온톨로지 작성을 위한 intermediate interface 구현

Implementation of intermediate interface to development ontology

Seon‐Ho Kim1, Dong‐Jin Kim1, Kyung‐Mo Park1

1 Department of Biomedical Engineering, Kyunghee Univ

Abstract: Ontology based on OWL language has a powerful expressiveness, but complex description is needed. It is an obstacle in development of large‐scale ontology. We developed ‘intermediate interface’ for repetitive, and complex logical representation in traditional ontology we used. And we put it in TMLS DE (Traditional Medicine Language System Development Environments) by Plug‐In style, so that it is expected to decrease the difficulty of ontology developers.

Keyword: ontology, traditional medicine, intermediate, editor

Ⅰ. 서론

OWL[1] 기반의 온톨로지는 RDF(S)[2]가 기본적인 데이터 모델링과 사실 관계의 표현만을 지원하는데 반해, 논리 관계의 표현능력을 제공한다.[3] OWL의 이러한 지원은 온톨로지 작성시 다양한 표현력을 제공하기 때문에 추론이 가능한 온톨로지 언어로서의 자격을 갖추고 있다고 할 수 있다.

그러나 표현력을 증가시킨 만큼 계산 복잡성과의 trade-off 문제가 발생한다.[4] 또 나아가서는 사람이 직접 작성하기 힘든 온톨로지 기술(description)을 요구하며, 대규모 온톨로지를 개발할 경우 병목현상(bottle-neck)이 발생하여 온톨로지 개발을 저해하는 요소가 될 수 있다.

특정 도메인에 대한 온톨로지를 작성하는 경우, 일정한 형태가 반복되는 복잡한 논리 표현이 흔히 존재하게 되는데, 이러한 표현에 대해서는 일종의 템플릿(template)을 제공하여 온톨로지 작성의 불편함을 해소할 수 있는 방법을 제공하는 것이 필요하다.

Table .  Informal specifications about gi-deficiency pattern

진단 방법 (氣虛證)
1. 호흡기계(肺)	간헐적인 호흡단기, 아침에만 나타나는 신피핍력, 소기라언 중에 하나는 반드시 있어야 한다.
2. 소화기계 (脾)	음식무미, 면색창백, 식후창만 중 둘은 반드시 있어야 한다.
3. 생식기계 (腎)	요통, 요슬산연, 신불납기증 관련 증상 중 둘은 있어야 한다.
4. 위의 3항목 중 2개 이상을 충족해야 한다.

본 연구에서는 이러한 템플릿을, 본 연구실에서 개발 중인 TMLS DE (Traditional MedicineLanguage System Development Environments)에 Plug-In방식으로추가하는 형태로 개발하고자 하였다. TMLS는 한의학 온톨로지의 개발환경을 제공하는 시스템으로, 기본적인 온톨로지 작성, 온톨로지 통합(integration), 이에 대한 API등을 제공하며, 기존의 용어 시스템(SNOMED-CT, UMLS 등)들과의 연동까지도 고려하여 개발 중인 시스템이다.

Ⅱ. 방법

본 연구에서 개발하고자 하는 온톨로지는 한의학의 진단에 관한 지식을 기술한 OWL문서이다. 다시 말하면, 어떤 조건을 만족했을 때 추론을 통해 일정한 진단 결과를 도출하기 위한 정보를 저장해 놓은 문서이다. 이 문서에 기술된 정보는 Table 1에 기술한 바와 같다.

여기서 1~3문장은 특정 증(證)으로 진단하기 위해 고려해야 할 증상(症狀)들과 그 증상이 가져야 할 속성(property)이 결합된 요소, 또는 다른 증(證)들의 조합과, 만족해야할 요건을 포함한 형태로 기술되었다. 또, 4번 문장은 1~3문장에 대한 메타적인 문장으로서 1~3문장중에서 몇 개의 문장을 만족했을 때 최종적으로 기허증(氣虛證)으로 진단할 것인지에 대한 정보로, 이 또한 다른 문장들과 크게 다르지 않은 형식을 취하고 있음을 알 수 있다.

Table 1에 기술된 문장 중에서 1~3번 문장 은 ‘A, B, … 중에서 x개는 있어야 한다’ 와 같은 형태가 공통적으로 반복되고 있다. 여기서 A, B 등의 변수는 증상 또는 문장자체에 해당한다. 이 때, 변수는 A, B두 개, x는 1로 가정할 때 이것을 집합론에 근거하여 DL(Description Logic)로 표현하면 다음과 같다.

