Intelligente InformationssystemeEinfuhrung

Vorlesung Intelligente Informationssysteme

Wintersemester 2004/2005

22. 10. 2004

Prof. Dr. Bernhard ThalheimInformation Systems Engineering Group

Computer Science InstituteKiel University, Germany

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Intelligente IS

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Vorlesungsubersicht

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Vorlesungprogramm

(1) Zwischenspiel: Die Zyklen der Informatik

Schon wieder ein Hype?

(2) Information - Was ist das ?

Information muß in unserem Sinne redefiniert werden

(3) Intelligente Informationssysteme

Content Management und der Kieler Zugang

(4) Methoden

Generische Unterstutzung nach Spezifikation

(5) Anwendungsbereiche

außerhalb von Web-Anwendungen

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Was soll diese Vorlesung nicht?

Content-Management-System-Vorlesung: CMS sind derzeit

viel zu eng gefaßt

YA KI-Vorlesung: KI hat viel geleistet und sich selbst isoliert

IS-Modellierung: Datenbank- und IS-Modellierung werden in ande-

ren Vorlesungen behandelt

HCI-Vorlesung: Benutzerschnittstellen sind allgemeine Systemkom-

ponenten

Anwendungen von Informationssystemen werden in anderen

Vorlesungen behandelt

Theorie der Programmiersprachen: Neuentwicklung von

Zugangen

Technologie der Informationssysteme: Entwicklung neuer Ar-

chitekturen

Programmierung von Informationssystemen: Entwicklung ei-

ner Programmiersprache (siehe Vortrag von E. Borger am 22.10.2004)

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Was soll diese Vorlesung leisten?

Content-Management-System-Vorlesung: Grundlegung

Nutzung der KI: Erweiterung der Technologie der Informationssy-

steme durch KI-Methoden

IS-Modellierung: Anwendung moderner Modellierungskonzepte

HCI-Vorlesung: Separation von System und Prasentationsschnitt-

stelle war Ausgeburt der ersten Softwarekrise

Anwendungen von Informationssystemen: Bereitstellung von

Mechanismen

Theorie der Programmiersprachen: Ausnutzung der ADT- und

Semantiktheorie

Technologie der Informationssysteme: Erweiterung durch

Plug-Ins und Komponenten

Programmierung von Informationssystemen: Integration an-

derer Paradigmen

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Zwischenspiel: Die Zyklen der Informatik¨§

¥¦Moderne Bewertung der Informatikprodukte

Datenverwaltung

Benutzung

PrasentationInternet-Titanic

Adaptive Strukturierung

Statische Integritatsbed.

Prozesse, Bulk-Workflows

Dynamische Integritatsbed.

Interaktion

⇒ Co-Design

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Zwischenspiel: Die Zyklen der Informatik

Bank

Wirtschaftanwendungen

Ingenieuranwendungen

Kunstliche Intelligenz

Komplexitat

Internet

XML

StandardsBenutzbarkeit

Information

Content Komponenten

1975 1985 1990 1995 2000 2002 2004 2005 2006 2007

- Programmieren

+ Architektur+ Produktion

+ Komposition

- Zentralisierung

- redundanzfrei

+ Generierung+ Adaption

+ Kontext

- Programmierkultur- Seeheim/Arch

- Homogenitat

+ Verfugbarkeit

+ Dienste+ Infrastruktur

- Einfachheit- Vertrauen

+ HC Interface+ MVC

+ Benutzbarkeit

- Exklusivitat

+ Anwendungen

gewonnen:

verloren:

+ Zerlegung

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Zwischenspiel: Die Zyklen der Informatik¨§

¥¦Das Gesicht der Informatik im Wandel

Beispiel: Theoretische Informatik in der EntwicklungEntscheidbarkeit von Problemen

Komplexitat von Problemklassen

Nutzbarkeit von Losungen in Werkzeugen

Beispiel: Datenbanken“Einfachdaten”-Verwaltung

Wissenschafts- und Ingenieurdatenbanken

Informationsbasen

Datenbanksysteme im Web

Datenbanken als Teil der Infrastruktur

Beispiel: Kuhe des Informatikdorfesoder “Optimismus bringt Geld”

oder “Die Informatik verspricht zu viel”

Kunstliche Informatik ohne Intelligenz

Internet fur alle, lost alle Probleme

Multimedia als Allheilmittel

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Zwischenspiel: Die Zyklen der Informatik¨§

