分散情報システム構成法第5回 Semantic Webの基本とRDF

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きのこいざわ
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1 Web Information System Design No.10 セマンティック Web アプリケーションアークテクチャ萩野達也 1

2 セマンティック Web とは ( 前回 ) データの Web 文書の Web からデータの Web へメタデータメタデータ = 文書やデータに関するデータ計算機可読なメタデータをアプリケーションで共有するデータの共有や統合を可能にするメタデータ about 文書データ理解利用アプリケーション 2 W3C セマンティック Web アクティビティセマンティックWebはアプリケーションや組織などの境界を越えてデータを共有し再利用することのできる共通のフレームワークを提供する

3 RDF ( 前回 ) Resource Description Framework データを三つ組みとして表す三つ組み (Triple) 資源 - プロパティ - 値主語 - 述語 - 目的語有向グラフ資源プロパティ値 dc:title Web 情報システム構成法主語述語目的語この資源 ( この授業の Web ページ ) のタイトルは Web 情報システム構成法である. 3

4 ( 前回 ) 分散した情報の統合 RDF のグラフ構造のデータモデルにより異なるデータを統合して扱うことができる rdf:type foaf:person foaf:name 佐藤宏之 mailto:hsato@sfc... foaf:mbox rdf:type foaf:knows dc:creator foaf:mbox mailto:hagino@sfc... dc:title foaf:name 萩野達也 Web 情報システム構成法 foaf:workplacehomepage 4 シラバスに関する RDF データ FOAF(Friend of a Friend) のデータ

5 今回の内容セマンティック Web アプリケーションアーキテクチャ Web 上に分散したデータをいかにして集めるのかどのようにして統合するのかどのようにして活用するのか Keywords Linked Open Data (LOD) 情報統合データ統合 SPARQL 5

6 Linked Data と Linked Open Data(LOD) オープンデータ誰でもが利用して良いようにデータを公開する政府のデータ, 製品情報, など Linked Data 事物 ( 資源 ) の識別子としてのURIを使うデータ記述の標準フォーマットであるRDFを使う共通のURIを使うことでデータ同士をリンクして活用する Linked Open Data オープンなライセンスの下で提供する Linked Data 6

7 Linked Open Data(LOD) 7 Linking Open Data cloud diagram, by Richard Cyganiak and Anja Jentzsch.

8 Semantic Webアプリケーションのアーキテクチャシステムの構成要素 RDFパーサ ( 解析 )/ シリアライザ ( 公開 ) RDFデータストア RDFのクエリエンジンコンバータ / スクレイパ上記を利用したアプリケーションツールの多くは無償で入手できる 8

9 アーキテクチャ (1) データベースを用いた一般的なアプリケーションのアーキテクチャ RDF アプリケーションのアーキテクチャアプリケーションアプリケーションデータベースエンジン ( クエリエンジン ) データベースエンジン ( クエリエンジン ) データベース表 RDF データストアグラフデータ 9

10 アーキテクチャ (2) 1 つのデータストアにアクセスして得られたデータに関連するデータを別のデータストアにアクセスして参照アプリケーションデータベースエンジン ( クエリエンジン ) シリアライザパーサ RDF ファイル RDF ファイルファイルの形でも他のシステムにデータを渡せる RDF ファイル別システムデータベースエンジン ( クエリエンジン ) RDF データストア RDF データストアで統合して扱われる既存のデータを取り込むコンバータ / スクレイパ Web ページエクセル表既存のデータベースなど 10

11 RDF のテキスト形式は複数あるテキスト形式による表現 ( シリアライズ ) N-Triples Notation3 (N3) RDF/XML Turtle RDF/JSON 以下のグラフ構造を持つデータをテキストで表現してみよう dc:title dc:creator Web 情報システム構成法萩野達也 11

12 N-Triples による表現最も単純な形式三つ組を直接書く三つ組ごとに : リソース, プロパティ, 値の順に並べて,. ( ピリオド ) で終わる URIは <> で囲み, リテラルは " " で囲む < < "Web 情報システム構成法 ". < < " 萩野達也 ". 参考 :RDF Test Cases 3. N-Triples 12

13 N3 による表現 Notation 3 RDF ( 略して N3) N-Triples の明快さを維持しつつ簡略化できる Turtle は N3 dc: < < dc:title "Web 情報システム構成法 " ; dc:creator " 萩野達也 ". Turtle でも同様 See:Tim Berners-Lee, Primer: Getting into RDF & Semantic Web using N3 神崎正英, Notation3:RDF の簡易表記から論理表現まで 13

RDF/XML による表現 <?xml version="1.0 encoding= utf-8?> <rdf:rdf xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:dc="http://purl.org/dc/terms/"> <rdf:description rdf:about="http://web.sfc.

