Mittwoch, 07.01.2015

Lehre

Antrittsvorlesung: Ontologien und Informationssysteme

Antrittsvorlesung von Prof. Dr. Ralf Möller am 28. Januar (18:15 Uhr, Hörsaal AM4, Audimax)

Informationssysteme haben vielfältige Anwendungen in Industrie und Forschung. Je nach Anwendungskontext liegen den Diensten eines Informationssystems verschiedene Datenwerte zugrunde: Textdaten, Bilddaten, Vektoren (z.B. Merkmalsvektoren, Histogramme, Microarrays), oder auch numerische Daten (z.B. Anzahl- oder Altersangaben) sowie Zeichenketten. Auch Bezeichner für in einer Anwendung relevante Objekte und Prozesse (z.B. Patienten, Geräte, Behandlungen), deren Beziehungen untereinander sowie deren Beziehungen zu Datenwerten werden verwaltet. Mengen von gleichartigen Objekten werden Begriffen zugeordnet, so dass sich die Bedeutung der Objekte und deren Werte näher erschließt. Begriffe werden in einem sog. konzeptuellen Modell (auch Ontologie genannt) als Ober- und Unterbegriffe bzw. Teil-von-Begriffe zueinander in Beziehung gesetzt, wodurch die Bedeutung von Begriffen weiter eingeschränkt wird. Zur Strukturierung werden meist Teilmodelle betrachtet, z.B. mit Begriffen für Zellkomponenten, biologische Prozesse oder molekulare Funktionen (siehe das konzeptuelle Modell „Gene Ontology“ geneontology.org). Man versucht in der Praxis vielfach, standardisierte Modelle zu verwenden, um von einer globalen Standardisierung zu profitieren.

In praktischen Anwendungen werden häufig strukturierte Datenwerte erfasst (z.B. Microarrays zur Diagnostik), wobei entsprechende Teilstrukturen automatisch oder manuell mit abstrakten Objekten bzw. Begriffen in Beziehung gesetzt werden (auch Annotation genannt). Beziehungen dieser Art können sein: “hat einen Einfluss auf” (z.B. ein Gen auf eine zelluläre Komponente) oder “beeinflusst” (z.B. ein Gen einen biologischen Prozess an einer speziellen Stelle) oder “hat eine Funktion” (z.B. ein Gen innerhalb eines molekularen Prozesses). Mit der Bereitstellung von Annotationen ergeben sich vielfältige Möglichkeiten zur Assoziation von Teilstrukturen. Statt nur über merkmalsbasierte Ähnlichkeiten mögliche Assoziationen zu bestimmen, können auch über die symbolische, begriffliche Ebene Klassifizierungs- und Assoziationsprozesse definiert werden (dieses wird z.B. extensiv in Genomdatenbankanwendungen genutzt). Anwendungsdienste der skizzierten Art werden durch formale Anfragen implementiert, die in großer Zahl durch ein Datenverwaltungssystem beantwortet werden. Ähnliche Arten von Annotationen werden in anderen Anwendungskontexten z.B. für Text und Bilddaten vorgenommen (vgl. Google Knowledge Vault).

Die Wissenschaft der Informatik erschließt im Bereich Informationssysteme die wesentlichen Grundlagen dieser Annotations- bzw. Interpretationsprozesse aus einer anwendungsübergreifenden Sicht. In meiner Antrittsvorlesung erläutere ich einige hierfür zentrale Fragestellungen:

• Assoziation von Daten über wertorientierten und begrifflichen Strukturen
• Anfragebeantwortung über großen Datenmengen bezogen auf Ontologien
• Strombasierte Verarbeitung von Daten mit hoher Datenrate (z.B. in Sensornetzen)
• Integration von verteilten Datenbeständen (homogener und inhomogener Struktur)

Weiterhin zeige ich auf, mit welchen Ansätzen das Institut für Informationssysteme hierzu Lösungsbeiträge liefern wird und welche Kooperationsmöglichkeiten sich an der Universität Lübeck aus diesen Arbeiten ergeben.

Mehr: Antritts- und Abschiedsvorlesungen