(∃ has_symptom A)

⊔ (∃ has_symptom B)

⊔ ((∃ has_symptom A)

⊓ (∃ has_symptom B))

위의 문장은, ‘증상A를 갖거나, 증상B를 갖거나, 증상A와 증상B를 모두 갖는다’를 ‘has_symptom’을 사용하여 표현한 것이다. 위의 예에서 쉽게 알 수 있듯이, 한 문장을 표현한 것임에도 변수가 두 개 이상이 될 경우 그 수는 기하급수적으로 증가하게 됨을 알 수 있으며, Table 1에 기술된 기허증의 진단 요건 4문장을 기술한 문장은 Fig 1과 같다. Fig 1은 사람이 직접 작성하거나, 심지어는 읽고 이해하는 것조차도 매우 어려운 일임을 단적으로 보여준다.

Fig . Example of complex description for qi-deficiency pattern

따라서 앞서 언급했던 공통적으로 반복되는 문장에 대해서는 A, B 등의 변수와 만족해야 할 개수 x 등만을 채우면 자동으로 생성할 수 있도록 하는 템플릿의 필요가 발생한다. 특히 본 연구에서는 이 템플릿을 Intermediate interface로 지칭하며, TMLS DE에 Plug-In 방식으로 설치하여 사용하게 함으로써 온톨로지 개발자의 편의를 도모하고자 하였다.

Ⅲ. 결과 및 토론

Fig 2에서와 같이 온톨로지 개발자는 New버튼을 통해 서술하고자 하는 문장의 개수를 늘릴 수 있으며, 각 문장에서는 사용할 증상과 만족해야 할 증상 개수를 입력하고, Meta 문장에서는 몇 개 이상의 문장을 만족해야만 해당 증(證)으로 진단할 것인지에 대한 숫자만 입력하기만 하면 되도록 구성하였다.

TMLS DE의 에디터에서는 온톨로지 개발자가 반복되는 작업에 대한 부담을 줄일 수 있도록 template 기능(Fig 3)을 제공한다. Restriction을 서술하고자 할 때, template에 개발자가 반복해서 사용하고자 하는 형태를 입력해두고, 그 template을 호출함으로써 반복되는 작업을 줄이고자 함이다. 개발자는 같은 형태를 반복하면서 range에 해당하는 클래스만 선택해주면 Restriction을 기술하는 영역에 자동으로 입력된다.

그러나 본 연구에서 사용했던 한의학 온톨로지의 경우는 그러한 template으로도 역부족이다. 모든 문장들의 변수의 개수가 다르므로 문장의 길이도 달라지며, 또 만약 template으로 한다 하더라도 매번 변수와 숫자를 긴 문장 안에서 선택해서 채우는 것은 비현실적일 수 밖에 없다.

사실 한의학 온톨로지의 서술이 본 연구에서 개발한 방법에서와 같은 문장만을 요구하는 것은 아니다. 한의학 온톨로지 개발 의 한 예를 보여준 것일 뿐이며, 유비추론 등과 같은 한의학 지식의 구조를 잘 반영할 수 있는 온톨로지의 구조에 대한 연구가 필요하다. 이러한 연구가 지속되면 요구되는 작업이 달라질 것이다. 즉, 현재 개발된 Intermediate interface는 지금의 온톨로지에 한정된 인터페이스이고, 다른 온톨로지의 사용을 위해서는 그 온톨로지에 맞는 Intermediate interface의 개발이 필요한 것이다.

Fig . Intermediate interface in TMLS DE

그러나 분명한 것은, 한의학이 매우 방대한 지식이 포함되어 있는 만큼 분명 본 연구에서와 같은 작업들을 요구하게 될 것이기 때문에, 특정 온톨로지를 개발하여 사용하고자 할 때는 그 온톨로지에 한정해서라도 Intermediate interface의 사용이 불가피할 것이라는 점이다.

또한, 온톨로지의 구조가 견고해지면 그 온톨로지의 구조에 맞으면서도 가장 효율적인 입력이 가능케 하는 방법론의 연구도 추가적으로 필요할 것으로 생각된다.

Fig . Using template in TMLS DE editor
(Example of MotorVehicle)

Ⅳ. 참고문헌

1. http://www.w3.org/TR/2004/REC-owl-features
-20040210/

2. http://www.w3.org/TR/rdf-primer/

3. 이승희, 신문수, 정무영, RDFS + OWL을 이용한 생물학적 데이터의 지식 표현과 추출 Knowledge Representation and Extraction of Biological Data using RDFS + OWL, 한국경영과학회/대한산업공학회 2003 춘계공동학술대회

4. Franz Baader, Deborah L. McGuinness, Daniele Nardi, Peter F. Patel-Schneider, THE DESCRIPTION LOGIC HANDBOOK: Theory, implementation, and applications, Cambridge University Press, pp101-138, 2003

5. John F.Sowa, Knowledge Representation, Brooks/Cole

6. http://protege.stanford.edu/