14 RDF/XML による表現 <?xml version="1.0 encoding= utf-8?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:dc=" <rdf:description rdf:about=" <dc:title>web 情報システム構成法 </dc:title> <dc:creator> 萩野達也 </dc:creator> </rdf:description> </rdf:rdf> 参考 :RDF/XML Syntax Specification (Revised) 神崎正英, RDF -- リソース表現のフレームワーク 14

ブランクノードグラフ表現において URI が与えられないノード与えない方が表現の都合が良いことがあるシステムが自動的に一意的なURIを割り当てる匿名ノードとも呼ばれる dc:title 分散情報システム構成法 http://web.sfc.keio.ac.

15 ブランクノードグラフ表現において URI が与えられないノード与えない方が表現の都合が良いことがあるシステムが自動的に一意的なURIを割り当てる匿名ノードとも呼ばれる dc:title 分散情報システム構成法 N3 で表現 (Turtle でも同様 ) dc:creator foaf:mbox foaf:name 萩野達也 dc: foaf: < < dc:title "Web 情報システム構成法 " ; dc:creator [ foaf:name " 萩野達也 " ; foaf:mbox <mailto:hagino@sfc.keio.ac.jp> ]. ブランクノードを主語とするトリプルは主語を略して [ 述語目的語 ] と表記することができる 15

16 RDF Validator W3C RDF Validation Service RDF/XML のチェックと視覚化 16

17 RDF Validation Service Web ブラウザから利用可能入力直接ファイル URL 出力解析結果三つ組グラフ 17

RDF パーサによるグラフ構造の解析 (a) fujisawa.rdf <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:s="http://example.

..</s:email> </rdf:description> </s:creator> </rdf:description> </rdf:rdf> XML パーサによる解析 ( ツリー構造のデータモデル ) rdf:rdf rdf:description rdf:about= doc.

rdf 同じ意味を異なる表現で表した XML で記述された RDF <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:s="http://example.

.." /> </rdf:description> </rdf:rdf> シリアライザは逆に RDF グラフ構造のデータモデルからテキストを生成 18 s:email taro@example.

18 RDF パーサによるグラフ構造の解析 (a) fujisawa.rdf <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:s=" <rdf:description rdf:about=" <s:creator> <rdf:description> <s:name> 藤沢太郎 </s:name> </rdf:description> </s:creator> </rdf:description> </rdf:rdf> XML パーサによる解析 ( ツリー構造のデータモデル ) rdf:rdf rdf:description rdf:about= doc.html s:creator rdf:description RDF パーサによる解析 ( グラフ構造のデータモデル ) s:name doc.html s:creator s: s:name 藤沢太郎藤沢太郎 taro@example... (b) fujisawa2.rdf 同じ意味を異なる表現で表した XML で記述された RDF <?xml version="1.0"?> <rdf:rdf xmlns:rdf=" xmlns:s=" <rdf:description rdf:about=" <s:creator s:name=" 藤沢太郎 " s: ="taro@example..." /> </rdf:description> </rdf:rdf> シリアライザは逆に RDF グラフ構造のデータモデルからテキストを生成 18 s: taro@example... XML パーサにかけただけだと要素の値や親子関係属性の値を抽出することができるが両者が同じ意味を持っているということを機械が判別できない rdf:rdf rdf:description rdf:about= doc.html s:creator s:name=" 藤沢太郎 " s: ="taro@example..." RDF パーサにかけると両者が同じ意味を持っていることを機械が判別できる doc.html s:name 藤沢太郎 s:creator s: taro@example...

結果をまとめる処理を行っている RDFデータストアの場合, すべてのデータはRDF

19 RDF のデータストア / データベース格納されたRDFデータは統合される SPARQLなどのクエリ言語により検索することが可能になる複数のデータ集合の統合が基本機能として備わっているリレーショナルデータベースの場合, 通常, アプリケーション側でデータベースに格納されている形式に応じて問い合わせを行ない, 結果をまとめる処理を行っている RDFデータストアの場合, すべてのデータはRDF アプリケーションデータベースエンジン ( クエリエンジン ) オープンソースから製品までさまざまなデータストアが公開されている RDF データストアで統合して扱われる 19

RDF のクエリ言語とはセマンティックWebのアプリケーションで利用されるRDFのクエリエンジンへのアクセス ( 入出力 ) を規定データベースで管理されるグラフ構造のRDFデータからURIやリテラル値などの情報やサブグラフを取得 SELECT?title WHERE http://www.example... /swbook クエリ dc:title?

