用於為rdf資料庫查詢生成rdf資料庫的方法和設備以及用於rdf資料庫查詢的檢索方法...的製作方法

2023-10-09 12:40:24

專利名稱：用於為rdf資料庫查詢生成rdf資料庫的方法和設備以及用於rdf資料庫查詢的檢索方法 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於為資料庫查詢生成資料庫的方法和設備。此外本發明涉及用於查詢資料庫的檢索方法和檢索設備。
背景技術：
諸如飛行數據或者交易所行情的信息值當今藉助資料庫向用戶提供使用。為此存在許多資料庫語言，用這些語言能夠結構化地描述和查詢相應的資料庫。用語義關係描述資料庫的代表例如是RDF/OWL(RDF-Resource Description Framework,資源描述框架， OffL-Web Ontology Language，Web本體語言)[1，2]。這裡信息值以節點形式被描述，其中每兩個節點和在該兩個節點之間的定向邊稱為RDF三元組(Tripel)。這裡該兩個節點代表一個主體和一個客體，而定向邊代表謂語。在此該謂語一般定義該主體和該客體之間的語義關係。以圖1的例子詳細說明這點。這裡節點B代表主體「人」，節點A代表客體「Mario」， 定向邊代表謂語「有名字」。因此該RDF三元組「BaA」讀作「人有名字Mario」。這樣的RDF 三元組的連結導致一種圖形結構，該圖形結構描述一個定向圖，例如參見圖1。三元組在圖 1中加以寬邊。為查詢按照RDF/0WL的資料庫的信息值，可以使用查詢語言 SPARQL (SPARQL-SPARQL Protocol and RDF Query Language，SPARQL協議和 RDF查詢語言)。為此從可預先給定的節點亦即確定的信息值出發，檢索資料庫的一個或者多個RDF三元組，例如參見圖1中加寬邊的RDF三元組(BAA，HjJ，IkK)。為查詢該RDF三元組，亦即為了進行語義查詢，通過說明所有涉及到的RDF三元組而實現所檢索的子圖。因此為了說明上述三個RDF三元組，必須詳細說明包括在圖2中加寬邊的RDF三元組的RDF三元組鏈。這種處理方式決定了這種語義的資料庫查詢是複雜的並且是花費時間的，因為需要在提出資料庫查詢時就已經充分了解資料庫的結構。

發明內容
因此本發明的任務是說明一種用於為資料庫查詢生成資料庫的方法和設備，以及用於查詢資料庫的檢索方法和檢索設備，它們能夠在資料庫查詢時減少複雜性。該任務通過獨立權利要求解決。本發明的擴展從從屬權利要求得知。本發明涉及用於為資料庫查詢生成資料庫的方法，所述資料庫用於藉助節點提供信息值和藉助定向邊提供該信息值的從屬關係，其中通過節點和通過定向邊構造定向圖形式的資料庫，在該方法中執行下述步驟a)讀入描述準則，其說明每兩個信息值以及屬於這兩個信息值的從屬關係的分配；b)為相應的信息值建立相應的節點和為相應的從屬關係建立相應的定向邊；c)從節點的一個可預先給定的節點出髮根據描述準則產生定向圖，其中把每兩個節點和連接這些節點的定向邊作為三元組表徵；d)確定從該可預先給定的節點到一個要在資料庫查詢中確定的三元組的至少一條路徑；e)生成相應路徑的相應的路徑距離，其中相應的路徑距離說明從所述可預先給定的節點到要確定的三元組的定向邊的數目，其中在資料庫查詢時可以從可預先給定的節點出發來分析相應的路徑距離。通過本方法能夠減少檢索確定的三元組時的計算功率，因為通過說明路徑距離能夠減少要查找的節點。