オントロジー（情報科学）

情報科学において、オントロジーは、1つ、複数、またはすべての議論領域に関連する概念、データ、またはエンティティのカテゴリ、特性、および関係の表現、形式的な命名、および定義を包含する。より簡単に言えば、オントロジーは、主題領域のエンティティを表す一連の用語と関係表現を定義することによって、主題領域の特性とそれらの関係を示す方法である。このように考えられたオントロジーを研究する分野は、応用オントロジーと呼ばれることもある。^{[ 1 ]}

あらゆる学問分野や領域は、その用語を作成することで、オントロジーの基礎を築きます。それぞれがオントロジーの仮定を使用して、明示的な理論、研究、およびアプリケーションを枠組み化します。オントロジーの改善は、その領域内での問題解決、データシステムの相互運用性、およびデータの発見可能性を向上させる可能性があります。あらゆる分野の研究論文の翻訳は、異なる国の専門家がそれぞれの言語間で統制された専門用語の語彙を維持することで、問題が軽減されます。^{[2] 例えば、経済学の定義とオントロジーは、マルクス主義経済学[} 3 ]だけで^{なく、経済}学の他の^サブ分野でも主要な関心事です。^{[ 4 ]}経済学が情報科学に依存する例としては、どの資本資産がどれだけリスクにさらされているかを判断するなど、経済的意思決定を可能にすることを目的としたシミュレーションやモデルが挙げられます（リスク管理を参照）。

情報科学と哲学の両方における存在論に共通するのは、対象と出来事の両方を含む実体を、それらの相互依存的な特性と関係とともに、カテゴリーのシステムに従って表現しようとする試みである。両分野では、存在論工学の問題に関する相当な研究（哲学ではクワインとクリプキ、情報科学ではソワとグアリーノなど） ^{[ 5 ]}や、規範的存在論がどの程度可能であるかについての議論（哲学では基礎主義と整合主義、人工知能ではBFOとCycなど）が行われている。

応用オントロジーは、哲学におけるこれまでの研究の後継者とみなされることもある。しかし、現在の多くの取り組みは、哲学の第一原理や、固定された本質の存在様式、あるいは永続的な対象（例えば、永続主義や不変性）がプロセスよりも存在論的に根源的であるかどうかといった問題よりも、狭い領域の統制語彙を確立することに重点を置いている。人工知能は、機械翻訳や知識表現における自然言語処理などのサブ分野で応用オントロジーに関してかなりの注目を集めているが、オントロジーエディタは、生物医学情報学^{[ 6 ]や産業[ 7 ]}を含むさまざまな分野で頻繁に使用されている。こうした取り組みでは、 Protégé ^{[ 8 ]}などのオントロジー編集ツールがよく使用される。

存在論は哲学の一分野であり、知識、言語、知覚が現実の本質とどのように関係しているかを考察するため、形而上学、認識論、言語哲学などの分野と交差します。形而上学は、「何が存在するのか？」や「現実の本質とは何か？」といった問いを扱います。哲学の5つの伝統的な分野の1つである形而上学は、個物と普遍物、内在的性質と外在的性質、本質と存在などの関係性、性質、実体を通して存在を探求することに関心があります。形而上学は、記録された歴史以来、議論され続けているテーマです。

複合語ontologyは、ギリシャ語のὄν、on (属格ὄντος、ontos )、すなわち「存在、存在するもの」に由来するonto - と、動詞εἰμί、eimí、すなわち「存在する、私は存在する」の現在分詞である-λογία、-logia 、すなわち「論理的談話」を組み合わせたもので、この種の語形成については古典的な複合語を参照のこと。^{[ 9 ] [ 10 ]}

語源はギリシャ語だが、この単語自体の現存する最古の記録である新ラテン語のontologiaは、1606 年にヤコブ・ロルハルト(ロルハルドゥス)の著作Ogdoas Scholasticaに、また 1613 年にルドルフ・ゲッケル(ゴクレニウス)のLexicon philosophicumに登場している。^{[ 11 ]}

OED（オックスフォード英語辞典、オンライン版、2008年）に記録されている英語における「ontology」の最初の出現例は、ギデオン・ハーヴェイの『Archeologia Philosophica Nova or New Principles of Philosophy』（1663年）である。

