten Konzepte oder Objekte bezeichnen und dessen Kanten Beziehungen wie „ist-ein“ und „Teil-von“ bezeichnen; eine Ontologie ist eine formale, explizite Spezifikation der Konzepte, Beziehungen und Einschränkungen, die innerhalb eines Bereichs geteilt werden.

Scope

Dieses Thema behandelt die strukturierte (netz- und framebasierte) Wissensrepräsentation: semantische Netze von Knoten und beschrifteten Verknüpfungen, Frames und Slots, Vererbungshierarchien mit Standardwerten und den modernen Begriff einer Ontologie als eine geteilte, formale Spezifikation der Konzepte und Beziehungen eines Bereichs. Es wird behandelt, wie Kategorien, Objekte und Taxonomien modelliert werden und wie Vererbung und Identität gehandhabt werden. Die formale Logik, die Ontologien zugrunde liegt, wird im Thema Beschreibungslogiken detailliert beschrieben, und gelernte Einbettungen von Entitäten gehören zum Teilgebiet des maschinellen Lernens.

Core questions

• Wie werden Konzepte, Objekte und ihre Beziehungen als Knoten und Verknüpfungen dargestellt?
• Wie ermöglicht die Vererbung Unterkategorien, die Eigenschaften ihrer Eltern zu erwerben und zu überschreiben?
• Was macht eine Ontologie zu einer geteilten und wiederverwendbaren Spezifikation eines Bereichs?
• Wie werden Kategorien, Identität und Teil-Ganzes-Beziehungen konsistent modelliert?

Key concepts

• semantisches Netz
• Knoten und beschriftete Beziehungen
• Ist-ein- und Teil-von-Beziehungen
• Frames und Slots
• Vererbung und Standardwerte
• Taxonomie und Kategorien
• Ontologie
• Wissensgraph

Key theories

Vererbung und taxonomische Struktur

Die Organisation von Konzepten in Ist-ein-Hierarchien ermöglicht es, Eigenschaften einmal auf einer allgemeinen Ebene festzulegen und von Spezialisierungen zu erben, wobei Unterklassen Standardwerte hinzufügen oder überschreiben können, was eine kompakte und intuitive Darstellung von kategorialem Wissen bietet.

Frames als strukturierte Wissenseinheiten

Minskys Frames stellen stereotype Situationen oder Objekte als Bündel von Slots mit Standardfüllern dar, modellieren, wie frühere Erwartungen das Verständnis strukturieren, und bilden einen Vorläufer objektorientierter und ontologischer Repräsentationen.

Ontologien als geteilte Konzeptualisierungen

Eine Ontologie macht die Konzepte und Beziehungen eines Bereichs explizit und vereinbart, sodass verschiedene Systeme und Personen Wissen teilen und wiederverwenden können, wobei die Designprinzipien Klarheit, Kohärenz und minimale Verpflichtung betonen.

Clinical relevance

Ontologien und semantische Netze untermauern das Semantic Web, biomedizinische Vokabulare und Wissensgraphen, Produktkataloge und das Wissensmanagement in Unternehmen, indem sie die gemeinsamen Vokabulare bereitstellen, die heterogenen Systemen den Austausch und die Schlussfolgerung über Daten ermöglichen.

History

Semantische Netze entstanden mit Quillians Arbeit zum semantischen Gedächtnis in den 1960er Jahren, und Minskys Memo über Frames von 1974 gab der strukturierten Repräsentation einen wichtigen Impuls. Brachmans Kritiken an informellen Verknüpfungen führten zu formalen Beschreibungslogiken, und Grubers Arbeit in den 1990er Jahren trug dazu bei, Ontologien als konstruierte Artefakte zu etablieren, was in den Semantic Web Standards gipfelte.

Key figures

• Marvin Minsky
• Ross Quillian
• Ronald J. Brachman
• Thomas R. Gruber
• John F. Sowa

Seminal works

• minsky1974
• gruber1995
• brachman2004

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen einem semantischen Netz und einer Ontologie?

Ein semantisches Netz ist eine grafische Darstellung von Konzepten und Beziehungen, historisch oft informell. Eine Ontologie ist eine formale, explizite Spezifikation einer geteilten Konzeptualisierung mit definierten Semantiken und Einschränkungen, die zur Wiederverwendung in verschiedenen Anwendungen gedacht ist; moderne Ontologien haben typischerweise eine logische Grundlage.

Wie funktioniert Vererbung in diesen Darstellungen?

Konzepte werden in Ist-ein-Hierarchien angeordnet, sodass ein spezialisiertes Konzept die Eigenschaften seiner allgemeineren Eltern erbt. Standardwerte können auf niedrigeren Ebenen überschrieben werden, was praktisch ist, aber die Notwendigkeit mit sich bringt, Ausnahmen sorgfältig zu behandeln, eine Sorge, die mit nicht-monotonem Schlussfolgern zusammenhängt.