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Thèse Année : 2020

Data Exchange from Relational Databases to RDF with Target Shape Schemas

Schemas Échange de données de bases de données relationnelles vers RDF avec des schémas des constraintes sur cible

Résumé

Resource Description Framework (RDF) is a graph data model which has recently found the use of publishing on the web data from relational databases. We investigate data exchange from relational databases to RDF graphs with target shapes schemas. Essentially, data exchange models a process of transforming an instance of a relational schema, called the source schema, to a RDF graph constrained by a target schema, according to a set of rules, called source-to-target tuple generating dependencies. The output RDF graph is called a solution. Because the tuple generating dependencies define this process in a declarative fashion, there might be many possible solutions or no solution at all. We study constructive relational to RDF data exchange setting with target shapes schemas, which is composed of a relational source schema, a shapes schema for the target schema, a set of mappings that uses IRI constructors. Furthermore, we assume that any two IRI constructors are non-overlapping. We propose a visual mapping language (VML) that helps non-expert users to specify mappings in this setting. Moreover, we develop a tool called ShERML that performs data exchange with the use of VML and for users that want to understand the model behind VML mappings, we define R2VML, a text-based mapping language, that captures VML and presents a succinct syntax for defining mappings. We investigate the problem of checking consistency: a data exchange setting is consistent if for every input source instance, there is at least one solution. We show that the consistency problem is coNP-complete and provide a static analysis algorithm of the setting that allows to decide if the setting is consistent or not. We study the problem of computing certain answers. An answer is certain if the answer holds in every solution. Typically, certain answers are computed using a universal solution. However, in our setting a universal solution might not exist. Thus, we introduce the notion of universal simulation solution, which always exists and allows to compute certain answers to any class of queries that is robust under simulation. One such class is nested regular expressions (NREs) that are forward i.e., do not use the inverse operation. Using universal simulation solution renders tractable the computation of certain answers to forward NREs (data-complexity). Finally, we investigate the shapes schema elicitation problem that consists of constructing a target shapes schema from a constructive relational to RDF data exchange setting without the target shapes schema. We identity two desirable properties of a good target schema, which are soundness i.e., every produced RDF graph is accepted by the target schema; and completeness i.e., every RDF graph accepted by the target schema can be produced. We propose an elicitation algorithm that is sound for any schema-less data exchange setting, but also that is complete for a large practical class of schema-less settings.
Resource Description Framework (RDF) est un modèle de graphe utilisé pour publier des données sur le Web à partir de bases de données relationnelles. Nous étudions l’échange de données depuis des bases de données relationnelles vers des graphes RDF avec des schémas de formes cibles. Essentiellement, échange de données modélise un processus de transformation d’une instance d’un schéma relationnel, appelé schéma source, en un graphe RDF contraint par un schéma cible, selon un ensemble de règles, appelé tuple source-cible générant des dépendances. Le graphe RDF obtenu est appelé une solution. Étant donné que les dépendances générant des tuple définissent ce processus de manière déclarative, il peut y avoir de nombreuses solutions possibles ou aucune solution du tout. Nous étudions le système d’échange de données relationnel avec RDF constructive avec des schémas de formes cibles, qui est composé d’un schéma source relationnel, un schéma de formes pour le schéma cible, un ensemble de mappages utilisant des constructeurs IRI. De plus, nous supposons que deux constructeurs IRI ne se chevauchent pas. Nous proposons un langage visuel pour l’spécification des correspondances (VML) qui aide les utilisateurs non experts à spécifier des mappages dans ce système. De plus, nous développons un outil appelé ShERML qui effectue l’échange de données avec l’utilisation de VML et pour les utilisateurs qui souhaitent comprendre le modèle derrière les mappages VML, nous définissons R2VML, un langage texte, qui capture VML et présente une syntaxe succincte pour définition des mappages. Nous étudions le problème de la vérification de la consistance: un système d’échange de données est consistent si pour chaque instance de source d’entrée, il existe au moins une solution. Nous montrons que le problème de consistance est coNP-complet et fournissons un algorithme d’analyse statique du système qui permet de décider si le système est consistent ou non. Nous étudions le problème du calcul de réponses certaines. Une réponse est certain si la réponse tient dans chaque solution. En générale, réponses certaines sont calculées en utilisant d’une solution universelle. Cependant, dans notre contexte, une solution universelle pourrait ne pas exister. Ainsi, nous introduisons la notion de solution de simulation universelle, qui existe toujours et permet de calculer certaines réponses à n’importe quelle classe de requêtes robustes sous simulation. Une de ces classes sont les expressions régulières imbriquées (NRE) qui sont forward c’est-à-dire qui n’utilisent pas le opération inverse. L’utilisation d’une solution de simulation universelle rend traitable le calcul de réponses certaines pour les NRE (data-complexity). Enfin, nous étudions le problème d’extraction de schéma des formes qui consiste à construire un schéma de formes cibles à partir d’un système constructif d’échange de données relationnel vers RDF sans le schéma de formes cibles. Nous identifions deux propriétés souhaitables d’un bon schéma cible, qui sont la correction c’est-à-dire que chaque graphe RDF produit est accepté par le schéma cible; et la complétude c’est-à-dire que chaque graphe RDF accepté par le schéma cible peut être produit. Nous proposons un algorithme d’extraction qui convient à tout système d’échange de données sans schéma, mais qui est également complet pour une grande classe pratique de systèmes sans schéma.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-03118044 , version 1 (21-01-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03118044 , version 1

Citer

Jose Martin Lozano Aparicio. Data Exchange from Relational Databases to RDF with Target Shape Schemas. Computer Science [cs]. Universite de Lille, Lille, FRA.; Universite de Lille, 2020. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03118044⟩
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