[論文レビュー] G-CORE: A Core for Future Graph Query Languages

Renzo Angles, Marcelo Arenas+10 more|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2017

Advanced Database Systems and Queries参考文献 4被引用数 25

ひとこと要約

G-CORE は、グラフデータ管理における産業界と学術界のニーズを統合するために設計された、合成可能でパス優先のグラフクエリ言語である。完全なグラフ出力を可能にし、ネイティブなパス操作を実現する。性質グラフとパスパターンに基づく形式的な代数的基盤により、表現力と評価の計算複雑性の両立を図っている。

ABSTRACT

We report on a community effort between industry and academia to shape the future of graph query languages. We argue that existing graph database management systems should consider supporting a query language with two key characteristics. First, it should be composable, meaning, that graphs are the input and the output of queries. Second, the graph query language should treat paths as first-class citizens. Our result is G-CORE, a powerful graph query language design that fulfills these goals, and strikes a careful balance between path query expressivity and evaluation complexity.

研究の動機と目的

• 従来のグラフクエリ言語が通常テーブルを返すのに対し、合成可能性の欠如に対処する。
• グラフパターンマッチング、到達可能性、パス解析における表現力の向上を目的に、パスを一次的対象として導入する。
• 実用的な展開に耐えうる評価の計算複雑性を管理可能な範囲に抑える、表現力とバランスの取れたコア言語を設計する。
• 多様なシステムとユースケースにわたるグラフクエリ言語の今後の標準化の基盤を提供する。
• グラフ出力を再利用可能な入力として扱えるようにすることで、相互運用性とモularityを実現する。

提案手法

• 性質グラフ（PPG）に基づく形式的代数的言語として G-CORE を定義し、ノード、エッジ、パス、ラベル付きプロパティをサポートする。
• 基本的なグラフクエリを構成するための CONSTRUCT および MATCH 句を導入し、CONSTRUCT は出力グラフの構造を定義し、MATCH はパターンを束縛する。
• 集合演算子（ユニオン、インターセクト、マイナス）を用いて完全なグラフクエリをサポートし、グラフ間で一貫した意味論を保つ。
• GRAPH および GRAPH VIEW 句を用いてグラフビューを定義し、クエリ内での再利用可能な名前付き部分グラフを生成する。
• パスパターンに対する正規表現に基づくパス意味論を形式化し、名前付きパス（例: ~pname）を一次的参照として扱う。
• グラフ結合（例：ユニオン、インターセクト）の前に構造的およびラベルの互換性を要求することで、グラフ操作の一貫性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 グラフ出力が一次的であり、後続のクエリの入力として再利用可能な、完全な合成性を備えたグラフクエリ言語は、どのように設計できるか？
• RQ2 効率的な評価を維持しつつ、パスを一次的対象として扱うために必要な形式的意味論は何か？
• RQ3 複雑なグラフ操作に必要な高い表現力と、取り扱える評価の計算複雑性の両立を図るコア言語は、どのように設計できるか？
• RQ4 多様なグラフデータベースシステム間で、モジュラで再利用可能かつ相互運用可能なグラフクエリを実現するメカニズムは何か？
• RQ5 パスパターンをクエリ代数に形式的に統合するにはどうすればよいか？これにより、到達可能性や最短パスといった高度な分析が可能になる。

主な発見

• G-CORE は、クエリが完全なグラフを返すことで、モジュラで再利用可能なデータパイプラインを実現する合成可能なグラフクエリ言語を形式的に定式化した。
• この言語はパスをネイティブに一次的エンティティとして扱い、名前を付け、フィルタリングし、アノテーションを追加し、後続の操作に使用できる。
• 正規表現に基づくパスパターンの使用により、強力なパスベースのクエリが可能になりつつ、形式的な一貫性と正しさが保たれる。
• ユニオン、インターセクト、マイナスといった集合演算は、厳密な整合性チェックを伴うため、安全で予測可能なグラフ結合が保証される。
• G-CORE の形式的意味論により、グラフビューおよびクエリローカルビュー（GRAPH および GRAPH VIEW を通じて）が意味的に明確に定義され、合成可能であることが保証される。
• G-CORE は、将来的なグラフクエリ言語の標準化のための原則的基盤を提供し、既存および新興のシステムをガイドする可能性を有する。