Semantic Web/메타데이터/XML/RDF/OWL

이혜윤·2022년 12월 28일

DRF/데이터허브/UAM/UTM

목록 보기

1/2

시맨틱 웹의 필요성

현재의 웹 검색은 단순히 키워드 매칭 만을 수행하기 때문, 검색 결과가 사용자가 원하는 정보와는 의미적으로 상이한 결과들을 다수 포함
사용자가 원하는 정보와 의미적으로 정확히 일치하는 정보들을 추출하기 위해서는 웹 자원에 대한 정확한 의미 부여 + 선택적으로 획득/통합/가공할 수 있는 온톨로지와 같은 시맨틱 웹 환경 요소들이 필요
필요한 정보만을 효율적으로 추출하기 위해서 웹 정보들 간의 관계와 정보 자원들 사이의 의미적 연관성에 대한 메타 정보와 컴퓨터가 이해할 수 있는 지식 표현 수단이 가능한 시맨틱 웹의 개념 대두
웹 기술 표준화 단체 W3C에서 이와 같은 웹 자원에 대한 의미 표현 기술로 OWL이라는 웹 온톨로지 표현 언어를 발표

시맨틱 웹

기존 웹의 확장으로서 명확한 의미가 부여되어 사람 뿐만 아니라 기계도 정보를 이해할 수 있도록 해주는 기술

사람이 웹 정보에 대해 의미를 파악하고 의미에 따라 필요한 정보를 선택하듯이, 컴퓨터가 웹 정보의 의미를 이해하고 의미에 따라 선택적으로 정보를 획득/통합/가공할 수 있는 웹 환경을 제공

수많은 숫자 가운데 어떤 숫자가 기온을 나타낸 것인지, 날짜를 나타낸 것인지 -> 기계가 인식하기에는 모두 같은 숫자

어느 숫자가 기온인지 기계도 인식하 수 있도록 기온을 표시하는 코드를 삽입 (인공지능 언어)

현재의 인터넷과 같은 분산 환경에서 리소스에 대한 정보와 자원 사이의 관계-의미 정보(Semanteme)를 기계(컴퓨터)가 처리할 수 있는 온톨로지 형태로 표현하고, 이를 자동화된 기계(컴퓨터)가 처리하도록 하는 프레임워크이자 기술

온톨로지 : 정보를 개념화하고 그 개념들간의 관계를 의미적으로 연결하여 표현하는 인공지능 언어의 핵심적 역할

사람이 바라보기에는 어떤 웹 페이지가 가수 IU에 대한 것인지 금방 알아차릴 수 있지만, 기계가 접근했을 때는 명확한 의미를 파악할 수 X

기계가 읽고 처리할 수 있는 언어로 제공된다면 해당 페이지가가 제공하는 정보가 어떤 정보인지 판단할 수 O

여기에서 joyhong 이라는 문자에 하이퍼링크가 걸려있는데 기계가 접근하여 정보를 보면 joyhong을 가리키는 URI가 포함됨
이 URI를 통해 해당 웹페이지에서 그 정보를 가져와보자.
IU의 웹페이지에서는 IU의 이름, 생일 등을 알게 되었고, 추가적으로 joyhong이 IU를 알고 있다는 정보를 얻을 수 있다.
joyhong의 웹페이지에서는 이름, 관심사, 블로그 주소를 얻을 수 있다.
“IU가 아는 사람의 취미가 무엇이지?” 라는 질문에 대해서 “루어낚시”라는 답을 찾을 수 있다.

기존 웹과 시맨틱 웹의 기반 구조 차이

기존의 웹 기반 구조
URL(uniform resource locators) 라는 범용적인 링크를 이용하여 서로를 참조하는 웹 페이지의 분산 네트워크 지원

시맨틱 웹 기반 구조

데이터 차원에서 분산된 웹

URI(Uniform Resource Identifiers)로 불리는 범용적 참조를 사용하여 하나의 데이터 항목이 다른 항목을 가리킴

정보가 분산되어도 고유의 정보를 식별할 수 있게 됨

XML(eXtensible Markup Language)

정보를 구조화하고 저장하고 전송하기 위해 만들어진 메타데이터 교환을 위한 수단
확장 가능: 응용 프로그램과 관계 없이 정보를 교환할 수 있는 기능
한계 : 서로 다른 메타데이터 도메인 간의 의미적인 매핑을 수행하는 데 있어서 XML 스키마 만으로는 메타 데이터의 요소와 다른 요소들과의 관계를 기계 가독형으로 표현할 수 없다.

