[论文解读] 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 8

一句话总结

本文提出了一种从关系数据库到RDF和OWL的直接映射，即使在存在空值的情况下也能保持信息和查询语义。它证明了该映射是单调且保持信息/查询语义的，但指出单调性本质上会阻止语义保持；因此，它引入了一种非单调的替代方案，通过在扩展的OWL中使用认识论算子，实现了完整的语义保持。

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.

研究动机与目标

• 开发一种从关系数据库到RDF和OWL的直接、自动映射，以保持数据和查询语义。
• 分析在处理空值时的基本属性——信息保持、查询保持、单调性以及语义保持。
• 解决在基于OWL的映射中单调性与语义保持之间的冲突。
• 提出一种非单调的直接映射，即使在OWL的局限性下也能实现完整的语义保持。
• 探索通过扩展的OWL（引入认识论算子）实现单调语义保持的可行性。

提出的方法

• 使用Datalog语义形式化定义如何将关系模式和实例映射为OWL DL和RDF。
• 将每个关系映射为一个类，属性映射为属性，元组映射为带有属性断言的RDF资源。
• 通过Datalog规则显式建模空值，使用特殊符号NULL，并遵循标准SQL空值语义。
• 采用带空值的正式关系代数来定义查询等价性，确保查询保持。
• 通过确保更新无需重新处理整个模式来强制实现单调性，从而支持增量更新。
• 通过将外键约束编码为显式逻辑断言，引入一种非单调变体，以支持语义验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 从关系数据库到RDF和OWL的直接映射是否能在存在空值的情况下保持信息和查询语义？
• RQ2 在OWL语义下，是否可能在直接映射中同时实现单调性和语义保持？
• RQ3 为什么单调性会阻止基于OWL的映射中的语义保持？
• RQ4 对OWL的最小扩展是什么，才能实现单调且语义保持的直接映射？
• RQ5 非单调的直接映射是否能实现完整的语义保持，同时保持信息和查询保持？

主要发现

• 所提出的直接映射即使在存在空值的情况下也能保持信息和查询语义，确保无损重建和等价的查询结果。
• 该映射是单调的，支持高效的增量更新，无需完全重新计算。
• 在标准OWL中，由于缺乏对约束感知推理的扩展（仅限可满足性测试），单调性与语义保持不相容。
• 当考虑外键时，没有单调的直接映射可以实现语义保持，因为OWL无法直接编码外键违反情况。
• 构建了一种非单调的直接映射，其同时保持语义和查询语义，克服了单调方法的局限性。
• 本文建议通过引入认识论算子扩展OWL，可能实现单调且语义保持的直接映射，尽管这仍是一种理论可能性。