¥¦Oracle-Manager: Hatte ich doch 3 Wunsche frei

¨§

¥¦dann sollten drei Entwicklungen verschwinden

Java oder die fast perfekte Umgebung, die doch nicht funktioniert:

Laufzeit-Pflege, rigide Einschrankung, Bibliotheken-Chaos, Verifi-

kation, Validierung

XML oder die massive Verschwendung entgegen know-how und dabei

wird trotzdem eine gute Entwicklung hin

zum industriellen Fertigen vorgenommen

gut zum Austausch obwohl so nicht “XML-political-correct”

schlecht zur Pflege obwohl das Gegenteil behauptet wird

UML (Unified Modeling Language)

oder der Schuß, der zu kurz zielte,

weil ohne Beachtung bekannter Theorien und zu monopolisierend.

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Zwischenspiel: Die Zyklen der Informatik¨§

¥¦Populare Irrtumer

• Die Informatik hat einen temporaren Boom und dieser ist bald vorbei.

• Wissen um Systeme ist nicht mehr nur akademisch, sondern exklusive com-

pany ware.

• Die Informatik jagt von Krise zu Krise.

• Alter Wein wird stets mit neuen Schlagworten verkauft.

• Wir machen unsere ...informatik selbst.

• Wer programmieren (im Kleinen) kann ist schon Informatiker.

• Informatik kann man bereits in der Schule lernen.

• Alle Weltprobleme werden durch das Internet gelost.

• Das Internet ist voll von Porno und anderen gefahrlichen Inhalten.

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Zwischenspiel: Die Zyklen der Informatik¨§

¥¦Entwicklung der Gemeinsamkeit statt “Ethnozit”

Betonung der gemeinsamen Kultur statt Vernichtung

Verarbeitung der Erfahrung statt innerer Kannibalismus

statt XML-Welle nach OO-Welle nach KI-Welle

“PhD-Studenten lesen weniger und verstehen noch weniger!”

RDF - Ausgeburt der Unwissenheit und trotzdem allgemein akzeptiert!

XML auf dem Wege der OO-Manifestos: Alles ohne Verstandnis!

Definitionskultur: induktiver Aufbau

Semiotik: Syntax, Semantik, Pragmatik

Metaebenen: Theorie, Sprache, Spezifikation, Objektkollektion

Referenzmodelle: fur Beispielanwendungen

Methodik: schrittweise Entwicklung

β: Die Informatik hat es bislang nur zu wenigen (? 5 ?) Prinzipien gebracht:

Regeln (d.h. Erzeugung und deren Qualitat),

Abstraktion (d.h. Modellierung und Abbildung, Verfeinerung),

Interaktivitat (d.h. Verteilung, Agenten, Kooperation, Systeme etc.),

Approximation (wird meist ubersehen),

Komponenten und Architekturen zur Systemkonstruktion

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Gemeinsamkeit in der Modellierung¨§

¥¦zuruck in die Zukunft

Dreieinigkeit von

Syntax,

Semantik undPragmatik

Semantik Pragmatik

Syntax

Daten & Klassen, z.B. parametrisierte HERM-DBSpezifikation, z.B. parametrisiertes HERM-SchemaSpezifikationssprache, z.B. eER-ModellKollektionen, z.B. Mengen, Gleichungen

ObjekteKonzepte

Theorien, z.B. in KonzeptverbandenLogiken, z.B. PL1, Modelltheorie

SymboleDinge, Element einer OntologieSymbollandkarten, OntologienNaturliche Sprachen

von der Pragmatik zur Syntax als Superposition von zwei Abbildungen:1. von der Pragmatik zu Semantik

2. von der Semantik zu Syntax

?

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TheorieSpracheSpezifikationElemente

TheorieSpracheSpezifikationElemente

Erklarung: 4 Ebenen der Abstraktion

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Information¨§

¥¦Information, Information, Information, ...

Wir sind bereits in Informationen ertrankt! Wir brauchen

stattdessen:

Information zur rechten Zeit,

der richtigen Sorte, in der richtigen Dosis, in der richtigen Form,

in vollem Umfang und zu akzeptablen Kosten

fur alle Benutzer (bzw. Anwendungen)

Vergiß nicht den Unterschied zwischen Information und Daten:

Kiteigorodski’s These zu Veroffentlichungen.

