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| OWL（Web Ontology Language） | |
|---|---|
| 略語 | フクロウ |
| 状態 | 公開済み |
| 年が始まった | 2004 |
| 編集者 | マイク ディーン ( BBN テクノロジーズ)、ガス シュライバー |
| 基本規格 | リソース記述フレームワーク（RDFS） |
| 関連規格 | SHACL |
| ドメイン | セマンティックウェブ |
| Webサイト | OWLリファレンス |
| OWL 2 Webオントロジー言語 | |
|---|---|
| 略語 | OWL 2 |
| 状態 | 公開済み |
| 年が始まった | 2009 |
| 編集者 | W3C OWLワーキンググループ |
| 基本規格 | リソース記述フレームワーク、RDFS |
| ドメイン | セマンティックウェブ |
| Webサイト | OWL 2 の概要 |
Web Ontology Language ( OWL ) は、オントロジーを作成するための知識表現言語のファミリーです。オントロジーは、分類体系や分類ネットワークを記述するための形式的な方法であり、本質的にはさまざまなドメインの知識構造を定義します。つまり、オブジェクトのクラスを表す名詞と、オブジェクト間の関係を表す動詞で構成されます。
オントロジーはオブジェクト指向プログラミングのクラス階層に似ていますが、いくつかの重要な違いがあります。クラス階層は、ソースコードで使用される構造を表すことを目的としており、その進化は比較的ゆっくりです（おそらく毎月の改訂）。一方、オントロジーはインターネット上の情報を表すことを目的としており、ほぼ常に進化することが想定されています。同様に、オントロジーは、あらゆる種類の異種データソースから得られるインターネット上の情報を表すことを目的としているため、一般的に非常に柔軟です。一方、クラス階層はかなり静的であり、企業データベースなど、多様性が少なく構造化されたデータソースに依存する傾向があります。[ 1 ]
OWL言語は形式意味論を特徴としています。これらは、World Wide Web Consortium (W3C) のオブジェクト標準であるリソース記述フレームワーク(RDF) に基づいて構築されています。[ 2 ] OWLとRDFは、学術、医療、商業の分野で大きな関心を集めています。
2007 年 10 月、[ 3 ] W3C の新しいワーキンググループ[ 4 ]が、OWL 1.1 メンバー提出で提案されたいくつかの新機能で OWL を拡張するために開始されました。[ 5 ] W3C は 2009 年 10 月 27 日に OWL の新バージョンを発表しました。 [ 6 ] OWL 2 と呼ばれるこの新バージョンは、すぐにProtégéなどのセマンティック エディタや、Pellet [ 7 ] RacerPro [ 8 ] FaCT++ [ 9 ] [ 10 ]や HermiT [ 11 ]などのセマンティック 推論エンジンに採用されました。
OWLファミリーには、類似した名前を持つ多くの種、シリアライゼーション、構文、仕様が含まれています。OWLとOWL2は、それぞれ2004年と2009年の仕様を指すために使用されます。仕様バージョンを含む完全な種名が使用されます（例：OWL2 EL）。より一般的に言及する場合は、OWLファミリーが使用されます。[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]
哲学とコンピュータ科学において、存在論的発展には長い歴史がある。1990年代以降、人工知能（AI）による知識表現（KR）の概念をワールドワイドウェブ上でどのように活用できるかを探求する研究が数多く行われてきた。これには、HTMLベースの言語（SHOEと呼ばれる）、XMLベースの言語（XOL、後にOILと呼ばれる）、そして様々なフレームベースのKR言語や知識獲得手法が含まれる。
2000年、米国ではDARPAがJames Hendlerの主導でDAMLの開発を開始した。[ 15 ] 2001年3月、EU/米国合同エージェントマークアップ言語委員会は、DAMLをOILと統合すべきであると決定した。[ 15 ] EU /米国合同エージェントマークアップ言語作業部会が招集され、 Webオントロジー言語としてDAML+OILを開発することになった。このグループは、DARPA（DAMLプログラムの下）と欧州連合の情報社会技術（IST）資金提供プロジェクトから共同で資金提供を受けた。DAML+OILは、記述論理（DL）に基づく形式意味論 を持つRDFSの薄い層となることを意図していた。[ 15 ] [ 16 ]
DAML+OILはOWLに特に大きな影響を与えており、OWLのデザインはDAML+OILに基づいている。[ 17 ]
セマンティックウェブは、アプリケーション、企業、コミュニティの境界を越えてデータを共有および再利用することを可能にする共通のフレームワークを提供する。