此外一種用於為資料庫查詢生成資料庫的設備是本發明的一部分，所述資料庫用於藉助節點提供信息值和藉助定向邊提供該信息值的從屬關係，其中通過節點和通過定向邊構建定向圖形式的資料庫，該設備包括下述部件a)第一部件，用於讀入描述準則，其說明每兩個信息值以及屬於這兩個信息值的從屬關係的分配；b)第二部件，用於為相應的信息值建立相應的節點和為相應的從屬關係建立相應的定向邊；c)第三部件，用於從節點的一個可預先給定的節點出髮根據描述準則產生定向圖，其中把每兩個節點和連接這些節點的定向邊作為三元組表徵；d)第四部件，用於確定從該可預先給定的節點到一個要在資料庫查詢中確定的三元組的至少一條路徑；e)第五部件，用於生成相應路徑的相應的路徑距離，其中相應的路徑距離說明從可該預先給定的節點到要確定的三元組的定向邊的數目，其中在資料庫查詢時可以從該可預先給定的節點出發分析相應的路徑距離。藉助該設備能夠實現用於生成資料庫的方法。此外本發明的一部分是用於在資料庫中確定信息值的檢索方法，其中該資料庫可以按照用於生成資料庫的方法生成，在該方法中執行下述步驟藉助檢索模式產生資料庫查詢，該檢索模式包括對可預先給定的節點、路徑距離和要確定的三元組的說明；遍查資料庫以確定該資料庫查詢，其中在遍查時考慮在檢索模式中說明的路徑距罔；提供滿足檢索模式的規定的至少一個三元組的至少一個信息值。通過該檢索方法，能夠減少在資料庫中檢索確定的三元組時的計算功率，因為通過說明路徑距離能夠減少要查找的節點。在該檢索方法的一種擴展中，在遍查資料庫以確定資料庫查詢時考慮這樣的三元組，其到檢索模式中預先給定的節點的路徑距離最大為在檢索模式中說明的路徑距離。由此能夠進一步減少用於執行資料庫查詢的計算功率，因為進一步減少了為檢索要考慮的三元組的數目。此外如果在遍查資料庫以確定資料庫查詢時考慮這樣的三元組，其到檢索模式中預先給定的節點的路徑距離正好等於在檢索模式中說明的路徑距離，則能夠再進一步減少用於執行資料庫查詢的計算功率。
在該檢索方法的一種有利的擴展中，處理檢索模式中用於路徑距離的值零，使得把該路徑距離設置為資料庫中存在的至少一個最大路徑距離。這使得能夠獨立於存在的最大路徑距離而全部檢索資料庫的所有節點和三元組。最後，本發明的一部分是用於在資料庫中確定信息值的檢索設備，其中資料庫按照用於生成資料庫的設備生成，該設備包括下述單元第一單元，用於藉助檢索模式產生資料庫查詢，該檢索模式包括對可預先給定的節點、路徑距離和要確定的三元組的說明；第二單元，用於遍查資料庫以確定該資料庫查詢，其中在遍查時考慮在檢索模式中說明的路徑距離；第三單元，用於提供滿足檢索模式的規定的至少一個三元組的至少一個信息值。藉助該檢索設備可以實現檢索方法。對於該檢索設備的其它優點，以及對於該搜索設備的擴展的其它優點可以從檢索方法的分別對應的特徵中得知。此外在檢索設備的一種擴展中，第二單元構建為，在遍查資料庫以確定資料庫查詢時考慮這樣的三元組，其到檢索模式中預先給定的節點的路徑距離最大為在檢索模式中說明的路徑距離。此外對此附加或者替代的是，第二單元可以構建為，在遍查資料庫以確定資料庫查詢時考慮這樣的三元組，其到檢索模式中預先給定的節點的路徑距離正好等於在檢索模式中說明的路徑距離。此外在檢索設備的一種有利的擴展中，第二單元構建為，處理檢索模式中用於路徑距離的值零，使得可以把該路徑距離至少設置為在資料庫中存在的最大路徑距離。


根據附圖詳細說明本發明及其擴展。附圖中圖1示出按照標準RDF/0WL的具有邊和節點的資料庫的結構(現有技術)；圖2示出資料庫的RDF三元組的數目，這些RDF三元組在查詢三個RDF三元組時必須考慮(現有技術)；圖3示出根據本發明的一個實施例的資料庫的結構；圖4示出用於建立按照圖3的資料庫的流程圖；圖5示出查詢資料庫的流程圖。在附圖中給具有相同功能和作用的元件提供相同的附圖標記。
