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前回はReasoning Web2009について述べた。今回は、ドレスデンで開催されたReasoning Web 2010について述べる。
Reasoning Webは、Web of Semanticsにおける推論の理論的基礎、現代的アプローチ、および実用的なソリューションに関するサマースクールシリーズで、本書は、2010年8月30日から9月3日にかけて開催された第6回スクー ルのチュートリアルノートとなる。
今回は、セマンティック技術のソフトウェア工学への応用と、それに適した推論技術に焦点を当てました。ソフトウェア工学における意味技術の応用はそう簡単ではなく、ソフトウェアモデリングに推論を適用するためには、いくつかの課題を解決しなければならない。まず、モデルやプログラムが非常に大きく、膨大になるため、推論が高速かつスケーラブルでなければならない。多くの推論言語は指数関数的またはNP完全であるため、近似化、インクリメンタル化、および他の最適化技術が非常に重要である。第二に、ソフトウェア工学では、ソフトウェアシステムをモデル化する必要があり、世界のドメインをモデル化するのとは対照的である。このため、モデリング技法は記述的というよりは規定的であり[1]、モデルの推論方法に影響を与える。ソフトウェアシステムがモデル化されるとき、その動作はモデルによって規定される、つまり、「真理はモデルの中にある」[2]。したがって、推論は規定性と記述性を区別する必要があり、世界の近さまたは開放性についての異なる仮定を導く（閉じた世界の仮定、CWA対開いた世界の仮定、OWA）。第三に、ソフトウェアモデリング言語は通常4レベルのメタレベル階層（レベルM0にオブジェクト、M1にモデル、M2にメタモデル、M3にメタ言語）に準拠しているが、オントロジー言語は通常TBoxとABoxの区別しかない。異なるメタ言語が使われ、異なるリポジトリが存在し、アプリケーションコードとの統合のための戦略も異なる。基本的に、オントロジーとソフトウエアモデリングの世界は2つの技術空間であり[3]、この空間をM0-M3の各レベルで橋渡しする必要がある。ブリッジングには、モデルからオントロジーへの変換、オントロジーからモデルへの変換が必要な場合が多いため、ソフトウェアから変換を隠蔽する柔軟なグルー技術が求められている。
このスクールの講師陣は、少なくとも次のような問題に対する答えを提供しようとしている。
– 推論の複雑さをいかにして多項式時間に抑えることができるか？この目的のために、表現力豊かな記述論理が開発され、多項式複雑性を保証するOWLのプロファイルであるOWL- ELに移植されてきた。これらの貢献の多くはここドレスデンで達成され、記述論理グループのAnni-Yasmin Turhanがチュートリアル “Reasoning and Explana- tion in EL and in Expressive Description Logics” で発表した。
– ルールとオントロジーの両方を使った推論（ハイブリッド推論）はどうすればできるのか？ドメインモデル（オントロジで記述しやすい）、要求仕様（ビジネスルールのような問題を扱う）、アーキテクチャ仕様（アーキテクチャスタイルのルールを扱う）を統合的に推論することができるのか？要求仕様のビジネスルールがドメインオントロジーにアクセスするとどうなるのか？これらのハイブリッド推論の基本的な疑問は、ポーランド科学アカデミーとLinko ̈ping大学のWłodzimierz Drabent氏による「Hybrid Reasoning with Non-Monotonic Rules」の講演で取り上げられた。
– モデル駆動型ソフトウェア開発プロセス（MDSD）にどのようにオントロジーを組み込むことができるのか？ソフトウェアモデルに制約を追加した場合のチェックはどのように行うか？オントロジー言語から制約を追加しながらソフトウェア言語でモデル化する、という統合的なモデル化が可能か？どのようなブリッジング技術があるのでしょうか？これらの疑問は、Koblenz-Landau大学のSteffen Staab、Tobias Walter、Gerd Gro ̈ner、Fer-nando Silva Parreirasによるチュートリアル “Model-Driven Engineering with Ontology Technologies” で議論されたものとなる。
– 推論を高速化するために、近似、インクリメンタル化、データベース最適化技術など、他の技術を使うことはできないか？要求オントロジ（OWAで世界のドメインについて語る）とシステムアーキテクチャ仕様（CWAでシステムについて語る）をどのように統合するか？アバディーン大学のJeff Z. Panは、講演「Scalable DL Reasoning」[4]で、これらの問題について議論した。
