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Die Formale Begriffsanalyse abgekurzt FBA englisch Formal Concept Analysis abgekurzt FCA ist eine mathematische Theorie Sie liefert eine Methodik um Zusammenhange in gegebenen Datenmengen zu erkennen Typisch dafur sind hierarchische Beziehungen zwischen Begriffen Die Formale Begriffsanalyse kann als angewandte Ordnungs und Verbandstheorie verstanden werden 1 Die formale Begriffsanalyse findet praktische Anwendung z B in Data und Text Mining Wissensmanagement Semantic Web Software Engineering Wirtschaft und Bioinformatik 2 Inhaltsverzeichnis 1 Einfuhrung 1 1 Umfang Inhalt und Begriff 1 2 Ober und Unterbegriff 1 3 Bezug zur mathematischen Verbandstheorie 1 4 Entstehung 2 Motivation und philosophischer Hintergrund 3 Beispiel 3 1 Ausgangsdaten in Tabellenform 3 2 Reale Welt und formale Strukturen 3 3 Liniendiagramm 4 Erweiterungen 4 1 Triadische FBA 4 2 Fuzzy Begriffe 4 3 Temporale Begriffsanalyse 4 4 Begriffsalgebren 5 Mathematische Grundlagen 5 1 Formale Kontexte und Formale Begriffe 5 2 Hauptsatz der Formalen Begriffsanalyse 6 Implikationentheorie Formaler Kontexte 6 1 Merkmalexploration 7 Anwendungserfahrungen mit der Formalen Begriffsanalyse 8 Literatur 9 Weblinks 10 Einzelnachweise und AnmerkungenEinfuhrung BearbeitenDie Formale Begriffsanalyse untersucht Zusammenhange in Datensammlungen und macht Strukturen in den Daten deutlich Dabei werden Gegenstande z B beschrieben durch Datensatze aufgrund gemeinsamer Merkmale zu Gruppen zusammengefasst Innerhalb solcher Gruppen wird dann aufgrund weiterer Merkmale weiter unterteilt Daraus ergibt sich eine hierarchische Struktur die in Form eines netzartigen Ordnungsdiagramms veranschaulicht werden kann Ziel ist eine mathematisch fundierte Methodik die dem begrifflichen Denken des Menschen entgegen kommt Umfang Inhalt und Begriff Bearbeiten Jede durch gemeinsame Merkmale bestimmte Menge von Gegenstanden wird als ein Begriffsumfang gedeutet die zugehorige Menge aller gemeinsamen Merkmale als Begriffsinhalt Beide Teile zusammen also jeweils ein Umfang und der zugehorige Inhalt bilden einen formalen Begriff wobei der Zusatz formal darauf hinweist dass es sich um eine mathematische Konstruktion handelt Ein formaler Begriff ist also immer sowohl durch seinen Umfang als auch durch seinen Inhalt eindeutig bestimmt Ober und Unterbegriff Bearbeiten Ein formaler Begriff ist ein Unterbegriff eines zweiten formalen Begriffs wenn sein Umfang ganz im Umfang des zweiten enthalten ist Dann ist der Inhalt des Oberbegriffs also des Begriffs mit dem grosseren Umfang im Inhalt des Unterbegriffs enthalten 3 Bezug zur mathematischen Verbandstheorie Bearbeiten Diese Unterbegriff Oberbegriff Ordnung der formalen Begriffe erweist sich als eine Ordnungsstruktur Sie ist in aller Regel netzartig verzweigt also gewohnlich nicht baumartig oder gar linear Es kann aber bewiesen werden dass diese Ordnungen besondere und gut untersuchte Eigenschaften haben Es handelt sich dabei stets um sogenannte vollstandige Verbande engl complete lattices Ein Begriff kann mehrere Oberbegriffe haben z B vereinigt der Begriff Greifvogel die Merkmale sowohl von seinem Oberbegriff Vogel als auch die seines zweiten Oberbegriffs Beutegreifer Entstehung Bearbeiten Die Theorie in ihrer heutigen Form geht zuruck auf die Darmstadter Forschungsgruppe um Rudolf Wille Bernhard Ganter und Peter Burmeister in der Anfang der 1980er Jahre die Formale Begriffsanalyse entstand Die mathematischen Grundlagen wurden jedoch bereits von Garrett Birkhoff in den 1930er Jahren im Rahmen der allgemeinen Verbandstheorie geschaffen Vor den Arbeiten der Darmstadter Gruppe gab es bereits Ansatze in verschiedenen franzosischen Gruppen Einfluss auf die Entstehung der Formalen Begriffsanalyse hatten Schriften von Charles S Peirce und Hartmut von Hentig Motivation und philosophischer