1970年代半ば以降、人工知能（AI）分野の研究者は、知識工学が大規模で強力なAIシステムを構築する鍵であることを認識してきました。AI研究者は、特定の種類の自動推論を可能にする計算モデルとして新しいオントロジーを作成できると主張しましたが、これはわずかにしか成功しませんでした。1980年代には、AIコミュニティは、モデル化された世界の理論と知識ベースシステムのコンポーネントの両方を指すためにオントロジーという用語を使用し始め^ました。特に、David Powersは、現実世界またはロボットのグラウンディングを指すためにAIにオントロジーという言葉を導入し^{、 1990}年にAAAIサマーシンポジウム^{「自然言語とオントロジーの機械学習」}の論文募集に関連してグラウンデッドオントロジーを強調する文献レビューを発表し、拡張版がSIGART Bulletinに掲載され、議事録の序文として含まれました。^{[ 14 ]}哲学的存在論から着想を得て、計算論的存在論を一種の応用哲学とみなした研究者もいた。^{[ 15 ]}

1993年、トム・グルーバー による広く引用されているウェブページと論文「知識共有に用いられるオントロジーの設計原則に向けて」^{[ 16 ]}では、オントロジーはコンピュータサイエンスの技術用語として使用され、以前の意味ネットワークや分類体系の概念と密接に関連していた。グルーバーはこの用語を概念化の仕様として導入した。

オントロジーとは、エージェントまたはエージェントのコミュニティに対して形式的に存在し得る概念と関係性を記述したもの（プログラムの形式仕様のようなもの）である。この定義は、概念定義の集合としてのオントロジーの使用法と一致するが、より一般的である。また、哲学におけるオントロジーの使用法とは異なる意味合いを持つ。^{[ 17 ]}

オントロジーを、クラスと継承に依存する知識モデリングにおける分類体系や同様の取り組みから切り離そうとする試みとして、グルーバーは次のように述べている（1993年）。

オントロジーは、クラスの分類階層、クラス定義、包含関係と同一視されることが多いが、オントロジーはこれらの形式に限定される必要はない。オントロジーは、保守的な定義、つまり用語を導入するだけで世界に関する知識を追加しない伝統的な論理的な意味での定義（Enderton、1972）にも限定されない。概念化を具体的に示すには、定義された用語の可能な解釈を制約する公理を述べる必要がある。^{[ 16 ]}

最近の実験的なオントロジーフレームワークでは、IAMF（Illumination AI Matrix Framework）、OntoMotoOS（倫理的かつ存在論的なAIと人間の共進化のためのメタオペレーティングシステム概念）、PSRT（マルチスケール存在論的レイヤーにわたる位相構造的現実理論）など、共鳴に基づくAIと人間の共進化構造も検討されています。学術的な議論ではまだ広く採用されていませんが、これらのモデルは倫理的調和と構造的創発への段階的なアプローチを提案しています。^{[ 18 ]}

グルーバーの定義を洗練させたフェイルマイヤーとヴェス（2016）は、「オントロジーとは、複雑性の増加に必要な高い意味表現力によって特徴付けられる、共有概念化の形式的かつ明示的な仕様である」と述べている。^{[ 19 ]}

現代のオントロジーは、表現言語に関わらず、多くの構造的な類似点を共有している。ほとんどのオントロジーは、個体（インスタンス）、クラス（概念）、属性、および関係を記述する。

オントロジー可視化手法の調査は、Katifori らによって発表されている^{[ 24 ]}オントロジー可視化手法とツールの最新の調査は、Dudás らによって発表されている^{[ 25 ]}最も確立されたオントロジー可視化手法、すなわちインデントされたツリーとグラフの可視化は、Fu らによって評価されている^{[ 26 ]} OWLで表現されたオントロジーの視覚言語は、Visual Notation for OWL Ontologies (VOWL)によって規定されている^{[ 27 ]}。

オントロジーエンジニアリング（オントロジー構築とも呼ばれる）は、特定のドメインのオントロジーの開発に関連する一連のタスクです。^{[ 28 ]}これは知識工学のサブフィールドであり、オントロジー開発プロセス、オントロジーライフサイクル、オントロジー構築の方法と手法、およびそれらをサポートするツールと言語を研究します。^{[ 29 ] [ 30 ]}

