[论文解读] 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 25

一句话总结

G-CORE 是一种可组合的、以路径优先的图查询语言，旨在统一图数据管理领域在工业界与学术界的需求。它支持完整的图输出和原生的路径操作，通过基于属性图和路径模式的正式代数基础，在表达能力与可处理的评估复杂度之间取得平衡。

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.

研究动机与目标

• 解决现有图查询语言中缺乏可组合性的问题，这些语言通常返回表格而非图结构。
• 将路径作为一等公民引入，以增强图模式匹配、可达性分析与路径分析的表达能力。
• 设计一种核心语言，在表达能力与可管理的评估复杂度之间实现平衡，以支持实际部署。
• 为跨不同系统与使用场景的图查询语言未来标准化提供基础。
• 通过允许图输出作为后续查询的输入，实现互操作性与模块化。

提出的方法

• 将 G-CORE 定义为基于属性图（PPG）的正式代数语言，支持节点、边、路径及带标签的属性。
• 引入 CONSTRUCT 与 MATCH 子句构成基本图查询，其中 CONSTRUCT 定义输出图结构，MATCH 绑定模式。
• 通过集合运算符（并集、交集、差集）支持完整的图查询，且在图之间保持一致的语义。
• 使用 GRAPH 与 GRAPH VIEW 子句定义图视图，以在查询中创建可重用的命名子图。
• 通过路径模式上的正则表达式形式化路径语义，将命名路径（如 ~pname）作为一等引用。
• 通过在组合图之前强制要求结构与标签兼容性（如并集、交集），确保图操作的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种图查询语言，以支持完全的可组合性，使得图输出为一等对象并可作为输入重用？
• RQ2 需要何种形式化语义，才能在保持高效评估的同时，将路径视为一等公民？
• RQ3 如何使一种核心语言在支持复杂图操作的高表达力与可处理的评估复杂度之间实现平衡？
• RQ4 哪些机制能够实现在不同图数据库系统之间模块化、可重用且互操作的图查询？
• RQ5 如何将路径模式正式整合进查询代数，以支持诸如可达性与最短路径等高级分析？

主要发现

• G-CORE 有效形式化了一种可组合的图查询语言，查询返回完整图结构，从而支持模块化与可重用的数据流水线。
• 该语言原生将路径视为一等实体，支持其命名、过滤、注释及在后续操作中的使用。
• 使用具有正则表达式语义的路径模式，支持强大的基于路径的查询，同时保持形式化一致性与正确性。
• 集合运算（并集、交集、差集）通过严格的兼容性检查进行定义，确保图组合的安全性与可预测性。
• G-CORE 的形式化语义确保图视图与查询局部视图（通过 GRAPH 与 GRAPH VIEW）在语义上明确定义且可组合。
• G-CORE 为图查询语言的未来标准化提供了原则性基础，具有指导现有与新兴系统的潜力。