Hintergrund BearbeitenIm Artikel Restructuring Lattice Theory 1982 der die Formale Begriffsanalyse als Disziplin begrundete wird als Motivation das Unbehagen an der Verbandstheorie und der Reinen Mathematik allgemein genannt Die oft durch geistigen Hochleistungssport erreichte Produktion theoretischer Resultate sei beeindruckend die Verknupfungen zwischen benachbarten Gebieten und sogar Teilen einer Theorie wurden jedoch schwacher Die Restrukturierung der Verbandstheorie ist ein Versuch Verbindungen zu unserer allgemeinen Kultur wieder zu verstarken indem die Theorie so konkret wie moglich interpretiert und dadurch eine bessere Kommunikation zwischen Verbandstheoretikern und potentiellen Anwendern der Verbandstheorie gefordert wird Rudolf Wille Restructuring lattice theory An approach based on hierarchies of concepts 4 Dieses Ziel bezieht sich auf Hartmut von Hentig der 1972 eine Restrukturierung der Wissenschaften forderte um sie besser lernbar gegenseitig verfugbar und allgemeiner d h jenseits der Fachkompetenz kritisierbar zu machen 5 Somit zielt auch Formale Begriffsanalyse von ihren Ursprungen her auf Interdisziplinaritat und demokratische Kontrolle von Forschung 6 Wahrend ein Begriff in der Formalen Logik als einstelliges Pradikat auf seinen Umfang reduziert wird macht die Formale Begriffsanalyse durch Berucksichtigung auch des Begriffsinhalts die Begriffslehre wieder weniger abstrakt 4 Damit orientiert sich die Formale Begriffsanalyse an den Kategorien Extension und Intension der Linguistik und der klassischen Begriffslogik Klarheit von Begriffen wird im Sinn von Charles S Peirce s Pragmatischer Maxime dadurch angestrebt dass beobachtbare elementare Eigenschaften der subsumierten Gegenstande entfaltet werden 6 In seiner Spatphilosophie ging Peirce davon aus dass logisches Denken auf das Erfassen von Wirklichkeit zielt durch den Dreischritt Begriff Urteil und Schluss Mathematik abstrahiert logisches Denken entwickelt Formen moglicher Realitat und kann daher rationale Kommunikation unterstutzen Rudolf Wille definiert vor diesem Hintergrund Ziel und Bedeutung Formaler Begriffsanalyse als mathematische Theorie von Begriffen und Begriffshierarchien ist es die rationale Kommunikation von Menschen zu unterstutzen indem sie mathematisch geeignete Begriffsstrukturen entwickelt die logisch aktiviert werden konnen Rudolf Wille Formal Concept Analysis as Mathematical Theory of Concepts and Concept Hierarchies 7 Eine vergleichbare Motivation lag jedoch historisch fruher den Projekten zur Entwicklung analytischer Plansprachen zu Grunde vgl auch Universalsprache Beispiel BearbeitenZur Erlauterung der Grundlagen der Formalen Begriffsanalyse dient folgendes bewusst klein gehaltene Beispiel Es ist Teil einer umfangreicheren Wortfeldstudie in der Gewasser anhand von Merkmalen in eine Systematik gebracht wurden 8 Fur die hiesigen Zwecke wurde das dort behandelte Beispiel etwas reduziert Im Folgenden wird ausser der Tabelle auch schon die daraus konstruierbare Grafik das Liniendiagramm gezeigt Beispiel fur einen formalen Kontext Gewasser Gewasser Merkmaletemporar fliessend naturlich stehend konstant maritimGegenstande Bach X X XFluss X X XHaff X X X XKanal X XLache X X XPfuhl X X XPfutze X X XRinnsal X X XStrom X X XMaar X X XMeer X X X XSee X X XTeich X X XTumpel X X XWeiher X X nbsp Liniendiagramm entsprechend der Tabelle Gewasser auf der linken Seite Ausgangsdaten in Tabellenform Bearbeiten Fur eine Analyse mussen die zu untersuchenden Daten in Tabellenform vorliegen oder in eine solche Form uberfuhrt werden In der Tabelle Beispiel fur einen formalen Kontext Gewasser sind verschiedene Gewasserarten als formale Gegenstande in Zeilen aufgelistet Die dazugehorigen formalen Merkmale bestimmen die Spalten dieser Tabelle Weist ein Gegenstand ein bestimmtes Merkmal auf dann steht am Kreuzungspunkt in der