[論文レビュー] SPARQL for a Web of Linked Data: Semantics and Computability (Extended Version)

Olaf Hartig|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2012

Semantic Web and Ontologies参考文献 16被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、Web of Linked DataのクエリにSPARQLの適切さを形式的に検討するため、全Web意味論と到達可能性に基づく意味論という2つの新しい意味論を導入する。データおよび計算モデルを通じて理論的基盤を確立し、定数到達可能性基準下でのSPARQLクエリが、無限に大きなWeb of Linked Data環境ですら有限の結果をもたらす計算可能であることを証明する。

ABSTRACT

The World Wide Web currently evolves into a Web of Linked Data where content providers publish and link data as they have done with hypertext for the last 20 years. While the declarative query language SPARQL is the de facto for querying a-priory defined sets of data from the Web, no language exists for querying the Web of Linked Data itself. However, it seems natural to ask whether SPARQL is also suitable for such a purpose. In this paper we formally investigate the applicability of SPARQL as a query language for Linked Data on the Web. In particular, we study two query models: 1) a full-Web semantics where the scope of a query is the complete set of Linked Data on the Web and 2) a family of reachability-based semantics which restrict the scope to data that is reachable by traversing certain data links. For both models we discuss properties such as monotonicity and computability as well as the implications of querying a Web that is infinitely large due to data generating servers.

研究の動機と目的

• SPARQLによるWeb of Linked Dataのクエリに対する理論的基盤の欠如に応えること。
• Web of Linked Dataの無限で相互接続された性質を捉える形式的データモデルを定義すること。
• 限られたWebデータへのアクセス能力を反映するチューリングマシンに基づく計算モデルを提示すること。
• SPARQLの動的で分散型のデータに対して、全Web意味論と到達可能性に基づく意味論という2つのクエリ意味論を提案・分析すること。
• これらの意味論下での、充足可能性、単調性、計算可能性といった重要な性質を調査すること。

提案手法

• Web of Linked Dataを相互にリンクされたRDFドキュメントのネットワークとして表現する無限データモデルに基づく理論的枠組みを提案する。
• Webクエリ時の制限付きデータアクセスを形式化するため、制限付きタイプのチューリングマシンを用いた計算モデルを導入する。
• 全Web意味論を定義し、SPARQLクエリがWeb上の利用可能なすべての連携データセット上で評価されることを示す。
• 特定のデータリンクを介した到達可能性に基づく意味論の族を導入する。
• URIsの集合とRDF三元組の集合に基づき、4種類の定数到達可能性基準（U-定数、T-定数、(U∧T)-定数、(U∨T)-定数）を定義する。
• 形式的定義と証明を用いて、各意味論下での単調性、充足可能性、計算可能性といった性質を分析する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 動的で無限の可能性を有する性質を有するWeb of Linked Dataに対して、SPARQLを全Webのクエリ言語として形式的に適合させることは可能か？
• RQ2 全Web意味論および到達可能性に基づく意味論下でのSPARQLクエリの理論的性質（充足可能性、単調性など）は何か？
• RQ3 Web of Linked Dataが無限に大きい場合でも、SPARQLクエリの計算可能性を保証することは可能か？
• RQ4 U-定数、T-定数など異なる到達可能性基準は、クエリ結果の有限性と実行可能性にどのように影響するか？
• RQ5 制限の度合いと計算可能性の観点から、異なる到達可能性基準の間にはどのような関係があるか？

主な発見

• 全Web意味論では、SPARQLクエリがWeb上の利用可能なすべての連携データを考慮できるが、無限性の可能性により計算可能性に課題が生じる。
• 到達可能性に基づく意味論では、定められた基準に従って到達可能なデータにクエリの範囲を制限でき、有限かつ計算可能なクエリ結果が得られる。
• U-定数、T-定数、(U∧T)-定数、(U∨T)-定数のすべての定数到達可能性基準が、URIsおよび三元組の有界集合を用いた証明により、到達可能なデータの有限性を保証する。
• (U∨T)-定数基準は最も制限が少なく、(U∧T)-定数基準は最も制限が厳しいが、階層全体で単調性の性質が保たれる。
• 本稿では、定数到達可能性基準のいずれに対しても、SPARQLクエリが計算可能であることを証明しており、無限に大きなWeb of Linked Dataが存在する状況下でも成立する。
• 理論的枠組みにより、動的で分散型の連携データ環境におけるクエリ意味論、計算可能性、正しさに関する根拠が明確にされる。