Auswahl des fehlenden Wissens im Ozean von Daten

Generieren ist leichter als Qualitatspflege.

T. S. Eliot (1888-1965), The rock, 1934:Where is the wisdom we have lost in knowledge?

Where is the knowledge we have lost in information?

β 1998:Where is the information we have lost in news?

Where is the information we have lost in data?

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Daten - Information - Nachricht - Wissen

Information: nicht einfach ‘Mikro’-Wissen oder eine Menge von Daten

Datum: Folge von Symbolen

Nachricht: ubermittelte Daten

Wissen: validierter, wahrer Glaube

zusammengefaßte, kondensierte Fakten (Daten) und Regeln

Information ≈ gedeutete

Nachrichten ∨ Daten ∨ Mitteilungen

als dritter Stoff neben Materie und Energie

logische Definition

nicht ableitbare (nicht folgerbare) Formeln

informationstheoretische Definition

Entropy > 0 Kontext

Verarbeitung

Integration

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Daten - Information - Nachricht - Wissen

Information: nicht einfach ‘Mikro’-Wissen oder eine Menge von Daten

Datum: Folge von Symbolen

Nachricht: ubermittelte Daten

Wissen: validierter, wahrer Glaube

zusammengefaßte, kondensierte Fakten (Daten) und Regeln

Information wie sie vom Menschen aufgenommen wird,

besteht aus Daten,

die empfangen und bemerkt werden,

die ausgewahlt und geordnet werden durch den Empfanger

auf der Grundlage seiner subjektiven Interessen, die wiederum

auf seinen Erfahrungen, Gefuhlen, Instinkten, Intutition, Welt-

wissen, seinen Bewertungen, seinem Wissen, seiner Weisheit

basieren,

und die parallel durch mentale bzw. kognitive Prozesse verar-

beitet und in sein Wissen integriert werden.

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Informationszeitalter¨§

¥¦c2e2m2n-Informationssysteme

Von

c(entralized) in einer Sternarchitektur mit zentralisierter Steuerung, meist auch

zentralisierter Funktionalitat, oft nur einer dezentralisierten Prasentationskomponente

(Seeheim-Architektur)

zu

e(lectronic) (d.h. mit entsprechender Infrastruktur, breiter Verteilung)

uber

m(obile) (im Stile von Telefondiensten mit hoher Bandbreite und adaquater Ge-

schwindigkeit, )

hin zu

n(etworked) “networking” peer-2-peer on demand, on personal community,

on context

Infrastrukturen

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Informationszeitalter¨§

¥¦Der schwere Gang zur e-Gesellschaft

Integration in Arbeitswelt durch e-xxx

Problemkreis “Durchdringung” mit Integration in alle Haushalte

Medien-Mix aus einer Hand: TV + Video + Internet + Telefonie +

Radio

video-on-demand, tv/radio-on-demand, internet-on-profile, EPG-on-profile

Akzeptanz durch Nutzwert fur das tagliche Leben oder mit Mehrwert fur bes-

sere Freizeit

“Omasichere” Anwendungen: ohne essentiellen Lernaufwand, einfach

in der Benutzung, einsichtige Stories, zuverlassig, schnell, anlehnend an

Gewohntes, kontext-sensitive Hilfe, fehlerresistent, innerhalb des Sprachge-

brauchs, einfache Dialoge und Aufgaben, einfach zu erinnern

HOME: H igh quality content, Often updated, M inimal download time, Ease of use

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Informationszeitalter¨§

¥¦Projekt eKiel

Infocity mit einer Vielzahl von Online-Diensten

um die Stadtseite von Kiel als Kern

und einer einfachen Zugangsmoglichkeit fur alle Burger

Multimedia-Campus als Spring-Off-Zentrum (“eAccelerator”)

Vereinigung der e-Bestrebungen der Universitat in den Fa-

kultaten

Erschließung der Potentiale des Landes und der Stadt

SeSAM als Stadtverordneten-Dienst und Kommunikations-

plattform der Stadtverordneten untereinander und mit dem Burger

eBusiness-Forschungszentrum einschließlich Testzentrum und

Entwicklungszentrum fur variable eDienste

Mitwirkung im Verbund der eCities z.B. eTampere

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Visualisierung¨§

¥¦von Zusammenhangen, Ableitungen, Agglutination

Graphisches Folgern als erste Ableitungsform allerdings nur dort, wo esSinn machtVisuelle Syntax mit vorgegebener Semantik statt linearer Syntax

Grafische Grundmuster:

• metrisch: Assoziationen werden durch raumliche Nahe reprasentiert ( z.B.