jeweiligen Zeile und Spalte eine Markierung meist ein X Weist er dieses Merkmal nicht auf oder ist unklar ob er dieses Merkmal aufweist dann fehlt diese Markierung Reale Welt und formale Strukturen Bearbeiten Will man den Unterschied zwischen realen Gegenstanden und Merkmalen einerseits und ihren Abstraktionen den Daten in der Tabelle andererseits betonen spricht man bei den Abstraktionen von formalen Gegenstanden und formalen Merkmalen Analog spricht man bei der Gesamtheit der ganzen Tabelle von einem formalen Kontext Spater werden formale Begriffe noch genauer eingefuhrt Haufig entsprechen die formalen Gegenstande realen Gegenstanden der Welt und die formalen Merkmale deren realen qualitativen oder quantitativen Eigenschaften Ein formaler Gegenstand kann aber auch ein Abstraktum darstellen wie die Gewasserarten in obigem Beispiel Ebenso kann ein formales Merkmal ein Abstraktum darstellen Liniendiagramm Bearbeiten Das obige Liniendiagramm enthalt Kreise und verbindende Linien Kreise stellen formale Begriffe dar An den Linien lasst sich die Unterbegriff Oberbegriff Hierarchie ablesen Bei der hier verwendeten reduzierten Beschriftung wird jeder Gegenstands und jeder Merkmalname genau einmal in das Diagramm eingetragen wobei Gegenstande unterhalb und Merkmale oberhalb von Begriffskreisen stehen Dies geschieht so dass ein Merkmal genau dann von einem Gegenstand aus uber einen aufsteigenden Linienzug erreichbar ist wenn der Gegenstand das Merkmal hat In dem gezeigten Diagramm hat z B der Gegenstand Weiher die Merkmale stehend und konstant nicht aber die Merkmale temporar naturlich fliessend und maritim Entsprechend haben Lache und Pfutze genau die Merkmale temporar stehend und naturlich Zu jedem Begriff kann man seinen Umfang und seinen Inhalt am Liniendiagramm ablesen Der Umfang eines Begriffs besteht aus den Gegenstanden von denen ein aufsteigender Linienzug zum Kreis des Begriffes fuhrt Der Begriff der im Diagramm unmittelbar links neben Weiher steht hat den Inhalt stehend und naturlich und den Umfang Lache Pfutze Pfuhl Maar See Teich Tumpel Haff und Meer Erweiterungen BearbeitenZur Formalen Begriffsanalyse gab es weitere Forschungen in unterschiedliche Richtungen Exemplarisch folgen einige Forschungsansatze und Hinweise auf weiterfuhrende Veroffentlichungen Triadische FBA Bearbeiten Die Triadische Begriffsanalyse ersetzt die binare Beziehung zwischen Gegenstanden und Merkmalen durch eine ternare Beziehung zwischen Gegenstanden Merkmalen und Bedingungen Eine Inzidenz g m b displaystyle g m b nbsp druckt dann aus dass der Gegenstand g displaystyle g nbsp das Merkmal m displaystyle m nbsp unter der Bedingung b displaystyle b nbsp hat Obwohl triadische Begriffe in Analogie zu den obigen formalen Begriffen definiert werden konnen ist die Theorie der von ihnen gebildeten Tri Verbande viel weniger weit entwickelt als die der Begriffsverbande und scheint schwierig zu sein 9 George Voutsadakis hat den n stelligen Fall Polyadische FBA untersucht 10 Fuzzy Begriffe Bearbeiten Fuzzy Begriffe ergeben sich aus einer Kombination von Formaler Begriffsanalyse mit der Fuzzy Set Theorie Dazu hat es zahlreiche Untersuchungen gegeben Eine der ersten war die Dissertation von Silke Pollandt 11 Umfangreich entwickelt wurde die Theorie in der Gruppe um den tschechischen Mathematiker Radim Belohlavek von der auch eine eigene Tagungsreihe Concept Lattices and Their Applications eingerichtet wurde Deren Ergebnisse sind frei zuganglich 12 Einen Einstieg ins Thema bieten die Aufsatze What is a fuzzy concept lattice 13 und Formal Concept Analysis and Fuzzy Logic 14 Temporale Begriffsanalyse Bearbeiten Um auch zeitlich veranderliche Vorgange begrifflich beschreiben zu konnen hat Karl Erich Wolff eine temporale Erweiterung der Begriffsanalyse formuliert 15 Begriffsalgebren Bearbeiten Die Modellierung der Negation von formalen Begriffen