[論文レビュー] Competency Questions and SPARQL-OWL Queries Dataset and Analysis

Dawid Wiśniewski, Jędrzej Potoniec+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 23, 2018

Semantic Web and Ontologies参考文献 10被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、5つの多様なオントロジーをカバーする234件の能力質問（CQ）とそのSPARQL-OWLクエリ変換を含む、公開されたデータセットを紹介する。言語的および意味的分析を通じて、17の異なるCQパターンと46のSPARQL-OWLクエリシグネチャを同定し、自然言語表現と形式的クエリの間の複雑な対応関係を明らかにした。これにより、オントロジー開発における自動化、ツール開発、標準化が促進される。

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.

研究の動機と目的

• オントロジー工学における公開済みの能力質問（CQ）およびその形式的SPARQL-OWL変換の不足を是正する。
• より広範な分野およびオントロジーのサンプリングにより、従来の研究で同定されたものより多くのCQパターンが明らかになるかを調査する。
• 自然言語によるCQパターンと形式的SPARQL-OWLクエリシグネチャとの関係を調査する。
• オントロジー開発におけるCQの自動的作成、形式化、クエリ生成の基盤を構築する。

提案手法

• 多様な分野にまたがる5つのオントロジーから234件のCQを収集し、それぞれに対応するSPARQL-OWLクエリを付与した。
• オントロジー要素に関する事前の仮定を設けずに、CQに対して語彙的・構文的分析を実施し、言語的パターンを同定した。
• 意味的分析を実施し、意味と構造に基づいてCQを意味のあるパターンにグループ化・分類した。
• 形式化クエリの構造的および論理的特性に基づき、46の異なるSPARQL-OWLクエリシグネチャを同定した。
• CQパターンとSPARQL-OWLクエリシグネチャの間の対応関係を分析し、1対多および多対1の関係を特定した。
• 研究の再現性、ツール開発、今後の研究を支援するため、データセットを公開した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RQ1: 分野およびオントロジーの範囲を拡大することで、文献で既に同定されたものより多くのCQパターンが明らかになるか？
• RQ2 RQ2: 同定された言語的CQパターンは、特定のOWL構成要素に本質的に依存しているのか、それとも一般化可能なのか？
• RQ3 RQ3: 異なるオントロジー間で再利用可能な繰り返し発生するSPARQL-OWLクエリシグネチャが存在するか？
• RQ4 RQ4: 言語的CQパターンとSPARQL-OWLクエリシグネチャの間には、対応関係および形式化プロセスにおいてどのような関係があるか？

主な発見

• 言語的および意味的分析を通じて17の異なるCQパターンを同定した。これは、従来の研究比で5倍の増加である。
• 異なるオントロジー間で共有されるCQパターンは少数にとどまり、分野ごとのCQ表現の多様性が顕著であることが示された。
• 構造的および論理的多様性を反映して、合計46の固有のSPARQL-OWLクエリシグネチャを同定した。
• 分析の結果、1つのCQパターンが複数のSPARQL-OWLクエリシグネチャで形式化可能であり、逆に1つのシグネチャが複数のCQパターンに対応することも可能なことが明らかになった。これは、非自明な対応関係が存在することを示している。
• 234組のCQ-SPARQLペairのデータセットを公開した。これにより、今後の研究、ツール開発、オントロジー工学における標準化が促進される。
• 結果から、CQはオントロジー作成およびクエリのための制御された自然言語（CNL）インタフェースの基盤として機能可能であると考えられる。