On the Static Analysis for SPARQL Queries using Modal Logic

par Nicola Guido

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Cécile Roisin et de Pierre Genevès.

Le président du jury était Sihem Amer-Yahia.

Le jury était composé de Olivier Corby, Mohand-Saïd Hacid.

Les rapporteurs étaient Olivier Curé, Fabien Gandon.

  • Titre traduit

    Sur l'analyse statique des requêtes SPARQL avec la logique modale


  • Résumé

    L’analyse statique est une tâche essentielle dans l’optimisation des requêtes et la vérification de la base de graphes RDF. Nous étudions des techniques d’analyse statique pour SPARQL, le langage standard pour l’interrogation des données du Web sémantique. Plus précisément, nous étudions le problème d’inclusion des requêtes et de l’analyse de l’indépendance entre les requêtes et la mise à jour de la base de graphes RDF.Nous sommes intéressés par le développement de techniques grâce à des réductions au problème de la satisfaisabilité de la logique.Nous nous traitons le problème d’inclusion des requêtes SPARQL en présence de l’opérateur OPTIONAL. L’optionalité est l’un des constructeurs les plus compliqués dans SPARQL et aussi celui qui rend ce langage plus expressif que les langages de requêtes classiques, comme SQL.Nous nous concentrons sur la classe de requêtes appelée "well-designed SPARQL", proposées dans la littérature comme un fragment du langage avec de bonnes propriétés en matière d’évaluation des requêtes incluent l’opération OPTIONAL. À ce jour, l’inclusion de requête a été testée à l’aide de différentes techniques: homomorphisme de graphes, bases de données canoniques, techniques de la théorie des automates et réduction au problème de la validité d’une logique. Dans cette thèse, nous utilisons la dernière technique pour tester l’inclusion des requêtes SPARQL avec OPTIONAL utilisant une logique expressive appelée «logique K». En utilisant cette technique, il est possible de régler le problème d’inclusion des requêtes pour plusieurs fragment de SPARQL, même en présence de schémas. Cette extensibilité n’est pas garantie par les autres méthodes.Nous montrons comment traduire a graphe RDF en un système de transitions, ainsi que une requête SPARQL en une formula K. Avec ces traductions, l’inclusion des requêtes dans SPARQL peut être réduite au test de la validité d’une formule logique. Un avantage de cette approche est d’ouvrir la voie pour des implémentations utilisant solveurs de satisfiabilité pour K.Nous présentons un banc d’essais de tests d’inclusion pour les requêtes SPARQL avec OPTIONAL. Nous avons effectué des expériences pour tester et comparer des solveurs d’inclusion de l’état de l’art.Nous présentons également un aperçu préliminaire du problème d’indépendance entre requête et mise à jour. Une requête est indépendante de la mise à jour lorsque l’exécution de la mise à jour ne modifie pas le résultat de la requête. Bien que ce problème ait été intensivement étudié pour des fragments de calcul relationnel, il n’existe pas de travaux pour le langage de requêtes standard pour le web sémantique. Nous proposons une définition de la notion de l’indépendance dans le contexte de SPARQL et nous établissons des premières pistes de analyse statique dans certains situations d’inclusion entre une requête et une mise à jour.


  • Résumé

    Static analysis is a core task in query optimization and knowledge base verification. We study static analysis techniques for SPARQL, the standard language for querying Semantic Web data. Specifically, we investigate the query containment problem and the query-update independence analysis. We are interested in developing techniques through reductions to the validity problem in logic.We address SPARQL query containment with optional matching. We focus on the class of well-designed SPARQL queries, proposed in the literature as a fragment of the language with good properties regarding query evaluation. SPARQL is interpreted over graphs, hence we encode it in a graph logic, specifically the modal logic K interpreted over label transition systems. We show that this logic is powerful enough to deal with query containment for the well-designed fragment of SPARQL. We show how to translate RDF graphs into transition systems and SPARQL queries into K-formulae. Therefore, query containment in SPARQL can be reduced to unsatisfiability in K.We also report on a preliminary overview of the SPARQL query-update problem. A query is independent of an update when the execution of the update does not affect the result of the query. Determining independence is especially useful in the contest of huge RDF repositories, where it permits to avoid expensive yet useless re-evaluation of queries. While this problem has been intensively studied for fragments of relational calculus, no works exist for the standard query language for the semantic web. We report on our investigations on how a notion of independence can be defined in the SPARQL context


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