—ワールドワイドウェブコンソーシアム、W3Cセマンティックウェブ活動[ 18 ]
知識表現の考え方に影響を受けた宣言型表現言語
—ワールドワイドウェブコンソーシアム、メタデータ活動[ 19 ]
1990年代後半、World Wide Web Consortium (W3C)メタデータ活動は、 RDF語彙共有のための言語であるRDFスキーマ(RDFS)の開発に着手しました。RDFは1999年2月にW3C勧告となり、RDFSは2000年3月に勧告候補となりました。[ 19 ] 2001年2月、セマンティックWeb活動がメタデータ活動に取って代わりました。[ 19 ] 2004年 (RDFのより広範な改訂の一環として)、RDFSはW3C勧告となりました。[ 20 ] RDFSはオントロジー仕様をある程度サポートしていますが、より表現力豊かなオントロジー言語の必要性が明らかになっていました。[ 21 ]
5月31日（月）をもって、私たちのワーキンググループは正式に解散いたします。当初の任務はすべて達成し、私たちの活動は高く評価されていると確信しております。
—ジェームズ・ヘンドラーとグース・シュライバー、Web-Ontologyワーキンググループ：結論と今後の作業[ 22 ]
World Wide Web Consortium (W3C) は、セマンティック Web アクティビティの一環としてWeb-Ontology ワーキンググループを設立しました。このグループは、James Hendler と Guus Schreiber を共同議長として、2001 年 11 月 1 日に活動を開始しました。 [ 22 ]抽象構文、参照、概要の最初の作業草案は、2002 年 7 月に公開されました。[ 22 ] OWL は、2004 年 2 月 10 日に正式なW3C 勧告となり、ワーキンググループは 2004 年 5 月 31 日に解散しました。[ 22 ]
2005年に開催されたOWL Experiences And Directions Workshopでは、記述ロジックの最近の進歩により、優れた計算特性を維持しながら、ユーザーの要求をより包括的に満たすための、より表現力豊かな改訂が可能になるという合意が形成されました。2006年12月、OWL1.1メンバー提出[ 23 ]がW3Cに提出されました。W3Cは2007年9月にセマンティックWeb活動の一環としてOWLワーキンググループを設立しました。2008年4月、このグループはこの新しい言語をOWL2と呼ぶことを決定し、大幅な改訂を示しました。[ 24 ]
OWL 2 は 2009 年 10 月に W3C 勧告となりました。OWL 2 は、一般的なアプリケーションのスケーラビリティを向上させるためにプロファイルを導入しています。[ 6 ] [ 25 ]
一貫性を何よりも重視する言語において、少なくとも一つの側面で一貫性を欠いてみてもいいのではないか？
— Guus Schreiber、なぜ WOL ではなく OWL なのでしょうか? [ 26 ]
OWLは、発音しやすく、優れたロゴを生み出し、知恵を暗示し、1970年代のウィリアム・A・マーティンの「世界共通語」知識表現プロジェクトを称える頭字語として選ばれました。 [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]
2006年にウェブ上で利用可能なオントロジーの調査が行われ、688個のOWLオントロジーが収集されました。そのうち、199個はOWL Lite、149個はOWL DL、337個はOWL Full（構文による）でした。調査の結果、19個のオントロジーには2,000を超えるクラスがあり、6個には10,000を超えるクラスがあることが分かりました。同じ調査で、587個のRDFS語彙も収集されました。[ 30 ]
オントロジーとは、概念化を明確に規定したものである。
OWLファミリーのオントロジーで記述されるデータは、「個体」の集合と、これらの個体同士を関連付ける「プロパティアサーション」の集合として解釈されます。オントロジーは、個体の集合（「クラス」と呼ばれる）と、それらの間で許可される関係の種類に制約を課す一連の公理から構成されます。これらの公理は、明示的に提供されたデータに基づいてシステムが追加情報を推論できるようにすることで、意味論を提供します。OWLの表現力の完全な紹介は、W3CのOWLガイドに記載されています。[ 32 ]
OWLオントロジーは他のオントロジーをインポートし、インポートしたオントロジーの情報を現在のオントロジーに追加することができます。[ 17 ]
家族を記述するオントロジーには、「hasMother」プロパティは「hasParent」プロパティが存在する場合にのみ2人の個人の間に存在し、「HasTypeOBlood」クラスの個人は「hasParent」を介して「HasTypeABBlood」クラスのメンバーとは決して関連付けられないことを述べる公理が含まれる可能性がある。個人Harrietが個人Sueと「hasMother」を介して関連付けられており、Harrietが「HasTypeOBlood」クラスのメンバーであると述べられている場合、Sueは「HasTypeABBlood」のメンバーではないと推論できる。ただし、これは「Parent」と「Mother」の概念が生物学的な親または母親のみを意味し、社会的親または母親を意味しない場合に限る。