– データ定義とその言語だけでなく、問い合わせ言語も橋渡しする必要があります。構文（モデル）データと意味データのクエリでは、OWA/CWAなどの問題を考慮する必要がある。オントロジーとモデリングの世界からの2つの主要なクエリー言語（SPARQLとGReQL）のためのブリッジング技術の例は、Koblenz-Landau大学のHannes SchwarzとJu ̈rgen Ebertによるチュートリアル “Bridging Query Languages in Semantic and Graph Technologies” で紹介された。
これらの概念的なチュートリアルとは別に、このスクールではソフトウェア工学における応用分野についての議論も活発に行われた。
– SAPResearchKarlsruheのJensLemcke、TirdadRahmani、AndreasFriesenは、”Semantic Business Process Engineer- ing” におけるオントロジーのアプリケーションについて報告した。SAPはビジネスプロセス仕様のための推論に基づく改良法を開発し、具体的で実行可能なワークフローが、抽象的なビジネスプロセスの行動的な改良であることを示すことができるようにした。この手法は、SAPが注力しているエンタープライズ・プロセス・モデリングに非常に有効である。
– Comarch社（Krakow）のKrzysztof Miksa氏、Pawel Sabina氏、Marek Kasztelnik氏は、ネットワーク機器設定におけるドメイン固有モデルの制約チェックにオントロジーを適用する方法を示した（「Combining Ontologies with Do- main Specific Languages: ネットワーク構成ソフトウェアのケーススタディ」）。Comarchは、通信ネットワークソフトウェアのリーディングプロバイダの1つであり、巨大なドメインモデルを制御する必要がある。
– ドレスデン工科大学のMichael Schroeder氏は、”Semantic Search Engines “について発表した。彼のスタートアップ企業であるTransinsightは、様々なバイオテクノロジーのためのセマンティック検索マシンの構築に成功した。
例えば、GoWeb [5]のような、異なる生物医学アプリケーションのためのいくつかのセマンティック検索マシンの構築に成功している。
– また、「TEXOとAletheiaプロジェクトにおけるセマンティックサービス工学」に関する2つの小規模なチュートリアルが行われた。
とAletheiaプロジェクト” (SAP Dresden, Ralf Ackermann) と “Semantic Wikis” (So ̈ren Auer, Leipzig University)の2つのチュートリアルがあった。
ソフトウェア工学における推論技術の応用は、今後、実りある分野になると考えています。今回のサマースクールでは、多くの課題が存在すること、しかし、適切な橋渡し技術によって克服できることも明確に示された。
記述論理（DL）は、標準的なウェブオントロジー言語であるOWL 2の基礎となる形式論である。DLは、強力な推論サービスの基礎となる形式的意味論を有している。本論文では、DLの基本概念と、DLシステムの基本的な推論サービスであるサブサンプションを実現する技術について紹介する。このサービスのための推論手法として、ALCのような表現力豊かなDLに対するtableau法と、軽量なDLであるELに対するcomplete法の2つを紹介する。また、これら2つのDLにおいて、計算されたサブサンプション関係の説明文を生成する方法についても紹介する。
本書は、論理プログラムと一階理論との統合のための入門書である。主な動機は、ルールシステムに基づく推論と記述論理（DL）に基づく推論を結合するセマンティックWebのニーズである。本論文では、既存の推論システム（DLおよびルールシステム）を再利用するアプローチに焦点を当てる。本論文の中心課題は、非単調推論である。これは、おそらくDLに存在しないルールベースの推論の主要な特徴である。
論理プログラミングにおける非単調推論への主なアプローチについて述べる。そして、それらを一階理論に統合する様々な方法を示し、分類する。我々は、実用的な目的のためには、どのアプローチも十分とは思えず、いわゆるタイトカップリングとルースカップリングの特徴を組み合わせたアプローチが必要であると主張する。
