[논문 리뷰] The Semantic Web takes Wing: Programming Ontologies with Tawny-OWL

Phillip Lord|arXiv (Cornell University)|2013. 03. 01.

Semantic Web and Ontologies참고 문헌 9인용 수 27

한 줄 요약

Tawny-OWL는 OWL를 위한 도메인 특화 언어로 클로저를 활용하여 온톨로지 개발의 프로그래밍적 접근을 도입함으로써 버전 관리, 테스팅, 지속적 통합과 같은 현대 소프트웨어 공학 관행과 완전한 통합을 가능하게 한다. 온톨로지 작성 과정을 코드로 간주함으로써 지식 공학 분야에서 유연성, 재사용성, 협업 능력을 향상시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존의 Protégé와 같은 전통적 온톨로지 에디터가 자동화, 버전 관리, 협업 개발 지원 기능이 부족한 점을 해결하기 위해.
• 자바에서의 저수준 OWL API 사용 방식이 유연성과 반복적인 개발을 어렵게 하는 경직됨과 복잡성 문제를 해결하기 위해.
• 현대 프로그래밍 언어의 전반적인 기능, 즉 동적 평가, 매크로, 도구 체인 등을 활용한 온톨로지 개발을 가능하게 하기 위해.
• 지속적 통합 및 단위 테스트와 같은 기존 소프트웨어 공학 관행과의 통합을 통해 민첩하고 협업 가능한 온톨로지 개발을 지원하기 위해.
• 중복을 줄이고 일관성을 강제하기 위한 기반 코드 기반 추상화를 통해 확장 가능하고 유지보수 용이한 온톨로지 공학 프레임워크를 제공하기 위해.

제안 방법

• OWL API에 직접 매핑되는 클로저 라이브러리로서, 익숙하고 가독성이 좋은 맨체스터 OWL 문법을 기반으로 한 문법을 사용하여 Tawny-OWL를 구현한다.
• 클로저의 동적 특성, 특히 REPL 환경을 활용하여 재컴파일 없이도 상호작용적이고 반복적인 온톨로지 개발을 가능하게 한다.
• 일반적인 온톨로지 설계 패턴을 추상화하고 복잡한 축약을 간결하게 생성하기 위해 매크로와 고계수 함수를 사용한다.
• Git과 같은 분산 버전 관리 시스템(DVCS)과 통합하여 협업 개발과 변경 사항 추적을 가능하게 한다.
• 클로저의 테스트 프레임워크를 통합하여 온톨로지의 구조, 일관성, 상속 관계를 검증하는 단위 테스트를 구현한다.
• Travis CI와 같은 도구를 통해 지속적 통합을 지원하여 온톨로지 종속성과 변경 사항에 대한 자동화된 테스팅을 가능하게 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 소프트웨어 공학 도구 체인을 활용하기 위해 온톨로지 개발을 프로그래밍 작업으로 효과적으로 재정의할 수 있는가?
• RQ2 프로그래밍 기반 온톨로지 개발 방식은 기존 온톨로지 에디터 대비 민첩성, 버전 관리, 협업 능력 향상에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 온톨로지에 대해 완전한 테스트 커버리지와 지속적 통합을 얼마나 적용할 수 있는가? 이는 정확성과 후행 호환성 보장을 위해 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 클로저와 같은 고수준 기능형 언어를 사용할 경우, 직접 OWL API를 사용하는 것과 비교해 온톨로지 코드의 표현력과 유지보수성은 어떻게 향상되는가?
• RQ5 프로그래밍 기반 온톨로지 개발 방식은 클래스 이름 중복, 잘못된 상호 배타성 선언과 같은 일반적인 오류를 줄일 수 있는가?

주요 결과

• Tawny-OWL는 클로저에서 상호작용적이고 REPL 기반의 온톨로지 개발을 가능하게 하여 기존 자바 기반 OWL API 사용 대비 피드백 주기를 크게 단축시킨다.
• 온톨로지 개발에 단위 테스트를 통합함으로써 클래스 계층 구조와 논리 일관성을 정밀하고 실행 가능한 방식으로 검증할 수 있으며, 예를 들어 (is (r/is-superclass ?p / MargheritaPizza ?p / VegetarianPizza))와 같은 테스트를 통해 구조적 정확성이 보장된다.
• Travis CI를 통한 지속적 통합은 추가 도구 없이도 천연적으로 지원되어 온톨로지 변경 사항과 종속성에 대한 자동화된 테스트를 가능하게 한다.
• 매크로와 코드 추상화를 사용함으로써 재사용 가능한 템플릿과 설계 패턴을 생성할 수 있어 중복을 줄이고 유지보수성을 향상시킨다.
• 온톨로지를 코드로 간주함으로써 Tawny-OWL는 종속성 관리, 버전 고정, 후행 호환성 검사 기능을 지원하여 하류 시스템에서의 손상 가능성을 줄인다.
• 명확한 변경 로그, 버전 관리, 추적 가능성을 제공함으로써 중심 집중 모델인 OBO Foundry에서 관찰된 확장성 문제를 해결하는 분산된 온톨로지 개발을 가능하게 한다.