[論文レビュー] The Semantic Web Rule Language Expressiveness Extensions-A Survey

Abba Lawan, Abdur Rakib|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2019

Semantic Web and Ontologies参考文献 30被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、意味ウェブルール言語（SWRL）への表現力拡張を調査し、確率的、ファジィ、非単調的、数学的組み込み関数といった強化機能が、元来の決定不能なルールベース形式主義を超えてSWRLの能力を拡張する仕組みを分析している。これらの拡張の構文、意味論、決定性、および使いやすさを評価し、SWRLの表現力が著しく拡張されたものの、標準化された決定可能な推論エンジンの欠如とSPARQL や RuleML といった代替手法の存在により、実用的導入は限定的であると結論している。

ABSTRACT

The Semantic Web Rule Language (SWRL) is a direct extension of OWL 2 DL with a subset of RuleML, and it is designed to be the rule language of the Semantic Web. This paper explores the state-of-the-art of SWRL's expressiveness extensions proposed over time. As a motivation, the effectiveness of the SWRL/OWL combination in modeling domain facts is discussed while some of the common expressive limitations of the combination are also highlighted. The paper then classifies and presents the relevant language extensions of the SWRL and their added expressive powers to the original SWRL definition. Furthermore, it provides a comparative analysis of the syntax and semantics of the proposed extensions. In conclusion, the decidability requirement and usability of each expressiveness extension are evaluated towards an efficient inclusion into the OWL ontologies.

研究の動機と目的

• 複雑な現実世界のシナリオをモデル化する際、不確実性、非単調的推論、高度な数学的演算を必要とする元来のSWRL形式主義の限界を分析すること。
• 確率的、ファジィ、非単調的、存在的、数学的拡張を含む、SWRLに提案されたさまざまな表現力拡張を分類および比較すること。
• OWLオントロジーおよび実世界の導入文脈における各拡張の決定性と使いやすさを評価すること。
• 拡張SWRL機能における標準化および推論支援の分野における研究ギャップを特定すること。
• 意味ウェブにおける包括的なオントロジー・ルール言語としてのSWRLの可能性を評価すること。

提案手法

• 文献から得たSWRL拡張を機能的タイプ別に分類して体系的サーベイ：確率的、ファジィ、非単調的、存在的、FOL量化子、イプシロン量化、OpenMath統合、時系列推論、数学的組み込み関数。
• 各拡張の構文および意味論の分析。swrlb:greaterThan()、dominance(Rx,Ry)、Mutex(Rx,Ry)、および存在的に量化された変数(!x)といった新規構文の形式化。
• DLセーフティ制約による決定性の評価。ルールアトム内の変数は、オントロジー内に既知の個体または概念に束縛されなければならない。
• 組み込み関数の比較分析。SWRLM（複雑な数学処理用）、SWRLX（owl:Thing 個体の作成用）、SWRL Temporal（アレンの区間論理用）。
• 拡張を形式論理フレームワークにマッピング：例えば、∀および∃量化子によるFOL拡張、εXφ(X)によるイプシロン量化、OpenMathによる拡張可能な数学的意味論。
• 推論エンジンの可用性、標準化、およびSPARQL や RuleML との競合状況に基づく実用的使いやすさの評価。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 元来のSWRL形式主義が、現実世界のドメイン知識をモデル化するにあたり、どのような主な表現上の制限を有しているか？
• RQ2 確率的、ファジィ、非単調的拡張といったさまざまなSWRL拡張が、言語の表現力をどのように向上させているか？
• RQ3 各拡張が、SWRLオントロジーにおける推論の決定性および計算可能性に与える影響は何か？
• RQ4 理論的には広範な開発がなされているにもかかわらず、なぜ拡張SWRL機能の導入は限定的なのか？
• RQ5 SPARQL や RuleML といった代替言語の存在により、拡張SWRL機能の実用的必要性はどの程度低下しているのか？

主な発見

• SWRLの元来の形式主義は、制限のない第一階層のハーン節に起因し、決定不能である。これに対し、DLセーフティを確保することで健全な推論が可能となる。
• SWRLMおよびSWRLXといった拡張により、高度な数学的および存在的推論が可能となり、新たな個体の生成や複雑な計算処理が可能になる。
• 確率的およびファジィ拡張により、条件付き確率表や所属度数を用いて不確実または曖昧な事実をモデル化できる。
• 非単調的拡張（否定、Mutex、優位性演算子を含む）により、ルールベースシステムにおける優先順位付けと競合解決が可能となる。
• 広範な理論的開発がなされているにもかかわらず、大多数の拡張は標準化された構文および意味論を欠いており、相互運用性および推論エンジンのサポートが制限されている。
• 実用的導入は、広く利用可能な決定的推論エンジンの欠如とSPARQL や RuleML との競合により、依然として限定的である。