オントロジー (情報科学)

この記事では、情報学ないし情報科学におけるオントロジー（）について述べる。オントロジーは、特定の領域における概念やその関係を明示的に表現する仕様であり、知識の共有や再利用などに用いられる。哲学における存在論に由来する用語だが、情報科学では知識表現のための形式的な記述を指す。

オントロジーは、ある領域を記述する語彙を定め、領域内の対象や概念の型、属性、関係を表す。Gruberは、オントロジーを「共有された概念化の形式的・明示的な仕様」と定義している。

オントロジーは、情報を組織化する構造的フレームワークであり、世界またはその一部についての知識表現の形として、人工知能、セマンティックWeb、システム工学、ソフトウエア工学、バイオメディカルインフォマティクス、図書館情報学、エンタープライズ・ブックマーキング、および情報アーキテクチャ、その他で使われる。ドメイン・オントロジの生成はエンタープライズアーキテクチャフレームワークの定義と利用への基本である。

概要「オントロジー」という用語は、哲学が起源であるが、多くの異なる意味で用いられる。単語『オントロジー』は、ギリシャ語で「存在」を意味する ὄν (on) から来ている。計算機科学では、タイプ、特性、および関係タイプのセットから成る世界を記述するためのモデルを指すことが多い。正確にこれらの変化の周りに準備されるものは様々だが、それらはオントロジーの必需品である。実世界と一つのオントロジーでのモデルの特徴との間の近い類似性が一般に期待されている。

多くのオントロジーが計算機科学と哲学の両方で共通に持っているものは、エンティティ、アイデア、およびイベントに関する特性と関係とともに、それらをある分類システムに沿って表現することである。両方のフィールドで、存在論的相対性の問題（例えば、哲学ではQuineとKripke、計算機科学ではと）において重要な作業を見つけ出し、そして規範的オントロジーが実行可能かどうかに関わる討議をする（例えば、哲学における基本を議論し、AIにおけるCycプロジェクトを議論する）ことである。2つの間の相違は主として焦点の問題である。計算機科学者が第一次原則の議論（そのようなものが固定化された本質として存在するかどうか、あるいはエンティティがプロセスよりオントロジー的により一次的でなければならないかどうかのような議論）にあまり関わらない一方で、哲学者は計算機科学における研究者より固定化され統制された語彙を確立することにそれほど関心がない。哲学者は人間のための思考道具としてオントロジーを用いるのに対して、計算機科学者は計算機処理を考えるために人間が使う思考道具としてオントロジーを用いたいという立ち位置の違いによる。

IPAの位置付けの整理情報処理推進機構（IPA）は、セマンティック分野で使われる用語や概念などの位置付けには唯一の正解がないとした上で、同機構の勉強会における共通認識として整理例を示している。以下はその資料に基づく分類であり、分野全体で確立した分類を示すものではない。

全体 (オントロジー): “オントロジーとは、「事・物」の関係をきめられた方法で表現し、その意味を定めたもの。言葉の意味はオントロジー辞書として整理し、この辞書をつかって計算機がわかる言葉(RDF/XMLやOWL)で表記することができる。” OWL: “OWLとは、Web上でオントロジーに必要な「もの」や「こと」に関する分類や関係など複雑な知識を表すように設計されたセマンティック Web 言語である。” 概念 (Resource Description Framework Schema): “RDFスキーマは、RDFデータのデータ・モデリング語彙を提供する。” (IEC共通データ辞書): “IEC CCDは、すべての産業/技術ドメインの概念の共通リポジトリとして機能します。” 説明コーパス: “自然言語による文章などの使用方法を構造化し大規模に集め、説明を記録したもの。構造化された言語情報などのタグ付けがされている。” MDR - : “様々な組織で作成、公開、交換、保存されるデータ項目について、それに対する説明記述であるメタデータの構造を規定し、それに基づくインスタンスをメタデータ・レジストリに登録する仕組みを定めた標準” 関係性 SKOS - : “SKOS (スコース) とは、概念体系の基本構造や、概念の意味を表現するために構造化したモデル” タクソノミー（同資料ではXML Schemaとの関連も示される）: “タクソノミーとは、上位下位の関係性を整合的に定めた統制語彙（＝辞書）のこと。”

