Jena

1. Die „Semantic Web
Recommendations“ und das Jena
Framework
ein Vortrag von Julian Maicher
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn

2. Gliederung
 Das World Wide Web: Eine Bestandsaufnahme
 Das Semantic Web: Eine Vision
 Die „Semantic Web Recommendations“
 Das Jena Framework
 Praxiserfahrungen mit dem Jena Framework
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 07/03/10 3

3. Das Word Wide Web: Eine
Bestandsaufnahme
 WWW: Das „Netz der Dokumente“
 Besteht aus unzähligen vernetzten Dokumenten
 Dokumente beinhalten Informationen
 Basiert auf (X)HTML und CSS
 Präsentation der Informationen für den Menschen
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Beschränkte Semantik
 Suche im WWW
 Stichwort- oder Patternsuche
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 07/03/10 4

4. Das Semantic Web: Eine Vision
 Eine Vision von Tim Berners-Lee
 „Erfinder“ des WWW
 Vorstand und Gründer des World Wide Web Consortium
 Ziel: Das „Netz der Daten“
 Daten auf Basis ihrer Bedeutung miteinander in Verbindung
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
bringen
 Daten für den Computer verständlich aufbereiten
 Hilfe bei der Umsetzung durch Empfehlungen des W3C
 Semantic Web Recommendations
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 4

5. Begrifflichkeiten
 Ontologien
 Beschreibung von Objekte und ihren Beziehungen innerhalb
eines Universums
 Definieren Vokabular und Regeln
 Beispiele: Friend-Of-A-Friend, The Gene Ontology
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Inferencing
 Neues Wissen aus bestehenden Daten herleiten
 Reasoner führen Inferencing auf Daten durch
 Beispiel: Anna ist die Frau von Paul => Paul ist der Mann
von Anna
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 5

6. Semantic Web
Recommendations [1]
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 6

7. Semantic Web
Recommendations [1]
 Unified Resource Identifier
 Zeichenketten zur Identifizierung von
Internetresourcen (Dokumente,
Personen, ...)
 Internationalisierung durch IRI
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 6

8. Semantic Web
Recommendations [1]
 Unified Resource Identifier
 Zeichenketten zur Identifizierung von
Internetresourcen (Dokumente,
Personen, ...)
 Internationalisierung durch IRI
 Beispiel: http://../John_Doe
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 6

9. Semantic Web
Recommendations [1]
 Unified Resource Identifier
 Zeichenketten zur Identifizierung von
Internetresourcen (Dokumente,
Personen, ...)
 Internationalisierung durch IRI
 Resource Description Framework
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 RDF basiert auf XML
 Standard für Datenaustausch
im Internet
 Benutzt URIs um Resourcen
und Beziehungen zu benennen
 Definiert Triple: <Subjekt> <Prädikat> <Objekt>
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 6

10. Semantic Web
Recommendations [1]
 Unified Resource Identifier
 Zeichenketten zur Identifizierung von
Internetresourcen (Dokumente,
Personen, ...)
 Internationalisierung durch IRI
 Resource Description Framework
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 RDF basiert auf XML
 Standard für Datenaustausch
im Internet
 Benutzt URIs um Resourcen
und Beziehungen zu benennen
 Definiert Triple: <Subjekt> <Prädikat> <Objekt>
 Beispiel: <http://../John_Doe> <family_name> < “Doe“>
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 6

11. Semantic Web
Recommendations [1]
 Unified Resource Identifier
 Zeichenketten zur Identifizierung von
Internetresourcen (Dokumente,
Personen, ...)
 Internationalisierung durch IRI
 Resource Description Framework
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 RDF basiert auf XML
 Standard für Datenaustausch
im Internet http://../John_Doe
 Benutzt URIs um Resourcen family_name
und Beziehungen zu benennen Doe
 Definiert Triple: <Subjekt> <Prädikat> <Objekt>
 Beispiel: <http://../John_Doe> <family_name> < “Doe“>
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 6

12. Semantic Web
Recommendations [2]
 RDF Schema
 Semantische Erweiterung von RDF
 Vokabular zur hierarchischen
Beschreibung von Klassen und
Eigenschaften
 Beschreibung von einfachen
Ontologien
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 7

