Linked Open Data (Entwurfsprinzipien und Muster für vernetzte Daten)

Entwurfsprinzipien
und Muster für
vernetzte Daten
Ansgar Scherp
Habilitationskolloquium
Universität Koblenz-Landau

9. November 2011 CC-BY

Motivation
 Dave plant eine Reise
 von London
 zum Kunden in Köln

 Wie geht er vor?

Ansgar Scherp – Entwurfsprinzipien und Muster für vernetzte Daten 2 of 42

Webseite der Deutschen Bahn

Funktioniert, aber …

Versuchen wir andere Anfragen
 Engpässe im öffentlichen Personenverkehr
 Visualisierung der Route auf einer Karte
 Vergleich mit Flugverbindungen
 Verknüpfung mit anderen Daten

 Anfragen können nicht beantwortet werden
 Denn im Internet von heute sind die Daten …


… eingeschlossen in Silos!

 Hoher Integrationsaufwand
 Nicht wiederverwendbar
B. Jagendorf, http://www.flickr.com/photos/bobjagendorf/, CC-BY

Lösung: vernetzte Daten
 Vernetzte Daten (engl. Linked Data)
 Veröffentlichung und Verknüpfung von Daten
 unterschiedlicher Qualität und Zweck
 aus verschiedenen Quellen im Internet

Web Linked Data
Entitäten Dokumente Daten
Relationen Hyperlinks Typisierte Links
Format HTML RDF
Identität / Protokoll URI / HTTP URI / HTTP


Linked Data: Mai „07  Sept. „11
Web 2.0

Medien

Publikationen

Government

Cross-Domain

Lebenswissen-
Geographisch schaften

< 31 Milliarde – Entwurfsprinzipien und Muster für vernetzte Daten
Ansgar Scherp Triple Quelle: http://lod-cloud.net
7 of 42

Facettierte, interaktive Exploration

 Daten verschiedener Qualität und Herkunft:
DBpedia, GeoNames, WordNet, FOAF und Flickr

Übersicht
 Motivation
 Prinzipien
1. Identifikation
2. Verknüpfung
3. Dereferenzierung
4. Beschreibung
 Muster

Beispiel: Big Lynx
Matt Briggs

Scott Miller
?Big Lynx
Firma

< 31 Milliarde – Entwurfsprinzipien und Muster für vernetzte Daten
Ansgar Scherp Triple Quelle: http://lod-cloud.net
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1. Verwende URIs für Dinge

Matt Briggs

Scott Miller
http://biglynx.co.uk/
people/matt-briggs
people/scott-miller

B. Gazen,http://www.flickr.com/photos/bayat/, CC-BY

Beispiel: Big Lynx
Matt Briggs

Scott Miller
Big Lynx
Firma

 Was ist mit Relationen wie z.B. kennt ?

Resource Description Framework (RDF)

 Beschreibung von Ressourcen mit RDF-Triple

 Spiegelt die Struktur einfacher Sätze wider, z. B.

Matt Briggs ist eine Person

Subjekt Prädikat Objekt


Beispiel in Turtle Syntax
<http://biglynx.co.uk/people/matt-briggs>
<http://w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#type>
<http://xmlns.com/foaf/0.1/Person> .

 Namensräume zum Abkürzen von URIs
 Etablierte Namensräume: rdf, foaf, …

@prefix rdf:<http://w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#>.
@prefix foaf:<http://xmlns.com/foaf/0.1/> .
rdf:type foaf:Person .

 Präfix ist im aktuellen Dokument gültig

1. Verwende URIs für Relationen

people/matt-briggs

people/scott-miller

Ansgar Scherp – Entwurfsprinzipien und Muster für vernetzte Daten
B. Gazen,http://www.flickr.com/photos/bayat/, CC-BY 15 of 42

Beispiel: Big Lynx Dave Smith
London
„lebt hier“

Matt Briggs

„dieselbe
Scott Miller
Person“ Big Lynx
…
Firma

DBpedia Matt Briggs

Matts private
Webseite

2. Verknüpfungen herstellen
 Verknüpfen von Ressourcen mit RDF-Links
 Beziehungslinks
 Identitätslinks
 Vokabularlinks

 Ermöglichen es weitere Ressourcen zu finden


Beziehungslinks in RDF
 Definieren Beziehungen zwischen Ressourcen
 Beispiel
<http://biglynx.co.uk/people/dave-smith>
foaf:based_near
<http://dbpedia.org/resource/London> .

 Externe Beziehungslinks: Subjekt und Objekt
kommen aus verschiedenen Namensräumen

 Interne Beziehungslinks: gleicher Namensraum
biglynx:matt-briggs foaf:knows biglynx:dave-smith .


