WO2002093476A2 - Graphischer editor für ontologien einer datenbank - Google Patents

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WO2002093476A2
WO2002093476A2 PCT/EP2002/005347 EP0205347W WO02093476A2 WO 2002093476 A2 WO2002093476 A2 WO 2002093476A2 EP 0205347 W EP0205347 W EP 0205347W WO 02093476 A2 WO02093476 A2 WO 02093476A2
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editor
classes
class
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Jürgen ANGELE
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Ontoprise Gmbh
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/20—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of structured data, e.g. relational data
    • G06F16/28—Databases characterised by their database models, e.g. relational or object models
    • G06F16/289—Object oriented databases
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S707/00—Data processing: database and file management or data structures
    • Y10S707/953—Organization of data
    • Y10S707/954—Relational
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10S707/00—Data processing: database and file management or data structures
    • Y10S707/99941—Database schema or data structure
    • Y10S707/99944—Object-oriented database structure

Definitions

  • the invention relates to a computer system.
  • Such computer systems can be formed by networked computer units, on which, in particular, database systems are integrated as means for storing data.
  • the computer units can also be connected to the Internet, so that the database systems can be queried via the Internet.
  • database systems In general, such database systems contain large data sets that can be queried using predefined query commands.
  • a particular problem with database systems, in which large amounts of data are stored, is to define suitable query commands in order to arrive at the desired search results.
  • a computer system comprises database systems in which various types of technical, medical and commercial publications are stored.
  • a user of this database system knows the name of an author of a publication. He only knows that this is a technical publication.
  • the only searchable term available to the user is the name of the author of the publication. This name forms the input variable for the search, which is entered into the Computer system is entered. Since no further information is available, the user must look through all the query results relating to the researched name in order to arrive at the author of the desired publication on the basis of any additional information ascertained.
  • Such an additional manual evaluation is extremely cumbersome and also contains considerable sources of error, so that the search result is associated with considerable inaccuracy.
  • the invention is based on the object of designing a computer system of the type mentioned at the outset in such a way that the most comprehensive, simple and flexible access possible to information stored in the computer system is ensured.
  • the computer system according to the invention has means for storing data, means for assigning the data to classes of at least one class structure forming an object model and means for storing rules for linking components of class structures.
  • the computer system according to the invention has an inference unit for generating output variables by evaluating rules and an editor for generating rules and / or class structures and / or components thereof.
  • the basic idea of the invention is therefore that the data stored in the computer system are structured within at least one object model, preferably within several object models.
  • Such ontotogies forming object models represent class structures which have classes structured hierarchically or in acyclic graphs, the classes preferably being assigned several attributes which are within a class. are inherited.
  • information stored in the computer system is not accessed or is not accessed solely by querying data stored there.
  • the computer system according to the invention has a predetermined number of rules which are assigned to at least one inference unit.
  • the rules can be used to link attributes of at least one IGasse structure and / or classes of at least one class structure and, if appropriate, also stored data.
  • the rules represent the logical linking rules that relate the individual aforementioned elements to each other in a predetermined manner. An evaluation is carried out in the inference unit by assigning specific values for the attributes, classes and / or data to these rules, as a result of which certain output variables are generated.
  • the rules and / or class structures can be generated by the user of the computer system using the editor according to the invention.
  • the editor has corresponding programming interfaces or graphic interfaces, by means of which the corresponding components of the rules and / or class structures can be entered.
  • the structures of the rules and the class structures can thus be flexibly specified and changed in a simple manner.
  • graphic interfaces can be provided for generating the rules, by means of which rules can be completely defined.
  • rules can be freely programmed in the editor, i.e. the user specifies the rules completely by entering programming commands.
  • predetermined axioms can be selected in the editor. By selecting an axiom by the user, a rule that is clearly assigned to this axiom, the preferred is saved in the editor. In this way, the user can generate the desired rules in a particularly simple manner.
  • An essential advantage of the computer system according to the invention is that the query and evaluation of information is not restricted to the level of the data stored in the computer system. Rather, the queries are extended to the structural elements of the object models in which the data are structured. With rudimentary and simple inquiries or input values, complex facts and relationships can be extracted from the information stored in the computer system.
  • a simple example of the computer system according to the invention is a computer unit on which a database system is integrated.
  • Query schemes of this type are particularly advantageous because the classes and attributes of class structures can be used to classify data according to certain criteria and properties, which can be easily researched.
  • personnel data can have class structures that are subdivided into different classes according to the hierarchy of employees in a company.
  • a class structure of this type can contain in a first level the class "employees", which branches into subclasses "technical employees” and "commercial employees”. These subclasses can be branched into further subclasses.
  • These classes can be attributes of the gender of the employee or other characteristics be assigned.
  • certain classes and attributes of the employees assigned to these elements can be determined by queries without their concrete data such as name, address and department name being specifically queried within the company Need to become.
  • the query option in the class and / or attribute level above the data level creates a particularly powerful and flexible query system, which considerably extends the search options compared to conventional database systems.
  • relationships between data, attributes and / or classes can be derived by evaluating the rules, which are not stored in this form in the database system.
  • new knowledge can be derived from known, stored variables.
  • Another advantage of the computer system according to the invention is that a user can enter several query terms as input variables in the computer system without having to make a distinction as to whether these query terms are data, classes or attributes to be researched.
  • These query terms are linked as input variables to the inference unit with the rules assigned to the respective query command.
  • the rules are used to assign the query terms to the data, classes and / or attributes of an object model. Subsets of data are obtained as output variables which are in a predetermined relationship to one another in accordance with the formation of the rules. In the simplest case, the query terms are linked to a single output variable.
  • Figure 1 Structure of an embodiment of the computer system according to the invention.
  • FIG. 2 Object models for structuring the data stored on the computer system according to FIG. 1.
  • FIG. 3 Embodiment of a graphic surface of the editor for the computer system according to FIG. 1.