オントロジーエンジニアリングは、ソフトウェアアプリケーションや特定のドメインにおける組織的手順に含まれる知識を明示化することを目的としています。オントロジーエンジニアリングは、ビジネス用語やソフトウェアクラスの定義に関連するような意味論的な障害を克服するための方向性を示します。オントロジーエンジニアリングにおける既知の課題には、以下のようなものがあります。

1. オントロジーがドメイン知識と用語の使用法に合致していることを保証する
2. 対象領域について十分な具体性と概念網羅性を提供することで、コンテンツの完全性の問題を最小限に抑える。
3. オントロジーがそのユースケースをサポートできることを保証する

オントロジー言語とは、オントロジーを符号化するために使用される形式言語のことです。オントロジーのための言語には、独自規格に基づくものと標準規格に基づくものを含め、数多くの種類があります。

• 共通代数仕様言語（Common Algebraic Specification Language）は、IFIPワーキンググループ1.3「システム仕様の基礎」内で開発された、論理に基づいた汎用仕様言語であり、ソフトウェア仕様の事実上の標準言語です。現在では、モジュール性や構造化メカニズムを提供するために、オントロジー仕様にも適用されています。
• 共通論理とは、ISO規格24707であり、相互に正確に翻訳可能なオントロジー言語群の仕様である。
• Cycプロジェクトは、一階述語論理をベースに高階拡張を加えた独自のオントロジー言語であるCycLを持っています。
• DOGMA（Developing Ontology-Grounded Methods and Applications）は、事実指向型のモデリング手法を採用することで、より高いレベルの意味的安定性を提供します。
• ゲリッシュ言語は、独自の拡張のための規則を含んでおり、それによってオントロジーとオントロジー言語を統合している。
• IDEF5は、使いやすく正確なドメインオントロジーを開発および維持するためのソフトウェアエンジニアリング手法です。
• KIFは、 S式に基づいた一階述語論理の構文です。SUO-KIFは、推奨上位統合オントロジーをサポートする派生バージョンです。
• MOFとUMLはOMGの標準規格です
• Ologは、ファンクターを使用してオントロジー間の変換を重視する、オントロジーに対する圏論的アプローチです。
• OBOは、生物学および生物医学オントロジーに使用される言語である。
• OntoUMLは、ドメインオントロジーの概念モデリングのための、オントロジー的にしっかりとしたUMLのプロファイルです。
• OWLは、オントロジー記述を作成するための言語であり、 RDFやRDFS、そしてOIL、DAML、DAML+OILといった以前のオントロジー言語プロジェクトを引き継いで開発されました。OWLはワールドワイドウェブ上での使用を想定しており、そのすべての要素（クラス、プロパティ、個体）はRDFリソースとして定義され、 URIによって識別されます。
• ルール交換フォーマット（RIF）とF-Logicは、オントロジーとルールを組み合わせたものです。
• セマンティックアプリケーション設計言語（SADL）^{[ 33 ]}は、 Eclipseプラグインを介して入力される英語のような言語を使用して、OWLの表現力のサブセットを捉えています。
• SBVR（ビジネス語彙とルールのセマンティクス）は、オントロジー構築のために業界で採用されているOMG標準規格です。
• TOVEプロジェクト、トロント仮想企業プロジェクト