Identitätslinks
 URI-Aliase zur Verknüpfung von Datenquellen,
die dieselben Dinge der realen Welt beschreiben
 Beispiel
<http://www.w3.org/2002/07/owl#sameAs>
<http://www.matt-briggs.eg.uk#me> .

 Dienst für Identitätslinks: .org

 Wann sind zwei Ressourcen identisch?


Gleichheit von Entitäten
 Problem bekannt aus Datenbanken und
Datamining

 K. Mayer und K. M. Mayer dieselbe Person?
 Auflösen von Name, Koautoren, Titel und
Veranstaltungsort oftmals nicht ausreichend

 413.000 DBpedia Orte mit GeoNames abgleichen
 Werkzeuge zur Formulierung von Heuristiken


Vokabularlinks
 Verweise auf Definitionen in eigenen und
existierenden Vokabularen
 Ziel: Daten werden selbstbeschreibend

 Spezifikation eigener Vokabulare mit
 RDF Vocabulary Description Language (RDFS)
 Simple Knowledge Organization System (SKOS)
 Web Ontology Language (OWL):
typischerweise nur owl:sameAs


Existierende Vokabulare
 Friend-of-a-Friend (foaf): Personen
und Beziehungen
 Dublin Core (dc): Metadaten wie Titel,
Ersteller, Datum und Thema

 Programmontologie der BBC
 Schema.org Web-Seiten-Markup
von Google, Bing und Yahoo!
 Facebook Graph API


Abgleich von Vokabularen
 Integration von Vokabularen
 Ähnlich zum Problem der Identität
 Beispiel: foaf:name vs. vcard:family-name

 Nicht trivial, selbst für ähnliche Vokabulare
 Domänenontologien können sehr groß sein
 Methoden zum Abgleich von Vokabularen und
Re-Engineering


London
foaf:based_near
„lebt hier“

Matt Briggs

„dieselbe
owl:sameAs
Person“ Big Lynx
Firma

DBpedia Matt Briggs

Matts private
Webseite

3. Dereferenzierung von URIs
 Nachschlagen von URIs mittels HTTP GET
 Anwendbar für Dokumente und digitale Inhalte
 Nachschlagen von Dingen der realen Welt ?

people/matt-briggs

 Verschiedene URIs für Dinge und Beschreibung

Variante 1: 303 See Other
Linked HTTP GET (Accept: appl./rdf+xml) Big
Data http://biglynx.co.uk/people/matt-briggs Lynx
Client Server
303 See Other
http://biglynx.co.uk/people/matt-briggs.rdf

HTTP GET
http://biglynx.co.uk/people/matt-briggs.rdf

200 OK
(Dokument in RDF)

- Höhere Netzwerklatenz
+ Geeignet für große Datensätze, z. B. DBpedia

Variante 2: Hash URIs
 URI enthält einen mit # getrennten Teil, z. B.
http://biglynx.co.uk/vocab/sme#Team

 Abschneiden des #<…>-Fragmentes
 Verbleibende URI dereferenzieren
 Beschreibung mehrerer Ressourcen, u. A. Team

- Höhere Datenübertragung
+ Geeignet zum Empfang ganzer Vokabulare

London
foaf:based_near

Matt Briggs

owl:sameAs
Big Lynx
Firma

DBpedia Matt Briggs

Matts private Beschreibung
Webseite von Matt?

4. Beschreibung von URIs
 Dereferenzierung einer Ressource
 Liefert eine Beschreibung in RDF zurück

 Was ist eine sinnvolle Beschreibung?


Beispiel: Beschreibung von Matt
foaf:Person …
… dp:Birmingham
rdf:type …
foaf:based_near
biglynx:matt-briggs ex:loc
_:point
foaf:knows
wgs84:
wgs84: long
biglynx:dave-smith
lat
“-0.118”
foaf:based_near
“51.509”
dp:London

… …

Concise Bounded Description
 Gegeben ein RDF-Graph G = (V, P, E) mit
 V = R B L endliche Knotenmenge aus
∩ ∩
Ressourcen R, Blank-Nodes B und Literale L
 P endliche Menge an Prädikaten
∩
 E R B x P x V Menge typisierter Kanten
 Startknoten n R

 Blank-Node: eindeutige Ressource, ohne URI
 Literal: XSD-typisiertes Objekt (z. B. string, int)

Concise Bounded Description
 Einfache Concise Bounded Description (CBD)
∞ ∩
SimpleCBD(n) = I j mit
j=0

I 0 = { (s, p, o) | (s, p, o) E s=n}
I j+1 = { (o, p‘, o‘) E| (s, p, o) Ij : o B
∩j
(o, p‘, o‘) Ik}
k=0

