ウェブ・オントロジー言語OWL

ウェブ・オントロジーのユースケース

「ウェブ・オントロジー言語の要件」では、次のようなユースケースを示してオントロジーの活用範囲を描いています。

• ポータルサイトにおいて、それぞれの分野のオントロジーが整備され、作者がそれを利用したメタ情報を提供することでより精密な検索が可能になる（語彙セットと推論機構）
• マルチメディアのように、テキストよりさらに機械的な意味処理が困難な情報について、その形式や内容に関連するオントロジーを使って確実な探索を行う（階層関係、部分全体関係、デフォルト知識の記述）
• 企業イントラネットで、異なる部門のオントロジーや用語集を連動させ、他部署の資料を検索したり、新しい付加価値を生む（多重継承、部分全体関係、時間順序の記述、異なる文書のインターフェイス）
• 飛行機の設計など巨大なドキュメントの場合、オントロジーを用いて各分野の文書を横断検索したり、設計上の制約条件を調べたりする（一貫性チェックの制約条件、クラスとインスタンス、N項関係）
• セマンティック・ウェブの知的エージェントが、社会活動のプランを組み立てるため、利用者の嗜好と各地で提供されるサービスなどを照らし合わせ、ランク付けサービスなども利用して推薦メニューをつくる（サービスの発見、複数のオントロジーの変換と統合利用）
• ユビキタスコンピューティングの世界で、モバイルデバイスが、オントロジーを利用して様々な環境下で自動的に適切な設定を行い、必要なサービスを利用できる（サービスの発見）

OWLの基本構成

OWLのオントロジーは、RDFのトリプルの集合で構成されます。OWL言語仕様では、どんなRDFトリプルがOWLの語彙を構成し、それによって何を意味するかを定義します。OWLは一般にRDFのXML構文によって記述され、次のような構成要素を含みます（いずれも、0回以上任意の数記述できます）。

1. バージョン情報と他のオントロジーのインポートを記述するヘッダ
2. クラスを定義するクラス公理
3. プロパティを定義するプロパティ公理
4. 個体 (Individual)：クラスのインスタンスによる事実の記述

1. オントロジー・ヘッダ

ヘッダはowl:Ontology要素として記述し、バージョン情報と他のオントロジーのインポートを示すことができます。さらに、OWL以外のRDF要素、例えばDublin Coreを使ったメタデータなどを埋め込んでも構いません（が、これらはowl:AnnotationPropertyであることを明示しなければなりません）。owl:versionInfo要素の内容は任意の文字列で、オントロジーの意味には無関係です。

<owl:Ontology rdf:about="">
 <owl:versionInfo>webont.html, v.0.9; 2002-08-25 Exp</owl:versionInfo>
 <owl:imports rdf:resource="http://www.w3.org/2002/07/owl"/>
 <dc:creator>KANZAKI, Masahide</dc:creator>
</owl:Ontology>
...
<owl:AnnotationProperty rdf:about="http://purl.org/dc/elements/1.1/creator"/>
...

owl:imports要素は、目的語として示されたオントロジーのグラフを取り込んで、主語オントロジーのグラフに加えます。オントロジーを再利用することができ、拡張性や相互運用性のために重要な機能です。

ほかにオントロジーヘッダで記述できるプロパティとしては、owl:priorVersion、owl:backwardCompatibleWith、owl:incompatibleWithがあります。

2. クラス公理

“ウェブに存在するもの”の概念であるクラスはowl:Class要素によって表現し、次の要素でクラス公理を構成します（定義される＝owl:Classの主語となる＝クラスをCで表します。）。owl:Classはrdfs:Classのサブクラスです。

上記をRDFのトリプルにあてはめれば、Cが主語、要素名URIが述語、“参照クラス”が目的語となります。例えば、“「雄」というクラスは「動物」のサブクラスで「雌」とは分離している”という定義をする場合は、次のように記述できます。

<owl:Class rdf:ID="Male">
 <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Animal"/>
 <owl:disjointWith rdf:resource="#Female"/>
</owl:Class>

equivalentClassは2つのクラスの「インスタンスが同じ」であること表しますが、必ずしも「意味が同じ」ということは示しません。同一のクラスであることは、OWL Fullの場合は（クラスを個体と見なして）owl:sameAsで表現できますが、この方法はOWL DL/Liteでは使えません。

<owl:Class rdf:ID="Person">
 <rdfs:subClassOf rdf:resource="#Animal"/>
 <rdfs:subClassOf>
  <owl:Restriction>
   <owl:onProperty rdf:resource="#hasRealName"/>
   <owl:cardinality>1</owl:cardinality>
  </owl:Restriction>
 </rdfs:subClassOf>
</owl:Class>