具體實施例方式圖3和4示出本發明的實施例。其中要在一座建築物內的監視應用的範圍內建立資料庫用於以語義方式標註人對於一個或者多個房間的時間的和空間的分配。這裡圖3示出節點和定向邊，它們分別可以採取確定的信息值和從屬關係。這裡圖3中使用下面的附圖標記A 用於信息值IA =名字的節點B 用於信息值IB =人的節點C:用於信息值IC=位置的節點
D用於信息值ID=時間的節點
E用於信息值IE=空間的節點
F用於信息值IF =地方的節點
G用於信息值IG=名字的節點
a用於從屬關係aa = 「有名字」的定向邊
b用於從屬關係ΙΛ = 「有位置」的定向邊
C用於從屬關係CC = 「有時間位置」的定向邊
d用於從屬關係dd = 「有空間位置」的定向邊
e用於從屬關係ee = 「位於」的定向邊
f用於從屬關係ff = 「有空間區域」的定向邊
g用於從屬關係gg = 「有名字」的定向邊
在步驟STA起動具有步驟Sl到S5的方法，以便建立資料庫DB。
在步驟Sl讀入描述準則DEF，其規定每兩個信息值IA、IB以及屬於它們的從屬關
系aa的分配。描述準則DEF可以以紙張形式或者作為電子文件建立，並且例如藉助描述語言XML(XML-eXtensible Markup Language，可擴展標記語言)表示相應的分配。在該例子中描述準則描述這種分配，如在圖3中以圖形表示的那樣。在步驟S2，為相應的信息值IA.....IG構造相應的節點A.....G以及為從屬關係
aa.....gg構造相應的定向邊a.....g。邊是定向的，因為定向邊所起源的節點例如相應
於主體，在其處定向邊結束的節點相應於客體，其中定向邊代表兩個邊的語義關係。用定向邊連接的兩個節點以及屬於它們的定向邊稱為三元組TA、TF。然後在下一步驟S3，從一個可預先給定的節點AA = B出髮根據描述準則構造由節點和定向邊組成的定向圖TR。可預先給定的節點AA源於節點集合，並且是資料庫查詢的出發點O這裡該實施例在一次具體的實現亦即一個實例中如下所述-人=第一人「有名字」名字=Werner-人=第一人「有位置」位置=15-位置=15「有時間位置」時間=12:05-位置=15「有空間位置」空間=48° 8，NB, 11° 34，OL (NB=北邊的寬度， 0L=東邊的長度)-空間=48°8，NB，11° 34』 0L「有空間區域」地方=第一房間段-時間=12:05「位於」地方=第一房間段-地方=第一房間段「有名字」名字=進入區域其涉及在多個要監視的地方即區域中監視大的房間。每次當一個人進入一個區域時就可以在資料庫中存儲一個實例。一般在資料庫DB中存在至少一次具體的實現。在下一步驟S4，構造從可預先給定的節點AA到要在資料庫查詢中確定的三元組 TF的路徑PF1。在本實施例中，從該可預先給定的節點AA到三元組TF的節點F有下面的路徑 PF1、PF2 PFl = AA-b-C-c-D-e-FPF2 = AA-b-C-d-E-f-F
路徑的長度即路徑距離通過在相應路徑中的定向邊的數目確定。在本例子中路徑 PFl的路徑距離DIS是DISl = 3，路徑PF2的路徑距離DIS是DIS2 = 3。在一種可選的擴展中可以在步驟S4在存在多條路徑的情況下確定要在下面使用的最短的路徑。然而在本例子中兩條路徑等長。在下一步驟S5，給三元組TF添加路徑距離DIS。按照圖4的流程圖在步驟END結
