[논문 리뷰] When one Logic is Not Enough: Integrating First-order Annotations in OWL Ontologies

Simon Flügel, Martin Glauer외 2명|arXiv (Cornell University)|2022. 10. 07.

Semantic Web and Ontologies인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 첫째로 순서 논리(FOL) 주석을 OWL 온톨로지에 통합하여 하나의 문법적으로 유효한 OWL 프레임워크 내에서 OWL 및 FOL 공리에 대한 추론을 가능하게 하는 도구인 Gavel-OWL을 소개한다. 기초 온톨로지인 BFO에서 제공하는 기존의 FOL 주석을 활용하여 OBI 및 ChEBI와 같은 도메인 온톨로지에서의 모순을 탐지함으로써, FOL 추론이 표준 OWL 도구 체인을 손상시키지 않고도 검증 및 오류 탐지 능력을 향상시킬 수 있음을 보여준다.

ABSTRACT

In ontology development, there is a gap between domain ontologies which mostly use the web ontology language, OWL, and foundational ontologies written in first-order logic, FOL. To bridge this gap, we present Gavel, a tool that supports the development of heterogeneous 'FOWL' ontologies that extend OWL with FOL annotations, and is able to reason over the combined set of axioms. Since FOL annotations are stored in OWL annotations, FOWL ontologies remain compatible with the existing OWL infrastructure. We show that for the OWL domain ontology OBI, the stronger integration with its FOL top-level ontology BFO via our approach enables us to detect several inconsistencies. Furthermore, existing OWL ontologies can benefit from FOL annotations. We illustrate this with FOWL ontologies containing mereotopological axioms that enable new meaningful inferences. Finally, we show that even for large domain ontologies such as ChEBI, automatic reasoning with FOL annotations can be used to detect previously unnoticed errors in the classification.

연구 동기 및 목표

• OWL 기반 도메인 온톨로지와 FOL 기반 기초 온톨로지(예: BFO) 간의 언어 격차를 해소하기 위해.
• 단일 상호운용 가능한 온톨로지 형식 내에서 OWL 및 FOL 공리에 대한 자동 추론을 가능하게 하기 위해.
• 도메인 온톨로지 개발자가 기존의 확립된 OWL 워크플로우를 포기하지 않고도 기초 온톨로지의 통찰력을 활용할 수 있도록 하기 위해.
• ChEBI와 같은 대규모 실세계 온톨로지에서 이전에 간과되었던 오류를 FOL 추론을 통해 탐지하기 위해.
• 대규모 온톨로지에서 FOL 추론이 계산적으로 가능하고 실용적으로 유용함을 보여주기 위해.

제안 방법

• OWL 주석 속성에 저장된 FOL 주석을 OWL 온톨로지에 추가하여 OWL의 문법적 유효성을 유지한다.
• Gavel 프레임워크를 사용하여 OWL 및 FOL 공리에 대한 공동 추론을 수행하며, FOL 주석을 계산적으로 활성화된 것으로 간주한다.
• Common Logic Interchange Format(CLIF)라는 FOL의 변종으로 표현된, BFO 2.0 OWL에서 제공하는 기존의 FOL 주석을 활용한다.
• 자동 추론을 적용하여 OBI 및 ChEBI와 같은 도메인 온톨로지에서의 모순과 하위클래스 관계의 유효성을 검증한다.
• Protégé 및 표준 OWL 추론기와 같은 표준 OWL 도구 체인과 통합 가능한 경량 Python 기반 구현을 사용한다.
• FOL 주석을 통해 기초 온톨로지 통합과 도메인 특화의 미어오토폴로지 공리 모두를 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기존 도구 체인이나 OWL 의미론을 손상시키지 않고 FOL 주석을 OWL 온톨로지에 효과적으로 통합할 수 있는가?
• RQ2 FOL 확장 OWL 온톨로지(FOWL)에서의 추론은 OBI와 같은 실제 도메인 온톨로지에서의 모순을 탐지할 수 있는가?
• RQ3 ChEBI와 같은 대규모 복잡한 온톨로지에 대해 FOL 추론은 충분히 확장 가능한가?
• RQ4 FOL 주석은 BFO와 같은 기초 온톨로지에 의존하는 도메인 온톨로지의 검증을 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 OWL 추론만으로는 탐지할 수 없는 하위클래스 관계의 오류를 FOL 추론이 얼마나 깊이 탐지할 수 있는가?

주요 결과

• Gavel-OWL는 BFO 2.0 OWL에서 제공하는 FOL 공리를 통합함으로써 OBI 온톨로지에서 여러 가지 모순을 성공적으로 탐지하였으며, 이는 이전에 계산적으로 비활성화된 상태였던 공리들이었다.
• 이 방법은 OWL 2 DL에서 표현할 수 없는, 엄밀한 순서로 간주되는 적절한 부분성과 같은 미어오토폴로지 공리를 의미 있는 추론을 가능하게 하였다.
• ChEBI의 경우 FOL 추론이 이전에 발견되지 않았던 오류들을 드러내었으며, 그 중 두 개는 ChEBI 개발자들이 확인하고 수정하였다.
• ChEBI의 크기가 크기(50만 개 이상의 실체)에도 불구하고, FOL 증명 시도의 대부분이 성공적으로 완료되어 FOL 추론이 대규모 온톨로지에 대해 실현 가능함을 시사한다.
• FOL 주석 통합은 표준 OWL 도구 체인을 손상시키지 않았으며, FOWL 온톨로지는 기존의 OWL 추론기 및 편집기와 완전히 호환됨을 보였다.
• 이 방법은 이전에는 FOL에 고립되어 있던 기초 온톨로지의 통찰력이 이제는 적용된 OWL 기반 시스템에서 실용적인 검증을 위해 활용될 수 있음을 보여주었다.