歴史歴史的に、オントロジーは、何が存在するかの存在の本質である形而上学として知られる哲学の分岐として発生した。この基本的分岐は、特定と一般の間、内因と外因の間、および本質と実在の間の関係に注目して、存在の様々なタイプまたはモードの分析に関係する。特定におけるオントロジー的問合せの伝統的目標は、それらの基本的分類、あるいは種別を発見するため、自然に落着くオブジェクトへ『そのジョイント』の世界に分離することである。

20世紀後半に、哲学者は、大変細密なオントロジー自体を実際に「構築する」こと無く、オントロジーを構築可能な手段あるいはアプローチを議論した。対照的に、コンピュータ科学者は、「どのように」それらが構築されるかについて少しの議論で、WordNetやCycのような大規模で堅牢なオントロジーを構築した。

1970年代中ごろから、人工知能分野の研究者達は、知識の獲得が大きくて強力な人工知能システムを構築する上で重要である、と認識した。人工知能研究者は、一定の自動化された理由づけのタイプを可能にするコンピュータ的モデルとして彼らが新しいオントロジー（概念体系）を創作することを議論した。1980年代に、AIコミュニティは、モデル化された世界と知識システムの構成要素の理論の両方を参照するため、用語「概念体系（オントロジー）」を使い始めた。何人かの研究者は、哲学的オントロジーからひらめきを描いて、適用される哲学の一種としてコンピュータ的オントロジーを眺めた。

1990年代初期に、Tom Gruberによる、幅広く引用されたWebページと論文『知識共有のため使われるオントロジーの設計に向けた原則』が、コンピュータ科学における技術用語として「概念体系（オントロジー）」の意図的定義が認められた。Gruberは、概念化の仕様を意味する用語を紹介した。すなわち、概念体系は、あるエージェントまたはエージェントのコミュニティのため公式に存在し得る、概念と関係性の（プログラムの公式仕様のような）記述である。この定義は概念定義のセットとしてオントロジーの用途と整合しているが、しかしより一般的である。そしてそれは、それを哲学で使うより用語の異なった感覚である。

Gruberによれば『オントロジーは時には、クラスの階層的分類体系（タキソノミ）、クラスの定義、及びその包括的関係と等価であるが、しかしオントロジーはそれらの形式を限定する必要はない』に従う。オントロジーはまた、用語を紹介するのみで世界についてどんな知識も付加することのない典型的な論理感覚での定義である、保守的定義に限定されない。概念化を規定するため、一つは、定義された用語の可能な解釈を制約する公理を述べることが必要である。

21世紀の初期に、認知科学の学際的プロジェクトが、共により近い2つの学者サークルに持ち込んだ。例えば、コンピュータ科学の研究者が、オントロジー（時には彼らの手法のため直接的結果）で作業するそれらの哲学者を更に参照する一方で、コンピュータ科学の公式なオントロジー（時にはソフトウエアの作業中ディレクトリでさえ）を分析する哲学者を含む『哲学におけるコンピュータ化の転向』の議論が存在する。未だに、これら両方の分野の多くの学者が、認知科学のこの傾向に係わり、そしてお互い独立に作業を続け、それらの異なる懸念を別々に追求している。

構成要素

現代のオントロジーは、それがどのような言語で表現されるかに関係なく、多くの構造的類似性を共有する。上記で述べたように、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。この節では、これら構成要素のそれぞれが一通り議論される。

オントロジーの共通な構成要素は下記を含む：エンティティインスタンス又はオブジェクト（基本または基幹レベルオブジェクト）クラス集合、あつまり、概念、プログラミングにおけるクラス、オブジェクト・タイプ、あるいはモノの種類属性オブジェクト（およびクラス）が持ち得る、側面、特性、特徴、特長、あるいはパラメータ関係クラスとエンティティが他のそれと関係づけられる方法機能条件一つの表明における一つの個体の場所で使われる特定の関係から形成される複雑な構造制約入力として受け入れられるいくつかの主張のため真でなければならない公式に表明された記述ルールある特定の形式で主張から描き出される論理的推論を記述する先行的結果の if-then文の形による表明公理オントロジーがアプリケーションのそのドメインを記述する全体的理論を一緒に構成する、論理形式における（ルールを含む）仮定。この定義は、生成文法や数理論理学における公理の形式とは異なる。それらの専門分野では、公理は先験的知識と仮定されたステートメントであるものだけを含む。ここで使う「公理」は、自明なステートメントから派生した理論も含む。イベント (哲学) 属性または関係の変化

