EP2419840A1 - Verfahren und vorrichtung zum generieren einer rdf-datenbank für eine rdf-datenbankabfrage, sowie ein suchverfahren und eine suchvorrichtung zur rdf-datenbankabfrage - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum generieren einer rdf-datenbank für eine rdf-datenbankabfrage, sowie ein suchverfahren und eine suchvorrichtung zur rdf-datenbankabfrage

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Publication number
EP2419840A1
EP2419840A1 EP10712921A EP10712921A EP2419840A1 EP 2419840 A1 EP2419840 A1 EP 2419840A1 EP 10712921 A EP10712921 A EP 10712921A EP 10712921 A EP10712921 A EP 10712921A EP 2419840 A1 EP2419840 A1 EP 2419840A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
database
path distance
search
node
database query
Prior art date
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Ceased
Application number
EP10712921A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario DÖLLER
Gero BÄSE
Florian Markus Stegmaier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2419840A1 publication Critical patent/EP2419840A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/20—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor of structured data, e.g. relational data
    • G06F16/24—Querying
    • G06F16/242—Query formulation
    • G06F16/2433—Query languages
    • G06F16/2448—Query languages for particular applications; for extensibility, e.g. user defined types
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/90—Details of database functions independent of the retrieved data types
    • G06F16/901—Indexing; Data structures therefor; Storage structures
    • G06F16/9024—Graphs; Linked lists

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for generating a database for a database query. Furthermore, the invention relates to a search method and a search device for querying a database.
  • Information values are made available to users via databases today.
  • databases There are a variety of database languages with which the respective database can be described and queried in a structured manner.
  • a representative for describing databases with semantic relations is, for example, RDF / OWL (RDF - Resource Description Framework, OWL - Web Ontology Language) [1, 2].
  • RDF / OWL RDF - Resource Description Framework, OWL - Web Ontology Language
  • informational values in the form of nodes are described, with two nodes and one directed edge between the two nodes being referred to as RDF triples.
  • the two nodes represent a subject and an object and the directed edge a predicate.
  • the predicate generally defines a semantic relation between the subject and the object. This will be explained in more detail using an example according to FIG.
  • the node B represents the subject "person”
  • the node A represents the object "Mario”
  • the RDF triplet "BaA” reads "Person has name Mario”.
  • a concatenation of such RDF triplets leads to a graph structure which reproduces a directed graph, see, for example, FIG. 1. Triples are outlined in bold in FIG.
  • RDF / OWL can use a query language SPARQL (SPARQL - SPARQL Protocol and RDF Query Language) [3].
  • SPARQL SPARQL - SPARQL Protocol and RDF Query Language
  • a searched subgraph is realized by specifying all RDF triples involved. Therefore, to specify the above three RDF triplets, chains of RDF triplets including the RDF triplets framed in FIG. 2 must be specified. This approach requires that such a semantic database query is complex and time-consuming, since already in places of the database query an extensive knowledge of the structure of the database is needed.
  • the invention relates to a method for generating a database for providing information values by means of nodes and dependencies of information values by means ge ⁇ directed edges for a database query, the database is formed in the form of a directed graph through the nodes and the directed edges, where the following steps are performed:
  • the method achieves a reduction of the computing power in the search for specific triples, since a specification of the path distance achieves a reduction of the nodes to be examined.
  • a device for generating a database for providing information values by means of nodes and dependencies of the information values using directed edges for a database query is part of the invention, wherein the database is formed in the form of a directed graph by the nodes and by the directed edges the device comprises the following means:
  • the method for generating a database can be implemented.
  • part of the invention is a search method for determining an information value in a database, wherein the database can be generated according to methods for generating a database, in which the following steps are performed:
  • the search method achieves a reduction of the computing power in the search for specific triples in the database, since a specification of the path distance achieves a reduction of the nodes to be examined.
  • searching through the database for determining the database query takes into account those triples which have a maximum path distance of the path distance specified in the search pattern to the node specified in the search pattern.
  • the computing performance for performing the database query can be further reduced if, when searching the database for determining the database query, those triples are taken into account which have a path distance of exactly the path distance specified in the search pattern to the node specified in the search pattern.
  • a value zero for the path distance in the search pattern is processed such that this path distance is set to at least one maximum path distance occurring in the database. This allows a full search of all nodes and triplets of the database regardless of the maximum occurring path distance.