13. Semantic Web
Recommendations [2]
 RDF Schema
 Semantische Erweiterung von RDF
 Vokabular zur hierarchischen
Beschreibung von Klassen und
Eigenschaften
 Beschreibung von einfachen
Ontologien
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Beispiel:
Human
Man Woman
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 7

14. Semantic Web
Recommendations [2]
 RDF Schema
 Semantische Erweiterung von RDF
 Vokabular zur hierarchischen
Beschreibung von Klassen und
Eigenschaften
 Beschreibung von einfachen
Ontologien
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Beispiel:
Human
Man Woman
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 7

15. Semantic Web
Recommendations [3]
 Web Ontology Language
 Mehr Vokabular, mehr Semantik
 Unter anderem:
• Beziehungen zwischen Klassen
(z.B. disjunkt, invers)
• Kardinalitäten (z.B. maximal eins)
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
• Eigenschaften von Beziehungen
(z.B. Reflexiv, Transitiv)
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 8

16. Semantic Web
Recommendations [3]
 Web Ontology Language
 Mehr Vokabular, mehr Semantik
 Unter anderem:
• Beziehungen zwischen Klassen
(z.B. disjunkt, invers)
• Kardinalitäten (z.B. maximal eins)
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
• Eigenschaften von Beziehungen
(z.B. Reflexiv, Transitiv)
 Beispiel: Eine Frau hat maximal einen Ehemann.
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 8

17. Semantic Web
Recommendations [3]
 Web Ontology Language
 Mehr Vokabular, mehr Semantik
 Unter anderem:
• Beziehungen zwischen Klassen
(z.B. disjunkt, invers)
• Kardinalitäten (z.B. maximal eins)
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
• Eigenschaften von Beziehungen
(z.B. Reflexiv, Transitiv)
 Beispiel: Eine Frau hat maximal einen Ehemann.
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 8

18. Semantic Web
Recommendations [4]
 SPARQL Protocol and RDF Query
Language
 Graph-basierte Anfragesprache für
RDF
 Nachfolger mehrerer Anfragesprachen
(RDF Query Language, RDQL)
 Nutzt Triple Syntax für Anfragen
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
(„basic graph pattern“)
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 9

19. Semantic Web
Recommendations [4]
 SPARQL Protocol and RDF Query
Language
 Graph-basierte Anfragesprache für
RDF
 Nachfolger mehrerer Anfragesprachen
(RDF Query Language, RDQL)
 Nutzt Triple Syntax für Anfragen
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
(„basic graph pattern“)
 Beispiel: Gib Familiennamen und Telefonnummern
aller Freunde von John Doe aus.
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 9

20. Semantic Web
Recommendations [4]
 SPARQL Protocol and RDF Query
Language
 Graph-basierte Anfragesprache für
RDF
 Nachfolger mehrerer Anfragesprachen
(RDF Query Language, RDQL)
 Nutzt Triple Syntax für Anfragen
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
(„basic graph pattern“)
 Beispiel: Gib Familiennamen und Telefonnummern
aller Freunde von John Doe aus.
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 9

21. Semantic Web
Recommendations [5]
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 10

22. Semantic Web
Recommendations [5]
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 10

23. Semantic Web
Recommendations [5]
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 10

24. Zwischenbilanz
 Das World Wide Web: Eine Bestandsaufnahme
 Das Semantic Web: Eine Vision
 Die „Semantic Web Recommendations“
 Das Jena Framework
 Praxiserfahrungen mit dem Jena Framework
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 11

25. Das Jena Framework
 Eine Java-Implementierung der „Semantic Web
Recommendations“
 Framework zur Entwicklung von „Semantic Web“
Applikationen
 Führendes „Semantic Web“-Toolkit für Java-Entwickler
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Implementiert Unterstützung für
 RDF
 RDFS
 OWL
 SPARQL Query Language
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 12

26. Grafische Übersicht
Query
ARQ
Ontology API & Inferencing
Reasoner
Input/Output
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
RDF/XML
RDF API
subject predicate
n-triples
object
N3
Materialized Graphs Virtual Graphs
SQL
in-memory inferencing
database
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 13