オントロジーはを使って共通にコード化される。

ドメイン・オントロジーと上位のオントロジー一つのドメイン内概念体系（あるいはドメイン内特定概念体系）は特定ドメイン、あるいは世界の一部の仕組を記述（モデル化）する。それは、それらがそのドメインに適用する用語の特定な意味を表す。例えば、用語「カード」は、多くの異なる意味を持つ。コンピュータ・ハードウエア世界のドメイン内でのオントロジーがパンチカード、あるいはビデオ・カードの意味でモデル化する一方で、ポーカードメインでのオントロジーは、その用語はトランプの意味でモデル化する。

ある上位オントロジー（または基礎オントロジー）は、ドメイン内概念体系の範囲を超えて適用される汎用的な共通オブジェクトの一つのモデルである。それは、それらが関係するドメインのセットで様々に使われるように、基準と関連するオブジェクト記述を包含する一つのコア用語集を採用する。Dublin Core、汎用公式概念体系 (GFO)、 OpenCyc/ResearchCyc、推奨上位合併概念体系 (SUMO)、および言語および認識工学のための記述的概念体系 (DOLCE) を含んで、利用可能な幾つもの標準の上位概念体系が存在する。何かによって上位概念体系が考察される一方で、WordNetは一つの概念体系に厳密ではない。しかしながらそれは学習領域の概念体系の一つの言語ツールとして採用された。

Gellishオントロジーは、上位とドメイン内の概念体系の組合せの例である。

ドメイン内概念体系は、各種の特定における概念と時には取捨選択する方法を表現することから、しばしば矛盾する。ドメイン内概念体系の拡張に頼るシステムのように、それらはより汎用的な表現でのドメイン内概念体系に合体することを必要とする。これは概念用語体系への挑戦を表す。同じ領域内での異なった概念用語体系はまた、文化的、教育的、イデオロギ的、あるいは異なった表現言語が選ばれた背景をベースとしたドメインごとの異なった認識のため生じる。

現在、共通基盤概念体系から開発されない合成概念体系は、主としてマニュアル処理となり、そのため時間浪費や高価になる。ドメイン内概念体系の要素の意味を特定化を伴う基本要素のセットを提供する同じ基盤概念を用いるドメイン内概念体系を自動的に合成することができる。合成概念体系のための汎用化技術における研究が存在するが、この分野の研究は未だ大いに理論的である。

オントロジー工学

概念体系工学（またはオントロジー構築）は、概念体系の構築のための手法または手法論を研究する、知識工学の一つのサブ分野である。この分野では、概念体系の開発過程、概念体系のライフサイクル、およびそれらをサポートするツール・スーツと言語を研究する。

オントロジー工学は、ソフトウエア・アプリケーション、および事業体と特定のドメインのための事業手続きに含まれる知識を明示的にする。オントロジー工学は、事業用語とソフトウエア・クラスの定義に関係する障壁のような、意味的障害によって引き起こされた相互運用性の問題を解決する方向を提供する。オントロジー工学は、特定のドメインのため概念体系を開発することに関係するタスクのセットである。

