[论文解读] Tractable Query Answering and Optimization for Extensions of Weakly-Sticky Datalog+-

Mostafa Milani, Leopoldo Bertossi|arXiv (Cornell University)|Apr 13, 2015

Semantic Web and Ontologies参考文献 9被引用 6

一句话总结

本文引入了Datalog±程序的弱追加粘滞（WChS）和联合弱粘滞（JWS）类，提出了一种多项式时间、正确且完备的查询回答算法（AL^S），该算法利用简洁追加（parsimonious chase）和有限位置上空值的冻结机制。该算法效率高，并在魔术集重写下保持封闭，从而在保证正确性的前提下实现优化，适用于WChS和JWS子类。

ABSTRACT

We consider a semantic class, weakly-chase-sticky (WChS), and a syntactic subclass, jointly-weakly-sticky (JWS), of Datalog+- programs. Both extend that of weakly-sticky (WS) programs, which appear in our applications to data quality. For WChS programs we propose a practical, polynomial-time query answering algorithm (QAA). We establish that the two classes are closed under magic-sets rewritings. As a consequence, QAA can be applied to the optimized programs. QAA takes as inputs the program (including the query) and semantic information about the "finiteness" of predicate positions. For the syntactic subclasses JWS and WS of WChS, this additional information is computable.

研究动机与目标

• 解决在可能存在无限追加实例的Datalog±程序中实现可 tractable 查询回答的挑战。
• 在保持查询回答可 tractable 的前提下，扩展弱粘滞（WS）程序的表达能力。
• 设计一种实用的、多项式时间的查询回答算法（AL^S），该算法在谓词位置的语义有限性约束下运行。
• 确保与诸如魔术集重写等优化技术的兼容性，从而实现高效的查询处理。
• 证明JWS类是语法定义的，且严格大于WS类，并可计算有限位置函数以供实际使用。

提出的方法

• 提出一个新的语义类——弱追加粘滞（WChS），其由一个有限位置函数S定义，用于识别追加过程中空值保持有限的位置。
• 提出一种新颖的查询回答算法AL^S，结合简洁追加（pChase）与在每次pChase步骤后立即冻结S-有限位置中的空值。
• 采用两阶段执行机制：第一阶段运行pChase直至无法添加新原子；第二阶段迭代恢复pChase以处理查询连接，同时冻结有限位置中的空值以防止进一步扩展。
• 将联合弱粘滞（JWS）类定义为WChS的一个语法子类，基于存在依赖图（EDGs），确保有限位置可计算。
• 证明JWS和WChS在魔术集重写下保持封闭，保持位置的有限性，从而支持与查询优化的集成。
• 利用空值冻结的概念，防止有限位置中空值的无限传播，确保算法的终止性和正确性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否为弱粘滞Datalog±程序的语义扩展设计一种可 tractable 的、多项式时间的查询回答算法，即使存在无限追加实例？
• RQ2 当在有限位置函数S下应用于WChS程序时，所提出的算法AL^S是否保持正确性和完备性？
• RQ3 是否可以定义JWS语法类，使得有限位置可计算，且算法保持高效？
• RQ4 魔术集重写技术是否与WChS和JWS类兼容，保持位置的有限性并支持优化？
• RQ5 在存在存在量词变量的情况下，有限位置中空值的冻结机制如何提升查询回答的效率和正确性？

主要发现

• 所提出的AL^S算法在所有WChS程序中运行时间与数据规模呈多项式关系，为此前算法效率不足的查询回答问题提供了实用解决方案。
• WChS类在魔术集重写下保持封闭，使得优化后的程序可使用相同算法处理，且不损失正确性。
• JWS类是WChS类的一个严格更大的语法子类，其定义基于存在依赖图（EDGs），且其有限位置函数S^ext可计算。
• 即使S函数不完全准确，该算法对所有WChS程序仍保持正确性，但仅当S正确识别有限位置时，完备性才能保证。
• 在有限位置中冻结空值可确保不再生成新的空值，从而防止追加过程的无限扩展，实现算法终止。
• 该算法的两阶段结构——先执行pChase，再在冻结空值后恢复pChase——能有效处理含连接的合取查询，确保WChS程序的完备性。