[論文レビュー] Consistent Query Answering via ASP from Different Perspectives: Theory and Practice

Marco Manna, Francesco Ricca+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2011

Logic, Reasoning, and Knowledge参考文献 33被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、集合的ASPプログラムと集約を用いた慎重な推論としてCQAを定式化することにより、一貫性のあるクエリ応答（CQA）を複数の意味論—整合的、完全、正確—にわたって統一的かつASPベースのフレームワークとして提示する。クエリ駆動型最適化を導入し、計算を局所化して複雑さを低減することで、保証されたスケーラビリティと重要な制約（KDsおよびINDs）のサポートを伴う大規模なデータ統合ワークロードの効率的処理を可能にする。

ABSTRACT

A data integration system provides transparent access to different data sources by suitably combining their data, and providing the user with a unified view of them, called global schema. However, source data are generally not under the control of the data integration process, thus integrated data may violate global integrity constraints even in presence of locally-consistent data sources. In this scenario, it may be anyway interesting to retrieve as much consistent information as possible. The process of answering user queries under global constraint violations is called consistent query answering (CQA). Several notions of CQA have been proposed, e.g., depending on whether integrated information is assumed to be sound, complete, exact or a variant of them. This paper provides a contribution in this setting: it uniforms solutions coming from different perspectives under a common ASP-based core, and provides query-driven optimizations designed for isolating and eliminating inefficiencies of the general approach for computing consistent answers. Moreover, the paper introduces some new theoretical results enriching existing knowledge on decidability and complexity of the considered problems. The effectiveness of the approach is evidenced by experimental results. To appear in Theory and Practice of Logic Programming (TPLP).

研究の動機と目的

• グローバルな整合性制約が破られているにもかかわらず、局所的に整合性のあるデータソースを有するデータ統合システムにおける一貫性のあるクエリ応答（CQA）の課題に対処すること。
• 緩い整合性、緩い完全性、緩い正確性という多様なCQA意味論を、一貫した仮定に基づくデータ品質に関する異なる仮定を統合する、単一の記述的ASPベースのコアに統一すること。
• CQAに内在する計算の困難性を克服するため、修復計算を局所化・簡略化するクエリ駆動型最適化を導入し、複雑さを低減し、スケーラビリティを向上させること。
• 大規模なデータと複雑な制約を扱える、完全な機能を備えたプロトタイプシステムを設計・実装すること。
• キーディペンデンシー（KDs）および外部キーに類似した包含依存性（SFSK INDs）を含む状況において、緩い正確性および緩い整合性の意味論におけるCQAの決定可能性の境界を拡張すること。

提案手法

• ユーザーのクエリとグローバルな整合性制約から自動的に生成される、集約を含む非決定的ASPプログラムにおける慎重な推論としてCQAを形式化する。
• クエリに依存したリライト機構を導入し、特定のクエリおよび制約構造に適合したASPプログラムを構築することで、一貫した答えの正確かつ効率的な計算を可能にする。
• 「垂直的」簡略化と呼ばれる新しい最適化技術を設計し、関連する制約を局所化・簡略化することでアクティブな関係のアリティを低減し、候補となる修復の数を最小限に抑える。
• 大容量メモリデータベース操作および分散データ管理をサポートするため、DLV DBシステムを基盤のクエリ評価者として統合し、大規模データセットにおけるスケーラビリティを実現する。
• クエリに関連する最小限の制約集合を特定するためのクエリ駆動型フィルタリングを適用し、不要または冗長な制約に対する計算を回避する。
• 既存の最適化戦略（例：マジックセット）をASPベースのフレームワークと統合し、CQAをサポートするように拡張することで、広範な論理プログラミング技術と互換性を保つ。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 緩い整合性、緩い完全性、緩い正確性という異なるCQA意味論を、単一の記述的フレームワークに正式に統一することは可能か？
• RQ2 キーディペンデンシー（KDs）および包含依存性（SFSK INDs）が共に存在する状況において、緩い正確性および緩い整合性の意味論におけるCQAの計算複雑度はいかほどか？
• RQ3 クエリ駆動型最適化は、正しさを損なうことなく、制約処理の局所化および簡略化によってCQAの計算オーバーヘッドを低減できるか？
• RQ4 CQAをサポートするASPベースのリライトおよび最適化技術は、複雑な制約を伴う実世界および合成データ統合ワークロードにおいて、どの程度スケーリング可能か？
• RQ5 本稿で提案するフレームワークは、CQA意味論や制約タイプの一部しかサポートしない既存のシステムと比較して、性能および表現力においてどの程度優れているか？

主な発見

• 提案されたASPベースのフレームワークは、緩い整合性、緩い完全性、緩い正確性という3つの主要なCQA意味論を、単一で整合的かつ記述的な計算モデルに統一することに成功した。
• 本フレームワークは、キーディペンデンシー（KDs）および包含依存性（SFSK INDs）が共に存在する状況において、緩い正確性および緩い整合性の意味論におけるCQAの決定可能性境界を拡張した。
• クエリ駆動型最適化戦略により、制約構造の簡略化によって候補となる修復の数が顕著に削減され、パフォーマンス向上と計算複雑度の低減が達成された。
• 実世界および合成データを用いた実験的評価により、プロトタイプシステムのスケーラビリティと効率性が実証された。特に、結合クエリおよび一般的なデータベース制約下で顕著な性能を示した。
• DLV DBシステムの統合により、大規模データの効果的処理が可能となり、本アプローチが実世界のデータ統合シナリオにおいて実現可能であることが確認された。
• 本システムは、ユーザーフレンドリーなGUI、完全な制約サポート（KDsおよびINDs）、複数の意味論を備えた包括的なスタックを提供しており、単一の意味論や制約タイプに限定された先行システムを上回る性能を発揮した。