ist etwas problematisch weil das Komplement G A M B displaystyle G setminus A M setminus B nbsp eines formalen Begriffs nicht notwendigerweise ein formaler Begriff ist Da der Begriffsverband jedoch vollstandig ist kann man das Supremum A B D displaystyle A B Delta nbsp aller Begriffe C D displaystyle C D nbsp betrachten welche C G A displaystyle C subseteq G setminus A nbsp erfullen oder alternativ das Infimum A B displaystyle A B nabla nbsp aller Begriffe welche D M B displaystyle D subseteq M setminus B nbsp erfullen Diese beiden Operationen werden als schwache Negation bzw schwache Opposition bezeichnet Sie konnen mit Hilfe der Ableitungsoperatoren ausgedruckt werden Die schwache Negation kann geschrieben werden als A B D G A G A displaystyle A B Delta G setminus A prime prime G setminus A prime nbsp und die schwache Opposition als A B M B M B displaystyle A B nabla M setminus B prime M setminus B prime prime nbsp Der mit den beiden zusatzlichen Operationen D displaystyle Delta nbsp und displaystyle nabla nbsp ausgestattete Begriffsverband wird als Begriffsalgebra eines Kontexts bezeichnet Begriffsalgebren verallgemeinern Potenzmengen Die schwache Negation auf einem Begriffsverband L displaystyle L nbsp ist eine schwache Komplementation d h eine ordnungsumkehrende Abbildung D L L displaystyle Delta L to L nbsp die die Axiome x D D x displaystyle x Delta Delta leq x nbsp und x y x y D x displaystyle x wedge y vee x wedge y Delta x nbsp erfullt Die schwache Opposition ist eine duale schwache Komplementation Ein beschrankter Verband der mit einer schwachen Komplementierung und einer dualen schwachen Komplementierung ausgestattet ist wird als schwach dikomplementierter Verband bezeichnet Begriffsalgebren sind davon Beispiele Schwach dikomplementierte Verbande verallgemeinern distributive orthokomplementierte Verbande d h Boolesche Algebren 16 17 Mathematische Grundlagen BearbeitenBegriffsverbande sind gut geeignet Daten so zu ordnen und darzustellen dass sie auch ohne mathematische Vorbildung gut verstanden werden konnen Die mathematischen Grundlagen sollen hier kurz dargelegt werden Formale Kontexte und Formale Begriffe Bearbeiten Gegeben seien zwei Mengen G M displaystyle G M nbsp und eine Relation I G M displaystyle I subseteq G times M nbsp Das Tripel K G M I displaystyle mathbb K G M I nbsp wird dann als formaler Kontext 18 bezeichnet G displaystyle G nbsp als seine Gegenstandsmenge und M displaystyle M nbsp als seine Merkmalsmenge fur einen Gegenstand g G displaystyle g in G nbsp und ein Merkmal m M displaystyle m in M nbsp bedeutet g m I displaystyle g m in I nbsp der Gegenstand g displaystyle g nbsp hat das Merkmal m displaystyle m nbsp Oft wird auch g I m displaystyle g mathrel I m nbsp statt g m I displaystyle g m in I nbsp geschrieben Die Menge I displaystyle I nbsp wird als Inzidenzrelation des formalen Kontextes bezeichnet Sind die Mengen G displaystyle G nbsp und M displaystyle M nbsp endlich so lassen sich formale Kontexte gut in Form von Kreuztabellen darstellen Man beachte dabei dass die Gegenstande und Merkmale in dieser Darstellung willkurlich geordnet werden konnen Diese Ordnung ist dann aber nicht Teil des formalen Kontextes sondern nur seiner Darstellung Ist A G displaystyle A subseteq G nbsp eine Menge von Gegenstanden eines formalen Kontextes K G M I displaystyle mathbb K G M I nbsp so bezeichnet man mit A m M g A g I m displaystyle A m in M mid forall g in A g mathrel I m nbsp die Menge der gemeinsamen Merkmale der Gegenstande in A displaystyle A nbsp Entsprechend definiert wird fur eine Menge B M displaystyle B subseteq M nbsp von Merkmalen von K G M I displaystyle mathbb K G M I nbsp die Menge B g G m B g I m displaystyle B g in G mid forall m in B g mathrel I m nbsp aller Gegenstande die alle Merkmale aus B displaystyle B nbsp besitzen Die Mengen A displaystyle A