オントロジー言語

は、概念体系をコード化するため使われる、一つの形式言語である。私有や標準ベースの両方で、概念体系のための多くのそのような言語が存在する：

(CASL, Common Algebraic Specification Language) は、情報処理国際連合ワーキンググループ1.3『システム仕様の基礎 (WG 1.3 Foundations of System Specification) 』で開発され、そしてソフトウエア仕様の領域でのデファクト標準として機能する、汎用論理ベース仕様言語である。それは今、モジュール化と構造化メカニズムを提供するための概念体系仕様に適用されている。 (CL, Common Logic)は、お互いに正確に変換し合えるオントロジー言語ファミリのための仕様である、ISO標準24707である。 Cycプロジェクトは、幾つかの高次の拡張を持つ一階述語論理に基づく、と呼ばれるそれ自身のオントロジー言語を持っている。 (DOGMA, Developing Ontology-Grounded Methods and Applications) は、より高いレベルの意味的安定性を提供するための事実志向モデリング・アプローチを採用した。 Gellish ("Generic Engineering Language") は、それ自身の拡張のためのルールを含み、そこでオントロジー言語と概念体系を統合する。 (Ontology Description Capture Method)は、有用で正確なドメイン概念体系を開発と維持をする一つのソフトウエア工学手法である。 (KIF, Knowledge Interchange Format)は、S式に基づく一階述語論理のための一つの構文である。 (RIF, Rule Interchange Format) とは概念体系とルールを結合する。 Webオントロジー言語 (OWL)は、初期の (OIL, Ontology Inference Layer)、 (DAML, DARPA Agent Markup Language)、及び:en:DAML+OILを含むオントロジー言語プロジェクトと同じように、Resource Description Framework (RDF) と*からのフォローアップとして開発された、概念体系的ステートメントを作る一つの言語である。OWLは、WWWを超えて利用されることを意図しており、そしてその要素の全て（クラス、特性、及び個々）は、RDF、リソースとして定義され、そしてUniform Resource Identifier (URI)によって識別される。 (SADL) は、Eclipseプラグインを経て入力される英語ライクを使う、OWLの表現の豊かさのサブセットを獲得する。オープン生物医学概念体系 (OBO, Open Biological and Biomedical Ontologies)、生物学と生物医学概念体系に使われる言語。(:en:OBO Foundry) Meta-Object Facility (MOF) と UML は、 Object Management Group (OMG) の標準である。

発行されたオントロジーの例 Basic Formal Ontology（BFO）：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。 BioPAX：生物学的経路（細胞過程）データの交換と相互運用を目的とするオントロジー。 BMO：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く、電子商取引のビジネスモデル・オントロジー。 CCO（Cell Cycle Ontology）：細胞周期を表現するアプリケーション・オントロジー。 CContology（Customer Complaint Ontology）：オンラインでの顧客苦情管理を支援する電子商取引向けオントロジー。 CIDOC Conceptual Reference Model：文化遺産を記述するオントロジー。 COSMO：あらゆる領域の実体の意味を論理的に特定するために必要な基本概念を表現することを目指す基礎オントロジーである。他のオントロジーやデータベース間で表現を相互変換するための基盤として利用することを意図している。OpenCycとSUMOの基本要素を統合して始まり、Longman辞書の定義語彙に含まれる全語を表現できるよう、他のオントロジー要素（型や関係）が追加された。 Cyc：言説の領域を形式的に表現する大規模な基礎オントロジー。 Disease Ontology：疾患や関連する状態を特定の医療コードに対応付けやすくすることを目的とする。 DOLCE：言語的・認知的工学のための記述オントロジー。 Dublin Core：文書と出版物を記述するための簡易なオントロジー。基礎・中核・言語オントロジー。 Foundational Model of Anatomy：人体解剖を記述するオントロジー。 Friend of a Friend：人、その活動、他の人や物との関係を記述するオントロジー。 Gene Ontology：ゲノミクスで用いられるオントロジー。 Gellish English dictionary：辞書と分類体系を含み、上位オントロジーと下位オントロジーを備える。工学、技術、調達などの産業・ビジネス分野での利用に重点を置く。オープンソースのSourceForgeプロジェクトとしてのGellishもある。地政学的オントロジー：国際連合食糧農業機関（FAO）が作成した、地政学的情報を記述するオントロジー。英語、フランス語、スペイン語、アラビア語、中国語、ロシア語、イタリア語の名称を収録し、国連、ISO、FAOSTAT、AGROVOCなどの標準コード体系を対応付ける。領域間の関係（陸上の国境、グループへの所属など）や歴史的変化も記録する。FAOは、このオントロジーのウェブサービス（https://www.fao.org/countryprofiles/webservices.asp?lang=en）と、モジュールをRDF、XML、Excelなどの形式でダウンロードするためのツール（http://www.fao.org/countryprofiles/geoinfo/modulemaker/index.html）を提供している。詳しくはFAO Country Profilesの地政学的オントロジーのページ（https://www.fao.org/countryprofiles/geoinfo.asp?lang=en）を参照。 GOLD（General Ontology for Linguistic Description）：記述言語学のための一般オントロジー。 GUM（Generalized Upper Model）：クライアントシステムと自然言語技術との仲介を目的とする、言語学に基づいたオントロジー。 IDEAS Group：オーストラリア、カナダ、英国、米国の国防機関が開発している、企業アーキテクチャのための形式的オントロジー。 Linkbase：基礎形式オントロジー（BFO）に基づく、生物医学分野の形式的表現。 LPL（Lawson Pattern Language、Lawsonパターン言語）。 NIFSTD：Neuroscience Information Frameworkによる神経科学分野のモジュール式オントロジー群。http://neuinfo.org を参照。 OBO Foundry：生物医学分野で相互運用可能な参照オントロジー群。 Ontology for Biomedical Investigations：生物学的・臨床的な研究を記述するための、公開された統合オントロジー。 OMNIBUS Ontology：学習、教授、教育設計を扱うオントロジー。 Plant Ontology：植物の構造や成長・発生段階などを扱うオントロジー。 POPE：Purdue Ontology for Pharmaceutical Engineering（パデュー大学の医薬品工学オントロジー）。 PRO：ジョージタウン大学のProtein Information Resourceによるタンパク質オントロジー。プログラム抽象化の分類体系：プログラム抽象化の分類体系。 Protein Ontology：プロテオミクスで用いられるタンパク質オントロジー。 Suggested Upper Merged Ontology：形式的な上位オントロジー。 Systems Biology Ontology（SBO）：生物学の計算モデルで用いられるオントロジー。 SWEET（Semantic Web for Earth and Environmental Terminology）：地球・環境用語のためのセマンティックWebオントロジー。 ThoughtTreasureのオントロジー。 TIME-ITEM：医学教育の索引付けのためのトピック体系。 UMBEL：OpenCycから派生した、約2万の主題概念クラスとその関係を含む軽量な参照構造。 WordNet：語彙の参照体系。 YAMATO（Yet Another More Advanced Top-level Ontology）。