Landkarten oder andere Koordinatensysteme)

• topologisch: direkte grafische Kodierung einer Relation durch Verbindungs-

linien, explizite Nachbarschaft oder Enthaltensein (weitverbreitet in Software-

diagrammen)

• symbolisch in 2 Dimensionen: Matrix

Vereinfachte Funktionen:

Navigation und Suche (Hierarchien, Graphen)

Markierung und Selektion

Bildung von Abstraktionen (ggf. mit Overlay-Funktionen)

Konstruktion von Zusammenhangen (Beziehungen, Eigenschaften (z.B.

von Mengen, Durchschnitt, ...), Erfassung von Analogien)

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Visualisierung je nach Komplexitat

Source: Puppe

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Arten von Informationssysteme¨§

¥¦unterschiedliche Funktionalitat

• Datenbanksysteme

• Daten-Warenhauser

• Multimedia-Systeme

• Dokumentationssysteme

• (Hyper-)Textsysteme

• Information-Retrieval-Systeme

• Web-Informationsysteme

• Management-Informationssysteme

• Entscheidungsunterstutzungssystem

• Buroinformationssysteme

• Expertensysteme / Systeme der KI

• Wissensbanksysteme

Datenbanksysteme zunehmend mit Funktionalitat aller anderen IS

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Intelligente Informationssysteme¨§

¥¦Informationsverwaltung fur Gruppen

Improve organizational performance by enabling individuals to capture,

share, and apply their collective knowledge to make optimal decisions

... in decision time.

Basiselement: Community of practice (CoP)

CoP: group of people, who share a common area of expertise and/or who search

for solutions to common problems. Experience in many organizations has shown,

that no more than one third of the knowledge management budget should be

devoted to technology.

Kernideen der Informationsverwaltung

1. Effizienz und Produktivitat

2. Schnelle Verbreitung und Umsetzung innovativer Ideen

3. Die richtige Information fur die richtigen Leute zur rechten Zeit

4. Auf derselben Seite wie der Kunde

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Intelligenz ?Intelligenz (lat.) - eigtl.: Verstandnis, Einsicht

1. Inbegriff ausgepragter intellektueller Fahigkeiten, das Wesen einer

Sache richtig zu erfassen, (...)

Philosophisches W.rterbuch, 1976

Intelligenz (lat): 1. Bezeichnung fur die hierarchisch strukturierte

Gesamtheit jener Fahigkeiten, die das Niveau und die Qualitat der

Denkprozesse, sich an wechselnde, vor allem unbekannte Bedingungen

der objektiven Realitat anzupassen, bestimmen. (...) Voraussetzung,

um aus den im individuellen Erkenntnisprozeß erworbenen Kenntnissen

und Fahigkeiten schopferisch neue Erkenntnisse abzuleiten und damit

verbundene Aufgaben zu losen. (...)

Worterbuch zu den philosophischen Fragen der Naturwissenschaften, 1978

Kunstliche Intelligenz befaßt sich mit der Konstruktion informations-

verarbeitender Systeme, die kognitive Leistungen modellieren und in

(technischen) Anwendungen verwerten.

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Abgrenzung und Nahe zu KIKI 6⊆, 6⊇ Psychologie: Betonung von Berechnung

KI 6⊆, 6⊇ Informatik: Betonung von Wahrnehmung, Denken und Handeln.

Intelligenz entsteht durch Interaktion vieler einfacher Prozesse “im Konzert”

Computer sind das beste Mittel zur Modellierung und Organisation voninteragierenden Prozessen

Prozeßmodelle intelligenten Verhaltens konnen mit der Hilfe von Computernim Detail untersucht werden

Andererseits: Informationsverarbeitungsansatz der KI

Die symbolische Ebene ermoglicht die Betrachtung hoherer mentaler Funktionen wie Pro-blemlosen, Begriffsbildung und Planen; sie betrachtet auch regelgeleitete generative Sy-steme (Chomsky, 1957).

“Thinking is based on the use of symbolic descriptions and description-manipulatingprocesses to represent a variety of kinds of knowledge ... control of the problem solvingprocess is affected by heuristics that depend on the meaning of events.”(Minsky & Papert,1972)

Zentral in der KI ist die interne symbolische Reprasentation und Verarbeitungvon Symbolen.