決定可能な一階述語論理のサブセットを選択するために命題論理が用いられ、慣例によって頭字語で表現される論理を追加することでその能力が強化された。
W3Cが承認したOWL仕様には、表現力の異なる3つのOWLバリアントの定義が含まれています。これらはOWL Lite、OWL DL、OWL Full（表現力の低い順）です。これらのサブ言語はそれぞれ、より単純な前身言語の構文拡張です。以下の関係が成り立ちますが、その逆の関係は成り立ちません。
OWL Liteは、分類階層と単純な制約を主に必要とするユーザーをサポートすることを目的として開発されました。例えば、カーディナリティ制約はサポートしていますが、カーディナリティの値は0または1のみに制限されています。OWL Liteは、より表現力の高いOWL Liteよりもツールサポートが容易であり、シソーラスやその他の分類体系を使用するシステムからの移行パスを迅速に提供できると期待されていました。しかし実際には、OWL Liteに課せられた表現力に関する制約のほとんどは、構文上の不便さに過ぎません。OWL DLで利用可能な構成要素のほとんどは、OWL Liteの機能の複雑な組み合わせを使用して構築でき、記述ロジックと同等の表現力を持っています。[ 24 ] OWL Liteツールの開発はOWL DLツールの開発とほぼ同じくらい困難であることが判明しており、OWL Liteは広く使用されていません。[ 24 ]
OWL DL は、計算の完全性(φ または ¬φ のいずれかが成り立つ)、決定可能性(φ が導出可能かどうかを判断する有効な手順が存在する)、および実用的な推論アルゴリズムの利用可能性を維持しながら、可能な限り最大限の表現力を提供するように設計されています。OWL DL にはすべての OWL 言語構成要素が含まれていますが、それらは特定の制約の下でのみ使用できます (たとえば、推移的であると宣言されたプロパティには数の制約を課すことはできません。また、クラスは多くのクラスのサブクラスになることはできますが、クラスは別のクラスのインスタンスになることはできません)。OWL DL という名前は、OWL の形式的基盤を形成する論理を研究してきた研究分野である記述論理との対応関係に由来しています。
これは次のように表現できます。上記の文字ロジックを使用します。
OWL Full は OWL Lite や OWL DL とは異なる意味論に基づいており、RDF Schema との互換性を維持するように設計されています。たとえば、OWL Full では、クラスを個体の集合として、またそれ自体が個体として同時に扱うことができますが、これは OWL DL では許可されていません。OWL Full では、オントロジーを使用して、定義済みの (RDF または OWL) 語彙の意味を拡張できます。OWL Full は決定不能であるため、推論ソフトウェアで完全な推論を実行することはできません。
OWL2には3つのサブ言語（プロファイルと呼ばれる）があります： [ 25 ]
OWLファミリーの言語は、多様な構文をサポートしています。仕様記述を目的とした高水準構文と、より汎用的な交換構文を区別することは有益です。
これらはOWLファミリーの言語のオントロジー構造に近いものです。
OWLオントロジーの構造と意味を指定するために、高レベルの構文が使用されます。[ 37 ]
OWL の抽象構文では、オントロジーを注釈、公理、事実のシーケンスとして表現します。注釈には、機械と人間向けのメタデータが含まれます。オントロジーを構成するクラス、プロパティ、および個体に関する情報は、公理と事実のみに含まれています。各クラス、プロパティ、および個体は、匿名であるか、 URI 参照によって識別されます。事実は、個体または個体識別子のペアに関するデータ (識別されたオブジェクトが異なるか同じか) を示します。公理は、クラスとプロパティの特性を指定します。このスタイルはフレーム言語に似ており、 DLやリソース記述フレームワーク(RDF)のよく知られた構文とはかなり異なります。 [ 37 ]
Sean Bechhoferらは、この構文は解析が難しいものの、非常に具体的であると主張している。彼らは、抽象構文という名称はやや誤解を招く可能性があると結論付けている。[ 38 ]
この構文はOWL2オントロジーの構造に非常に近い。OWL2では、意味論、交換構文へのマッピング、プロファイルを指定するためにこの構文が使用される。[ 39 ]
| OWL RDF/XMLシリアライゼーション | |
|---|---|
 | |
| ファイル名拡張子 | .owx、.owl、.rdf |
| インターネットメディアの 種類 | application/owl+xml、application/rdf+xml [ 40 ] |
| 開発元 | ワールドワイドウェブコンソーシアム |
