[論文レビュー] A Formal Graph Model for RDF and Its Implementation

Vinh Nguyen, Jyoti Leeka+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2016

Semantic Web and Ontologies参考文献 15被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、述語を、有向辺で接続されたノードとして扱う形式的なRDFグラフモデル、LDM-3Nを提案する。このモデルは、完全なグラフ接続性とRDF(S)の意味論的整合性を実現し、到達可能性および最短経路クエリの効率的走査を可能にする。GraphKEおよびRDF-3Xにおける実装により、Yago2S-SPデータセット上で優れた性能が示された。

ABSTRACT

Formalizing an RDF abstract graph model to be compatible with the RDF formal semantics has remained one of the foundational problems in the Semantic Web. In this paper, we propose a new formal graph model for RDF datasets. This model allows us to express the current model-theoretic semantics in the form of a graph. We also propose the concepts of resource path and triple path as well as an algorithm for traversing the new graph. We demonstrate the feasibility of this graph model through two implementations: one is a new graph engine called GraphKE, and the other is extended from RDF-3X to show that existing systems can also benefit from this model. In order to evaluate the empirical aspect of our graph model, we choose the shortest path algorithm and implement it in the GraphKE and the RDF-3X. Our experiments on both engines for finding the shortest paths in the YAGO2S-SP dataset give decent performance in terms of execution time. The empirical results show that our graph model with well-defined semantics can be effectively implemented.

研究の動機と目的

• W3C推奨のNLANモデルが、述語を主語または目的語として再利用する際に部分グラフを分離するという根本的な制限を解消すること。
• 述語が主語または目的語として宣言されるスキーマトリプルおよびシングルトンプロパティトリプルを含むグラフを、スキーマをまたがって走査可能にする。
• RDF(S)のモデル理論的意味論およびRDFSの帰属規則と互換性を持つ形式的なグラフモデルを開発すること。
• 新しいグラフエンジン（GraphKE）およびRDF-3Xの拡張という2つの実装を通じて、実用的妥当性を示すこと。
• Yago2S-SPのような大規模RDFデータセットにおいて、到達可能性および最短経路クエリの効率的実行を支援すること。

提案手法

• 各RDFトリプルを、その主語および目的語に有向エッジ（初期エッジおよび終端エッジ）で接続されたノード（述語）として表現するLDM-3Nモデルを提案する。
• リソースパスおよびトリプルパスを定義し、LDM-3Nグラフ内のノード間を移動するための走査メカニズムとし、接続されたトリプルを横断するパス探索を可能にする。
• リソースパスおよびトリプルパスを用いたLDM-3Nグラフ走査アルゴリズムを設計し、到達可能性および最短経路クエリをサポートする。
• LDM-3Nモデルを、このモデルに特化して完全に新規に構築されたグラフエンジン、GraphKEに実装する。
• 既存のRDF-3Xトリプルストアを拡張し、LDM-3Nモデルをサポートする。これにより、後方および前方互換性が実現される。
• Dijkstraのアルゴリズムを用いてLDM-3Nグラフにおける最短経路を計算し、2億6000万トリプルを含むYago2S-SPデータセットで評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 述語が主語または目的語として使用される場合でも、RDF(S)のモデル理論的意味論を完全にサポートし、グラフ走査が可能な形式的なグラフモデルを構築できるか？
• RQ2 LDM-3Nモデルは、スキーマトリプルおよびシングルトンプロパティトリプルを接続されたサブグラフとしてどのように表現できるか？これにより、NLANモデルにおける接続切断問題が克服されるか？
• RQ3 LDM-3Nモデルは、新規および既存のRDFシステムにおいて、どの程度効率的に実装可能か？
• RQ4 LDM-3Nモデルを用いて、大規模RDFデータセットにおける最短経路クエリを実行した場合、どの程度の性能が得られるか？
• RQ5 標準的なグラフアルゴリズムをLDM-3Nモデルに直接適用可能か？その際、RDF(S)の意味論が保持されるか？

主な発見

• LDM-3Nモデルは、任意のRDFデータセットを完全に接続されたグラフとして表現でき、述語が主語または目的語として再利用される場合にNLANモデルで生じる接続切断問題を解消した。
• Dijkstraのアルゴリズムの成功した適用により、LDM-3Nグラフにおける到達可能性および最短経路クエリの効果的な走査が可能であることが実証された。
• GraphKEにおける実装により、2億6000万トリプルを含む実世界のデータセットYago2S-SP上で、最短経路クエリの実行が効率的に行われ、実用的と評価できる実行時間となった。
• RDF-3XへのLDM-3Nサポート拡張は、既存システムが完全な再実装なしに本モデルの利点を享受できることを示している。
• 実験的評価により、LDM-3Nモデルは実用的かつスケーラブルであり、大規模RDF知識ベースにおいて効率的なクエリ実行を可能にすることが確認された。
• LDM-3Nモデルでは、Andrew CardからJacob Lewへの最短経路が15ホップで計算され、本モデルが複雑な実世界のグラフクエリを処理できる能力を裏付けた。