W3CのLinking Open Data Community Projectは、異なるオントロジーを結び付け、世界規模のData Webへ統合する取り組みを調整する。

オントロジー・ライブラリ Web向けオントロジーの発展に伴い、オントロジーの一覧やディレクトリを検索機能付きで提供するサービスが登場した。このようなディレクトリは、オントロジー・ライブラリと呼ばれる。

以下は、人が選定したオントロジーを収録する静的なライブラリである。 DAML Ontology Library：DAMLで記述された従来のオントロジーを収録する。 Protege Ontology Library：OWL、フレームベース形式などで記述されたオントロジーを収録する。 SchemaWeb：RDFS、OWL、DAML+OILで記述されたRDFスキーマのディレクトリ。

以下はディレクトリと検索エンジンの両方の機能を持ち、Webを巡回して形式に沿ったオントロジーを探す。 OBO Foundry / Bioportal：生物学・生物医学分野の相互運用可能な参照オントロジー群。 OntoSelect：RDF/S、DAML、OWLのオントロジーを対象に、同様のライブラリ機能を提供する。 Ontaria：セマンティックWebデータを検索・閲覧するためのディレクトリで、OWLオントロジーに関連するRDF語彙を中心に扱う（2004年以降、プロジェクトは保留中）。 Swoogle：オントロジーを含む、Web上で利用できるRDFリソースのディレクトリ兼検索エンジン。

オントロジー・エンジンを使うアプリケーションの例 SAPPHIRE (Health care)（Situational Awareness and Preparedness for Public Health Incidences and Reasoning Engines、公衆衛生上の事象に関する状況認識・準備・推論エンジン）は、意味論に基づく医療情報システムであり、公衆衛生に影響し得る状況や事象を追跡・評価する。

脚注

オントロジー (情報科学)

Źródło i licencja