[論文レビュー] Generic Ontology Design Patterns at Work

Bernd Krieg-Brückner, Till Mossakowski+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2019

Semantic Web and Ontologies参考文献 11被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、分散型オントロジー言語（DOL）の拡張版であるGeneric Dolにおいて、クラス、プロパティ、または完全なオントロジーをパラメータ化してインスタンス化可能な再利用可能なパターンとしてのGeneric Ontology Design Patterns（GODPs）を導入する。Hetsを用いた実装により、GODPsはコードの重複を低減し、モジュール性を高め、オントロジー工学におけるベストプラクティスの安全かつ柔軟な再利用を可能にし、構造的かつ合成可能なパターンを通じて、オントロジーの品質と保守性を著しく向上させる。

ABSTRACT

Generic Ontology Design Patterns, GODPs, are defined in Generic DOL, an extension of DOL, the Distributed Ontology, Model and Specification Language, and implemented using Heterogeneous Tool Set. Parameters such as classes, properties, individuals, or whole ontologies may be instantiated with arguments in a host ontology. The potential of Generic DOL is illustrated with GODPs for an example from the literature, namely the Role design pattern. We also discuss how larger GODPs may be composed by instantiating smaller GODPs.

研究の動機と目的

• 小規模で資金が乏しいプロジェクトにおいて、オントロジー専門家へのアクセスが限られることが原因で生じるオントロジー品質の低さに対処すること。
• 従来のオントロジー設計パターン（ODPs）には、ゴミダラの導入や柔軟性に欠けるインポート機構のため、適応や再利用が困難であるという限界を克服すること。
• 形式的でパラメトリックなパターンシステムを提供することで、ドメイン専門家が深いオントロジー知識がなくても安全かつ効果的にベストプラクティスを再利用できるようにすること。
• インスタンス化によって、より小さな原子的パターンからより大きなGODPsを構成・拡張できることを実現すること。
• GODPsを、OWL 2 やCommon Logicを含む複数のオントロジー言語および異種のモデリングツールとシームレスに統合できることを支援すること。

提案手法

• GODPsは、シンボル、クラス、プロパティ、および完全なオントロジーに対するパラメータ化をサポートするDOL言語の拡張版であるGeneric Dolで定義される。
• パラメータに具体的な値を代入することで、型安全性を保証し、名前の衝突を回避する形式的なインスタンス化メカニズムを用いてパターンをインスタンス化する。
• Heterogeneous Tool Set（Hets）を用いてGODPsを実装・実行し、意味的検査とモジュール構成を提供する。
• GODPsはDOLにおける「then」演算子を介して合成され、公理の和集合と制約の積集合によってインスタンス化を結合する。
• 定義的拡張、能力質問、論理的性質をサポートすることで、パターンレベルでの品質管理を可能にする。
• ScopedPartialFunctionWithInverse や HasTemporalExtent といったパターンを、RoleGODPDecomposed といった複雑なパターンを分解するための構築ブロックとして用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにすれば、ターゲットオントロジーにゴミダラを加えずに、安全かつ柔軟にインスタンス化可能な形でオントロジー設計パターンを形式化できるか？
• RQ2 パラメータ化されたパターンをモジュール的に合成することで、コードの重複を低減し、保守性を向上させることができるか？
• RQ3 GODPsを異種のモデリングツールおよび複数のオントロジー言語と統合することで、再利用性がどのように向上するか？
• RQ4 名前付きパラメータによるパラメトリック化は、モノリシックまたはマクロベースのパターンシステムに比べてどのような利点を提供するか？
• RQ5 GODPsは、ontologydesignpatterns.org などのリポジトリから入手可能な既存のODPsをどの程度再利用できるか？

主な発見

• GODPsは、HasTemporalExtent や ScopedPartialFunctionWithInverse といったパターンを用いて、RoleGODPDecomposed のような複雑なパターンを、より小さな合成可能なコンponentsに分解することを可能にする。
• GODPsの使用により、コードの重複が顕著に低減される。ロールの例では、複数の公理をパターンのインスタンス化に置き換えることで実証された。
• Generic Dolにおけるインスタンス化メカニズムは、パラメータ化された名前と形式的意味論を用いることで、型安全性を保証し、意図しない名前の衝突を回避する。
• GODPsは、基盤となるDOLメタ言語アーキテクチャのおかげで、OWL 2 やCommon Logicを含む複数のオントロジー言語との統合をサポートする。
• DOLで表現された定義的拡張、能力質問、論理的性質を通じて、パターンレベルでの品質管理が可能になる。
• Hetsにおける実装により、実行可能な意味論が提供され、GODPsを実世界のオントロジー開発において検証・再利用可能にする。