nbsp und B displaystyle B nbsp werden als die Ableitungen der entsprechenden Mengen A displaystyle A nbsp und B displaystyle B nbsp bezeichnet und die Funktionen welche beide mit displaystyle cdot nbsp benannt sind Ableitungsoperatoren von K displaystyle mathbb K nbsp genannt Die Ableitungsoperatoren erfullen eine Reihe von sehr grundlegenden Eigenschaften Sind A A 1 A 2 displaystyle A A 1 A 2 nbsp Mengen von Gegenstanden und B B 1 B 2 displaystyle B B 1 B 2 nbsp Mengen von Merkmalen so gilt A 1 A 2 A 2 A 1 displaystyle A 1 subseteq A 2 implies A 2 subseteq A 1 nbsp und dual B 1 B 2 B 2 B 1 displaystyle B 1 subseteq B 2 implies B 2 subseteq B 1 nbsp A A displaystyle A subseteq A nbsp und dual B B displaystyle B subseteq B nbsp A A displaystyle A A nbsp und B B displaystyle B B nbsp A B A B displaystyle A subseteq B iff A supseteq B nbsp Tatsachlich definieren damit die Ableitungsoperatoren eine antitone Galoisverbindung zwischen den Potenzmengenverbanden der Gegenstandsmenge und der Merkmalmenge Umgekehrt lasst sich jede solche Galoisverbindung zwischen Potenzmengenverbanden als Paar von Ableitungsoperatoren eines formalen Kontextes darstellen Zu einem formalen Kontext K displaystyle mathbb K nbsp heisst nun ein Paar A B displaystyle A B nbsp ein formaler Begriff 18 von K displaystyle mathbb K nbsp falls A displaystyle A nbsp eine Menge von Gegenstanden von K displaystyle mathbb K nbsp ist B displaystyle B nbsp eine Menge von Merkmalen von K displaystyle mathbb K nbsp ist A B displaystyle A B nbsp und B A displaystyle B A nbsp gilt Die Menge A displaystyle A nbsp wird dann Umfang und die Menge B displaystyle B nbsp Inhalt des Begriffes A B displaystyle A B nbsp genannt Die Menge aller Begriffe wird mit B K displaystyle mathfrak B mathbb K nbsp bezeichnet Stellt man formale Kontexte als Kreuztabellen dar so lassen sich formale Begriffe bei geeigneter Ordnung der Gegenstande und Merkmale als maximale vollstandig gefullte Rechtecke in dieser Kreuztabelle verstehen Sind nun A B C D B K displaystyle A B C D in mathfrak B mathbb K nbsp so lasst sich mit A B C D A C displaystyle A B leq C D Leftrightarrow A subseteq C nbsp eine Halbordnung auf B K displaystyle mathfrak B mathbb K nbsp definieren Diese Ordnung macht dann die Struktur B K displaystyle mathfrak B mathbb K leq nbsp zu einem vollstandigen Verband Tatsachlich ist umgekehrt nach dem Hauptsatz der Formalen Begriffsanalyse jeder vollstandige Verband ordnungsisomorph zu einem Begriffsverband Begriffsverbande konnen als Ordnungsdiagramme Liniendiagramme dargestellt werden und entfalten so die Daten in ihrer Struktur und ihren Zusammenhangen Die Gegenstande haben dabei alle durch Kanten verbundene daruber stehenden Merkmale in nebenstehendem Beispiel ist 4 gerade zusammengesetzt und quadratisch Mathematisch genauer kann zunachst die vereinfachte Beschriftung von Begriffsverbanden begrundet werden Betrachtet man fur einen Gegenstand g G displaystyle g in G nbsp die Menge aller Begriffe die g displaystyle g nbsp in ihrem Umfang haben so hat diese Menge einen Hauptfilter im Begriffsverband Daher wird nur unterhalb des kleinsten Begriffs der g displaystyle g nbsp im Umfang enthalt der Gegenstand g displaystyle g nbsp notiert Dual dazu wird oberhalb des grossten Begriffs der ein gegebenes Merkmal m M displaystyle m in M nbsp im Inhalt besitzt das Merkmal m displaystyle m nbsp notiert Ein Begriff im Ordnungsdiagramm hat also genau dann einen Gegenstand in seinem Umfang wenn er oberhalb des Begriffes liegt der mit dem Gegenstand beschriftet ist Entsprechend hat ein Begriff im Ordnungsdiagramm ein Merkmal in seinem Inhalt wenn er unterhalb des Begriffes liegt der mit dem Merkmal beschriftet ist Hauptsatz der Formalen Begriffsanalyse Bearbeiten Es sei K G M I displaystyle mathbb K G M I nbsp ein formaler Kontext und B K displaystyle underline mathfrak B