| 標準 | OWL 2 XMLシリアル化2009年10月 27日 ( 2009-10-27 )、OWLリファレンス2004年2月 10日 ( 2004-02-10 ) |
| オープンフォーマット？ | はい |
OWLファミリーの言語については、RDFへの構文マッピングが指定されています[ 37 ] [ 41 ] 。いくつかのRDFシリアル化フォーマットが考案されています。それぞれがこのマッピングを通してOWLファミリーの言語の構文につながります。RDF/XMLは規範的です。[ 37 ] [ 41 ]
OWL2は、OWL2オントロジーの構造を忠実にモデル化したXMLシリアライゼーションを規定している。 [ 42 ]
マンチェスター構文は、フレーム言語に近いスタイルを持つ、コンパクトで人間が読みやすい構文です。OWLとOWL2用のバリエーションがあります。すべてのOWLおよびOWL2オントロジーがこの構文で表現できるわけではありません。[ 43 ]
Teaクラスに基づいたお茶のオントロジーを考えてみましょう。まず、オントロジー識別子が必要です。すべてのOWLオントロジーはURI（例えば、 http://www.example.org/tea.owl）で識別されなければなりません。この例は構文の概略を示しています。以下のスペースを節約するため、前文と接頭辞の定義は省略しています。
オントロジー（<http://example.org/tea.owl>宣言（クラス（：Tea ）））<Ontology ontologyIRI= "http://example.org/tea.owl" ... > <Prefix name= "owl" IRI= "http://www.w3.org/2002/07/owl#" /> <Declaration> <Class IRI= "Tea" /> </Declaration> </Ontology>オントロジー：<http://example.org/tea.owl>クラス：Tea<rdf:RDF ... > <owl:Ontology rdf:about= "http://www.example.org/tea.owl" /> <owl:Class rdf:about= "#Tea" /> </rdf:RDF><http://example.org/tea.owl> rdf : type owl : Ontology . : Tea rdf : type owl : Class .OWLクラスは記述論理（DL）の概念に対応し、OWLプロパティはDLの役割に対応し、個体はOWLとDLの用語で同じように呼ばれます。[ 45 ]
当初、IS-Aは非常にシンプルなものだった。しかし今日では、この継承関係には、知識表現システムの数と同じくらい多くの意味が存在する。
—ロナルド・J・ブラフマン、『IS-Aとは何か、そして何ではないか』[ 46 ]
大規模なオントロジーを構築しようとする初期の試みは、明確な定義の欠如に悩まされていた。OWLファミリーのメンバーはモデル理論に基づく形式意味論を備えているため、強力な論理的基盤を持っている。
記述論理は、魅力的でよく理解されている計算特性を持つ、決定可能な一階述語論理の断片である論理のファミリーです。OWL DLとOWL LiteのセマンティクスはDLに基づいています。 [ 47 ] これらは、オントロジーを記述および交換するための構文と、それらに意味を与える形式的セマンティクスを組み合わせています。たとえば、OWL DLは、記述ロジック、一方OWL 2は論理。[ 48 ]これらのDLには、健全で完全な終了推論器（つまり、オントロジー内の知識のすべての結果を導出することが保証されているシステム）が存在する。
OWL Full は、 RDF Schema (RDFS)と互換性があり、既存のResource Description Framework (RDF) 語彙の意味を拡張できるように設計されています。[ 49 ]モデル理論は、RDF の形式意味論を記述します。[ 50 ]この解釈は、RDF および RDFS 語彙の意味を提供します。したがって、OWL Full オントロジーの意味は RDFS の意味の拡張によって定義され、OWL Full はRDF の意味拡張です。[ 51 ]
閉鎖世界仮説は、我々が知らないことはすべて偽であることを意味するのに対し、開放世界仮説は、我々が知らないことはすべて未定義であると述べています。
—ステファノ・マッツォッキ、「閉鎖世界対開放世界：最初のセマンティックウェブの戦い」[ 52 ]
OWLファミリーの言語は、オープンワールド仮説を採用しています。オープンワールド仮説の下では、現在の知識ではある命題が真であると証明できない場合、その命題が偽であると結論付けることはできません。
リレーショナルデータベースは、同じ属性を持つタプルの集合で構成されます。SQLは、リレーショナルデータベースのクエリおよび管理言語です。Prologは論理プログラミング言語です。どちらも閉世界仮説に基づいています。
以下のツールには、公開されているオントロジーブラウザが含まれます。
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