 Weitere CBDs berücksichtigen bspw. noch
RDF-Reifikation, Symmetrie und RDF-Label

Beispiel: Beschreibung von Matt
foaf:Person …
… dp:Birmingham
rdf:type …
foaf:based_near
biglynx:matt-briggs ex:loc
_:point
foaf:knows
wgs84:
wgs84: long
biglynx:dave-smith
lat
“-0.118”
foaf:based_near
“51.509”
dp:London

… …

Datensätze beschreiben mit voiD
 Profile der Mitarbeiter sind gebündelt zu einem
großen Datensatz
<http://biglynx.co.uk/datasets/people>
rdf:type void:Dataset;
dc:hasPart
<http://biglynx.co.uk/people/dave-smith.rdf>;
dc:isPartOf
<http://biglynx.co.uk/datasets/all>.
…

 voiD hat keine explizite Schemainformation

Schemaextraktion
 Finde Quellen mit bestimmten Datentypen
 Erkenne die Verknüpfung von Datenquellen

 Präzise Indexstrukturen benötigt
 Beispielsweise für RDF-Typen, Typ-Cluster und
prädikatsbasierte Äquivalenzklassen

 Ermöglicht verteilte Anfragen
auf der Linked-Data-Wolke

Übersicht
 Motivation
 Prinzipien
1. Identifikation
2. Verknüpfung
3. Dereferenzierung
4. Beschreibung
 Muster

Muster in vernetzten Daten
 Generische Lösung für ein wiederkehrendes
Modellierungsproblem
 Klare Kommunikation durch festgelegte Begriffe

 (Oft) eher Best Practices als Muster

[Dodds und Davis, 2011]


Muster: Topic Autodiscovery
 Problem
 Web-Seiten handeln oft von einem
bestimmten Thema

 Lösung
 Einbetten eines <link>-Elements
<link rel="primarytopic"
href="http://dbpedia.org/resource/London"/>


Muster: Reified Statement
 Problem
 Modellierung von „Aussagen über Aussagen“
 Triple annotieren mit Autor, Datum der
Erstellung usw.

 Lösung
 Beschreibung von Graphänderungen mit
herkömmlicher RDF-Reifikation


Beispiel: Reified Statement
rdf:Statement

rdf:type
dc:created
_:ex1 "2011-10-28"

rdf:subject rdf:object

rdf:predicate
ex:/book/1 biglynx:
matt-briggs
foaf:maker


Muster: Qualified Relation
 Relation mit zwei gleichberechtigen Ressourcen
 Spezieller Fall des Musters N-ary Relation
 Beispiel
_:mattMaryMarriage rdf:type ex:Marriage;
ex:partner biglynx:matt-briggs;
ex:partner ex:mary;
ex:date "2010-08-06"^^xsd:date .

 Warum nicht als Reified Statement?

Zusammenfassung
 Veröffentlichung und Verknüpfung von Daten
 Einheitliches Datenmodell RDF
 Beschreiben und Auffinden von Daten
 Web-Standards wie URI und HTTP

 Herausforderungen
 Identität und Verknüpfung von Ressourcen
 Abgleich von Vokabularen
 Extrahieren von Schemata
 Intuitiv benutzbare Anwendungen

Literatur

http://linkeddatabook.com/ http://patterns.dataincubator.org/

Weitere Literatur
 T. Berners-Lee: Linked Data, June, 2009.
URL: http://www.w3.org/DesignIssues/LinkedData.html
 T. Berners-Lee: Cool URIs don't change, 1998.
URL: http://www.w3.org/Provider/Style/URI
 M. Janik, A. Scherp, and S. Staab. The Semantic Web: Collective
Intelligence on the Web. In: Informatik Spektrum, Springer, 2011.
 F. Manola, E. Miller, B. McBride (eds.): RDF Primer, 2004. URL:
http://www.w3.org/TR/2004/REC-rdf-primer-20040210/#reification
 L. Sauermann, R. Cyganiak, D. Ayers, M. Völkel: Cool URIs for the
Semantic Web, 2008. URL: http://www.w3.org/TR/cooluris/
 P. Stickler: CBD - Concise Bounded Description, 2005.
URL: http://www.w3.org/Submission/CBD/
 Talis Systems Ltd.: Bounded Descriptions In RDF, 2011. URL:
http://docs.api.talis.com/getting-started/bounded-descriptions-in-rdf
 J. Volz, C. Bizer, M. Gaedke, G. Kobilarov: Discovering and
Maintaining Links on the Web of Data. ISWC, Westfields, USA, 2009.

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