20 RDF のクエリ言語とはセマンティックWebのアプリケーションで利用されるRDFのクエリエンジンへのアクセス ( 入出力 ) を規定データベースで管理されるグラフ構造のRDFデータからURIやリテラル値などの情報やサブグラフを取得 SELECT?title WHERE /swbook クエリ dc:title?title アプリケーションプログラム API クエリの結果変数 title の値としてリテラル値 : セマンティック Web 入門が返される title セマンティック Web 入門 RDF クエリエンジン ( セマンティック Web のミドルウェア ) /swbook RDF データベース dc:title セマンティック Web 入門 20 クエリとデータベース中の RDF のグラフ構造がマッチ dc:creator 藤沢太郎

21 SPARQL SPARQL Protocol and RDF Query Language グラフベースのクエリ言語 ( トリプルパターンマッチング ) グラフ (RDF データベース内のデータ ) グラフパターン ( クエリ ) who whom addrm _:1 _:2 "robt@home.example" クエリ結果 ( グラフパターンの変数 who, whom,addrm の値を提示 ) 21

22 SPARQL クエリ仕様 ( 複数マッチング ) SELECT 節値を取得したい変数の名前を記述 WHERE 節変数を含んだグラフパターン ( トリプルパターン ) foaf: < _:a foaf:name "Johnny Lee Outlaw". _:a foaf:mbox <mailto:jlow@example.com>. _:b foaf:name "Peter Goodguy". _:b foaf:mbox <mailto:peter@example.org>. クエリ PREFIX foaf: < SELECT?name,?mbox WHERE {?x foaf:name?name.?x foaf:box?mbox } 変数トリプルパターンクエリ結果 22 name "Johnny Lee Outlaw" "Peter Goodguy" mbox <mailto:jlow@example.com> <mailto:peter@example.org>

23 SPARQL クエリ仕様 ( 値の制約 ) dc: : ns: < :book1 dc:title "SPARQL Tutorial". :book1 ns:price 42. :book2 dc:title "The Semantic Web". :book2 ns:price 23. クエリ PREFIX dc: < PREFIX ns: < SELECT?title?price WHERE {?x ns:price?price. FILTER (?price < 30.5)?x dc:title?title. } クエリ結果 title price "The Semantic Web" 23 値の制約 (price の値が 30.5 未満のパターンのみマッチ ) 23

24 SPARQL クエリ仕様 ( オプショナルマッチング foaf: rdf: < データ _:a rdf:type foaf:person. _:a foaf:name "Alice". _:a foaf:mbox <mailto:alice@work.example>. _:b rdf:type foaf:person. _:b foaf:name "Bob". クエリクエリ結果 PREFIX foaf: < SELECT?name?mbox WHERE {?x foaf:name?name. OPTIONAL {?x foaf:mbox?mbox } } オプショナルパターン ( このパターンがマッチしなくても結 name mbox 果は得られる ) "Alice" "Bob" <mailto:alice@example.com> 24

org/ DBpedia データにクエリを発行できる SPARQL エンドポイント http://dbpedia.

25 DBpedia の SPARQL エンドポイント DBpedia Wikipedia から構造化データを抽出し Web 上で使えるようにしたもの DBpedia データにクエリを発行できる SPARQL エンドポイント日本語版の DBpedia も公開された実際に SPARQL クエリを発行して動作を確認してみたい 25

26 コンバータ / スクレイパコンバータ別の形式のデータを RDF に変換するツール例 : エクセルの表データ, 関係データベーススクレイパ構造化された情報を Web ページから抽出するツール 26

27 構造化データを Web ページに埋め込む構造化データ ( メタデータ ) をWebページに埋め込むための仕様 RDFa Microdata microformats John knows <a about="mailto:john@example.org" rel="foaf:knows" href="mailto:sue@example.org">sue</a>. HTML に左記のような RDFa の記述が埋め込まれている場合 Web ブラウザで人間が見ると John knows Sue. RDFa の仕様を解釈できる機械は以下のメタデータを読み取ることができる <mailto:john@example.org> foaf:knows <mailto:sue@example.org>. 27

28 Web ページに埋め込まれた構造化データの活用構造化データが Web ページに記述されているとページを参照したアプリケーション ( 機械 ) がそれを利用できる Googleは収集したWebページの構造化データを読み取っている検索結果に表示する文字列 ( スニペット ) といっしょに適切なプロパティ ( 属性 ) 情報を表示させているリッチスニペット (microdata,microformats,rdfa, データハイライター ) &topic= &ctx=topic 構造化データテストツールを用いると Web ページに埋め込まれている構造化データを確認できる &topic= &ctx=topic 28

29 Semantic Web のアーキテクチャに基づくアプリケーション開発 Semantic Web Development Tools Semantic Web のアーキテクチャを支えるパーサやデータストアまた開発環境に関連したツールなどの情報がまとめられている 29

30 まとめ Linked Open Data RDF のデータをオープンなライセンスの下に公開し異なるデータ同士をリンクして活用する試みとして注目を集めるセマンティック Web アーキテクチャ RDFパーサ RDFデータストア SPARQL 検索 30

第12回「RDF入門」

第12回「RDF入門」 Slide URL https://vu5.sfc.keio.ac.jp/slide/ Web 情報システム構成法 No.12 RDF 入門萩野達也 (hagino@sfc.keio.ac.jp) 1 文書 vs データ Web 上の文書インターネット上のハイパーテキストシステムとして成功 HTML は広く使われるようになった人が読む文書が大量にある ( ありすぎ?) HTML をインターフェイスとする便利なアプリケーションもある

分散情報システム構成法 第5回 Semantic Webの基本とRDF

分散情報システム構成法第5回 Semantic Webの基本とRDF