  • FIG. 1 schematically shows the basic structure of a first exemplary embodiment of the computer system 1 according to the invention.
  • the computer system 1 comprises a plurality of computer units 2 which are connected to one another via a network having computer lines 3.
  • One of the computer units 2 forms a central computer on which data is stored.
  • the means for storing the data are formed by a database system 4.
  • an inference unit 5 is provided as the query unit.
  • the computer unit 2 as an output unit, has a terminal 6, via which an editor can be operated.
  • the computer units 2 have suitable input / output units, preferably in the form of terminals 6.
  • the network can be formed by the Internet.
  • the computer units 2 have corresponding internet connections.
  • An object model has a structure of classes, wherein the structure can be designed as a hierarchical structure.
  • classes of a given level are assigned to exactly one class of a higher level, which means that only single inheritance is permitted.
  • the class structure can also be designed as an acyclic graph, in which multiple inheritance is permitted.
  • Figure 2 shows an example of two such hierarchical class structures, each of which forms an object model.
  • the first object model contains a class "publications”, which are assigned as subclass "lectures” and "documents”.
  • the second object model contains a class "people”, which are assigned as subclasses "self-employed” and "employees”.
  • the subclass "employees” are assigned as further subclasses "technical employees” and "commercial employees”.
  • Certain attributes are assigned to each class in a hierarchical class structure.
  • An attribute that is assigned to a class such as the class “persons”, is passed on to the subclasses that are subordinate to this class.
  • Such an attribute can be a name, for example.
  • This attribute is used within the class structure, in the present example the subordinate classes “self-employed” and “employees” as well as the subclasses “commercial employees” and “technical employees” assigned to this class are inherited. In this way, the data in the database system 4 is structured particularly efficiently.
  • rules are assigned to the inference unit for carrying out queries in the database system 4. These rules are stored in the inference unit 5 itself or in a storage unit (not shown) assigned to the inference unit 5.
  • the object models and the language in which the rules are drawn up can have different forms.
  • Object models of the DAML + OIL type and DAM-L as the control language are preferably used.
  • Defined query commands are entered into an input / output unit in order to carry out queries in the database system 4.
  • a sequence of rules is processed in the inference unit 5. Since the rules are a declarative system, the order in which the rules are defined is irrelevant.
  • the rules contain relationships in the form of logical links between classes and / or attributes and / or data of the database system 4.
  • the rules associated with a query command for generating defined output variables are evaluated.
  • the output variables are then expediently output via the input / output unit.
  • subsets of data can be queried in a simple manner in the database system 4 without having to refer to specific data in the query commands.
  • Such a query command can be configured, for example, as follows:
  • the user is shown the names of all technical and commercial employees stored in the database system 4 as the starting variable.
  • relationships between different attributes, classes and / or data can be established with the rules assigned to the individual query commands. Attributes, classes and / or data of different class structures can also be linked to one another using the rules. It is particularly advantageous that the user in a query command only has to enter the terms according to which the search is carried out, preferably in succession in a sequence. The user does not need to make any definitions as to whether these terms are classes, attributes or data. In addition, the user does not have to intervene in the structure of the rules that are associated with a specific query command. The assignment of the terms to the rules and the processing of the rules takes place automatically in the remote unit 5.
  • An example of such a query can be configured as follows. A user wants to know what knowledge a person known to him by the name of Mustermann has.
  • the user enters the two search variables "sample man” and “knowledge” into the input / output unit.
  • Inference unit 5 evaluates rules that are assigned to this query command.
  • a rule can be, for example:
  • This rule links the classes "Person” and "Document” of two different class structures.
  • such links not only query information stored in the database system 4. Rather, such rules are used to establish relationships between elements of the database systems 4 in order to derive new parameters from them if necessary. This means that using the rules from the in the database system
  • the thesis is a document.
  • abstract terms such as classes and / or attributes are linked via rules which, as in the present case, provide new parameters as output variables. These can in turn form abstract quantities that can be researched directly by the user.
  • the assignment of concrete values to the abstract parameters of the set of rules then takes place automatically in the inference unit 5.
  • the computer system 1 requires considerably less previous knowledge and thus less input in comparison to conventional database systems 4 in order to arrive at exact search results.
  • the object models and the rules assigned to the inference unit 5 can be at least partially specified via the editor, the editor being operable by a user via the terminal 6 assigned to the central computer.
  • the editor has programming interfaces and / or graphic interfaces, via which rules and / or class structures can be generated component by component or completely by the user.
  • the structure of a class structure can be generated graphically, for example.
  • the class structure is then created using graphic elements.
  • An example of such a graphical representation of class structures is shown in FIG. 2.
  • the class structure can be implemented by programming the corresponding components.
  • a table structure corresponding to the class structures according to FIG. 2 is listed in the table below.
  • the main directory corresponding to the "People" class is subdivided into "Self-employed” and "Employees” subdirectories.
  • the "Employees" directory is shown in Table 1 assigned two corresponding subdirectories. Attributes can then be assigned to the classes of a class structure generated in this way.
  • the programming interface is designed in such a way that when a class in a class structure is clicked, a window opens in which the individual attributes are entered as variables. If, for example, the user clicks on the "Person" class by clicking on the corresponding directory, attributes such as first names, surnames, birthdays and the like can be entered in the corresponding window. In addition, predetermined value ranges are assigned to the individual attributes.
  • the user can also use the editor to generate rules which are evaluated in order to generate the output variables in the inference unit 5.
  • a first way of generating the rules is for the user to freely program the rules, the rules being written in the programming language DAML-L. For this it is necessary that the user knows the programming language.
  • a simpler way of generating rules is that a predefined number of axioms is defined in the editor, which are displayed to the user in a window of the programming interface of the editor. A defined rule type is assigned to each of these axioms. The user selects a specific axiom by clicking on it in the programming interface, which generates a rule of the corresponding rule type.