• アラビア語オントロジーは、アラビア語の言語オントロジーであり、アラビア語ワードネットとして使用できますが、オントロジー的にクリーンなコンテンツを備えています。^{[ 34 ]}
• AURUM – 情報セキュリティオントロジー、^{[ 35 ]}情報セキュリティ知識共有のためのオントロジーであり、ユーザーが協力してドメイン知識体系を理解し、拡張することを可能にします。自動化された情報セキュリティリスクおよびコンプライアンス管理の基盤として機能する可能性があります。
• BabelNetは、非常に大規模な多言語セマンティックネットワークおよびオントロジーであり、多くの言語で語彙化されています。
• 基本形式オントロジー^{[ 36 ]は}、科学研究を支援するために設計された形式的な上位オントロジーである。
• BioPAX ^{[ 37 ]}は、生物学的経路（細胞プロセス）データの交換と相互運用性のためのオントロジーである。
• BMO ^{[ 38 ]}は、企業オントロジーとビジネスモデルに関する文献のレビューに基づいたeビジネスモデルオントロジーである。
• SSBMO ^{[ 39 ]}は、システムベースの自然科学および社会科学文献（ビジネスを含む）のレビューに基づく、強力に持続可能なビジネスモデルオントロジーです。ビジネスモデルオントロジー（BMO）の批判と重要な拡張が含まれています。
• 共通コアオントロジー（CCO）^{[ 40 ]}は、基本形式オントロジーを拡張した11のオントロジーのスイートであり、 IARPAの知識発見および普及助成金の下で開発され、米国の防衛および情報部門で広く使用されています。
• CCOとGexKB、^{[ 41 ]}細胞周期オントロジー（CCO）と遺伝子発現知識ベース（GexKB）に多様なタイプの知識を統合するアプリケーションオントロジー（APO）
• CContology（顧客苦情オントロジー）^{[ 42 ]}は、オンライン顧客苦情管理をサポートするeビジネスオントロジーである。
• CIDOC概念参照モデル、文化遺産のオントロジー^{[ 43 ]}
• COSMO ^{[ 44 ]}は、あらゆるドメイン エンティティの意味を論理的に指定するために必要なすべての基本概念の表現を含むように設計された基盤オントロジー (現在のバージョンは OWL) です。これは、他のオントロジーやデータベースの表現間で変換するために使用できる基本オントロジーとして機能することを目的としています。OpenCyc および SUMO オントロジーの基本要素の統合として始まり、Longman 辞書の定義語彙のすべての単語の表現を含めるために、他のオントロジー要素 (タイプ、関係) が追加されています。
• コンピュータサイエンスオントロジーとは、コンピュータサイエンス分野の研究トピックを自動生成したオントロジーである。
• Cycは、議論の対象となる宇宙を形式的に表現するための大規模な基盤オントロジーである。
• 疾患オントロジー^{[ 45 ]}は、疾患および関連する病態を特定の医療コードにマッピングすることを容易にするために設計されています。
• DOLCE、言語および認知工学のための記述的オントロジー^{[ 21 ] [ 22 ]}
• ドラマ論、ドラマの存在論^{[ 46 ]}
• Dublin Core、文書と出版のためのシンプルなオントロジー
• 金融業界ビジネスオントロジー（FIBO）は、金融業界向けのビジネス概念オントロジーです^{[ 47 ]}
• 基礎的、中核的、および言語的オントロジー^{[ 48 ]}
• 解剖学の基礎モデル^{[ 49 ]}は、人体解剖学のオントロジーである。
• 友人の友人とは、人物、その活動、および他の人や物との関係を記述するためのオントロジーである。
• ゲノミクスにおける遺伝子オントロジー
• ゲリッシュ英語辞書は、辞書と分類体系を含むオントロジーであり、上位オントロジーと、エンジニアリング、テクノロジー、調達における産業およびビジネスアプリケーションに焦点を当てた下位オントロジーが含まれています。
• 地政学的オントロジーは、国連食糧農業機関（FAO）が作成した地政学的情報を記述するオントロジーです。この地政学的オントロジーには、複数の言語（英語、フランス語、スペイン語、アラビア語、中国語、ロシア語、イタリア語）の名称、標準的なコーディングシステム（国連、ISO、FAOSTAT、AGROVOCなど）のマッピング、地域間の関係（陸上国境、グループへの所属など）、および歴史的変化の追跡が含まれています。さらに、FAOは地政学的オントロジーのウェブサービスと、地政学的オントロジーのモジュールをさまざまな形式（RDF、XML、EXCEL）でダウンロードできるモジュール作成ツールを提供しています。詳細については、FAOカントリープロファイルをご覧ください。