mathbb K nbsp sein Begriffsverband Man kann fur Gegenstande g G displaystyle g in G nbsp und Merkmale m M displaystyle m in M nbsp dann die Begriffe g g g g displaystyle gamma g g g nbsp m m m m displaystyle mu m m m nbsp betrachten Es wird g g displaystyle gamma g nbsp der Gegenstandsbegriff von g displaystyle g nbsp und m m displaystyle mu m nbsp der Merkmalsbegriff von m displaystyle m nbsp genannt Weiterhin gilt g I m g g m m displaystyle g mathrel I m iff gamma g leq mu m nbsp Ist nun L L L displaystyle underline L L leq L nbsp ein vollstandiger Verband so ist L displaystyle underline L nbsp genau dann isomorph zu B K displaystyle underline mathfrak B mathbb K nbsp wenn es Abbildungen g L G L m L M L displaystyle gamma underline L colon G to L mu underline L colon M to L nbsp gibt derart dass g I m g L g m L m displaystyle g mathrel I m iff gamma underline L g leq mu underline L m nbsp gilt Insbesondere ist L displaystyle underline L nbsp isomorph zu B L L L displaystyle underline mathfrak B L L leq L nbsp Der Hauptsatz ist auch als Rudolf Willes Hauptsatz uber Begriffsverbande bekannt Er besagt unter anderem dass jeder vollstandige Verband einem Begriffsverband isomorph ist 19 Implikationentheorie Formaler Kontexte BearbeitenFur einen formalen Kontext K G M I displaystyle mathbb K G M I nbsp kann seine Implikationentheorie untersucht werden Dabei ist eine Implikation von K displaystyle mathbb K nbsp einfach ein Paar A B displaystyle A B nbsp mit A B M displaystyle A B subseteq M nbsp was meist mit A B displaystyle A to B nbsp geschrieben wird Man sagt dass A B displaystyle A to B nbsp in K displaystyle mathbb K nbsp gilt wenn jeder Gegenstand der alle Merkmale aus A displaystyle A nbsp besitzt auch alle Merkmale aus B displaystyle B nbsp besitzt wenn also A B displaystyle A subseteq B nbsp gilt Diese Bedingung ist aquivalent dazu dass B A displaystyle B subseteq A nbsp gilt Ist L displaystyle mathcal L nbsp eine Menge von Implikationen von K displaystyle mathbb K nbsp und ist A M displaystyle A subseteq M nbsp so bezeichnet man mit L A displaystyle mathcal L A nbsp die kleinste Menge die A displaystyle A nbsp enthalt und abgeschlossen ist unter L displaystyle mathcal L nbsp Dabei heisst eine Menge X M displaystyle X subseteq M nbsp abgeschlossen unter L displaystyle mathcal L nbsp falls fur alle Implikationen A B L displaystyle A to B in mathcal L nbsp stets A X displaystyle A not subseteq X nbsp oder B X displaystyle B subseteq X nbsp gilt wenn also A X displaystyle A subseteq X nbsp stets B X displaystyle B subseteq X nbsp impliziert Man sieht dann dass die Abbildung A L A displaystyle A to mathcal L A nbsp ein Hullenoperator auf der Potenzmenge von M displaystyle M nbsp ist Ist A B displaystyle A to B nbsp eine Implikation von K displaystyle mathbb K nbsp so folgt A B displaystyle A to B nbsp aus L displaystyle mathcal L nbsp falls B L A displaystyle B subseteq mathcal L A nbsp gilt Dies ist aquivalent dazu dass in jedem formalen Kontext in dem alle Implikationen aus L displaystyle mathcal L nbsp gelten auch stets die Implikation A B displaystyle A to B nbsp gilt Eine Basis fur K displaystyle mathbb K nbsp ist dann eine Menge L displaystyle mathcal L nbsp von gultigen Implikationen von K displaystyle mathbb K nbsp so dass jede semantisch gultige Implikation aus K displaystyle mathbb K nbsp bereits aus L displaystyle mathcal L nbsp folgt durch Anwendung geeigneter syntaktischer Inferenzregeln wie der Armstrong Regeln 20 Die in diesem neuen Sinn abgeschlossene Menge aller Implikationen von K displaystyle mathbb K nbsp ist eine Theorie da sie ausserdem laut Konstruktion zum Beispiel bezuglich des zugrunde liegenden Kontexts erfullbar ist Die Basis heisst irredundant falls sie displaystyle subseteq nbsp minimal mit dieser Eigenschaft ist Ein Beispiel fur eine irredundante Basis ist die