束ο本發明還涉及用於在資料庫DB中確定信息值的檢索方法。按照圖5該查詢在狀態STA時起動。在步驟S6藉助檢索模式產生資料庫查詢。這裡在該資料庫查詢時作為檢索模式 QY，代替如在現有技術中在查詢語言SPARQL中的情況的可預先給定的路徑而使用可預先給定的節點，亦即屬於它的信息值，這些信息值描述在檢索中要考慮的距離和要確定的三元組，例如QY = 「(人)[3](地方「有名字」名字)」這意味著，如在步驟S7所示，從信息值(人)出發以路徑距離3來檢索三元組(地方「有名字」名字)。因此在該檢索中僅仍考慮具有路徑距離為3的三元組。一般在資料庫中檢索時考慮路徑距離。此外該檢索方法可以確定對於檢索最不複雜的路徑。作為該檢索的結果在步驟S8輸出通過該檢索確定的三元組的至少一個信息值。 此外也能夠表示所確定的三元組的其它信息值和/或表示從屬關係。此外可以在檢索模式中查詢用於該三元組的至少一個元素的具體的值實現。於是檢索模式QY例如為QY = 「(人)[3](地方「有名字」名字=「進入區域」)，，在此在資料庫中檢索作為名字的具體的值實現而具有「進入區域」的地方。此外在遍查資料庫時可以考慮離檢索模式中說明的可預先給定的節點AA的距離正好等於或者最大為在檢索模式中說明的路徑距離DIST的三元組。此外可以藉助在檢索模式中說明的路徑距離DIST = 0中的值零通知檢索方法要遍查資料庫中的所有節點。按照圖5的流程圖在步驟END結束。在現有技術中可以藉助表來存儲各個類型的三元組。在分析檢索模式亦即可預先給定的路徑時必須將所涉及的表彼此關聯。該檢索的效率主要依賴於表的大小和相應的選擇性。與此相反，在實施本發明時，可以把檢索限制到需要很少計算步驟的那些路徑。由此這些可以是最短的、亦即具有最小路徑距離的路徑。在這種情況下，為了從可預先給定的節點到達要確定的三元組TF只需處理更少的三元組。此外通過在處理三元組時藉助表來選擇具有儘可能小的表的那些路徑，能夠產生優點。在按照圖3的本例子中，例如為節點D 建立一張表，為節點E建立另一張表。節點D的表包含較大數目的條目，而節點E的表僅包括對此較小數目的條目。因此在使用表來實現資料庫時適當地選擇路徑PF2，該路徑通過節點E延伸，而不包括節點D。由此減小計算複雜性。在按照現有技術藉助SPARQL查詢時，必須完整說明檢索模式即可預先給定的路徑。在這種情況下，不能選擇從該可預先給定的節點通到要確定的三元組TF的路徑。由此通過本發明能夠做到，檢索模式僅具有對檢索來說重要的元素，並且檢索方法能夠根據該檢索模式確定用於分析該檢索的最優的路徑。本發明的另一個優點在於，通過在檢索模式中說明距離能夠在資料庫查詢時設置詳細程度。離可預先給定的節點的距離越大，信息程度越詳細。因此藉助本發明也能夠在資料庫查詢時說明要確定的三元組TF的質量。在一種擴展中，可以說明路徑距離的值為零，使得不限制距離地執行檢索。這是有利的，因為由此提供一種可能性，即不依賴於資料庫的巨大，亦即不需要了解資料庫中存在的最大的路徑距離而在資料庫查詢時考慮所有三元組。用於生成資料庫的方法可以藉助五個部件Ml、M2、M3、M4、M5使用設備VOR執行。 此外用於確定資料庫中的信息值的檢索方法可以藉助單元E1、E2和E4使用檢索設備SVOR 實現。這些部件和/或單元可以以硬體、軟體或者硬體和軟體的組合實現。此外這些部件和/或單元可以藉助計算機單元實施。參考文獻[1] 「Resource Description Framework，，，http://en.wikipedia.org/wiki/Resource Description Framework, Stand 15. 04. 2009[2] "Web ontology Language，，，http://en.wikipedia.org/wiki/Web ontology Language, Stand 15.04.2009[3] "SPARQL Protocol and RDF Query Language，，，http://en. wikipedia. org/wiki/SPARQL, Stand 15.04.2009
