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Modeling hetero-Homogeneous Hierarchies and Mapping to OWL

Author: K. Rieger
Master Thesis: MT1004 (June, 2010)
Supervised by: o. Univ.-Prof. Dr. Michael Schrefl
Instructed by: Mag. Bernd Neumayr
Accomplished at: University Linz, Department for Business Informatics - Data & Knowledge Engineering
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Abstract (English):

The diploma thesis is devoted to a conceptual modeling approach for hetero-homogeneous hierarchies with multiple levels of abstraction. These hierarchies are homogeneous with respect to a common schema, defined by a single root node and prescribed for all sub-hierarchies, and are heterogeneous with respect to refined schemata for sub-hierarchies. In particular, the approach relies on so-called Generalized Multi-Level Objects and Generalized Multi-Level Relationships, which permit to represent objects and relationships among these objects at different levels. Both constructs can be arranged in concretization hierarchies, which compromise different aspects of abstraction hierarchies like e.g. aggregation, classification and generalization.

In addition, a semantic-preserving mapping of such hierarchies to the decidable fragment of OWL (Web Ontology Language) is presented to render the approach from conceptual modeling to the semantic web and ontological engineering. By suitably combining closed world assumption and open world assumption, a meta-modeling facility in OWL is obtained, where OWL semantic reasoners allow e.g. consistency checks and respective query executions. Finally, data can be accessed in the semantic web at different abstraction levels of hetero-homogeneous hierarchies, while its quality is improved.

In the diploma thesis we mainly continue the ideas of Neumayr et al. [2009a,b, 2010], which are partially revised, compared to and complemented with own ideas and results.

Abstract (German):

Die vorliegende Diplomarbeit widmet sich einem konzeptionellen Modellierungsansatz für hetero-homogene Hierarchien mit mehreren Abstraktionsebenen. Diese Hierarchien sind homogen im Hinblick auf ein gemeinsames Schema, welches durch ein Wurzelelement definiert und für alle Unterhierarchien vorgeschrieben wird, und heterogen im Hinblick auf verfeinerte Schemata für Unterhierarchien. Im Konkreten basiert der Ansatz auf so genannten Generalized Multi-Level Objects und Generalized Multi-Level Relationships, welche es gestatten, Objekte und Beziehungen zwischen diesen Objekten in verschiedenen Abstraktionsebenen darzustellen. Beide Konstrukte können in Konkretisierungshierarchien angeordnet werden, welche unterschiedliche Aspekte von Abstraktionshierarchien, wie z.B. Aggregation, Klassifikation und Generalisierung, in sich vereinigen.

Zusätzlich wird eine Semantik erhaltende Abbildung von diesen Hierarchien auf den entscheidbaren Teil von OWL (Web Ontology Language) vorgestellt, um den konzeptionellen Modellierungsansatz auf das Semantische Web und das Arbeiten mit Ontologien zu übertragen. Durch geeignetes Kombinieren der Closed World Assumption und der Open World Assumption entsteht eine Meta-Modellierungstechnik in OWL, wobei OWL Reasoners z.B. Konsistenzprüfungen und entsprechende Abfragen erlauben. Schlussendlich kann auf Daten im Semantischen Web in unterschiedlichen Abstraktionsebenen innerhalb hetero-homogener Hierarchien zugegriffen und gleichzeitig deren Qualität verbessert werden.

In dieser Arbeit werden im Wesentlichen die Ideen von Neumayr et al. [2009a,b, 2010] aufgegriffen, teilweise überarbeitet und mit eigenen Ideen und Resultaten verglichen und ergänzt.