[论文解读] 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 11

一句话总结

本文研究了 OWL 2 QL 中的知识库交换，重点在于计算 TBox 的通用解和 UCQ 表示。提出了一种基于自动机的方法来计算通用解，其复杂度范围从 NP 到 ExpTime，并证明了 UCQ 表示性的 NLogSpace-完全性，显著扩展了先前工作，能够处理 OWL 2 QL 中的空值和不相交性。

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.

研究动机与目标

• 为基于 DL-LiteR 的 OWL 2 的一个子集——OWL 2 QL 中的知识库交换问题提供解决方案，其中源 KB 和目标 KB 通过声明性映射连接。
• 研究通用解的计算——即在映射下保留所有逻辑推论的优选转换。
• 研究 UCQ 表示性，该性质可利用合取查询的并集，在目标 TBox 中最优捕获源 TBox 的内涵信息。
• 通过处理空值和不相交性公理（这些是 OWL 2 QL 的组成部分，但未被早期工作涵盖），扩展先前结果。
• 在通用解和 UCQ 表示性的背景下，为成员资格问题和非空性问题建立精确的计算复杂度界。

提出的方法

• 提出一种新颖的基于自动机的技术，使用双向交替自动机来计算 OWL 2 QL 中的通用解，即使在 ABox 中存在空值的情况下也能实现复杂度分析。
• 引入一种生成遍历机制，用于验证有效 UCQ 表示的存在性，该机制基于概念包含和角色映射的结构条件。
• 采用非确定性过程在 NLogSpace 中检查生成遍历的存在性，利用有向图中的可达性来获得复杂度上界。
• 将 UCQ 表示性的概念扩展至包含不相交性约束，确保目标 TBox 在查询评估下能正确反映源语义。
• 通过从图可达性问题的约化，证明 UCQ 表示性非空性问题为 NLogSpace-难，从而确立紧致的复杂度界。
• 应用类似 chase 的过程并进行修改，以处理不完整信息和空值，特别是在通用解构造的背景下。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 OWL 2 QL 中，检查给定 TBox 是否为源 KB 和映射的通用解，其计算复杂度是多少？
• RQ2 在 OWL 2 QL 中，给定源 KB 和映射，确定是否存在通用解的复杂度是多少？
• RQ3 是否可以计算出源 TBox 在目标 TBox 中的 UCQ 表示，以捕获所有与查询相关的内涵信息，该任务的复杂度是多少？
• RQ4 OWL 2 QL 中空值和不相交性公理的存在，相较于更简单的 DL-LiteR 片段，如何影响知识库交换问题的复杂度？
• RQ5 UCQ 表示性问题能否高效求解，且其成员资格和非空性问题的精确复杂度类是什么？

主要发现

• 在 OWL 2 QL 中，通用解的非空性问题为 PSpace-难，且具有 ExpTime 上界，该结果通过一种新颖的基于双向交替自动机的构造获得。
• 对于 ABox 中不包含空值的特殊情况，通用解的非空性问题属于 NP，且成员资格问题也属于 NP。
• UCQ 表示性的非空性问题为 NLogSpace-完全，表明其可使用非确定性对数空间高效判定。
• UCQ 表示性的成员资格问题同样为 NLogSpace-完全，表明验证候选表示的正确性与判断其存在性具有相同的难度。
• 本文证明，尽管不相交性公理具有较强的表达能力，但其在 OWL 2 QL 中并不会使 UCQ 表示性的复杂度超过 NLogSpace。
• 结果在先前针对 DL-LiteR 和 RDFS 的工作基础上进行了扩展，引入了完整的 OWL 2 QL 特性（包括空值和不相离性），并为核心知识库交换任务提供了紧致的复杂度界。