[論文レビュー] Causality in Databases: The Diagnosis and Repair Connections

Babak Salimi, Leopoldo Bertossi|arXiv (Cornell University)|Apr 28, 2014

Scientific Computing and Data Management参考文献 29被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、データベースにおける原因関係、否認制約下でのデータベース修復、および一貫性に基づく診断の間の明確な理論的関係を確立する。実際に質問への答えの原因となる要因とその責任（責任度）をデータベース修復を通じて計算できること、逆にそれも可能であることを示しており、これにより、成熟した診断および修復技術をデータベースにおける原因関係問題に応用できるようになる。

ABSTRACT

In this work we establish and investigate the connections between causality for query answers in databases, database repairs wrt. denial constraints, and consistency-based diagnosis. The first two are relatively new problems in databases, and the third one is an established subject in knowledge representation. We show how to obtain database repairs from causes and the other way around. The vast body of research on database repairs can be applied to the newer problem of determining actual causes for query answers. By formulating a causality problem as a diagnosis problem, we manage to characterize causes in terms of a system's diagnoses.

研究の動機と目的

• データベースにおける原因関係、データベース修復、および一貫性に基づく診断の間の深い関係を形式化し、調査すること。
• 結合的クエリにおける実際の原因とその責任を計算する問題が、診断または修復問題に還元できることを示すこと。
• 既存のデータベース修復および診断技術を、原因関係の分野に移転可能にするための支援。
• 特に、クエリの答えの説明や一貫性の欠如の説明を目的とした、非単調的推論の統一的フレームワークの提供。

提案手法

• クエリが真であるための必要十分条件として、否認制約が破られていることとなるようなブール結合的クエリとその関連する否認制約を定式化する。
• クエリが真である場合の実際の原因と、否認制約下での部分集合修復との間の一対一対応を確立する。
• タプルが原因としての責任を果たす割合を、それに対応する最小修復の基数によって特徴づけることで、責任とデータベース内の最小変更との関連を明確にする。
• 制約違反の原因とその連携集合を分析することで、データベース修復を計算するアルゴリズムを開発する。
• 原因関係問題を、システム仕様がデータベーススキーマであり、観察結果がクエリ結果である一貫性に基づく診断問題に再定式化する。
• 答え集合プログラミング（ASP）を用いて修復および診断を指定・計算し、因果構造および修復構造における自動推論を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 否認制約下でのデータベース修復を用いて、結合的クエリ結果の実際の原因をどのように特徴づけられるか？
• RQ2 タプルが原因としての責任を果たす割合と、その修復の基数との正確な関係は何か？
• RQ3 原因とその連携集合からデータベース修復を計算でき、逆に修復から原因を計算できるか？
• RQ4 データベースにおける原因関係を一貫性に基づく診断問題にどのように還元できるか？
• RQ5 ASPは、統一されたフレームワーク内で原因、修復、診断を指定・計算するために果たす役割は何か？

主な発見

• ブール結合的クエリが真である場合の実際の原因と、関連する否認制約下での部分集合修復との間に、一対一対応が存在する。
• タプルが原因としての責任を果たす割合は、それに対応する最小修復の基数によって正確に特徴づけられる。
• 実際の原因とその連携集合からデータベース修復を計算でき、因果的説明から逆に修復を再構築することが可能になる。
• 原因関係問題は一貫性に基づく診断問題に還元可能であり、これにより診断技術を用いて原因とその責任を計算できるようになる。
• 原因関係と修復の間の関係により、既存のデータベース修復技術（例：ASPに基づくもの）を、データベースにおける因果的説明の問題に応用可能になる。
• 修復に基づく原因関係の特徴づけにより、関数的依存や非結合的クエリへの拡張が可能になる。