[論文レビュー] Exchanging OWL 2 QL Knowledge Bases

Marcelo Arenas, Elena Botoeva+2 more|Kent Academic Repository (University of Kent)|Apr 21, 2013

Semantic Web and Ontologies参考文献 22被引用数 11

ひとこと要約

本稿は、OWL 2 QLにおける知識ベース交換を調査し、TBoxに対する普遍的解とUCQ表現の計算に焦点を当てる。本稿では、複雑性がNPからExpTimeの範囲に及ぶ普遍的解のための自動機的アプローチを提案し、UCQ表現可能性に関してNLogSpace完全性を証明する。これは、null値と不交差性を扱えるよう、先行研究を顕著に拡張したものである。

ABSTRACT

Knowledge base exchange is an important problem in the area of data exchange and knowledge representation, where one is interested in exchanging information between a source and a target knowledge base connected through a mapping. In this paper, we study this fundamental problem for knowledge bases and mappings expressed in OWL 2 QL, the profile of OWL 2 based on the description logic DL-Lite_R. More specifically, we consider the problem of computing universal solutions, identified as one of the most desirable translations to be materialized, and the problem of computing UCQ-representations, which optimally capture in a target TBox the information that can be extracted from a source TBox and a mapping by means of unions of conjunctive queries. For the former we provide a novel automata-theoretic technique, and complexity results that range from NP to EXPTIME, while for the latter we show NLOGSPACE-completeness.

研究の動機と目的

• OWL 2のDL-LiteRに基づくプロファイルであるOWL 2 QLにおける知識ベース交換を扱う。ここでは、ソースKBとターゲットKBが宣言的マッピングによって接続される。
• 普遍的解の計算を研究する。普遍的解とは、マッピング下ですべての論理的帰結を保持する望ましい翻訳である。
• UCQ表現可能性を調査する。UCQ表現可能性により、ユニオンの連言的クエリを用いて、ソースTBoxからの拡張的知識をターゲットTBoxに最適に反映できる。
• 先行研究を拡張し、OWL 2 QLに含まれるが、以前の研究ではカバーされていなかったnull値と不交差性公理を扱う。
• 普遍的解とUCQ表現可能性の文脈において、メンバーシップ問題と非空問題の正確な計算複雑性境界を確立する。

提案手法

• null値がABoxに存在する状況下でも複雑性解析が可能となるよう、二方向交互自動機を用いた新しい自動機的技法を提案し、OWL 2 QLにおける普遍的解の計算を実現する。
• 構造的条件（概念包含と役割マッピングに関する）に基づいて、有効なUCQ表現の存在を検証するための生成パスメカニズムを導入する。
• 非決定的手続きをNLogSpaceで実行し、生成パスの存在を確認する。これは、有向グラフにおける到達可能性に基づき、複雑性上界を確立する。
• UCQ表現可能性の概念を不交差制約を含めるように拡張し、クエリ評価下でターゲットTBoxがソースの意味を正しく反映することを保証する。
• グラフ到達可能性からの還元を用いて、UCQ表現可能性の非空問題がNLogSpace困難であることを証明し、タイトな複雑性境界を確立する。
• 不完全な情報とnull値を扱うために、変更を加えたチェースに類似した手続きを適用し、特に普遍的解の構築の文脈で活用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 OWL 2 QLにおいて、与えられたTBoxがソースKBとマッピングに対して普遍的解であるかどうかをチェックする計算複雑性は何か？
• RQ2 OWL 2 QLにおいて、与えられたソースKBとマッピングに対して、普遍的解が存在するかどうかを決定する複雑性は何か？
• RQ3 ソースTBoxのターゲットTBoxにおけるUCQ表現を計算することは可能か？ そのタスクの複雑性は何か？
• RQ4 OWL 2 QLにおけるnull値と不交差性公理の存在は、より単純なDL-LiteR断片と比較して、知識ベース交換問題の複雑性にどのように影響するか？
• RQ5 UCQ表現可能性問題は効率的に解けるか？ また、メンバーシップと非空問題の正確な複雑性クラスは何か？

主な発見

• OWL 2 QLにおける普遍的解の非空問題はPSpace困難であり、新規の二方向交互自動機に基づく構成によりExpTime上界が確立された。
• null値を含まないABoxの特別な場合において、普遍的解の非空問題はNPに属し、メンバーシップ問題もNPに属する。
• UCQ表現可能性の非空問題はNLogSpace完全である。これは、非決定的対数時間空間を用いて効率的に決定可能であることを示している。
• UCQ表現可能性のメンバーシップ問題もNLogSpace完全である。これは、候補となる表現の正しさを検証する問題が、存在の決定と同程度に難しいことを示している。
• 本稿は、不交差性公理がUCQ表現可能性の複雑性をNLogSpaceを超えて増加させないことを確立した。これは、その表現力にもかかわらず、である。
• 本稿の結果は、DL-LiteRおよびRDFSに関する先行研究を拡張し、null値と不交差性を含む完全なOWL 2 QLの特徴を統合した。また、コア知識交換タスクにおけるタイトな複雑性境界を提供した。