  • part of the invention is a search device for
  • Determining an information value in a database wherein the database is generated according to the device for generating a database, comprising the following units:
  • First unit for generating a database query by means of a search pattern comprising an indication of the predeterminable node, the path distance and the triple to be determined;
  • Second database for searching the database for determining the database query, wherein the path distance specified in the search pattern is taken into account in the search;
  • Third unit for providing at least one of the information values of at least one of the triples, which fulfills the specification of the search pattern.
  • search method can be implemented. Further advantages, also for further developments of the search device are the respective corresponding features of the search method removable.
  • the second unit is further configured in such a way as to search through the
  • Database for determining the database query to take into account those triples having a maximum path distance of the path distance specified in the search pattern to the predetermined in the search pattern node.
  • the second unit may be further configured to consider, when searching the database for determining the database query, those triples having a path distance from exactly the path distance specified in the search pattern to the node specified in the search pattern.
  • the second unit is further configured such that a value zero for the path distance in the search pattern can be processed such that this path distance can be set at least to a maximum path distance occurring in the database.
  • Figure 1 A structure of a database with edges and nodes according to a standard RDF / OWL (prior art);
  • FIG. 2 A number of RDF triplets of the database to be considered in retrieving three RDF triplets (prior art);
  • FIG. 3 shows a structure of a database according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows a flowchart for creating the database according to FIG. 3;
  • FIG. 5 Flow chart for querying the database.
  • FIGS. 3 and 4 show an exemplary embodiment of the invention.
  • a database is to be created for a semantic annotation of temporal and spatial allocations of a person to one or more rooms.
  • FIG. 3 shows nodes and directed edges which can each receive specific information values or dependencies.
  • the following reference symbols are used:
  • directed edge for dependency aa "has name”
  • a step STA the method is started with the steps S1 to S5 in order to create a database DB.
  • a description specification DEF is read in which the assignment of two information values IA, IB with the associated dependency aa.
  • the description specification DEF can be in the form of a paper sheet or as an electronic file and, for example, by means of a description language XML (XML - eXtensible Markup Language) represent the respective assignment.
  • XML XML - eXtensible Markup Language
  • the description rule describes the assignments as pictorially illustrated in FIG.
  • step S2 the respective nodes A,..., G are formed for the respective information value IA,..., IG and the respective directed edges a,..., G for the dependencies aa,..., Gg.
  • the edges are directed because the node where the directional edge originates, for example, a subject, and the node where the directional edge terminates corresponds to an object, where the directed edge represents a semantic relation of both edges.
  • Two nodes connected to a directed edge and the associated directed edge are called triple TA, TF.
  • the predeterminable node AA comes from the set of nodes and is a starting point for a database query.
  • a path PF1 is formed by the predeterminable node AA to the triple TF to be determined during the database query.
  • PFl AA-b-C-c-D-e-F
  • PF2 AA-b-C-d-E-f-F
  • a length of the paths i. a path distance is determined by a number of directed edges in the respective path.
  • step S4 if there are several paths, the shortest path can be determined to be used subsequently. However, in the present example, both paths are the same length.
  • step S5 the path distance DIS is added to the triplets TF.
  • step END The flow chart according to FIG. 4 is ended in step END.
  • the invention also relates to a search method for determining an information value in the database DB. According to FIG. 5, this query is started in state STA.
  • a database query is generated by means of a search pattern.
  • the search pattern QY is the predeterminable node instead of a predefinable path, as is the case in the prior art with the query language SPARQL.
  • the associated information value, the distance to be considered in the search, and the triplet to be determined such as:
  • step S7 that starting from the information value (person) with a path distance of 3, the triple (place "has name” name) is searched for. In the search thus only the triples are taken into account, the one
  • Path distance of three In general, searching the database takes into account the path distance. Furthermore, the search method may determine the path that is least complex for the search.
  • At least one information value of the triples determined by the search is output in step S8. Furthermore, further information values of the determined triple and / or the dependency can also be displayed. In addition, special value characteristics for at least one of the elements of the triple can be queried in the search pattern. This is the search pattern QY eg.
  • step END The flow chart according to FIG. 5 is ended in step END.
  • the triplets of the individual types can be stored by means of tables.
  • involved tables In the evaluation of search patterns, that is to say of specifiable paths, involved tables must be linked together. The efficiency of the search depends essentially on the size of the tables and the respective selectivity.
