Biodiversitätsinformatik / Biodiversity Informatics
Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin-Dahlem

Definition der Semantik von Verknüpfungsketten
und Formulierung eines darauf beruhenden Regelkatalogs

INHALT:  Einleitung | Inferenzregel | Regelanpassung 

1. Einleitung

Die Eingabe von Beziehungen zwischen potential Taxa [1] und die sich daraus ergebenden Konsequenzen für die Übertragbarkeit von Sachdaten können als Bestandteile eines "Expertensystems" aufgefasst werden:

• Das Wissensbasismodul besteht aus den potential Taxa mit ihren Beziehungen untereinander, aus den mit diesen potential Taxa verknüpften Sachdaten sowie aus Regeln bezüglich den Beziehungen und Sachdaten.

• Das Inferenzmodul liefert neue Erkenntnisse, indem die Regeln auf bestimmte Fakten (potential Taxa, Beziehungen und Sachdaten) angewendet werden.

• In der Erklärungskomponente wird die Vorgehensweise des Systems transparent gemacht und dem Benutzer sowohl der Lösungsweg als auch eine Begründung für die ermittelten Erkenntnisse gegeben.

• Schließlich werden in der Akquisitionskomponente die Mechanismen zusammengefasst, die zur Pflege und Aktualisierung der Wissensbasis eingesetzt werden. Dabei handelt es sich um die Module Taxonomischer Editor (Erfassung der potential Taxa und Eingabe ihrer Beziehungen) und Regelanpassung (Schnittstelle zur Parametrisierung einzelner Inferenzregeln und ausgabebezogenen Funktionen).

Die folgende Abbildung skizziert die Architektur eines solchen Expertensystems mit World Wide Web Schnittstelle.

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2. Inferenzregel

Inhaltlich gehören zu diesen Inferenzregeln insbesondere:

• Regeln, welche die Operationen auf Beziehungen beschreiben

• Regeln, die zur Berechnung der abgeleiteten Beziehung zwischen zwei potential Taxa dienen

• Die Regel, welche ankommende Informationen bewertet

2.1. Die Regeln, welche die Operationen auf Beziehungen beschreiben[2]

1. Enger Konsens:
   Schnittmenge von zwei zusammengesetzten Beziehungen.

2. Breiter Konsens:
   Vereinigungsmenge von zwei zusammengesetzten Beziehungen.

3. Umkehrung:
   Berechnung der zusammengesetzten Beziehung B2 zwischen den potential Taxa PT2 und PT1, wenn B1 die zusammengesetzte Beziehung zwischen PT1 und PT2 ist.

4. Negation:
   Berechnung der zusammengesetzten Beziehung B2 bei Verneinung der Beziehung B1.

5. Verkettung:
   Berechnung der zusammengesetzten Beziehung B3 zwischen den potential Taxa PT1 und PT3, wenn einerseits B1 die zusammengesetzte Beziehung zwischen PT1 und PT2 und andererseits B2 diejenige zwischen PT2 und PT3 ist.

2.2. Regeln (und Bedingungen), die zur Berechnung der abgeleiteten Beziehung zwischen einer potential Taxon Quelle PT_q und einem potential Taxon Ziel PT_z dienen

6. Die Wege zwischen PTq und PTz werden als Abfolge von Kanten ermittelt. Innerhalb eines Weges darf kein potential Taxon zweimal vorkommen (Vermeidung von Zyklen). Innerhalb eines Weges dürfen zwei aufeinanderfolgende Kanten mit Klassifikationsbeziehungen nur vorkommen, wenn diese dieselbe hierarchische Richtung (im Sinne der Rangfolge) ausweisen.

7. Wird in einem Weg eine Kante mit der Beziehung disjunkt ({!}) erreicht, so wird der Weg an dieser Stelle abgebrochen

8. Kommt für einen Weg eine Kante in Frage, welche dieselben beiden potential Taxa wie andere Kanten (mit entsprechenden von verschiedenen Beziehungsautoren festgelegten Beziehungen) vorweist, so wird anhand der Gewichtungen[3] eine für dieses potential Taxon Paar gültige Ergebnisbeziehung berechnet und diese bei der Bewertung des Weges (d. h. der Zuordnung einer Beziehung) berücksichtigt.

9. Jeder Weg wird bewertet, indem ihm eine Beziehung - anhand der Verkettung der jeweiligen (Kanten-)beziehungen und deren Gewichtungen - zugeordnet.wird. Jeder Weg wird ebenfalls gewichtet.

10. Die abgeleitete Beziehung zwischen PT_q und PT_z wird anhand der Bewertungen aller ermittelten Wege und deren Gewichtungen berechnet.

2.3. Die Regel, welche ankommende Informationen qualifiziert

11. Die ankommenden Informationen werden anhand der ursprünglichen Informationskategorien[4] und der berechneten Beziehung zwischen PT_q und PT_z qualifiziert.

