[논문 리뷰] Competency Questions and SPARQL-OWL Queries Dataset and Analysis

Dawid Wiśniewski, Jędrzej Potoniec외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 11. 23.

Semantic Web and Ontologies참고 문헌 10인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 다섯 가지 다양한 온톨로지에 걸쳐 234개의 능력 질문(CQ)과 그에 해당하는 SPARQL-OWL 쿼리 번역을 공개한 데이터셋을 소개한다. 언어학적 및 의미적 분석을 통해 17개의 구체적 CQ 패턴과 46개의 SPARQL-OWL 쿼리 서명을 규명하였으며, 자연어 표현과 형식적 쿼리 간의 복잡한 매핑을 드러내어 온톨로지 개발 분야에서의 자동화, 도구 개발, 표준화를 향상시킨다.

ABSTRACT

Competency Questions (CQs) are natural language questions outlining and constraining the scope of knowledge represented by an ontology. Despite that CQs are a part of several ontology engineering methodologies, we have observed that the actual publication of CQs for the available ontologies is very limited and even scarcer is the publication of their respective formalisations in terms of, e.g., SPARQL queries. This paper aims to contribute to addressing the engineering shortcomings of using CQs in ontology development, to facilitate wider use of CQs. In order to understand the relation between CQs and the queries over the ontology to test the CQs on an ontology, we gather, analyse, and publicly release a set of 234 CQs and their translations to SPARQL-OWL for several ontologies in different domains developed by different groups. We analysed the CQs in two principal ways. The first stage focused on a linguistic analysis of the natural language text itself, i.e., a lexico-syntactic analysis without any presuppositions of ontology elements, and a subsequent step of semantic analysis in order to find patterns. This increased diversity of CQ sources resulted in a 5-fold increase of hitherto published patterns, to 106 distinct CQ patterns, which have a limited subset of few patterns shared across the CQ sets from the different ontologies. Next, we analysed the relation between the found CQ patterns and the 46 SPARQL-OWL query signatures, which revealed that one CQ pattern may be realised by more than one SPARQL-OWL query signature, and vice versa. We hope that our work will contribute to establishing common practices, templates, automation, and user tools that will support CQ formulation, formalisation, execution, and general management.

연구 동기 및 목표

• 온톨로지 공학 분야에서 공개된 능력 질문(CQ)과 그 형식적 SPARQL-OWL 번역의 부족 문제를 해결한다.
• 더 넓은 도메인과 온톨로지 샘플링을 통해 이전에 규명된 바보다 더 많은 CQ 패턴을 발견할 수 있는지 탐구한다.
• 자연어 CQ 패턴과 형식적 SPARQL-OWL 쿼리 서명 간의 관계를 탐색한다.
• 온톨로지 개발에서 CQ 자동 생성, 형식화, 쿼리 생성의 기초를 마련한다.

제안 방법

• 다양한 도메인에 걸친 다섯 온톨로지에서 234개의 CQ를 수집하였으며, 각 CQ는 해당하는 SPARQL-OWL 쿼리와 짝을 이루었다.
• 온톨로지 요소에 대한 사전 가정 없이 CQ에 대한 어휘-구문 분석을 수행하여 언어 패턴을 규명하였다.
• 의미와 구조에 기반해 CQ를 의미 있는 패턴으로 묶고 분류하기 위해 의미적 분석을 수행하였다.
• 형식화된 쿼리의 구조적 및 논리적 특성에 기반해 46개의 고유한 SPARQL-OWL 쿼리 서명을 식별하였다.
• CQ 패턴과 SPARQL-OWL 쿼리 서명 간의 매핑을 분석하여 일대다 및 다대일 관계를 파악하였다.
• 재현 가능성, 도구 개발, 향후 연구를 지원하기 위해 데이터셋을 공개하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RQ1: 도메인과 온톨로지에 걸쳐 범위를 넓힐 경우, 기존 문헌에서 규명된 바보다 더 많은 CQ 패턴을 발견할 수 있는가?
• RQ2 RQ2: 규명된 언어적 CQ 패턴은 특정 OWL 구조에 고정되어 있는가, 아니면 일반화 가능한가?
• RQ3 RQ3: 서로 다른 온톨로지 간에 반복적으로 나타나는 재사용 가능한 SPARQL-OWL 쿼리 서명이 존재하는가?
• RQ4 RQ4: 언어적 CQ 패턴과 SPARQL-OWL 쿼리 서명 간의 매핑 및 형식화 관계는 어떻게 설명되는가?

주요 결과

• 언어학적 및 의미적 분석을 통해 이전 연구 대비 5배 이상 증가한 17개의 고유한 CQ 패턴을 규명하였다.
• 다양한 온톨로지 간에 공통된 CQ 패턴은 소수에 불과하여 도메인 간 CQ 표현 방식의 뚜렷한 다양성을 시사한다.
• 구조적 및 논리적 다양성을 반영하여 총 46개의 고유한 SPARQL-OWL 쿼리 서명을 식별하였다.
• 분석 결과, 한 개의 CQ 패턴이 여러 SPARQL-OWL 쿼리 서명으로 형식화될 수 있으며, 반대로 한 개의 쿼리 서명이 여러 CQ 패턴에 대응할 수 있음을 확인하여 비트ivial한 매핑 관계를 규명하였다.
• 234개의 CQ-SPARQL 쌍으로 구성된 데이터셋을 공개하여 향후 연구, 도구 개발, 온톨로지 공학 분야의 표준화를 지원한다.
• 결과는 CQ가 온톨로지 작성 및 쿼리에 대한 제어된 자연어(CNL) 인터페이스의 기초가 될 수 있음을 시사한다.