[论文解读] Generic Ontology Design Patterns at Work

Bernd Krieg-Brückner, Till Mossakowski+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 20, 2019

Semantic Web and Ontologies参考文献 11被引用 5

一句话总结

本文在分布式本体语言（DOL）的扩展版本中引入了通用本体设计模式（GODPs），支持可重用、参数化的本体模式，可使用类、属性或整个本体进行实例化。通过利用Hets进行实现，GODPs减少了代码重复，增强了模块化，并允许安全、灵活地重用本体工程中的最佳实践，通过结构化、可组合的模式显著提升了本体的质量和可维护性。

ABSTRACT

Generic Ontology Design Patterns, GODPs, are defined in Generic DOL, an extension of DOL, the Distributed Ontology, Model and Specification Language, and implemented using Heterogeneous Tool Set. Parameters such as classes, properties, individuals, or whole ontologies may be instantiated with arguments in a host ontology. The potential of Generic DOL is illustrated with GODPs for an example from the literature, namely the Role design pattern. We also discuss how larger GODPs may be composed by instantiating smaller GODPs.

研究动机与目标

• 为解决小型、资金不足项目中因缺乏本体专家而造成的本体质量低下问题。
• 克服传统本体设计模式（ODPs）的局限性，后者因冗余和不灵活的导入机制而难以适应和重用。
• 通过提供形式化、参数化的模式系统，使领域专家能够在无需深入本体专业知识的情况下安全、有效地重用最佳实践。
• 通过实例化支持从较小的原子模式组合和扩展出更大规模的GODPs。
• 支持与异构建模工具及多种本体语言（包括OWL 2和Common Logic）的无缝集成。

提出的方法

• GODPs在Generic Dol中定义，这是DOL语言的扩展，支持对符号、类、属性和整个本体的参数化。
• 通过正式的实例化机制对模式进行实例化，用具体值替换参数，确保类型安全并避免名称冲突。
• 使用异构工具集（Hets）实现和执行GODPs，提供语义检查和模块化组合。
• 通过DOL中的“then”操作符组合GODPs，该操作符通过公理的并集和约束的交集来组合实例化。
• 该方法支持定义性扩展、能力问题和逻辑属性，以在模式级别实现质量控制。
• 使用如ScopedPartialFunctionWithInverse和HasTemporalExtent等模式作为构建块，将复杂模式如RoleGODPDecomposed进行分解。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何形式化本体设计模式，使其支持安全、灵活的实例化，同时避免污染目标本体？
• RQ2 参数化模式能否通过模块化方式组合，以减少代码重复并提高可维护性？
• RQ3 GODPs与异构建模工具及多种本体语言的集成如何增强可重用性？
• RQ4 与单体或基于宏的模式系统相比，使用命名参数的参数化有何优势？
• RQ5 GODPs在多大程度上能够支持从ontologydesignpatterns.org等存储库中重用已确立的ODPs？

主要发现

• GODPs支持将复杂的本体模式分解为更小、可组合的组件，例如使用HasTemporalExtent和ScopedPartialFunctionWithInverse构建RoleGODPDecomposed。
• GODPs显著减少了代码重复，如在Role示例中通过模式实例化替代多个公理所证明的那样。
• Generic Dol中的实例化机制通过参数化名称和形式语义确保类型安全，并避免意外的名称冲突。
• 由于底层DOL元语言架构的支持，GODPs支持与多种本体语言（包括OWL 2和Common Logic）的集成。
• 该方法通过定义性扩展、能力问题和以DOL表达的逻辑属性，在模式级别实现质量控制。
• 在Hets中的实现提供了可执行语义，使GODPs能够在现实世界的本体开发中实现验证和重用。