Universität Frankfurt am Main

Fachbereich Biologie und Informatik (15)

Institut für Informatik
Lehrstuhl für Datenbanken und Informationssysteme

Diplomarbeit

vorgelegt von: Fabian Wleklinski
E-Mail: fabian@wleklinski.de

Betreuer: Herr Karsten Tolle

Bearbeitungszeitraum: 2. Mai bis 3. November 2003

Erstprüfer: Herr Prof. Dott.-Ing. R. Zicari

Suche im Semantic Web

Erweiterung des VRP um eine intuitive und
RQL-basierte Anfrageschnittstelle

Kurzfassung / Abstract

Datenflut im World Wide Web – ein Problem jedes Internetbenutzers. Klassische Internetsuchmaschinen sind überfordert und liefern immer seltener brauchbare Resultate. Das Semantic Web verspricht Hoffnung – maßgeblich basierend auf RDF. Das Licht der Öffentlichkeit erblickt das Semantic Web vermutlich zunächst in spezialisierten Informationsportalen, so genannten Infomediaries. Besucher von Informationsportalen benötigen eine Abfragesprache, welche ebenso einfach wie eine gewöhnliche Internetsuchmaschine anzuwenden ist. Eine derartige Abfragesprache existiert für RDF zur Zeit nicht. Diese Arbeit stellt eine neuartige Abfragesprache vor, welche dieser Anforderung genügt: eRQL. Bestandteil dieser Arbeit ist der mittels Java implementierte eRQL-Prozessor eRqlEngine, welcher unter http://www.wleklinski.de/rdf/ und unter http://www.dbis.informatik.uni-frankfurt.de/~tolle/RDF/eRQL/ bezogen werden kann.

Schlagwörter: Semantisches Web, RDF, RQL, eRQL, Informationsportal

Chaos inside the World Wide Web – a problem of each internet user. Classical internet search engines cannot handle the flood of web pages anymore, and often deliver poor results. The Semantic Web raises hope – significantly based on RDF. The Semantic Web will probably gain popularity inside specialized information portals at first, so called infomediaries. Visitors of information portals need a query language, which can be used as easily as a common internet search-engine. But no such query language does exist for RDF. This thesis presents a novel query language which satisfies this requirement: eRQL. Part of this thesis is eRqlEngine – an eRQL processor for Java which can be obtained at http://www.wleklinski.de/rdf/ and http://www.dbis.informatik.uni-frankfurt.de/~tolle/RDF/eRQL/.

Keywords: Semantic Web, RDF, RQL, eRQL, Infomediary

Ehrenwörtliche Erklärung zur Diplomarbeit

Ich versichere, dass ich diese Diplomarbeit selbstständig verfasst, und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe.