  • the axioms are preferably formed from defined mathematical terms.
  • axioms are binary relationships such as symmetrical, antisymmetric, asymmetrical, inverse, reflexive, irreflexive or transitive relationships. Furthermore, axioms can express the disjointness of classes.
  • FIG. 3 shows a state of the graphic user interface in which three different windows are open, each window containing a specific class.
  • Two of the windows are identical and refer to the "Person” class.
  • a third window relates to the "Document” class.
  • the classes are part of the class structures shown in FIG. 2.
  • the class “person” is assigned attributes such as name, email address, telephone number and address as attributes. Furthermore, the class “person” as attribute is the relationship “has an idea of” or is equivalent to “has knowledge of "assigned.
  • the "Document” class is assigned attributes of documents, namely the title and the subject of a document. The following relationships are also assigned to the "Document” class:
  • FIG. 3 For the graphic generation of a rule, as shown in FIG. 3, several components of the classes shown in FIG. 3 are connected to one another by lines.
  • the relationship “is author of” in the “person” class is connected to the “document” class via a first line.
  • the “about subject” attribute of the “document” class with the “has” attribute is connected via a second line Clue of "the class" person "connected.
  • the graphic elements for generating the rule are designed such that circular surfaces are provided at the end points of the first line and at an end point of the second line. These circular areas point to attributes, classes or relationships that define the conditions of a rule. There is an arrow at the second end point of the second line. The attribute "has a clue about" the class "person”, to which the arrow points, forms the conclusion of the rule.
  • the following rule is thus generated by specifying the two graphic elements according to FIG. 3, namely two lines delimited by circular areas or an arrow.
  • the editor is used to check whether the components of class structures and / or rules entered by the user are correct. In particular, a consistency and completeness check is carried out. In the event of incorrect user input, an error message is advantageously generated in the editor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rechnersystem (1) mit Mitteln zur Speicherung von Daten, mit Mitteln zur Zuordnung der Daten zu Klassen wenigstens einer ein Objektmodell bildenden Klassenstruktur, mit Mitteln zur Speicherung von Regeln zur Verknüpfung von Komponenten von Klassenstrukturen, mit einer Inferenzeinheit (5) zur Generierung von Ausgangsgrössen durch Auswertung von Regeln und mit einem Editor zur Generierung von Regeln und/oder Klassenstrukturen und/oder von Komponenten hiervon.

Description

Rechnersystem
Die Erfindung betrifft ein Rechnersystem.
Derartige Rechnersysteme können von vernetzten Rechnereinheiten gebildet sein, auf welchen als Mittel zur Speicherung von Daten insbesondere Datenbanksysteme integriert sind. Insbesondere können die Rechnereinheiten auch an das Internet angeschlossen sein, so dass die Datenbanksysteme über das Internet abfragbar sind.
Generell enthalten derartige Datenbanksysteme große Datensätze, die mit vorgegebenen Abfragebefehlen abfragbar sind. Ein wesentliches Problem besteht insbesondere bei Datenbanksystemen, in welchen große Datenmengen gespei- chert sind, darin, geeignete Abfragebefehle zu definieren, um so zu den gewünschten Rechercheergebnisse zu gelangen.
Besonders schwierig gestalten sich derartige Recherchen dann, wenn zu allgemeinen Themenstellungen Daten benötigt werden, jedoch über diese Themenstellungen nur wenige recherchierbare Daten bekannt sind.
Ein Beispiel hierfür kann folgende Aufgabenstellung sein. Ein Rechnersystem umfasst Datenbanksysteme, in welchem technische, medizinische und kaufmännische Neröffentlichungen unterschiedlicher Art abgespeichert sind. Ein Benutzer dieses Datenbanksystems kennt den Namen eines Autors einer Veröffentlichung. Dabei weiß er nur, dass es sich hierbei um eine technische Veröf- fentlichung handelt. Der einzige recherchierbare Begriff, der dem Benutzer zur Verfügung steht, ist der Name des Autors der Veröffentlichung. Dieser Name bildet die Eingangsgröße für die Recherche, die über eine Abfrageeinheit in das Rechnersystem eingegeben wird. Da weitere Informationen nicht vorliegen, muss der Benutzer sämtliche Abfrageergebnisse zu dem recherchierten Namen durchsehen, um dort anhand gegebenenfalls vorliegenden zusätzlich ermittelten Informationen zu dem Autor der gewünschten Veröffentlichung zu gelangen. Eine derartige zusätzliche manuelle Auswertung ist äußert umständlich und beinhaltet zudem erhebliche Fehlerquellen, so dass das Recherchenergebnis mit einer erheblichen Ungenauigkeit behaftet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Rechnersystem der eingangs genannten Art so auszubilden, dass ein möglichst umfassender, einfacher und flexibler Zugriff auf Informationen, die im Rechnersystem gespeichert sind, gewährleistet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Das erfindungsgemäße Rechnersystem weist Mittel zur Speicherung von Daten, Mittel zur Zuordnung der Daten zu Klassen wenigstens einer ein Objektmodell bildenden Klassenstruktur und Mittel zur Speicherung von Regeln zur Verknüpfung von Komponenten von Klassenstrukturen auf. Ebenso weist das erfindungsgemäße Rechnersystem eine Inferenzeinheit zur Generierung von Ausgangsgrößen durch Auswertung von Regeln und einen Editor zur Generierung von Regeln und/oder Klassenstrukturen und/oder von Komponenten hiervon auf.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, dass die im Rechnersystem abgespeicherten Daten innerhalb wenigstens eines Objektmodells, vor- zugsweise innerhalb mehrerer Objektmodelle, strukturiert sind. Derartige Ontotogien bildende Objektmodelle stellen Klassenstrukturen dar, die hierarchisch oder in azyklischen Graphen strukturierte Klassen aufweisen, wobei den Klassen vorzugsweise mehrere Attribute zugeordnet sind, die innerhalb einer Klas- senstruktur weitervererbt sind. Erfindungsgemäß erfolgt der Zugriff auf im Rechnersystem abgespeicherte Informationen nicht oder nicht allein durch Abfrage von dort abgespeicherten Daten.