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3. Regelanpassung (Parameterfestlegung)

Die Systemverwalter sollen in der Lage versetzt werden, nutzertypspezifische Rahmen vorzudefinieren, innerhalb derer bei der Formulierung von Abfragen am System weitere Modifikationen und Einschränkungen vorgenommen werden können. Dieser Rahmen besteht aus einigen festzuhaltenden Werten, die folgende Prozesse grundsätzlich regulieren bzw. einschränken:

• Die Einbeziehung von Kanten wird zusätzlich durch eine Gewichtung der Beziehungsautoren und durch ein minimales Gewicht, unterhalb dessen die entsprechenden Kanten nicht berücksichtigt werden, reguliert.
  Diese Gewichtung sowie die Ausschlussschwelle werden als Parameter an die Regeln 6 und 8 übergeben. Die Ausschlussschwelle wird ebenfalls an die Regel 10 übergeben.

• Die Ermittlung der Wege wird durch die Festlegung der maximalen Länge der zu berücksichtigenden Wege, der maximalen Anzahl der einzubeziehenden Klassifikationskanten (jeweils höhere bzw. niedrigere potential Taxa – für alle Quellen insgesamt oder pro Quelle) sowie der Gewichtung für einzelne Beziehungen (eine Kongruenzbeziehung könnte z. B. bei der Bemessung der Länge ignoriert werden) eingeschränkt.
  Diese vier Werte und diese neue Gewichtung werden als Parameter an die Regel 6 übergeben.

• Die Gewichtung eines Weges erfolgt durch die Anwendung einer auswählbahren mathematischen Operation auf die Gewichtungen der Kanten.
  Diese Operation wird als Parameter an die Regeln 8 und 9 übergeben.

• Das Verfahren im Falle „simultaner“ Beziehungen wird durch die Angabe des Beziehungsoperators („enger“ oder „breiter“ Konsens), der maximalen vorkommenden Gewichtung und des zulässigen Intervalls festgelegt.
  Diese Werte werden als Parameter an die Regeln 8 und 10 übergeben.

• Die Ausgabe für Benutzer wird nicht vom Inferenzmodul gesteuert, sondern von einem bisher noch nicht spezifizierten „Ausgabemodul“ mit eigenen Prozeduren und Regeln. Dennoch bietet sich an, in dem hier beschriebenen Rahmen, Initialisierungsparameter für differenzierte Ausgaben festzulegen:

  a)    niedrigste Informationskategorie, die zur Anzeige zugelassen wird,

  b)   Anzeige und Kommentierung der Informationen aus einer bestimmten Sachdatenquelle in Abhängigkeit des Nutzertyps und der Qualität dieser Sachdatenquellen (Nutzertyp, Quelle, niedrigste Informationskategorie und Kommentar werden als Parameter übergeben),

  c)   Anzeige und Kommentierung der Informationen in Abhängigkeit des Nutzertyps und des Risikoinhalts der Sachdaten (Nutzertyp, Risikoinhalt, niedrigste Informationskategorie und Kommentar werden als Parameter übergeben).

Es handelt sich also insgesamt um die Steuerung von Regeln und Prozeduren durch die Festlegung von Parametern. Diese Parameter werden in einer Konfigurationsdatei festgehalten. Zur Pflege und Strukturierung einer solchen Konfiguration eignen sich XML-Dateien.

Beispiel für eine XML-Konfigurationsdatei:

  <?xml version="1.0" encoding="UTF8" ?>

  <Parameters Who="Mgeo" When="20-11-01" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema  instance" xsi:noNamespaceSchemaLocation="Parameters1.xsd">

  <AuthorPriority NumOperation="Minimum">

  <AuthorID Weight="100">10</AuthorID> 

  <AuthorID Weight="80">24</AuthorID> 

  </AuthorPriority>

  <Simultaneity StandardDistance="20" StandardOperator="Schnittmenge" StandardExclude="10">

  <IntersectionByWeight FromWeight="10" ToWeight="75" Distance="30">false</IntersectionByWeight>

  </Simultaneity>

  <PathLength Length="8" MaxLowerTaxa="0">

  <RelationshipWeight RelationshipNumber="1">0</RelationshipWeight>

  </PathLength>

  <MinInfoCategory>maybeForSome</MinInfoCategory> 

  <SourceEvaluation>

  <Source Id="12">

  <allUsers>

  <Commentary>Keine wissenschaftliche Quelle </Commentary>

  <MinInfoCategory Doubt="false">forSome</MinInfoCategory>

  </allUsers>

  </Source>

  </SourceEvaluation>

  <InfoEvaluation>

  < ConfidentialityCat Confidentiality ="sehr sensible">

  <allUsers>

  <MinInfoCategory>forSome</MinInfoCategory>

  </allUsers>

  <User>

  <UserType>Laie</UserType>

  <MinInfoCategory>doNotUse</MinInfoCategory>

  </User>

  </ConfidentialityCat>

  </InfoEvaluation>

  </Parameters>

Die folgende Tabelle verdeutlicht den strukturierten Inhalt dieser XML-Datei:

[5] Für eine ausführliche Beschreibung des  Schemas siehe http://www.bgbm.org/BioDivInf/Projects/MoreTax/Parameters_Schema.html.
Das Schema selbst kann mit einem XML-fähigen Browser visualisiert werden: http://www.bgbm.org/BioDivInf/Projects/MoreTax/Parameters1.xsd