KI baut auf dem Informationsverarbeitungsansatz auf.

Zentrale Grundposition des KI-Informationsverarbeitungsansatzes:

In bezug auf intelligentes Verhalten ist der Mensch ein Informationsver-arbeitungssystem: aktiv, autonom, regelgeleitet, diskret, mit beschrank-ten Ressourcen.

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Methoden¨§

¥¦Bereitstellung generischer Funktionalitat

Methoden zur Integration von Information aus anderen Res-

sourcen in Informationssystem

Methoden zur intelligente Speicherung von Information

zur Unterstutzung effizienten Ausspieles

Methoden zur Unterstutzung von Arbeitsprozessen wie

z.B. CoP, Suche, Bearbeitung, variables kontext-orientiertes

Ausspiel

Methoden zur Visualisierung von Zusammenhangen, Abstrak-

tionen, Markierung und Selektion, Navigation und Suche

Methoden zur Ableitung von Zusammenhangen je nach zugrun-

degelegter Logik

Shells zur Entwicklung von Systemen

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Unterstutzung von CoP

• Email (Kommunikation)

• Web (Informationsrecherche; Portal)

• Bulletin Board (elektronisches schwarzes Brett; wie news groups)

• Dokumente (Trainingsmaterial, Manuale, Richtlinien usw.)

• Projekt-Archiv (laufende und alte Projektberichte)

• offizielle Projektinformationen (Kunden, Ziele, Plane, Meilensteine,

Prasentationsmaterial, Beispieldaten, Zwischenberichte, Erfolge, Fehl-

schlage)• Aktueller Projektstand• Abfederung von Mitarbeiterfluktuationen

• Expertise Verzeichnis

• Best practises & lessons learnt

• Datenmanagement

• FAQ

• News

• Workflow

• Help desk

• Standard-Software-Werkzeuge fur Arbeitsumgebung

• Terminkalender

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Aufgaben der Reprasentation

• Schnelle und einfache Wissenseingabe (z.B. visuelles Programmie-

ren) fur Informationstrager ohne Programmiererfahrung

• Modellierung des Workflow

• Wissensbasierte Expertenprofile (mehr als nur stichwortbezogene

Suche)

• Unvollstandige, sich andernde Information (einschl. Metainformati-

on uber die Bewertung von Information: was ist neu?, was ist gut?,

was funktioniert unter welchen Bedingungen? was ist veraltet?

• Integrationsfahigkeit von Werkzeugen und Information (z.B. Kom-

patibilitat von Portalen und Suchmaschinen; Multiagentensysteme)

• Standardisierung von Reprasentationen (z.B. mit XML) und Onto-

logien

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Verbesserung der Suche

• Universale Suchmaschine, die Kontext der Suchanfrage versteht

und an andere Suchmaschinen (Datenbanken usw.) weiterleitet

• Fallbasiertes Schließen (Suche von ahnlichen Fallen ist ahnlich wie

Suche von Textdokumenten, aber benutzt strukturiertere Daten

und kann daher bessere Ergebnisse liefern)

• Verbesserung von Effizienz, Recall, Precision,

• Naturlich-sprachlicher Zugang fur Suchmaschinen

• Kopplung der Suchmaschinen-Ergebnisse mit Aktionsangeboten

• Vielsprachigkeit

• Suche uber Bild- und Tondokumenten

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Just-in-Time Informationsbereitstellung

Agenten: Informationsquellen beobachten, filtern und zusammenfas-

sen (unter Berucksichtigung von Benutzervorlieben); Verhandlun-

gen zwischen Agenten; Programmkopplung.

Hilfe-Agenten: im Kontext des Problemlosens, z.B. Videos zur

Durchfuhrung von bestimmten Anweisungen oder die Buroklammer

in MS-Word; integriert in Workflow

E-Lernen: Selbstlernen mit Trainingsprogrammen, Gruppenlernen

mit/ohne Tutor (asynchron uber Email oder synchron mit Software

wie z.B. Netmeeting)

Data mining:

Organisches Informationsmanagement (uberall, im Hinter-

grund, jeder beteiligt)

Universeller Wissenszugang (raumlich, zeitlich, modal)

Integrierte Entscheidungsunterstutzung und Simulation

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Anwendungen¨§

¥¦außerhalb von Web-Informationssystemen

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