kanonische Basis siehe auch Merkmalexploration die daruber hinaus die Eigenschaft hat auch minimal bezuglich der Grosse der Basis zu sein Es gilt dass eine Menge L displaystyle mathcal L nbsp von Implikationen genau dann eine Basis eines Kontextes K displaystyle mathbb K nbsp ist wenn die Menge der unter L displaystyle mathcal L nbsp abgeschlossenen Mengen genau die der Inhalte von K displaystyle mathbb K nbsp ist Merkmalexploration Bearbeiten Hauptartikel Merkmalexploration Es ist moglich die Implikationentheorie eines bestimmten Themengebietes mit Hilfe eines formalen Kontextes darzustellen Dies bedeutet insbesondere dass man dies mit Hilfe einer ausreichenden Menge von Beispielen tun kann die dann die Gegenstande des formalen Kontextes werden Theoretisch kann solch eine Menge von Beispielen von einem menschlichen Experten oder auch einer Maschine angegeben werden Dabei entsteht allerdings das Problem dass weder von vornherein garantiert ist dass eine ausreichende Menge von Beispielen angegeben ist noch ob nicht einige generierte Beispiele redundant sind da bereits gegebene Beispiele ausreichen Unter den Gesichtspunkten dass die Generierung guter Beispiele schwierig ist die Befragung von Experten oder gar neue Experimente teuer sind und Literatursuche oder Algorithmen aufwendig werden konnen ist dies ein ernstzunehmendes Problem Abhilfe kann hier der Algorithmus der Merkmalexploration schaffen Ausgehend von einer bereits bekannten Menge von Implikationen und einer bereits bekannten Menge von Beispielen aus dem Themengebiet schlagt der Algorithmus Implikationen vor die dann von einem Experten menschlich oder nicht akzeptiert oder zuruckgewiesen werden konnen Dabei soll eine Implikation genau dann akzeptiert werden wenn diese im besagten Themengebiet gultig ist Wird eine Implikation zuruckgewiesen so muss der Experte ein Gegenbeispiel erzeugen das dann von einem Experten menschlich oder nicht akzeptiert oder zuruckgewiesen werden kann Dabei soll eine Implikation genau dann akzeptiert werden wenn diese im besagten Themengebiet gultig ist Durch ein akzeptiertes Gegenbeispiel wird die Implikation widerlegt und somit eine kleinstmogliche Menge von akzeptierten Implikationen generiert die am Ende das Themengebiet vollstandig beschreibt Daruber hinaus wird auch die Menge von Beispielen vervollstandigt Anwendungserfahrungen mit der Formalen Begriffsanalyse BearbeitenDie Formale Begriffsanalyse lasst sich als qualitative Methode zur Datenanalyse einsetzen Seit den fruhen Anfangen von Formale Begriffsanalyse Anfang der 1980er hat die Forschungsgruppe Formale Begriffsanalyse an der TU Darmstadt Erfahrungen aus mehr als 200 Projekten gesammelt in denen die Formale Begriffsanalyse angewandt wurde Stand 2005 21 Darunter aus den Bereichen Medizin und Zellbiologie 22 23 Genetik 24 25 Okologie 26 Softwaretechnik 27 Ontologie Informatik 28 Informations und Bibliothekswissenschaften 29 30 31 Buroorganisation 32 Recht 33 34 Sprachwissenschaft 35 Politikwissenschaften 36 Viele weitere Anwendungsbeispiele sind z B beschrieben in Formal Concept Analysis Foundations and Applications 21 den Konferenzbanden zu regelmassig stattfindenden Konferenzen wie International Conference on Formal Concept Analysis ICFCA 37 Concept Lattices and their Applications CLA 38 oder International Conference on Conceptual Structures ICCS 39 Literatur BearbeitenBrian A Davey Hilary A Priestley Introduction to Lattices and Order 2 Auflage Cambridge University Press New York 2002 ISBN 0 521 78451 4 MR1902334 Bernhard Ganter Diskrete Mathematik Geordnete Mengen Springer Lehrbuch Springer Spektrum Berlin Heidelberg 2013 ISBN 978 3 642 37499 9 doi 10 1007 978 3 642 37500 2 Bernhard Ganter Rudolf Wille Formale Begriffsanalyse Springer 1996 ISBN 3 540 60868 0 Bernhard Ganter Gerd Stumme Rudolf Wille Hrsg Formal Concept Analysis Foundations and