權利要求
1.一種用於為資料庫查詢生成資料庫(DB)的方法，所述資料庫用於藉助節點(A.....G)提供信息值(IA.....IG)和藉助定向邊(a.....g)提供所述信息值(IA.....IG)的從屬關係(aa.....gg)，其中通過所述節點(A.....G)和通過所述定向邊(a.....g)構造定向圖(TRE)形式的資料庫(DB)，在該方法中執行下述步驟a)讀入描述準則(DEF)，該描述準則(DEF)說明每兩個信息值(ΙΑ、IB)以及屬於它們的從屬關係(aa)的分配；b)為相應的信息值(IA.....IG)建立相應的節點(A.....G)和為相應的從屬關係(aa、. . .、gg)建立相應的定向邊(a、. . .、g)；c)從所述節點(A.....G)的一個可預先給定的節點(AA)出髮根據描述準則(DEF)產生所述定向圖(TRE)，其中把每兩個節點((A、B)、(F、G))和連接這些節點((A、B)、(F、G)) 的定向邊(a，g)作為三元組(TA、TG)表徵；d)確定從所述可預先給定的節點(AA)到要在資料庫查詢中確定的三元組(TG)的至少一條路徑(PFU PF2)；e)生成相應路徑(PF1、PF2)的相應的路徑距離(DIS1、DIS2)，其中相應的路徑距離(DPF1、DPF2)說明從所述可預先給定的節點(AA)到要確定的三元組(TG)的定向邊(a.....k)的數目，其中在資料庫查詢時能夠從所述可預先給定的節點(AA)出發來分析相應的路徑距離(DPF1、DPF2)。
2.一種用於為資料庫查詢生成資料庫(DB)的設備(VOR)，所述資料庫用於藉助節點(A.....G)提供信息值(IA.....IG)和藉助定向邊(a.....g)提供所述信息值(IA.....IG)的從屬關係(aa.....gg)，其中通過所述節點(A.....G)和通過所述定向邊(a.....g)構造定向圖(TRE)形式的資料庫(DB)，該設備包括下述部件a)第一部件(Ml)，用於讀入描述準則(DEF)，該描述準則(DEF)說明每兩個信息值 (IA、IB)以及屬於它們的從屬關係(aa)的分配；b)第二部件(M2)，用於為相應的信息值(IA.....IG)建立相應的節點(A.....G)和為相應的從屬關係(aa.....gg)建立相應的定向邊(a.....g)；c)第三部件(M3)，用於從節點(A.....G)的一個可預先給定的節點(AA)出髮根據描述準則(DEF)產生定向圖(TRE)，其中把每兩個節點((AUG))和連接這些節點((A、 B)、(F、G))的定向邊(a, g)作為三元組(TA、TG)表徵；d)第四部件(M4)，用於確定從所述可預先給定的節點(AA)到要在資料庫查詢中確定的三元組(TG)的至少一條路徑(PF1、PF2)；e)第五部件(M5)，用於生成相應路徑(PF1、PF2)的相應的路徑距離(DIS1、DIS2)，其中相應的路徑距離(DPF1、DPF2)說明從所述可預先給定的節點(AA)到要確定的三元組(TG)的定向邊(a.....k)的數目，其中在資料庫查詢時能夠從所述可預先給定的節點(AA)出發分析相應的路徑距離(DPF1、DPF2)。