  • a search may be limited to the path that requires few computational steps. This can then be the path that is the shortest, that is, has the smallest path distance. In this case, fewer triples have to be processed in order to get from the predeterminable node to the triple TF to be determined. Furthermore, an advantage can result from the fact that in the processing of the triples by means of tables that path is selected which has the smallest possible tables.
  • a table for the node D and another table for the node E are created. The table for node D contains a large number of entries and the table for node E contains only a small number of entries. Therefore, when using tables to implement the database, it is expedient to choose path PF2, which passes over node E and does not include node D. This reduces computational complexity.
  • the search pattern that is to say the predefinable path
  • the search pattern must be completely specified. In this case, a selection of paths leading from the predeterminable node to the triple TF to be determined is not possible.
  • the invention makes it possible for the search pattern to have only the elements which are essential to the search, and the search method based on this search pattern can determine the optimum path for evaluating the search.
  • a further advantage of the invention can be seen in the fact that a degree of detail in the database query can be set by specifying the distance in the search pattern. The greater the distance from the predeterminable node, the more detailed the degree of information. Thus, with the aid of the invention, it is also possible to specify a quality of the triple TF to be determined in the database query.
  • a value of zero for the path distance may indicate that the search is to be performed without restriction to the distance. This is advantageous because this way the
  • the method for generating the database can be carried out with the aid of five means M1, M2, M3, M4, M5 with the device VOR. Furthermore, the search method for determining an information value in the database by means of the units El, E2 and E4 are realized with the search device SVOR. These means and / or units may be implemented in hardware, software or a combination of hardware and software. In addition, the means and / or the units can be executed by means of a computer unit.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Generieren einer Datenbank. Hierbei werden Informationswerte mit Hilfe von Knoten und gerichteten Kanten, die Abhängigkeiten zwischen zwei Knoten bzw. Informationswerten beschreiben, in Form eines gerichteten Graphen zur Datenbankabfrage aufgebaut. Durch Verwendung einer Pfaddistanz, die eine Anzahl an gerichteten Kanten zwischen einem ausgewählten Knoten und einem Zieltupel, bestehend aus zwei mit einer gerichteten Kante verbundenen Knoten und der dazugehörigen gerichteten Kante, beschreibt, kann eine Reduktion einer Komplexität bei einer Datenbankabfrage und somit eine Beschleunigung der Datenbankabfrage erzielt werden. Die Erfindung umfasst ferner ein Suchverfahren und eine Suchvorrichtung zur Abfrage der beschriebenen Datenbank. Die Erfindung ist bspw. einsetzbar bei Überwachungseinrichtungen oder in medizinischen Datenbanken. Ferner kann die Erfindung für Datenbanken eingesetzt werden, die dynamisch erweitert werden, bspw. durch neue Ereignisse in der Überwachungseinrichtung.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM GENERIEREN EINER RDF-DATENBANK FÜR EINE RDF-DATENBANKABFRAGE, SOWIE EIN SUCHVERFAHREN UND EINE SUCHVORRICHTUNG ZUR RDF-DATENBANKABFRAGE
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Generieren einer Datenbank für eine Datenbankabfrage. Ferner betrifft die Erfindung ein Suchverfahren und eine Suchvor- richtung zum Abfragen einer Datenbank.
Informationswerte, wie Flugdaten oder Börsenkurse, werden heute mittels Datenbanken einem Benutzer zur Verfügung gestellt. Hierzu gibt es eine Vielzahl von Datenbanksprachen, mit denen die jeweilige Datenbank strukturiert beschrieben und abgefragt werden kann. Ein Vertreter zur Beschreibung von Datenbanken mit semantischen Relationen ist beispielsweise RDF/OWL (RDF - Resource Description Framework, OWL - Web On- tology Language) [1, 2] . Hierbei werden Informationswerte in Form von Knoten beschrieben, wobei jeweils zwei Knoten und eine gerichtete Kante zwischen den zwei Knoten als RDF-Tripel bezeichnet werden. Dabei repräsentieren die zwei Knoten ein Subjekt und ein Objekt und die gerichtete Kante ein Prädikat. Hierbei definiert das Prädikat im Allgemeinen eine semanti- sehe Relation zwischen dem Subjekt und dem Objekt. Dies soll an einem Beispiel gemäß Figur 1 näher erläutert werden. Dabei repräsentiert der Knoten B das Subjekt "Person", der Knoten A das Objekt "Mario" und die gerichtet Kante a das Prädikat "hat Namen". Somit liest sich das RDF-Tripel "BaA" zu "Person hat Namen Mario". Eine Verkettung solcher RDF-Tripels führt zu einer Graphenstruktur, die einen gerichteten Graphen wiedergibt, siehe bspw. Figur 1. Triples sind in Figur 1 fett umrandet .
