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Wissensrepräsentation

Wissensrepräsentation (engl.: knowledge representation) ist ein Teilgebiet der Künstlichen Intelligenz und beschäftigt sich mit der Frage, wie Wissen so auf einem Rechner dargestellt werden kann, dass dieser in der Lage ist, daraus Schlüsse zu ziehen, weiteres Wissen abzuleiten oder eine Problemlösung für ein gegebenes Problem zu finden.

Einführung und Definition

Auch wenn Rechner heute gerne als intelligent angesehen werden, ist deren allgemeine Intelligenz noch relativ bescheiden. Wenn daher von Wissen geredet wird, so kann es sich nur um den Versuch handeln, einen stark eingeschränkten Ausschnitt der Realwelt semantisch zu erfassen. Dabei wird Wissen in der Regel zweistufig abgelegt. Zunächst wird der Realweltausschnitt vorzugsweise mit Hilfe formaler Methoden beschrieben. Dabei wird das Wissen mit Hilfe von Repräsentationsstrukturen (Symbole genannt) codiert, die man sich als eine Menge von Sachverhalten vorstellen kann. Diese Sachverhalte definieren somit ein Modell des darzustellenden Realweltausschnitts. Zu diesem Basiswissen gibt es dann als zweites Interpretationsvorschriften und Regeln, die festlegen, wie aus diesem Wissen weiteres Wissen abgeleitet werden kann bzw. Schlüsse gezogen werden können. Die Symbole werden häufig als die Syntax und die Interpretationsvorschriften als die Semantik der Wissensrepräsentation bezeichnet.

Zwischenzeitlich gibt es eine Vielzahl von Wissensrepräsentationstechniken. Zur Bewertung einer Wissensrepräsentationstechnik sind vor allem folgende Kriterien wesentlich:

  • Korrektheit, also wie korrekte Syntax und Semantik sichergestellt wird.
  • Effizienz, also wie effizient geschlussfolgert werden kann.
  • Komplexität, also wie einfach Wissen abgebildet und abgefragt werden kann.
  • Adäquatheit, Expressivität und Mächtigkeit, was Aussagen darüber liefert, wie gut, eindeutig, umfangreich und flexibel die Sprache den benötigten Realweltausschnitt darstellen kann.

Wissensrepräsentationstechniken

Eine sehr einfache und vergleichsweise frühe Form der Wissensrepräsentation stellen Produktionsregeln dar (engl.: production rules). Mit ihnen lassen sich insbesondere regelhafte Zusammenhänge gut beschreiben. Eine Produktionsregel stellt eine Aktion dar, die ausgeführt werden kann, falls die dazu spezifizierte Vorbedingung erfüllt ist. Die Vorbedingungen beziehen sich auf Fakten, setzen also auf als gültig erachtete Tatsachen auf. Damit beschreiben Produktionsregel die Beziehungen zwischen den einzelnen Tatsachen mit Hilfe von Wenn-Dann-Aussagen. Die Vorbedingung wird durch den Wenn-Teil ausgedrückt und die Aktion stellt den Dann-Teil dar.

Grundsätzlich wird unterschieden zwischen einer deklarativen Darstellung von Wissensinhalten und einer prozeduralen. Bei der prozeduralen Wissensdarstellungen wird beschrieben, wie aus bestehenden Wissen neues Wissen durch Konstruktion, Verknüpfung und Anwendung von Wissen abgeleitet werden kann. Eine deklarative Beschreibung von Wissen liegt dann vor, falls Tatsachen bzw. Sachverhalte beschrieben werden, ohne dafür Konstruktions- oder Ableitungsvorschriften anzugeben. Die wichtigsten deklarativen Formen der Wissensrepräsentation sind Objekt Attribut Wert Tripel, semantische Netze und die Prädikatenlogik.

Ein semantisches Netz ist ein gerichteter Graph, besteht also aus einer Menge von Knoten und gerichteten Kanten. Knoten repräsentieren Objekte (bzw. Begriffe oder Konzepte), während die Kanten die Beziehungen zwischen den Objekten darstellen. Mit dem Aufkommen des semantischen Webs haben vor allem Ontologien eine wahre Renaissance erlebt. Eine Ontologie wird gerne als eine explizite formale Spezifikation einer gemeinsamen Konzeptualisierung bezeichnet. Dies bedeutet, dass eine Ontologie einen Realweltausschnitt beschreibt, indem zunächst die zu diesem Realweltausschnitt gehörenden Entitäten und Konzepte beschrieben werden. Zusätzlich werden die zu Grunde liegenden Axiome und Eigenschaften, die Beziehungen zwischen ihnen und Regeln bezüglich ihrer konsistenten Anwendung festgelegt. Ontologien werden typischerweise mit Hilfe von Sprachen spezifiziert, die eine gewisse Abstraktion und den Ausdruck von Semantik erlauben, wie z.B. Prädikatenlogik der ersten Ordnung (engl.: first-order logic languages). Die Web Ontology Language Description Language (kurz OWL-DL) ist der vielleicht bekannteste Vertreter einer Ontologiesprache. Ein sehr weit verbreiteter Ontologieeditor ist das open source Produkt Protégé, das von der University of Stanford entwickelt wurde.

Literatur

R. J. Brachman, H. J. Levesque: Readings in Knowledge Representation. Morgan Kaufmann, Los Altos 1985.

R. J. Brachman, H. J. Levesque: Knowledge Representation and Reasoning. Morgan Kaufmann, 2004.

John F. Sowa: Knowledge Representation. Logical, Philosophical, and Computational Foundations. Brooks Cole Publishing, 1999. ISBN 0-534-94965-7.

Autor


 

Prof. Dr. Rainer Unland, Universität Duisburg-Essen, Institut für Informatik und Wirtschaftsinformatik (ICB), Datenverwaltungssysteme und Wissensrepräsentation, Schützenbahn 70, 45117 Essen

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Zuletzt bearbeitet: 23.10.2012 19:01
Letzter Abruf: 20.07.2017 18:38
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