Frankfurt am Main, 3. November 2003

Fabian Wleklinski

Inhaltsübersicht

Kurzfassung / Abstract.. 2

Ehrenwörtliche Erklärung zur Diplomarbeit.. 3

Inhaltsübersicht.. 4

Inhaltsverzeichnis. 5

Abbildungsverzeichnis. 10

Abkürzungsverzeichnis. 11

1 Einleitung.. 13

2 Grundlagen.. 19

4 Stand der Technik.. 32

5 RQL – eine RDF Abfragesprache.. 42

6 eRQL – Ad Hoc-Abfragen für Informationsportale.. 65

7 Umwandlung von eRQL- in RQL-Abfragen.. 82

8 eRqlEngine – ein eRQL-Prozessor.. 91

9 RqlEngine – ein RQL-Prozessor.. 100

10 Ausblick.. 111

Literaturverzeichnis. 125

Stichwortverzeichnis. 128

Inhaltsverzeichnis

Kurzfassung / Abstract 2

Ehrenwörtliche Erklärung zur Diplomarbeit 3

Inhaltsübersicht 4

Inhaltsverzeichnis 5

Abbildungsverzeichnis 10

Abkürzungsverzeichnis 11

1 Einleitung 13

1.1 Aufgabenstellung 13

1.2 Information Overkill – die Herausforderung 13

1.3 Das Semantic Web – der Hoffnungsträger 16

1.4 Inhalte und Struktur dieser Arbeit 17

2 Grundlagen 19

2.1 Terminologie 19

2.2 Resource Description Framework (RDF) 24

2.2.1 Alles ist eine Ressource 25

2.2.2 Speicherung und Austausch von RDF 25

2.3 RDF Schema (RDFS) 26

2.3.1 RDF ist nicht RDF Schema 26

2.3.2 Vordefinierte RDF Schemaklassen 26

2.3.3 Vergleich zu XML Schema 26

2.3.4 Vergleich zu Typsystemen der OOP 27

4 Stand der Technik 32

4.1 Eignung existierender Abfragesprachen für Ad Hoc-Abfragen 32

4.1.1 XML Abfragesprachen 32

4.1.5 SquishQL 37

4.1.7 METALOG 38

4.1.8 RDF API Draft 39

4.1.9 Resümee: existierende Abfragesprachen 39

4.2 Bedarf für eine neuartige RDF-Abfragesprache 39

4.2.1 Verwendung von RQL als Zwischensprache 40

4.2.2 Verwendung von RQL für Schemaabfragen 40

5 RQL – eine RDF Abfragesprache 42

5.1 Szenario: Ein Kultur-Informationsportal 43

5.2 Einführung in RQL 44

5.2.1 Selektion und Projektion 45

5.2.2 RQL Vergleichsoperatoren 46

5.3 RQL Datenmodell und Schemaoperationen 47

5.3.1 Daten-, Schema- und Metaschemaebene 47

5.3.2 RQL-Datentypen 48

5.3.3 Schema-Operationen 48

5.3.3.1 subClassOf() und superClassOf() 49

5.3.3.2 subPropertyOf() und superPropertyOf() 50

5.3.3.3 typeof() 51

5.3.3.4 domain() 51

5.3.3.5 range() 51

5.3.3.6 namespace() 52

5.3.3.7 topclass und leafclass 52

5.3.3.8 topproperty und leafproperty 53

5.4 RQL Pfadausdrücke 54

5.4.1 Instanzen einer Klasse 54

5.4.2 Ableitungen einer bestimmten Klasse 57

5.4.3 Verwendungen eines bestimmten Prädikates 57

5.4.4 Definitions- und Wertebereich eines Prädikates 59

5.4.5 Vollständige Aussagen 59

5.4.6 Schemaklassen und abgeleitete Schemaklassen 61

5.4.7 Zusammengesetzte Pfadausdrücke 61

5.5 Kurz und bündig – die RQL Kurzschreibweise 62

5.5.1 Instanzen einer Klasse finden 62

5.5.2 Verwendungen eines Prädikates finden 63

5.6 Rückgabe 64

6 eRQL – Ad Hoc-Abfragen für Informationsportale 65

6.1 Eigenschaften von eRQL 65

6.1.1 Kurz und knapp: Ein-Wort-Abfragen 66

6.1.2 Umgebung und Abfragemodus 66

6.1.2.1 Aussagemodus 67

6.1.2.2 Point Of Interest-Modus (POI-Modus) 67

6.1.2.3 Dokumentmodus 69

6.1.3 Boolesche Verknüpfungen und Klammerung 70

6.1.4 Erkennung von URIs 71

6.1.5 Suche nach Texten 71

6.1.6 Operatorvorrang 72

6.2 Use Cases 72

6.2.1 Alle Informationen zu „Picasso“ 72

6.2.2 Titel von „http://www.louvre.fr“ 72

6.2.3 „Ort und Öffnungszeiten des Louvre“ 73

6.2.4 Informationen über das „Reina Sofia Museum“ 73

6.2.5 Suche nach „http://www.louvre.fr“ 73

6.2.6 „Vorname von Rodin“ finden 73

6.2.7 „Kunstwerke des Louvre“ ermitteln (nur URIs) 74

6.2.8 Kunstwerke des Louvre samt Metainformationen ermitteln 74

6.3 Formale Semantik 74

6.3.1 Das Typsystem von eRQL 75

6.3.1.1 Datenmodell 75

6.3.1.2 Dokument 76

6.3.1.3 Aussagengruppen 76

6.3.1.4 Aussage 76

6.3.1.5 Ressourcen und Literale 77

6.3.2 Semantikregeln 77

6.3.2.1 URIs und Literale 78

6.3.2.2 Boolesche Verknüpfungen und Klammerung 78

6.3.2.3 Umschaltung des Modus’ mittels Klammerung 79

6.4 Vorverarbeitung einer Anfrage 79

6.4.1 POI-Modus-Operatoren einfügen 79

6.4.2 Tilde-Operatoren ersetzen 80

6.4.3 AND-Operatoren einfügen 80</