Anstelle dessen weist das erfindungsgemäße Rechnersystem eine vorgegebene Anzahl von Regeln auf, die wenigstens einer Inferenzeinheit zugeordnet sind.
Mittels der Regeln können Attribute wenigstens einer IGassenstruktur und/oder Klassen wenigstens einer Klassenstruktur sowie gegebenenfalls auch abgespeicherte Daten miteinander verknüpft werden. Dabei stellen die Regeln die logischen Verknüpfungsvorschriften dar, die die einzelnen vorgenannten Elemente in vorgegebener Weise miteinander in Beziehung setzen. In der Inferenzeinheit wird eine Auswertung vorgenommen, in dem diesen Regeln konkrete Werte für die Attribute, Klassen und/oder Daten zugeordnet werden, wodurch bestimmte Ausgangsgrößen generiert werden.
Mittels des erfϊndungsgemäßen Editors können vom Anwender des Rechner- Systems die Regeln und/oder Klassenstrukturen selbst generiert werden. Hierzu weist der Editor entsprechende Programmieroberflächen oder Graphik- Oberflächen auf, mittels derer die Eingabe der entsprechenden Komponenten der Regeln und/oder Klassenstrukturen erfolgen kann. Mittels des Editors sind somit die Strukturen der Regeln sowie die Klassenstrukturen auf einfache Wei- se flexibel vorgebbar und veränderbar.
Insbesondere können zur Generierung der Regeln Graphik-Oberflächen vorgesehen sein, mittels derer Regeln vollständig definiert werden können. Alternativ können Regeln im Editor frei programmiert werden, das heißt der Anwender gibt die Regeln durch Eingabe von Programmierbefehlen vollständig vor. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind im Editor vorgegebene Axiome auswählbar. Durch Auswahl eines Axioms durch den Anwender wird eine diesem Axiom eindeutig zugeordnete Regel, die Vorzugs- weise im Editor abgespeichert ist, aktiviert. Auf diese Weise kann der Anwender in besonders einfacher Weise die gewünschten Regeln generieren.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Rechnersystems besteht darin, dass die Abfrage und Auswertung von Informationen nicht auf die Ebene der in dem Rechnersystem abgespeicherten Daten beschränkt ist. Vielmehr sind die Abfragen auf die Strukturelemente der Objektmodelle, in welchen die Daten strukturiert sind, erweitert. Damit können bereits mit rudimentären und einfachen Anfragen beziehungsweise Eingabewerte auch komplexe Sachverhalte und Zusammenhänge aus den im Rechnersystem abgespeicherten Informatio- nen extrahiert werden.
Ein einfaches Beispiel für das erfindungsgemäße Rechnersystem ist eine Rechnereinheit, auf welchem ein Datenbanksystem integriert ist. Durch Abfragen bestimmter Klassen oder Attribute werden als Ausgangsgrößen Untermengen von Daten erhalten, ohne dass die Daten selbst unmittelbar abgefragt werden müssen. Derartige Abfrageschemas sind besonders deshalb vorteilhaft, da mit den Klassen und Attributen von Klassenstrukturen Klassifikationen von Daten nach bestimmten Kriterien und Eigenschaften vorgenommen werden können, die auf einfache Weise recherchiert werden können. Beispielsweise können Personaldaten Klassenstrukturen aufweisen, die in verschiedene Klassen ent- sprechend der Hierarchie von Mitarbeitern in einer Firma untergliedert sind. Eine derartige Klassenstruktur kann in einer ersten Ebene die Klasse „Angestellte" enthalten, die in Unterklassen „technische Angestellte" und „kaufmännische Angestellte" verzweigt. Diese Unterklassen können in weitere Unterklassen verzweigt sein. Diesen Klassen können als Attribute das Geschlecht des Mitarbeiters oder andere Eigenschaften zugeordnet sein.
Mit dem erfindungsgemäßen Rechnersystem können durch Abfragen bestimmte Klassen und Attribute die diesen Elementen zugeordneten Mitarbeitern ermittelt werden, ohne dass deren konkrete Daten wie zum Beispiel Name, Adresse und Abteilungsbezeichnung innerhalb der Firma konkret abgefragt werden müssen. Durch die Abfragemöglichkeit in der oberhalb der Datenebene liegenden Klassen- und/oder Attributebene entsteht ein besonders mächtiges und flexibles Abfragesystem, welches die Recherchemöglichkeiten im Vergleich zu herkömmlichen Datenbanksystemen beträchtlich erweitert.
Weiterhin können durch Auswertung der Regeln Beziehungen zwischen Daten, Attributen und/oder Klassen abgeleitet werden, die in dieser Form nicht im Datenbanksystem abgespeichert sind. Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Rechnersystem aus bekannten, abgespeicherten Größen neues Wissen abgeleitet werden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Rechnersystems besteht darin, dass ein Benutzer mehrere Abfragebegriffe als Eingangsgrößen in das Rechnersystem eingeben kann, ohne selbst eine Unterscheidung treffen zu müssen, ob es sich bei diesen Abfragebegriffen um zu recherchierende Daten, Klassen oder Attribute handelt. Diese Abfragebegriffe werden als Eingangsgrößen in die Inferenzeinheit mit den dem jeweiligen Abfragebefehl zugeordneten Regeln verknüpft. Anhand der Regeln erfolgt die Zuordnung der Abfragebegriffe zu den Daten, Klassen und/oder Attributen eines Objektmodells. Als Ausgangsgrößen werden Untermengen von Daten erhalten, die entsprechend der Ausbildung der Regeln in einem vorgegebenen Verhältnis zueinander stehen. Im ein- fachsten Fall erfolgt eine Verknüpfung der Abfragebegriffe zu einer einzelnen Ausgangsgröße.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rech- nersystems.
