[論文レビュー] On Directly Mapping Relational Databases to RDF and OWL (Extended Version)

Juan Sequeda, Marcelo Arenas+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 16, 2012

Semantic Web and Ontologies参考文献 18被引用数 8

ひとこと要約

この論文は、NULL値を含む状況下でも情報およびクエリの意味論を保持する、リレーショナルデータベースからRDFおよびOWLへの直接的なマッピングを提示する。マッピングが単調性および情報／クエリ保持性を満たすことを証明するが、単調性が本質的に意味論保持性を妨げるため、拡張されたOWLにおける認識的演算子を活用することで完全な意味論保持性を達成する非単調な代替手法を導入する。

ABSTRACT

Mapping relational databases to RDF is a fundamental problem for the development of the Semantic Web. We present a solution, inspired by draft methods defined by the W3C where relational databases are directly mapped to RDF and OWL. Given a relational database schema and its integrity constraints, this direct mapping produces an OWL ontology, which, provides the basis for generating RDF instances. The semantics of this mapping is defined using Datalog. Two fundamental properties are information preservation and query preservation. We prove that our mapping satisfies both conditions, even for relational databases that contain null values. We also consider two desirable properties: monotonicity and semantics preservation. We prove that our mapping is monotone and also prove that no monotone mapping, including ours, is semantic preserving. We realize that monotonicity is an obstacle for semantic preservation and thus present a non-monotone direct mapping that is semantics preserving.

研究の動機と目的

• リレーショナルデータベースからRDFおよびOWLへの直接的で自動的なマッピングを構築し、データおよびクエリの意味論を保持すること。
• NULL値の取り扱いを含めた基本的特性——情報保持性、クエリ保持性、単調性、意味論保持性——を分析すること。
• OWLベースのマッピングにおいて単調性と意味論保持性の間にある矛盾を解消すること。
• OWLの制限を克服し、完全な意味論保持性を達成する非単調な直接的マッピングを提示すること。
• 認識的演算子を備えた拡張OWLを用いて、単調で意味論保持性を満たすマッピングが可能かどうかを検討すること。

提案手法

• Datalogの意味論を用いて、リレーショナルスキーマおよびインスタンスがOWL DLおよびRDFにどのように変換されるかを形式的に定義する。
• 各関係をクラスに、属性をプロパティに、タプルをプロパティアサーションを持つRDFリソースにマッピングする。
• NULL値は特別なNULL記号として明示的にモデル化され、標準的なSQLのNULLの意味論を尊重するDatalogルールによって処理される。
• NULLを含む形式的関係代数を用いてクエリの同等性を定義し、クエリ保持性を保証する。
• 更新が全スキーマの再処理を必要としないため、インクリメンタルな更新が可能になるように、単調性が保証される。
• 外部キー制約を明示的な論理的アサーションとしてエンコードすることで、非単調なバージョンを導入する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 リレーショナルデータベースからRDFおよびOWLへの直接的マッピングは、NULL値が存在する場合でも情報およびクエリの意味論を保持可能か？
• RQ2 OWLの意味論下で、単調性と意味論保持性の両方を達成することは可能か？
• RQ3 なぜ単調性がOWLベースのマッピングにおいて意味論保持性を妨げるのか？
• RQ4 単調で意味論保持性を満たす直接的マッピングを実現するためのOWLの最小限の拡張は何か？
• RQ5 非単調な直接的マッピングは、情報およびクエリ保持性を維持したまま、完全な意味論保持性を達成可能か？

主な発見

• 提示された直接的マッピングは、NULL値が存在する状況下でも情報保持性およびクエリ保持性を満たし、損失なしの再構築および同等のクエリ結果を保証する。
• マッピングは単調性を満たしており、全再計算を伴わずに効率的なインクリメンタル更新が可能である。
• 標準的なOWLでは、充足可能性テストを超えた制約認識の推論ができないため、単調性と意味論保持性は矛盾する。
• 外部キーが考慮される場合、OWLは外部キー違反を直接エンコードできないため、単調な直接的マッピングは意味論保持性を満たせない。
• 意味論保持性およびクエリ保持性を満たす非単調な直接的マッピングが構築され、単調アプローチの制限を克服した。
• 本論文は、OWLに認識的演算子を拡張することで、単調で意味論保持性を満たす直接的マッピングが理論的に可能である可能性を示唆しているが、現時点では理論的仮説のままである。