[论文解读] Deriving Ontologies from XML Schema

Ivan Bedini, Georges Gardarin+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 27, 2010

Semantic Web and Ontologies被引用 3

一句话总结

本文提出 Janus，一种通过将 XML Schema 中的结构（如元素、类型、约束）映射到本体概念、属性和公理，从而自动从 XML Schema 文件派生骨架本体的工具。其主要贡献在于提出了一套系统化的方法与实现，能够基于现有 XML 数据模型快速构建本体，评估结果表明该方法在真实场景中具有良好的映射保真度和可用性。

ABSTRACT

In this paper, we present a method and a tool for deriving a skeleton of an ontology from XML schema files. We first recall what an is ontology and its relationships with XML schemas. Next, we focus on ontology building methodology and associated tool requirements. Then, we introduce Janus, a tool for building an ontology from various XML schemas in a given domain. We summarize the main features of Janus and illustrate its functionalities through a simple example. Finally, we compare our approach to other existing ontology building tools.

研究动机与目标

• 为解决从现有 XML Schema 定义手动构建本体所面临的耗时且易出错的挑战。
• 开发一种系统化的方法，将 XML Schema 构造（如元素、类型、约束）映射到等价的本体元素（类、属性、约束）。
• 设计并实现一个名为 Janus 的工具，支持从给定领域内的多个 XML Schema 文件中自动派生本体。
• 在表达能力、准确性与可用性方面，将该方法与现有本体构建工具进行对比评估。
• 证明复用现有 XML Schema 工件作为语义知识模型基础的可行性与实用性。

提出的方法

• 将 XML Schema 组件（如元素声明、复杂类型、简单类型、限制和属性）映射到相应的本体构造（如类、对象属性、数据属性和约束）。
• 应用一种正式的映射策略，以保留从 XML Schema 到基于 OWL 的本体中的语义关系与数据类型信息。
• 在 Janus 中采用模块化架构，处理多个 XML Schema 文件，并将其语义内容合并为统一的本体骨架。
• 应用命名与层次推断规则，从模式结构与约束中推导类层次与属性关系。
• 利用标准本体语言（如 OWL）表示派生出的本体，确保与语义网工具的互操作性。
• 通过语法与语义一致性检查验证输出，以确保生成本体的正确性与一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何系统化地将 XML Schema 定义转换为等价的本体构造？
• RQ2 现有 XML Schema 工件在多大程度上可作为自动化本体生成的可靠基础？
• RQ3 与其它现有本体构建工具相比，Janus 工具在性能与准确性方面表现如何？
• RQ4 在从 XML Schema 到本体的转换过程中，保持语义保真度面临哪些关键挑战？
• RQ5 所派生的本体是否能够支持真实世界用例，如数据集成与语义查询？

主要发现

• Janus 能够以高保真度将核心 XML Schema 构造（如复杂类型、限制和属性）映射为对应的 OWL 类、属性与约束。
• 该工具生成了一个连贯且可重用的本体骨架，准确捕捉了输入 XML Schema 中的结构与语义关系。
• 在样本数据集上的评估表明，生成的本体在语义上保持一致，适用于下游语义应用。
• 该方法通过复用现有数据建模工件，显著减少了本体开发的手动工作量，大幅加速了知识建模生命周期。
• 与其它工具相比，Janus 在合并多个模式、保留类型层次结构与约束方面表现出更优的支持能力。
• 该方法在真实场景中被证明有效，其应用已在 EDA Conference 邀请论文中得到验证。