Figur 2: Objektmodelle zur Strukturierung der auf dem Rechnersystem gemäß Figur 1 gespeicherten Daten. Figur 3: Ausführungsbeispiel einer Graphik-Oberfläche des Editors für das Rechnersystem gemäß Figur 1.
Figur 1 zeigt schematisch den prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausfuhrungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rechnersystems 1.
Das Rechnersystem 1 umfasst mehrere Rechnereinheiten 2, welche über ein Rechnerleitungen 3 aufweisendes Netzwerk miteinander verbunden sind. Eine der Rechnereinheiten 2 bildet einen Zentralrechner, auf welchem Daten abgespeichert sind. Die Mittel zur Speicherung der Daten sind von einem Datenbanksystem 4 gebildet. Zur Durchführung und Auswertung von Abfragen in dem Datenbanksystem 4 ist als Abfrageeinheit eine Inferenzeinheit 5 vorgesehen. Zudem weist die Rechnereinheit 2 als En Ausgabeeinheit ein Terminal 6 auf, über welches ein Editor bedienbar ist.
Mehrere Benutzer können über weitere an das Netzwerk angeschlossene Rechnereinheiten 2, wie zum Beispiel Personalcomputer, Zugang zum Datenbank- System 4 erhalten. Hierzu weisen die Rechnereinheiten 2 geeignete Ein- /Ausgabeeinheiten, vorzugsweise in Form von Terminals 6 auf.
Insbesondere kann das Netzwerk vom Internet gebildet sein. In diesem Fall weisen die Rechnereinheiten 2 entsprechende Internetanschlüsse auf.
Zur Strukturierung der im Datenbanksystem 4 abgespeicherten Daten werden Objektmodelle, sogenannte Ontologien, eingesetzt. Ein Objektmodell weist eine Struktur von Klassen auf, wobei die Struktur als hierarchische Struktur ausgebildet sein kann. Bei hierarchischen Strukturen sind Klassen einer vorgegebenen Ebene jeweils genau einer Klasse einer darüber liegenden Ebene zugeordnet, das heißt es sind nur Einfachvererbungen zugelassen. Allgemein kann die Klassenstruktur auch als azyklischer Graph ausgebildet sein, bei welchem Mehrfachvererbungen zugelassen sind. Figur 2 zeigt beispielhaft zwei derartige, hierarchische Klassenstrukturen, die jeweils ein Objektmodell bilden. Das erste Objektmodell enthält eine Klasse „Veröffentlichungen", welcher als Unterklasse „Vorträge" und „Dokumente" zugeordnet sind. Das zweite Objektmodell enthält eine Klasse „Personen", welcher als Unterklassen „Selbständige" und „Angestellte" zugeordnet sind. Der Unterklasse „Angestellte" sind als weitere Unterklassen „technische Angestellte" und „kaufmännische Angestellte" zugeordnet.
Den Klassen jeweils einer hierarchischen Klassenstruktur sind bestimmte Attribute zugeordnet. Dabei wird ein Attribut, welches einer Klasse wie zum Bei- spiel der Klasse „Personen" zugeordnet ist, an die dieser Klasse untergeordneten Unterklassen weiter vererbt. Ein derartiges Attribut kann beispielsweise ein Name sein. Diese Attribut wird innerhalb der Klassenstruktur, im vorliegenden Beispiel an die untergeordneten Klassen „Selbständige" und Angestellte" sowie auch die dieser Klasse zugeordneten Unterklassen „kaufmännische Angestell- te" und „technische Angestellte" vererbt. Auf diese Weise entsteht eine besonders effiziente Slrukturierung der Daten in dem Datenbanksystem 4.
Zur Durchführung von Abfragen in dem Datenbanksystem 4 sind der Inferenzeinheit 5 Regeln zugeordnet. Diese Regeln sind in der Inferenzeinheit 5 selbst oder in einer nicht dargestellten, der Inferenzeinheit 5 zugeordneten Spei- chereinheit abgespeichert.
Die Objektmodelle sowie die Sprache, in der die Regeln abgefasst sind, können unterschiedliche Ausprägungen aufweisen. Vorzugsweise werden Objektmodelle des Typs DAML+OIL und als Regelsprache DAM-L verwendet.
Zur Durclrführung von Abfragen in dem Datenbanksystem 4 werden in eine Ein-/ Ausgabeeinheit definierte Abfragebefehle eingegeben. Je nach Ausbildung des Abfragebefehls wird in der Inferenzeinheit 5 eine Folge von Regeln abgearbeitet. Da es sich bei den Regeln um ein deklaratives System handelt, spielt die Reihenfolge der Definition der Regeln hierbei keine Rolle. Die Regeln beinhalten Beziehungen in Form von logischen Verknüpfungen zwischen Klassen und/oder Attributen und/oder Daten des Datenbanksystems 4. In der Inferenzeinheit 5 werden die einem Abfragebefehl zugeordneten Regeln zur Generierung definierter Ausgangsgrößen ausgewertet. Zweckmäßi- gerweise werden die Ausgangsgrößen dann über die Ein-/Ausgabeeinheit ausgegeben.
Durch die Verknüpfung von Attributen und Klassen über eine vorgegebene Anzahl von Regeln können auf einfache Weise Untermengen von Daten im Datenbanksystem 4 abgefragt werden, ohne dass dabei in den Abfragebefehlen auf bestimmte Daten Bezug genommen werden muss.
Mit der Abfragemöglichkeit auf Klassen- und Attributebene wird gegenüber herkömmlichen Datenbanksystemen 4, bei welchen die Abfragebefehle auf die Datenebene begrenzt sind, eine erhebliche Erweiterung und Flexibilisierung der Abfragemöglichkeiten erreicht.