オントロジーは、世界のある側面に関する形式的なモデルを構成し、大規模なモデルであっても、興味深い論理的結論を導き出すために使用されることがある。ソフトウェアモデルは、開発されるソフトウェア成果物の関連する特性を捉えるものであるが、多くの場合、これらのソフトウェアモデルの形式的意味論は限られており、また、基礎となるソフトウェア言語（多くはグラフィカル）は、その意味論を固定することは不可能ではないにしても、ケースバイケースで変化している。本寄稿では、オントロジー技術の利点をソフトウェアモデリングに活かすために、ソフトウェアモデリングにおけるオントロジー技術の利用について調査した。その結果、オントロジーを用いたメタモデルは、ソフトウェアモデリングにおいて、ソフトウェアモデリング者の様々なニーズに柔軟に対応しながら、表現力豊かなオントロジー推論を利用するための中核的な手段であることが判明した。
モデル駆動エンジニアリング（MDE）の重要な側面の1つは、アプリケーションとドメインの可変性を考慮することであり、これはドメイン固有言語（DSL）の作成につながる。DSLはモデルが簡潔で、理解しやすく、保守しやすいため、このアプローチは生産性とソフトウェアの品質を大幅に向上させる。通常、MDEにおけるDSLは、メタモデルと具体的な構文定義で記述される。DSLで表現されるモデルは、メタモデルで見出された言語概念の言語的なインスタンス化である。
しかし、アプリケーションドメインによっては、言語的なインスタンス化だけでは十分でない場合がある。問題は、ドメイン自体が型付けの側面を含んでいる場合に発生する。このため、オントロジカル・インスタンスティファイアと呼ばれる、インスタンス化に関する別の見解が導かれる。この2つの側面が同時に存在するため、この複合的なアプローチを「2次元メタモデリング」という用語で呼ぶ。
以下では、ネットワーク管理の分野で見られる実際の課題に基づいたケーススタディで、この問題を例証する。我々が提案するソリューションは、オントロジーインスタンス化のセマンティクスを強化するために適用されるオントロジー技術から利益を得ている。我々のアプローチは、既存の2Dメタモデリングソリューションと比較して、動機は類似しているものの、大きな相違点を示している。したがって、我々の研究は、新しいメタモデリング技術や既存の2Dメタモデリングアーキテクチャの応用というよりも、DSLエンジニアリングの分野におけるオントロジー対応ソフトウェアエンジニアリングの適用事例であると考えています。
この記事は、Comarchが提供するケーススタディに適用された、MOSTプロジェクトパートナーの共同作業の結果です。
ソフトウェアシステムやソフトウェア開発そのものは、リレーショナルデータベース、XML技術、オントロジー、プログラミング言語など、様々な技術空間を利用している。一つのシステムや開発プロセスで複数の技術空間を利用するためには、それらの間の適切な橋渡しが必要である。「橋渡しは、例えば、ある空間の概念を別の空間に変換する、ある空間の概念を別の空間で使えるようにするアダプタを使う、あるいは、両方の空間を一つの空間に統合することによって達成される。
本論文では、SPARQLが意味論的技術空間を起源とし、GReQLがモデルベース空間を代表する、問い合わせ言語SPARQLとGReQL間の変換ベースのブリッジを提示する。クエリの変換には、クエリされる知識ベースの事前マッピングが必要であるため、このアプローチでは、RDFドキュメントとTGraphsのそれぞれの形式で、基礎となるデータの変換も行われる。このブリッジの利点は、トレーサビリティに適用することで示される。
本チュートリアルでは、ビジネスプロセスの洗練と接地に関する検証のために、OWL-DL推論とPetrinet分析を比較する。
(1) プロセスの洗練化 ソフトウェア工学と同様に、ビジネスプロセスの実装には、ビジネスエキスパート、アナリスト、プロセスアーキテクト、開発者などの異なる相互作用の役割が含まれます。各役割は、プロセスが十分に洗練されるまで、プロセスの異なる抽象化を設計し、洗練させる。このとき、異なる抽象化されたプロセスモデルの整合性を検証することが重要である。
(2)プロセスグラウンディング 十分に洗練されたプロセスは、既存のITシステム上にマッピングされなければならない。理想的には、ITシステムは、その動作を意味的に表記した構成要素で構成される。最も具体的なプロセスは、すべてのITシステムの振る舞いを 尊重しなければならない。プロセスのセマンティクスを形式的に把握することで、プロセスの洗練と根拠の一貫性を自動的に確認することができる。
静的モデルの分野では、セマンティック技術の古典的な適用がよく理解されている。ビジネスプロセスの分析では、ダイナミクスを扱います。ダイナミクスをモデル化することは、現在のセマンティックWebサービスのアプローチにとって挑戦である。我々は、ペトリネット解析と記述論理（DL）推論の利点と欠点を、絞り込みと接地検証のために比較する。
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