[論文レビュー] The Semantic Web takes Wing: Programming Ontologies with Tawny-OWL

Phillip Lord|arXiv (Cornell University)|Mar 1, 2013

Semantic Web and Ontologies参考文献 9被引用数 27

ひとこと要約

Tawny-OWL は、OWL のためのドメイン固有言語として Clojure を活用することで、プログラム的アプローチを用いたオントロジー開発を実現し、バージョン管理、テスト、継続的インテグレーションといった現代のソフトウェア工学手法と完全に統合します。オントロジー作成をコードとして扱うことで、知識工学におけるアジリティ、再利用性、共同作業性が向上します。

ABSTRACT

The Tawny-OWL library provides a fully-programmatic environment for ontology building; it enables the use of a rich set of tools for ontology development, by recasting development as a form of programming. It is built in Clojure - a modern Lisp dialect, and is backed by the OWL API. Used simply, it has a similar syntax to OWL Manchester syntax, but it provides arbitrary extensibility and abstraction. It builds on existing facilities for Clojure, which provides a rich and modern programming tool chain, for versioning, distributed development, build, testing and continuous integration. In this paper, we describe the library, this environment and the its potential implications for the ontology development process.

研究の動機と目的

• 従来のオントロジーエディタ（例：Protégé）が自動化、バージョニング、共同開発をサポートしないという限界を解消すること。
• Java での低レベルな OWL API 使用がもたらす硬直性と複雑さを克服し、インタラクティブで反復的なオントロジー開発を可能にすること。
• 現代のプログラミング言語の全機能（動的評価、マクロ、ツールチェーンなど）を活用したオントロジー開発を可能にすること。
• 継続的インテグレーションやユニットテストといった確立されたソフトウェア工学手法と統合することで、アジリーで共同可能なオントロジー開発を実現すること。
• 重複を減らし、一貫性を強制するコードベースの抽象化を通じて、スケーラブルで拡張可能で保守性の高いフレームワークを提供すること。

提案手法

• OWL API に直接対応する Clojure ライブラリとして Tawny-OWL を実装し、なじみやすく読みやすいマニラリアン OWL スニペットを模倣した構文を採用すること。
• Clojure の動的性質、特に REPL 環境を活用して、再コンパイルなしにインタラクティブかつ反復的なオントロジー開発を可能にすること。
• マクロと高階関数を用いて一般的なオントロジー設計パターンを抽象化し、複雑な公理を簡潔に生成すること。
• Git などの分散バージョン制御システム（DVCS）と統合し、共同開発と変更履歴の追跡を可能にすること。
• Clojure のテストフレームワークを統合して、ユニットテストを用いてオントロジーの構造、整合性、継承関係を検証すること。
• Travis CI などのツールを活用して継続的インテグレーションを実現し、オントロジーの依存関係と変更を自動テスト可能にすること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 オントロジー開発を効果的にプログラミングタスクとして再定式化することで、既存のソフトウェア工学ツールチェーンを活用できるか？
• RQ2 プログラム的オントロジー開発は、従来のオントロジーエディタと比較して、アジリティ、バージョニング、共同作業性をどのように向上させるか？
• RQ3 オントロジーに完全なテストカバレッジと継続的インテグレーションを適用することで、正しさと後方互換性をどの程度確保できるか？
• RQ4 Clojure のような高水準で関数型の言語を用いることで、直接的な OWL API 使用と比較して、オントロジーコードの表現力と保守性はどの程度向上するか？
• RQ5 プログラム的オントロジー開発は、クラス名の重複や誤った非交差宣言といった一般的な誤りをどのように低減できるか？

主な発見

• Tawny-OWL は、従来の Java による OWL API 使用と比較して、フィードバックサイクルを著しく短くする、REPL によるインタラクティブで反復的なオントロジー開発を可能にします。
• ユニットテストをオントロジー開発に統合することで、クラス階層や論理的整合性の正確で実行可能な検証が可能となり、(is (r/is-superclass ?p / MargheritaPizza ?p / VegetarianPizza)) のようなテストにより構造的正しさが保証されます。
• Travis CI を通じた継続的インテグレーションは、追加のツール不要でネイティブにサポート可能であり、オントロジーの変更と依存関係の自動テストが可能になります。
• マクロとコード抽象化の使用により、再利用可能なテンプレートや設計パターンの作成が可能になり、重複の削減と保守性の向上が図れます。
• オントロジーをコードとして扱うことで、依存関係管理、バージョンピン留め、後方互換性のチェックが可能になり、下流システムでの破損を低減します。
• このアプローチにより、明確な変更ログ、バージョニング、トレーサビリティを備えた、分散型の共同オントロジー開発が可能になり、OBO Foundry のような中央集権的モデルで見られるスケーラビリティの問題を解決します。