• GAO（General Automotive Ontology） – 自動車業界向けのオントロジーで、「車」拡張機能が含まれています^{[ 50 ]}
• GOLD、^{[ 51 ]}言語記述のための一般オントロジー
• GUM（Generalized Upper Model）^{[ 52 ]}は、クライアントシステムと自然言語技術の間を仲介するための言語学的動機に基づくオントロジーである。
• IDEASグループ^{[ 53 ]}は、オーストラリア、カナダ、英国、米国の国防省によって開発されているエンタープライズアーキテクチャの正式なオントロジーです。
• Linkbase ^{[ 54 ]}は、基本形式オントロジーに基づいて構築された、生物医学領域の形式的表現である。
• LPL、ランドマークパターン言語^{[ 55 ]}
• LTO（文学テーマオントロジー）は、計算文学研究のための文学テーマのオントロジーである。^{[ 56 ]}
• NCBOバイオポータル^{[ 57 ]は}、生物学的および生物医学的オントロジーと、検索、閲覧、視覚化するための関連ツールを提供します。
• NIFSTD神経科学情報フレームワークに基づくオントロジー：神経科学領域のためのモジュール式オントロジーセット。
• OBO-Edit ^{[ 58 ]}は、 Open Biological and Biomedical Ontologiesのほとんどに対応したオントロジーブラウザである。
• OBO Foundry ^{[ 59 ]}は、生物学および生物医学における相互運用可能な参照オントロジーのスイートです。
• OMNIBUSオントロジー^{[ 60 ]}は、学習、指導、および指導設計のオントロジーである。
• 生物医学調査のためのオントロジー：生物学的および臨床的調査に関するオープンアクセス型の統合オントロジー
• ONSTR、^{[ 61 ]}新生児スクリーニングフォローアップおよびトランスレーショナルリサーチのためのオントロジー、新生児スクリーニングフォローアップデータ統合コラボレーション、エモリー大学、アトランタ。
• 植物の構造や成長/発達段階などについては、植物オントロジー^{[ 62 ]を参照してください。}
• POPE、パデュー大学製薬工学オントロジー
• PRO、^{[ 63 ]}ジョージタウン大学のタンパク質情報リソースのタンパク質オントロジー
• ProbOnto 、確率分布の知識ベースおよびオントロジー。^{[ 64 ] [ 65 ]}
• プログラム抽象化の分類
• プロテオミクスにおけるタンパク質オントロジー^{[ 66 ]}
• RXNOオントロジー（化学における反応名の命名法）
• 鎌状赤血球症オントロジー（SCDO ） ^{[ 67 ]}は、 SDCコミュニティ内でのデータ共有とコラボレーションを促進するほか、他のアプリケーションも提供しています（SCDOウェブサイトのリストを参照）。
• Schema.orgは、主に検索エンジンの利便性向上を目的として、ウェブページに構造化データを埋め込むためのツールです。
• 配列オントロジー^{[ 68 ]}は、生物学的配列に見られるゲノム特徴タイプを表現するためのものである。
• SNOMED CT（医学体系命名法－臨床用語）
• 提案された上位統合オントロジー^{[ 69 ]}は、形式的な上位オントロジーである。
• システム生物学オントロジー（SBO）、生物学における計算モデル
• SWEET、^{[ 70 ]}地球および環境用語のためのセマンティックウェブ
• SSN/SOSA、^{[ 71 ]}セマンティックセンサーネットワークオントロジー（SSN）とセンサー、観測、サンプル、アクチュエーターオントロジー（SOSA）は、センサーとその観測を記述するためのW3C勧告およびOGC標準です。
• ThoughtTreasureオントロジー
• 時間項目、医学教育の索引付けに関するトピック
• ウベロン[ ^{72 ]}は動物の解剖学的構造を表している^。
• UMBELは、 OpenCycから派生した20,000の主題概念クラスとその関係性を示す軽量な参照構造です。
• WordNet、語彙参照システム
• ヤマト、^{[ 73 ]}さらに高度なトップレベルオントロジー
• YSO – フィンランド一般オントロジー