-> 웹 자원에 대한 기술을 위한 RDF 제정

RDF (Resource Description Framework)

시맨틱 웹 기반 구조가 분산된 데이터의 웹을 표현하기 위해 사용하는 데이터 모델
정보를 웹에 분산시키는 데이터 모델로서의 역할

메타데이터: data에 대한 데이터. 어떤 목적을 가지고 만들어진 데이터.
URI: 시맨틱 웹 세계에서 사용하는 식별자로서 웹의 세상에서 특정 자원에 대한 고유한 문자열
XML: 문서 내의 콘텐츠 구조에 대한 요소 구문 제공 (의미체계 연관 X)
RDF : 자원과 자원들 간의 관계를 참조하는 데이터 모델을 표현하는 언어. W3C의 표준으로 RDF/XML, N-Triples, Turtle, RDFa 등으로 표현
RDFS: RDF Schema. RDF의 확장으로 RDF 기반 자원의 속성과 클래스를 설명하기 위해 사용. 속성과 클래스의 일반화된 계층 구조에 대한 의미도 표현
OWL : 속성과 클래스를 설명하기 위해 더 많은 어휘들을 추가. 클래스들 간의 관계에 대한 어휘, 카털리티, 다양한 속성의 유형, 속성의 특성 등을 추가. 기술논리 기반의 온톨로지 언어.
기술논리(Description Logic): 기본적인 개념을 표현하는 기호와 개념들을 구성하는 구성자를 사용하여 용어적 지식을 다루는 지식표현체계
RIF: W3C 규칙 교환 형식. 기계가 실행할 수 있는 웹 규칙을 표현하기 위한 XML 언어
SWRL: 규칙과 로직을 표현하기 위해 사용할 수 있는 언어.
SPARQL: 시맨틱 웹 데이터 소스를 위한 프로토콜 및 쿼리 언어
Logic: 기존에 정의된 정보들을 바탕으로 새로운 결론을 도출하는 추론 기능. 기술논리 기반의 OWL 추론 vs 규칙 기반의 추론
Proof/Trust : 증명은 어떤 정보가 시맨틱 웹 상에 만들어져서 사용될 때 그 정보에 대한 출처가 어디인지를 증명, 신뢰는 출처가 증명된 정보는 신뢰할 수 있다는 것을 보장

XML : 전체 웹에서 읽을 수 있도록 표면 구조와 구문을 제공. eXtensible Markup Language
RDF : 메타 데이터를 참조하는 표준 수단을 제공. Resource Description Framework
OWL : 메타 데이터에 대한 어휘를 제공

RDF의 구성

1) N-Triples

축약되지 않은 완전한 URI 를 사용하여 리소스를 표현
주어부(subject)/술어부(predicate)/목적부(object)
꺾은 화살표 (<,>) 안에 쓰여짐. 하나의 문장이 마칠 때 마침표(.)
트리플은 방향성 그래프(directed graph)로서, 각 트리플은 주어부에서 목적부로 가는 에지(edge). 이 에지 상에 레이어블로서 술어부를 가진다.

2) N3 (Notation 3 RDF)

N-Triples로부터 얻은 트리플 표현의 명확성과 qname의 간결성을 결합
같은 주어부를 가진 다른 트리플을 표현할 때는 세미콜론(;)을 사용하여 술어부와 목적부만 기술
같은 주어부와 술어부를 가지고 목적부만 다른 트리플을 표현하기 위해 콤마(,)를 사용하여 표현

3) RDF/XML

많은 웹 기반 구조에서는 정보를 HTML이나 XML로 표현하는 것이 익숙하기 때문에 W3C에서는 RDF/XML 방법을 추천

RDF의 한계

자원의 속성과 자원들 간의 관계를 기술하기 위해 설계되었기 때문에 속성과 클래스의 명확한 정의, 클래스와 클래스 간의 관계, 속성과 속성 간의 관계를 기술하기 위한 방법을 제공하지 X

-> RDF 스키마 제정 (메타데이터의 속성에 관한 정의, 속성에 대한 제어 방법, 클래스 간의 관계 등을 사람과 기계가 동일하게 이해하고 처리할 수 있는 형태를 표현하는 것이 가능하도록 설계)

RDF Schema (RDFS)

어휘(vocabularies): 속성집합으로 자원을 기술하기 위해 각 메타 데이터 형식들에서 정의하고 있는 메타데이터 요소 집합.

human-readable & machine-processable 어휘들을 정형화하는 것은 상이한 메타데이터 형식들 간의 어휘 확장과 재사용, 상호 교환을 가능하게 해주는 것이며 이러한 정형화를 위해 RDFS가 필요.
자원의 타입(type) 정보를 통해 클래스를 명시하고, 클래스의 계층 구조, 프로퍼티의 계층 구조 등을 생성
domain, range 제약 등을 통해 주어와 목적어에 대한 타입 제약도 정의 가능

OWL (Web Ontology Language)

RDF의 어휘 확장
RDF / RDF Schema가 표현할 수 없었던 동의 관계, 역관계, Union, Intersction 등의 주요 관계를 표현할 수 있도록 모델링 요소를 확장, 강화할 필요가 있었기 때문
메타 데이터 어휘를 제공.
정보 및 웹 상의 다른 정보와의 관계를 설명하는 데 사용
지식 도메인을 설명하고 해당 사양을 사용하여 도메인에 있는 항목에 대한 주장을 할 수 있음