[논문 리뷰] First Order-Rewritability and Containment of Conjunctive Queries in Horn Description Logics

Meghyn Bienvenu, Peter Hansen외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 11. 19.

Semantic Web and Ontologies참고 문헌 24인용 수 42

한 줄 요약

이 논문은 FO-rewritability와 Horn Description Logics에서 EL과 Horn-SHIF 사이의 conjunctive queries에 대한 포함관계를 분석하고, 복잡도 결과와 자동화 기반 결정 절차를 제공합니다.

ABSTRACT

We study FO-rewritability of conjunctive queries in the presence of ontologies formulated in a description logic between EL and Horn-SHIF, along with related query containment problems. Apart from providing characterizations, we establish complexity results ranging from ExpTime via NExpTime to 2ExpTime, pointing out several interesting effects. In particular, FO-rewriting is more complex for conjunctive queries than for atomic queries when inverse roles are present, but not otherwise.

연구 동기 및 목표

• 온톨로지 아래에서 CQ에 대한 FO-rewritability를 연구하여 Horn DL들 간 EL과 Horn-SHIF 사이의 효율적인 질의 응답을 촉진한다.
• CQ 질의를 갖는 OMQ에서 FO-rewritings가 존재하는지 특징짓고 역역(inverse roles)이 복잡도에 미치는 영향을 파악한다.
• FO-rewritability와 질의 포함관계의 연결을 확인하고 자동화 이론적 결정 절차와의 연계를 확립한다.

제안 방법

• FO-rewritability의 의미론적 특성화를 (가짜) 트리 모양의 ABox와 unwindings를 사용하여 제시한다.
• FO-rewritability와 포함관계에 대한 복잡도 결과를 증명한다 (ExpTime, 2ExpTime, coNExpTime) across OMQ 언어들.
• Horn-SHIF 케이스를 EL-IHFbot 케이스로 정규형 TBoxes와 다항시간 변환을 통해 환원한다.
• 두 방향 교대 계행 자동자(two-way alternating parity automata)를 사용하여 pseudo tree ABoxes를 다루는 자동화 기반 결정 절차를 개발한다.
• Ehrenfeucht-프레이스(style) locality 주장과 펌핑 기법을 활용하여 FO-rewritability 결정에 필요한 ABox 크기를 한정한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 온톨로지-매개 질의 언어들(EL, ELIF, Horn-SHIF 사이)에서 CQ의 FO-rewritability가 결정 가능한가?
• RQ2 이 DL 온톨로지 하에서 CQ를 사용할 때 FO-rewritability와 포함관계의 정확한 복잡도 경계는 무엇이며 역역이 이를 어떻게 좌우하는가?
• RQ3 FO-rewritability를 효과적으로 포함관계나 ROOTED/CONJOINED CQ 조각의 FO-rewritability로 환원할 수 있는가?
• RQ4 자동화-이론적 접근법을 사용하여 FO-rewritability와 포함관계를 결정할 수 있고, 그에 따른 상태 복잡도는 무엇인가?
• RQ5 루트화된 CQ나 역의 없는 ABox로의 제한이 복잡도 경관을 상당히 바꾸는가?

주요 결과

• FO-rewritability와 포함관계는 CQ 질의를 사용하는 (ELI)에서 (Horn-SHIF)로의 언어들에 대해 2ExpTime-완전이다.
• FO-rewritability와 포함관계는 CQ 질의를 사용하는 언어들에 대해 (EL)에서 (ELHF_bot)로의 경우 ExpTime-완전이다.
• 역역(inverse roles)은 CQ 질의의 복잡도를 증가시키지만 원자 질의에는 영향을 주지 않는다.
• 루트화된 CQ로 한정하면 같은 언어Class에서 복잡도가 coNExpTime으로 하락한다.
• FO-rewritability, 포함관계, ABox 불일치 사이의 밀접한 관계가 있으며 다항시간 축약이 분석을 안내한다.
• 온톨로지-질의 형태가 FO-rewritability로 환원될 수 있다면 UCQ-재작성도 효과적으로 구성될 수 있다.