Applications Springer 2005 ISBN 3 540 27891 5 Vorschau George Gratzer General Lattice Theory New appendices by the author with B A Davey R Freese B Ganter M Greferath P Jipsen H A Priestley H Rose E T Schmidt S E Schmidt F Wehrung and R Wille 2 Auflage Birkhauser Verlag Basel Boston Berlin 1998 ISBN 3 7643 5239 6 MR1670580 R Missaoui Jurg Schmid Formal Concept Analysis Springer 2006 ISBN 3 540 32203 5 Raoul Medina Sergei Obiedkov Hrsg Formal Concept Analysis 6th International Conference ICFCA 2008 Montreal Canada February 25 28 2008 Springer Heidelberg 2008 ISBN 978 3 540 78136 3 LNCS LNAI 4933 Weblinks BearbeitenUta Priss Formal Concept Analysis Homepage 2007 abgerufen am 2 Mai 2019 englisch mit Links zu weiteren Programmen Bernhard Ganter The Dresden Formal Concept Analysis Page TU Dresden 2 Marz 1999 abgerufen am 2 Mai 2019 englisch BibSonomy Lesezeichen und Publikationen teilen in blau bibsonomy org abgerufen am 2 Mai 2019 Literatur und Weblinks nicht nur zu Formale Begriffsanalyse social bookmarking Einzelnachweise und Anmerkungen Bearbeiten Rudolf Wille Restructuring Lattice Theory An Approach Based on Hierarchies of Concepts In I Rival Hrsg Ordered Sets Proceedings of the NATO Advanced Study Institute Held at Banff Canada 1982 englisch Siehe Abschnitt Anwendungserfahrungen mit der Formalen Begriffsanalyse fur Beispiele Ein Unterbegriff ergibt sich wenn ein formaler Begriff durch zusatzliche Merkmale weiter spezifiziert ist Daraus ergibt sich dass die Gegenstande die zum Unterbegriff gehoren auch zum Oberbegriff gehoren Umgekehrt sind alle Merkmale des Oberbegriffs auch Merkmale des Unterbegriffs a b Rudolf Wille Restructuring lattice theory An approach based on hierarchies of concepts Nachdruck in ICFCA 09 Proceedings of the 7th International Conference on Formal Concept Analysis Berlin Heidelberg 2009 S 314 geistiger Hochleistungssport elaborate mental gymnastics Hartmut von Hentig Magier oder Magister Uber die Einheit der Wissenschaft im Verstandigungsprozess 1 Auflage Suhrkamp Taschenbuch Verlag Frankfurt am Main 1974 ISBN 3 518 06707 9 Zitiert nach Karl Erich Wolff Ordnung Wille und Begriff Ernst Schroder Zentrum fur Begriffliche Wissensverarbeitung Darmstadt 2003 fbmn h da de MS WORD 2 0 MB fbmn h da de Memento vom 12 September 2015 im Internet Archive a b Johannes Wollbold Attribute Exploration of Gene Regulatory Processes PDF 4 6 MB Doktorarbeit Universitat Jena 2011 Digitale Bibliothek Thuringen S 9 abgerufen am 14 November 2015 englisch Rudolf Wille Formal Concept Analysis as Mathematical Theory of Concepts and Concept Hierarchies In B Ganter et al Formal Concept Analysis Foundations and Applications 2005 S 1f Peter Rolf Lutzeier Wort und Feld wortsemantische Fragestellungen mit besonderer Berucksichtigung des Wortfeldbegriffes Dissertation Linguistische Arbeiten Band 103 Niemeyer Tubingen 1981 OCLC 8205166 doi 10 1515 9783111678726 fm Rudolf Wille 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5 ISSN 0302 9743 S 149 160 doi 10 1007 978 3 540 31881 1 Beate Kohler Koch Frank Vogt Normen und Regelgeleitete internationale Kooperationen Zitiert nach Peter Becker et al The ToscanaJ Suite for Implementing Conceptual Information Systems In Gerhard Stumme Rudolf Wille Hrsg Begriffliche Wissenverarbeitung Methoden und Anwendungen Springer Berlin Heidelberg New York 2000 ISBN 978 3 540 66391 1 S 325 340 International Conference on Formal Concept Analysis dblp abgerufen am 14 Februar 2016 englisch CLA Concept Lattices and Their Applications Conference Homepage mit Open Access Artikeln aller Konferenzen seit 2004 CLA abgerufen am 14 November 2015 englisch International Conferences On Conceptual Structures Conferences and Workshops New Mexico State University abgerufen am 14 Februar 2016 englisch Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Formale Begriffsanalyse amp oldid 238361957