Ein derartiger Abfragebefehl kann beispielsweise wie folgt ausgebildet sein:
„Gebe die Namen von allen gespeicherten Daten aus, die in der Hierarchie der Klassenstruktur des Objektmodells „Personen" unterhalb der Ebene „Angestellte" liegen".
Als Ausgangsgröße werden in diesem Fall dem Benutzer die Namen aller im Datenbanksystem 4 gespeicherter technischer und kaufmännischer Angestellten angezeigt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können mit den den einzelnen Abfragebefehlen zugeordneten Regeln Beziehungen zwischen unterschiedlichen Attributen, Klassen und/oder Daten hergestellt werden. Dabei können mit den Regeln insbesondere auch Attribute, Klassen und/oder Daten verschiedener Klassenstrukturen miteinander verknüpft werden. Dabei ist besonders vorteilhaft, dass der Benutzer in einem Abfragebefehl lediglich die Begriffe, nach welchen die Suche durchgeführt wird, vorzugsweise in einer Folge hintereinander eingeben muss. Dabei braucht der Benutzer keine Definitionen vorzunehmen, ob es sich bei diesen Begriffen um Klassen, Attri- bute oder Daten handelt. Zudem muss der Benutzer hierbei keinerlei Eingriff in die Struktur der Regeln vornehmen, die einem bestimmten Abfragebefehl zugeordnet sind. Die Zuordnung der Begriffe zu den Regeln und die Abarbeitung der Regeln erfolgt selbsttätig in der rnferenzeinheit 5.
Ein Beispiel für eine derartige Abfrage kann wie folgt ausgebildet sein. Ein Benutzer möchte wissen, über welche Kenntnisse eine ihm bekannte Persönlichkeit mit Namen Mustermann verfügt.
Als Abfragebefehl gibt der Benutzer die beiden Suchgrößen „Mustermann" und „Kenntnisse" in die Ein-/Ausgabeeinheit ein.
In der Inferenzeinheit 5 erfolgt eine Auswertung von Regeln, die diesem Ab- fragebefehl zugeordnet sind. Eine derartige Regel kann beispielsweise lauten:
„Wenn eine Person ein Dokument schreibt und das Dokument von einem Thema handelt, dann hat die Person Kenntnisse zu diesem Thema".
Diese Regel verknüpft die Klassen „Person" und „Dokument" zweier verschiedener Klassenstrukturen. Dabei ist Bezug auf das Thema von Dokumenten ge- nommen, wobei beispielsweise die Themen von Dokumenten als Daten der Klasse „Dokument" zugeordnet sind.
Als Ausgangsgröße dieser Regel wird erhalten, ob eine Person „Kenntnisse" zu diesem Thema hat.
Wie aus diesem Beispiel ersichtlich, werden durch derartige Verknüpfungen nicht nur im Datenbanksystem 4 abgespeicherte Informationen abgefragt. Vielmehr werden mit derartigen Regeln Beziehungen zwischen Elementen der Datenbanksysteme 4 hergestellt, um daraus gegebenenfalls neue Kenngrößen abzuleiten. Dies bedeutet, dass mittels der Regeln aus den im Datenbanksystem
4 abgespeicherten Daten neues Wissen ableitbar ist, welches in dieser Form in dem Datenbanksystem 4 nicht abgespeichert ist.
Die Auswertung der oben genannten Regel in Abhängigkeit der eingegebenen Eingangsgrößen „Kenntnisse" und „Mustermann" erfolgt in der Inferenzeinheit
5 anhand einem dort abgespeicherten Zuordnungsschema, welches im vorliegenden Fall wie folgt ausgebildet ist:
Mustermann ist eine Person.
Mustermann ist Autor einer Diplomarbeit.
Die Diplomarbeit hat zum Thema Biotechnologie.
Die Diplomarbeit ist ein Dokument.
Unter Auswertung dieser Zuordnungen auf die genannte Regel ergibt sich als Ergebnis, dass Mustermann Kenntnisse über Biotechnologie hat. Dieses Ergebnis wird vorzugsweise über die Ein-/Ausgabeeinheit ausgegeben.
Dabei besteht ein wesentlicher Unterschied zu bekannten Datenbanksystemen 4 darin, dass das Rechercheergebnis „Mustermann hat Kenntnisse über Biotechnologie" weder durch eine Datenbankabfrage des Begriffs „Kenntnisse" noch des Begriffs „Biotechnologie" erhalten wurde.
Eine Abfrage des Begriffs „Biotechnologie" in einem herkömmlichen Datenbanksystem 4 würde voraussetzen, dass der Benutzer bereits detaillierte Vorkenntnisse über das Wissen von Mustermann hat. Zudem müsste in einem der Person Mustermann zugeordneten Datensatz explizit der Begriff „Biotechnologie" hinterlegt sein.
Eine Abfrage des Begriffs „Kenntnisse" wäre in einem herkömmlichen Datenbanksystem 4 prinzipiell nicht sinnvoll, da dadurch keine Zuordnung des abs- trakten Begriffs „Kenntnisse" zu einem konkreten Faktum „Biotechnologie" erfolgen kann.
Demgegenüber werden bei dem erfindungsgemäßen Rechnersystem 1 abstrakte Begriffe wie Klassen und/oder Attribute über Regeln verknüpft, welche wie im vorliegenden Fall als Ausgangsgrößen neue Kenngrößen liefern. Diese können wiederum abstrakte Größen bilden, die unmittelbar vom Benutzer recherchiert werden können. Die Zuordnung konkreter Werte zu den abstrakten Größen des Regelwerks erfolgt dann selbsttätig in der Inferenzeinheit 5.
Wie aus diesem Beispiel ersichtlich bedarf es bei dem erfindungsgemäßen Rechnersystem 1 im Vergleich zu herkömmlichen Datenbanksystemen 4 er- heblich weniger Vorkenntnisse und damit auch weniger Eingaben um zu exakten Rechercheergebnissen zu gelangen.