W3CのLinking Open Dataコミュニティプロジェクトは、さまざまなオントロジーを世界規模のセマンティックウェブに統合するための取り組みを調整しています。

オントロジーの発展に伴い、オントロジーライブラリと呼ばれる、オントロジーのリストやディレクトリを提供するサービスが登場した。

以下は、人間が選定したオントロジーのライブラリです。

• COLORE ^{[ 74 ]}は、コモンロジックの一次オントロジーのオープンリポジトリであり、リポジトリ内のオントロジー間に正式なリンクがあります。
• DAMLオントロジーライブラリ^{[ 75 ]}は、DAMLのオントロジーの遺産を維持しています。
• オントロジー設計パターンポータル^{[ 76 ]}は、オントロジー設計のための再利用可能なコンポーネントとプラクティスのウィキリポジトリであり、模範的なオントロジーのリストも維持しています。
• Protégé Ontology Library ^{[ 77 ]}には、OWL、フレームベース、その他の形式のオントロジーのセットが含まれています。
• SchemaWeb ^{[ 78 ]}は、RDFS、OWL、DAML+OIL で表現された RDF スキーマのディレクトリです。

以下はディレクトリと検索エンジンの両方です。

• OBO Foundryは、生物学および生物医学における相互運用可能な参照オントロジーのスイートです。^{[ 59 ] [ 79 ]}
• バイオポータル（NCBOのオントロジーリポジトリ）^{[ 6 ]}
• リンクされたオープンボキャブラリー
• OntoSelect ^{[ 80 ]}オントロジーライブラリは、RDF/S、DAML、OWLオントロジーに対して同様のサービスを提供しています。
• Ontaria ^{[ 81 ]}は、OWL オントロジーを使用した RDF 語彙に焦点を当てた「検索および閲覧可能なセマンティック Web データのディレクトリ」です。（注：このプロジェクトは 2004 年以降「保留」されています）。
• Swoogleは、オントロジーを含む、ウェブ上で利用可能なすべてのRDFリソースのディレクトリおよび検索エンジンです。
• オープンオントロジーリポジトリイニシアチブ^{[ 82 ]}
• ROMULUSは、意味的相互運用性の向上を目的とした基盤オントロジーリポジトリです。現在、リポジトリにはDOLCE、BFO、GFOの3つの基盤オントロジーがあります。^{[ 83 ]}

一般的に、オントロジーは様々な分野で有益に活用できる。

• エンタープライズアプリケーション。^{[ 84 ]}より具体的な例としては、SAPPHIRE（ヘルスケア）またはSituational Awareness and Preparedness for Public Health Incidences and Reasoning Enginesがあり、これは公衆衛生に影響を与える可能性のある状況や出来事を追跡および評価できるセマンティクスベースの健康情報システムです。
• 地理情報システムはさまざまなソースからのデータを統合するため、データの意味を関連付けるのに役立つオントロジーメタデータの恩恵を受ける。^{[ 85 ]}
• 生物医学研究では、ドメイン固有のオントロジーが極めて重要です。生物医学研究では、同じ文字列でありながら異なる生物医学的概念を表す様々な生物医学用語や略語の固有表現の曖昧性解消が求められます。例えば、CSF はコロニー刺激因子または脳脊髄液を表す可能性があり、どちらも生物医学文献では同じ用語 CSF で表されます。^{[ 86 ]}このため、多数の公開オントロジーが生命科学に関連しています。このような生物医学オントロジーを実装しない生命科学データサイエンスツールでは、概念間の因果関係を正確に判断することができません。^{[ 87 ]}

関連する哲学的概念

• 人間の思考のアルファベット
• 普遍的特性
• 相互運用性
• 測定レベル
• メタ言語
• 自然意味論的メタ言語

• オベール、D.グアリーノ、N.スターブ、S. (2009)。「オントロジーとは何ですか?」(PDF)。オントロジーに関するハンドブック。 pp. 1–17 . doi : 10.1007/978-3-540-92673-3_0。ISBN  978-3-540-70999-2. S2CID 8522608 . 
• Fensel, D.; van Harmelen, F.; Horrocks, I.; McGuinness, DL; Patel-Schneider, PF (2001). "OIL: セマンティックWebのためのオントロジーインフラストラクチャ". IEEE Intelligent Systems . 16 (2): 38–45 . Bibcode : 2001IISys..16b..38F . doi : 10.1109/5254.920598 .
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• Open Directory Projectにおける知識表現へのリンク
• オントロジーライブラリ（アーカイブ、メンテナンス停止中）
• GoPubMedはオントロジーを使用して検索を行う
• ONTOLOG（別名「Ontolog Forum」） - オントロジー、オントロジー工学、セマンティック技術に関するオープンな国際仮想実践コミュニティ
• 自然言語処理におけるオントロジーの利用
• オントロジーサミットとは、オントロジーコミュニティと、サミットのために毎年選ばれるテーマに関連するコミュニティが参加する、毎年開催される一連のイベント（2006年に開始）です。
• オントロジーの標準化