3.一種用於在資料庫(DB)中確定信息值(IF)的檢索方法，其中該資料庫(DB)能夠按照權利要求1生成，在該方法中執行下述步驟藉助檢索模式(QY)產生資料庫查詢，該檢索模式包括對所述可預先給定的節點(AA)、 路徑距離(DIST)和要確定的三元組(TG)的說明；遍查資料庫(DB)，用於確定該資料庫查詢，其中在遍查時考慮在該檢索模式(QY)中說明的路徑距離(DIST)；提供滿足該檢索模式(QY)的規定的至少一個三元組(TG)的至少一個信息值(IF)。
4.根據權利要求3所述的檢索方法，其中，在為確定資料庫查詢而遍查資料庫(DB)時考慮這樣的三元組，其到所述檢索模式 (QY)中預先給定的節點(AA)的路徑距離最大為在所述檢索模式(QY)中說明的路徑距離 (DIST)。
5.根據權利要求3或4所述的檢索方法，其中，在為確定資料庫查詢而遍查資料庫(DB)時考慮這樣的三元組，其到所述檢索模式 (QY)中預先給定的節點(AA)的路徑距離正好等於在所述檢索模式(QY)中說明的路徑距離 (DIST)。
6.根據權利要求3到5中之一所述的檢索方法，其中，處理所述檢索模式(QY)中用於路徑距離(DIST)的值零，使得把該路徑距離(DIST)設置為資料庫(DB)中存在的至少一個最大路徑距離(DISmax)。
7.一種用於在資料庫(DB)中確定信息值(IF)的檢索設備(SVOR)，其中該資料庫(DB) 按照權利要求2生成，該設備包括下述單元第一單元(El)，用於藉助檢索模式(QY)產生資料庫查詢，該檢索模式包括對所述可預先給定的節點(AA)、路徑距離(DIST)和要確定的三元組(TG)的說明；第二單元(E2)，用於遍查資料庫(DB)來確定該資料庫查詢，其中在遍查時能考慮在所述檢索模式(QY)中說明的路徑距離(DIST)；第三單元(E3)，用於提供滿足所述檢索模式(QY)的規定的至少一個三元組(TG)的至少一個信息值(IF)。
8.根據權利要求7所述的檢索設備(SVOR)，此外，第二單元(E》構建為，在為確定資料庫查詢而遍查資料庫(DB)時考慮這樣的三元組， 其到檢索模式(QY)中預先給定的節點(AA)的路徑距離最大為在所述檢索模式(QY)中說明的路徑距離(DIST)。
9.根據權利要求7或8所述的檢索設備(SVOR)，此外，第二單元(E》構建為，在為確定資料庫查詢而遍查資料庫(DB)時考慮這樣的三元組， 其到所述檢索模式(QY)中預先給定的節點(M)的路徑距離正好等於在所述檢索模式(QY) 中說明的路徑距離(DIST)。
10.根據權利要求7到9之一所述的檢索設備(SVOR)，此外，第二單元(E4)構建為，處理所述檢索模式(QY)中用於路徑距離(DIST)的值零，使得能把該路徑距離(DIST)至少設置為在資料庫(DB)中存在的最大路徑距離(DISmax)。
全文摘要
本發明涉及用於生成資料庫的方法和設備。在此藉助節點和描述兩個節點或者信息值之間的從屬關係的定向邊構造用於資料庫查詢的定向圖形式的信息值。通過使用描述在選擇的節點和目標三元組之間的定向邊的數目的路徑距離，能夠減少資料庫查詢時的複雜性，從而加速資料庫查詢，所述目標三元組由兩個用一條定向邊連接的節點和屬於這兩個節點的定向邊組成。此外本發明包括用於查詢上述資料庫的檢索方法和檢索設備。本發明例如可用於監視裝置或者醫學資料庫。此外本發明可用於例如通過監視裝置中的新的事件動態擴展的資料庫。
文檔編號G06F17/30GK102395968SQ201080016904
公開日2012年3月28日 申請日期2010年3月23日 優先權日2009年4月15日
發明者F·M·施特格邁爾, G·貝澤, M·德勒 申請人:西門子公司