Die Objektmodelle sowie die der Inferenzeinheit 5 zugeordneten Regeln sind zumindest teilweise über den Editor vorgebbar, wobei der Editor über das dem Zentralrechner zugeordnete Terminal 6 von einem Benutzer bedienbar ist.
Der Editor weist Programmier-Oberflächen und/oder Graphik-Oberflächen auf, über welche von Regeln und/oder Klassenstrukturen komponentenweise oder komplett vom Benutzer generiert werden können.
Der Aufbau einer Klassenstruktur kann beispielsweise graphisch generiert werden. Die Klassenstruktur wird dann mittels graphischer Elemente erzeugt. Ein Beispiel für eine derartige graphische Darstellung von Klassenstrukturen ist in Figur 2 dargestellt. Alternativ kann die Klassenstruktur durch Einprogrammieren der entsprechenden Komponenten erfolgen.
Für die Objektmodelle gemäß Figur 2 bedeutet dies beispielsweise, dass für die einzelnen Klassen entsprechend hierarchisch gegliederte Verzeichnisse im Editor angelegt werden.
Eine den Klassenstrukturen gemäß Figur 2 entsprechende Verzeiclinisstruktur ist in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.
Tabelle 1:
- Personen
■ Selbständige
■ Angestellte
* kaufmännische Angestellte
* technische Angestellte
- Veröffentlichungen
■ Vorträge
■ Dokumente
Hierbei ist das der Klasse „Personen" entsprechende Hauptverzeichnis in Unterverzeichnisse „Selbständige" und „Angestellte" untergliedert. Entsprechend der Zuordnung der Unterklassen „kaufmännische Angestellte" und „technische Angestellte" zur übergeordneten Klasse „Angestellte" sind dem Verzeichnis „Angestellte" in Tabelle 1 zwei entsprechende Unterverzeichnisse zugeordnet. Den Klassen einer auf dieser Weise generierten Klassenstruktur können anschließend Attribute zugeordnet werden.
Die Programmier-Oberfläche ist dabei derart ausgebildet, dass bei Anklicken einer Klasse einer Klassenstruktur ein Fenster geöffnet wird, in welches die einzelnen Attribute als Variable eingetragen werden. Wird beispielsweise vom Benutzer die Klasse „Person" durch Anklicken des entsprechenden Verzeichnisses angeklickt, so können in das entsprechende Fenster Attribute wie zum Beispiel Vornamen, Zunamen, Geburtstag und dergleichen eingegeben werden. Zudem werden den einzelnen Attributen vorgegebene Wertebereiche zugeord- net.
Auf diese Weise sind vom Benutzer komplette Klassenstrukturen vorgebbar, welchen anschließend die einzelnen Daten zugeordnet werden. Die Dateneingabe kann über den Editor erfolgen. Weiterhin können zur Dateneingabe dezentrale Ein-/Ausgabeeinheiten vorgesehen sein.
Mittels des Editors können vom Benutzer des Weiteren Regeln generiert werden, die zur Generierung der Ausgangsgrößen in der Inferenzeinheit 5 ausgewertet werden.
Eine erste Möglichkeit zur Generierung der Regeln besteht darin, dass der Benutzer die Regeln frei programmiert, wobei die Regeln in der Programmier- spräche DAML-L abgefasst werden. Hierzu ist es notwendig, dass der Benutzer die Programmiersprache beherrscht.
Eine einfachere Möglichkeit zur Generierung von Regeln besteht darin, dass im Editor eine vorgegebene Anzahl von Axiomen definiert ist, welche dem Benutzer in einem Fenster der Programmier-Oberfläche des Editors angezeigt wer- den. Jedem dieser Axiome ist dabei ein definierter Regeltyp zugeordnet. Der Benutzer wählt ein bestimmtes Axiom durch Anklicken in der Programmier-Oberfläche aus, wodurch eine Regel des entsprechenden Regeltyps generiert wird.
Die Axiome sind dabei vorzugsweise von definierten mathematischen Begrif- fen gebildet.
Beispiele für derartige mathematisch definierte Axiome sind binäre Beziehungen wie symmetrische, antisymmetrische, asymmetrische, inverse, reflexive, irreflexive oder transitive Beziehungen. Weiterhin können Axiome die Dis- junktheit von Klassen ausdrücken.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit für den Benutzer Regeln graphisch zu generieren. Eine hierfür geeignete Graphik-Oberfläche ist in Figur 3 dargestellt.
Figur 3 zeigt einen Zustand der Graphik-Oberfläche, bei welchem drei verschiedene Fenster geöffnet sind, wobei jedes Fenster eine bestimmte Klasse enthält.
Zwei der Fenster sind identisch und beziehen sich auf die Klasse „Person". Ein drittes Fenster bezieht sich auf die Klasse „Dokument". Die Klassen sind Bestandteil der in Figur 2 dargestellten Klassenstrukturen.
Der Klasse „Person" sind gemäß dem in Figur 3 dargestellten Beispiel als Attribute Personaldaten wie Name, Email- Adresse, Telefonnummer und Adresse zugeordnet. Weiterhin ist der Klasse „Person" als Attribut die Beziehung „hat Ahnung von" oder gleichbedeutend „hat Kenntnisse über" zugeordnet.
Weiterhin sind der Klasse „Person" folgende Beziehungen (Relationen) zugeordnet:
Projekt - ist Autor von
- leitet Projekt
Der Klasse „Dokument" sind als Attribute Kenngrößen von Dokumenten, nämlich der Titel und das Thema eines Dokuments zugeordnet. Weiterhin sind der Klasse „Dokument" folgende Beziehungen zugeordnet:
- hat Datum
- hat Autor
- hat Zweck
Zur graphischen Generierung einer Regel werden wie in Figur 3 dargestellt mehrere Komponenten der in Figur 3 dargestellten Klassen durch Linien miteinander verbunden. Im vorliegenden Beispiel wird über eine erste Linie die Beziehung „ist Autor von" in der Klasse „Person" mit der Klasse „Dokument" verbunden. Über eine zweite Linie ist das Attribut „über Thema" der Klasse „Dokument" mit dem Attribut „hat Ahnung von" der Klasse „Person" verbun- den.