<owl:Class rdf:ID="FavoriteFoods">
 <owl:complementOf>
  <owl:Class>
   <owl:unionOf rdf:parseType="Collection">
    <owl:Class rdf:about="#Carrot"/>
    <owl:Class rdf:about="#GreenPepper"/>
   </owl:unionOf>
  </owl:Class>
 </owl:complementOf>
</owl:Class>

3. プロパティ公理

プロパティは、ウェブに存在するものの“関係を定義”する部分になります。前節のクラス要素内のプロパティの制約は、あるプロパティがそのクラスと共に用いられる際のローカルな制約を定義しますが、プロパティ要素はそのプロパティそのものをグローバルに定義します（つまりどんなクラスとでも自由に使える）。

プロパティには、個体（オブジェクト）を別の個体（オブジェクト）と関連づける個体値型プロパティと、オブジェクトをデータ型値に結びつけるデータ値型プロパティがあります。両者はそれぞれowl:ObjectProperty要素、owl:DatatypeProperty要素で定義します。また、特別なプロパティとしてオントロジーの管理情報を記述するowl:OntologyProperty、オントロジーの注釈に用いるowl:AnnotationPropertyがあります。OWLでのプロパティは、必ずこの4つのどれかのタイプを持たなければなりません（個体の記述に用いるのは個体値型もしくはデータ値型のみ）。

個体値型プロパティ、データ値型プロパティの基本的な公理は次の構成要素で記述します（これらはクラスのプロパティ制約と異なり、対象主語クラスを問わないグローバルな性質となります）。

「子供がいる」というプロパティは「親がいる」の反対の関係を示しますから、次のように定義できます。

<owl:ObjectProperty rdf:ID="hasChild">
 <owl:inverseOf rdf:resource="#hasParent"/>
</owl:ObjectProperty>

さらに、プロパティの論理的な性質（タイプ）を示すことで、その関係を利用した推論などを可能にします。

“「子孫がいる」というプロパティは推移プロパティでかつ「祖先がいる」の反対の関係”という定義は、次のように表現できます。

<owl:TransitiveProperty rdf:ID="hasOffspring">
 <owl:inverseOf rdf:resource="#hasAncestor"/>
</owl:TransitiveProperty>

4. 個体による事実の記述

ここまでで述べてきたクラスやプロパティの定義（抽象構文では公理 (Axiom) と呼んでいます）は、用語集、推論などを行うためのルール集のような役割を果たします。これを用いて、（ウェブに）実際に存在するものを具体的に描くのがインスタンスということになります。抽象構文ではこのインスタンスを記述する部分を事実 (Fact)と呼んでいます。

我々がメタデータを提供する時は、自ら「公理」を定義することは少なく、通常はどこかで定義されている用語集やルールを用いて、自分が事実として持っている情報を「インスタンス」として示すでしょう。Dublin Coreの語彙を用いて自分のウェブページのメタ情報を提供するなどは、その端的な例です（普通のウェブ文書でも、自分でDTDを書かず、HTMLを使って情報をマーク付けします）。

OWLでは、インスタンスすなわち「個体 (Individual)」は、必ず何かのクラスに属します。通常はそのクラス名による型付ノード要素の内容に、次のようなプロパティを記述して表現します。

ウェブ上では、異なるURIが同じリソースを表すことは珍しくありません。異なる名前が異なる個体を指すという前提=unique names assumption=を持てないシステムでは、同一性や違いを明示することは論理的な推論のために重要になってきます。

個体を記述する例をひとつ挙げてみましょう。

<ex:Novelist rdf:ID="Lewis_Carroll">
 <owl:sameAs rdf:resource="#Charles_Lutwidge_Dodgson"/>
 <ex:isAuthorOf rdf:resource="#Alice_in_Wonderland"/>
</ex:Novelist>

一般に、オントロジーを再利用可能にするためには、公理（クラス、プロパティ定義）と事実（インスタンスの記述）は分離された別々の文書となるでしょう。ある知識領域（ドメイン）の「公理」を定義したオントロジーをもとに、個々の文書の作者（あるいはサービスの提供者）が「事実」を記したオントロジー/RDFを提供していくわけです。

「事実」だけを記述した“オントロジー”でも、「公理」を記述した他のオントロジーをimportしたり、さらに他の個体との関係をowl:sameAsなどで示すことで、推論などを行うことができます。