27. Datenhaltung
 In-memory: Datenhaltung im Speicher
 Keine persistenten Daten
 Persistente Datenhaltung
 TDB
• pure Java engine
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
• unterstützt keine Transaktionen
• manuelles Setzen von read und write locks
 SDB
• basiert auf konventionellen SQL Datenbanken
• Vorteil: vorhanden Tools für Load Balancing, Sicherheit,
Clustering, Backups etc. können verwendet werden
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 14

28. RDF API [1]
 Implementierung der abstrakten Syntax von RDF
RDF Spezifikation Repräsentation in Jena
RDF Graph Model
Resource Resource
Eigenschaft Property
Triple Statement
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Grundlegende Funktionalität zur Navigation im RDF Graph
z.B. model.listStatements(S, P, O)
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 15

29. RDF API [2]
 Beispiel:
http://../John_Doe
family_name
Doe
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 16

30. RDF API [2]
 Beispiel:
http://../John_Doe
family_name
Doe
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 16

31. Input/Output
 Im- und Export Funktionalität für RDF-Graphen
 Export über Writer
 RDF/XML
• „Dumb“ Writer (default)
• „PrettyWriter“ (RDF/XML-ABBREV Syntax)
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Writer für N-TRIPLE und Notation 3 (N3)
 Import über Reader
 RDF/XML
• RDFReader & Another RDF Parser (ARP)
 Reader für N-TRIPLE und N3
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 17

32. Ontology API & Inferencing [1]
 Ontology API
 OntModel repräsentiert Ontologie
 Ontologien können gelesen werden
• ontModel.read(URI)
 Unterstützt nicht bei der Erstellung von Ontologien
• dafür z.B. Protege (http://protege.stanford.edu)
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Inferencing
 InfModel repräsentiert Graph mit inferiertem Wissen
 Reasoner (OWL Reasoner, RDFS Reasoner, ..)
• Arbeitet auf RDF Graph mit Regeln einer bestimmten Ontologie
• Erzeugt InfModel durch inferieren von neuem Wissen
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 18

33. Ontology API & Inferencing [2]
 Beispiel:
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 19

34. Query
 ARQ
 Jena Implementierung der SPARQL Query Language
 Wichtige Klassen
• Query und QueryFactory
• QueryExecution und QueryExecutionFactory
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 20

35. Query
 ARQ
 Jena Implementierung der SPARQL Query Language
 Wichtige Klassen
• Query und QueryFactory
• QueryExecution und QueryExecutionFactory
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Beispiel: Gib Familiennamen und Telefonnummern
aller Freunde von John Doe aus.
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 20

36. Query
 ARQ
 Jena Implementierung der SPARQL Query Language
 Wichtige Klassen
• Query und QueryFactory
• QueryExecution und QueryExecutionFactory
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Beispiel: Gib Familiennamen und Telefonnummern
aller Freunde von John Doe aus.
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 20

37. Praxiserfahrungen
 Einsatz in der knowAAN Projektgruppe an der Universität
Paderborn (http://ddi.uni-paderborn.de/lehre/sommersemester-2010/pg-knowaan.html)
 TDB schneller als SDB
 Aber: Erhebliche Performanceprobleme bei großen
Datenmengen
• Inferencing bei > 200.000 Ressourcen und > 3 Millionen Tripel
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 21

38. Zusammenfassung
 Die „Semantic Web Recommendations“
 Theoretische Spezifikation
 Ansatz zur Standardisierung des „Semantic
Web“
 Viele „Active Groups“
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
 Das Jena Framework
 Implementierung der „Semantic Web
Recommendations“
 Führendes „Semantic Web“-Toolkit für Java
Entwickler
 Guter Ansatz, aber: Probleme mit großen
Datenmengen
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 22

39. Danke für Ihre Aufmerksamkeit
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 23

40. Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Fragen
??
?
© Fachgebiet Softwaretechnik, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn
Die „Semantic Web Recommendations“ und das Jena Framework - Julian Maicher 23