Dabei sind die graphischen Elemente zur Generierung der Regel so ausgebildet, dass an den Endpunkten der ersten Linie und an einem Endpunkt der zweiten Linie Kreisflächen vorgesehen sind. Diese Kreisflächen zeigen auf Attribute, Klassen oder Beziehungen, welche die Bedingungen einer Regel definieren. Am zweiten Endpunkt der zweiten Linie befindet sich ein Pfeil. Das Attribut „hat Ahnung von" der Klasse „Person", auf welche der Pfeil zeigt, bildet die Schlußfolgerung der Regel. Somit wird durch die Vorgabe der beiden graphischen Elemente gemäß Figur 3, nämlich zwei durch Kreisflächen beziehungsweise einen Pfeil begrenzte Linien, folgende Regel generiert.
„Wenn eine Person Autor eines Dokuments über ein Thema ist, dann hat die Person Ahnung von diesem Thema".
Schließlich wird mittels des Editors eine Überprüfung durchgeführt, ob die vom Benutzer eingegebenen Komponenten von Klassenstrukturen und/oder Regeln korrekt sind. Insbesondere erfolgt eine Konsistenz- und Vollständigkeitsprüfung. Für den Fall einer fehlerhaften Benutzereingabe wird vorteilhaft- erweise im Editor eine Fehlermeldung generiert.
Ontoprise GmbH 76131 Karlsruhe, DE
Bezugszeichenliste
(1) Rechnersystem
(2) Rechnereinheiten
(3) Rechnerleitungen
(4) Datenbanksysteme
(5) Inferenzeinheit
(6) Terminal

Claims

Patentansprüche
1. Rechnersystem mit Mitteln zur Speicherung von Daten, mit Mitteln zur Zuordnung der Daten zu Klassen wenigstens einer ein Objektmodell bildenden Klassenstruktur, mit Mitteln zur Speicherung von Regeln zur Verknüpfung von Komponenten von Klassenstrukturen, mit einer Inferenzeinheit zur Generierung von Ausgangsgrößen durch Auswertung von Regeln und mit einem Editor zur Generierung von Regeln und/oder Klassenstrukturen und/oder von Komponenten hiervon.
2. Rechnersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten von Klassenstrukturen von einzelnen Klassen oder von
Attributen, welche Klassen zugeordnet sind und welche innerhalb einer Klassenstruktur weitervererbt sind, gebildet sind.
3. Rechnersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Klassenstruktur nur Einfachvererbungen zugelassen sind.
4. Rechnersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Klassenstruktur Mehrfachvererbungen zugelassen sind.
5. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Regeln Klassen und/oder Attribute und/oder Daten wenigstens einer Klassenstruktur verknüpft sind.
6. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes eine Klassenstruktur bildende Objektmodell als DAML+OIL-Modell ausgebildet ist.
7. Rechnersystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeln in der Regelsprache DAML-L abgefasst sind.
8. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 — 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Inferenzeinheit (5) zur Auswertung von Regeln Bezie- hungen zwischen Klassen und/oder Attributen und/oder Daten wenigstens einer Klassenstruktur gebildet werden.
9. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgrößen von Klassen und/oder Attributen und/oder Daten wenigstens einer Klassenstruktur gebildet sind.
10. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsgrößen von neuen Beziehungen zwischen Daten und/oder Klassen und/oder Attributen wenigstens einer Klassenstruktur gebildet sind.
11. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeich- net, dass mittels des Editors und eines dem Editor zugeordneten Terminals (6) Klassen einer Klassenstruktur eingebbar sind.
12. Rechnersystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Editors und des dem Editor zugeordneten Terminals (6) Attribute von Klassen eingebbar sind.
13. Rechnersystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Editors den Attributen und/oder Klassen vorgegebene Wertebereiche zugeordnet werden.
14. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Editors Regeln programmierbar sind.
15. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass in den Mitteln zur Speicherung von Regeln eine Anzahl von Regeln abgespeichert ist, und dass mittels des Editors eine vorgegebene Anzahl von Regeln auswählbar ist.
16. Rechnersystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass im
Editor eine vorgegebene Anzahl definiert ist, wobei jedem Axiom ein bestimmter Regeltyp zugeordnet ist, und wobei durch Auswahl eines Axioms im Editor eine Regel dieses Regeltyps generiert wird.
17. Rechnersystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiome von die Funktionen der Regeln definierenden mathematischen
Begriffen gebildet sind.
18. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Editor eine Graphik-Oberfläche aufweist.
19. Rechnersystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Graphik-Oberfläche des Editors Regeln erstellbar sind.
20. Rechnersystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Editor Klassen und/oder Attribute und/oder Daten sowie Beziehungen zwischen diesen als Graphik-Komponenten im Editor visualisiert sind, und dass durch Verbinden von Graphik-Komponenten Regeln definierbar sind.
21. Rechnersystem nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Editors eine Eingabe von Daten erfolgt.
22. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 - 21, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Editors eine Überprüfung von Regeln und Klassen- Strukturen durchführbar ist.
23. Rechnersystem nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Generierung fehlerhafter Regeln oder Klassenstrukturen im Editor eine Fehlermeldung generiert wird.
24. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 - 23, dadurch gekennzeich- net, dass dieses wenigstens eine Ein-/Ausgabeeinheit aufweist.
25. Rechnersystem nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass über die Ein-/ Ausgabeeinheit Abfragebefehle zur Aktivierung der Inferenzeinheit (5) eingebbar sind.
26. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekenn- zeichnet, dass über die Ein-/Ausgabeeinheit Daten eingebbar und/oder
Ausgangsgrößen ausgebbar sind.
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