Incomplete information in RDF databases with an emphasis on the geospatial domain
Authors: Νικολάου Χαράλαμπος 
Published: September 2021

Η διαχείριση μη πλήρους πληροφορίας έχει μελετηθεί σε βάθος στις σχεσιακές βάσεις δεδομένων και στην αναπαράσταση γνώσης, αλλά στην περιοχή του σημασιολογικού ιστού και στα σχετικά με αυτή μοντέλα αναπαράστασης γνώσης, όπως το RDF, δεν έχει μελετηθεί αρκετά. Σε αυτή τη διατριβή προτείνουμε μία επέκταση του μοντέλου RDF που λέγεται RDFi για την αναπαράσταση μη πλήρους πληροφορίας για τιμές ιδιοτήτων και την αποτίμηση ερωτημάτων εκφρασμένων στη γλώσσα SPARQL. Το πλαίσιο RDFi παραμετροποιείται με μία γλώσσα περιορισμών που εξυπηρετεί την έκφραση μερικής γνώσης για τιμές ιδιοτήτων μέσω του σχηματισμού κατάλληλων περιορισμών. Δίνουμε το συντακτικό, ορίζουμε τη σημασιολογία του RDFi με τυπικό τρόπο βασιζόμενοι στην σημασιολογία πιθανών κόσμων, και επεκτείνουμε τους τελεστές της SPARQL έτσι ώστε να συλλάβουμε τα νέα στοιχεία που έχουν εισαχθεί στο RDFi για την αναπαράσταση μη πλήρους πληροφορίας. Μελετάμε την ορθότητα της επέκτασης αυτής και αποδεικνύουμε ότι υπάρχουν δύο υποκλάσεις της SPARQL που θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην ορθή αποτίμηση ερωτημάτων πάνω από το RDFi βάσει της ορισθείσας σημασιολογίας, αλλά μόνο αν οι απαντήσεις περιοριστούν στις επονομαζόμενες βέβαιες απαντήσεις. Η εργασία μας γύρω από το πλαίσιο RDFi ολοκληρώνεται παρουσιάζοντας έναν αλγόριθμο για τον υπολογισμό των βέβαιων απαντήσεων ενός ερωτήματος SPARQL και τη μελέτη της πολυπλοκότητας δεδομένων του σχετικού με αυτό προβλήματος απόφασης και έναν αριθμό από γλώσσες περιορισμών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να εκφράσουν μη πλήρη πληροφορία για χρονικά, χωρικά, γεωχωρικά, και άλλα δεδομένα. Το υπόλοιπο της εργασίας μας είναι πιο πρακτικό. Παρακινούμενοι από την ραγδαία αύξηση του μεγέθους των διασυνδεδεμένων γεωχωρικών δεδομένων που έχουν δημοσιευθεί τελευταία στον ιστό, δίνουμε βαρύτητα στο γεωχωρικό πεδίο. Επισημαίνουμε ότι το πρόσφατο πρότυπο GeoSPARQL που προτάθηκε από την κοινοπραξία για τα γεωχωρικά δεδομένα OGC για την αποτίμηση ερωτημάτων πάνω από γεωχωρικά δεδομένα εκφρασμένα στο RDF ενώ παρέχει μία πλούσια γλώσσα, την ίδια στιγμή φέρει έναν αριθμό αδυναμιών όσον αφορά στη διαχείριση μη πλήρους πληροφορίας, οι οποίες οδηγούν σε ημιτελές απαντήσεις. Υπό αυτό το πρίσμα, επιδεικνύουμε την εκφραστικότητα του πλαισίου RDFi δείχνοντας ότι θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ώστε να ορίσει τη σημασιολογία της GeoSPARQL με τυπικό τρόπο καθώς επίσης και να επιλύσει ορισμένες από τις αδυναμίες της. Συνεχίζουμε με τη συζήτηση διάφορων τρόπων μέσω των οποίων τα προβλήματα που προκύπτουν από αυτές τις αδυναμίες θα μπορούσαν να διορθωθούν και προτείνουμε ως καταλληλότερη λύση τη χρήση τεχνικών από την ερευνητική περιοχή του ποιοτικού χωρικού συμπερασμού που βασίζονται σε αλγορίθμους διάδοσης περιορισμών. Παρουσιάζουμε την υλοποίηση μίας τέτοιας επέκτασης στη γεωχωρική RDF βάση δεδομένων Strabon καθώς επίσης και την αξιολόγησή της χρησιμοποιώντας διασυνδεδεμένα χωρικά σύνολα δεδομένων. Παρακινούμενοι από τα αρνητικά αποτελέσματα της αξιολόγησης μελετάμε και υλοποιούμε αλγορίθμους για τον έλεγχο συνέπειας και τη διάδοση περιορισμών σε πολύ μεγάλα και πραγματικά δίκτυα περιορισμών, όπως τα διασυνδεδεμένα γεωχωρικά σύνολα δεδομένων, και δείχνουμε ότι μπορούν να οδηγήσουν σε αποδοτικές υλοποιήσεις.