Zur Abfrage eines Informationswertes der Datenbank gemäß
RDF/OWL kann eine Abfragesprache SPARQL (SPARQL - SPARQL Pro- tocol and RDF Query Language) [3] dienen. Hierzu wird ausgehend von einem vorgebbaren Knoten, also einem bestimmten In- formationswert, ein oder mehrere RDF-Tripels der Datenbank gesucht, siehe bspw. in Figur 1 die fett umrandeten RDF- Tripels (BaA, HjJ, IkK) . Zur Abfrage dieser RDF-Tripels, also einer semantischen Anfrage, wird ein gesuchter subgraph durch Angabe aller involvierten RDF-Tripels realisiert. Um die oben genannten drei RDF-Tripels anzugeben müssen daher Ketten von RDF-Tripels umfassend die in Figur 2 umrandeten RDF-Tripels spezifiziert werden. Diese Vorgehensweise bedingt, dass eine derartige semantische Datenbankabfrage komplex und zeitauf- wendig ist, da bereits bei Stellen der Datenbankabfrage eine umfangreiche Kenntnis der Struktur der Datenbank von Nöten ist.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und ei- ne Vorrichtung zum Generieren einer Datenbank für eine Datenbankabfrage, sowie ein Suchverfahren und eine Suchvorrichtung zum Abfragen einer Datenbank anzugeben, die eine Reduktion der Komplexität bei der Datenbankabfrage ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Generieren einer Da- tenbank zum Bereitstellen von Informationswerten mittels Knoten und von Abhängigkeiten der Informationswerte mittels ge¬ richteter Kanten für eine Datenbankabfrage, wobei durch die Knoten und durch die gerichteten Kanten die Datenbank in Form eines gerichteten Graphen gebildet wird, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden:
a) Einlesen einer Beschreibungsvorschrift, die die Zuordnung von jeweils zwei Informationswerten mit der dazugehörigen Abhängigkeit angibt;
b) Erstellen des jeweiligen Knotens für den jeweiligen Informationswert und der jeweiligen gerichteten Kante für die jeweilige Abhängigkeit; c) Erzeugen des gerichteten Graphen ausgehend von einem vorgebbaren Knoten der Knoten auf Grundlage der Beschreibungs¬ vorschrift, wobei jeweils zwei der Knoten und der die jewei- ligen Knoten verbindende gerichtete Kante als Tripel gekenn¬ zeichnet werden;
d) Bestimmen von zumindest einem Pfad von dem vorgebbaren Knoten zu einem in der Datenbankabfrage zu ermittelnden Tri- pel;
e) Generieren einer jeweiligen Pfaddistanz des jeweiligen Pfades, wobei die jeweilige Pfaddistanz eine Anzahl an ge¬ richteten Kanten von dem vorgebbaren Knoten zu dem zu ermit- telnden Tripel angibt, wobei die jeweilige Pfaddistanz bei der Datenbankabfrage ausgehend von dem vorgebbaren Knoten ausgewertet werden kann.
Durch das Verfahren wird eine Reduktion der Rechenleistung bei der Suche nach bestimmten Tripel erreicht, da durch die Angabe der Pfaddistanz eine Reduktion der zu untersuchenden Knoten erreicht wird.
Ferner ist eine Vorrichtung zum Generieren einer Datenbank zum Bereitstellen von Informationswerten mittels Knoten und von Abhängigkeiten der Informationswerte mittels gerichteter Kanten für eine Datenbankabfrage Teil der Erfindung, wobei durch die Knoten und durch die gerichteten Kanten die Datenbank in Form eines gerichteten Graphen gebildet wird, bei dem die Vorrichtung folgende Mittel umfasst:
a) Erstes Mittel zum Einlesen einer Beschreibungsvorschrift, die die Zuordnung von jeweils zwei Informationswerten mit der dazugehörigen Abhängigkeit angibt;
b) Zweites Mittel zum Erstellen des jeweiligen Knotens für den jeweiligen Informationswert und der jeweiligen gerichte¬ ten Kante für die jeweilige Abhängigkeit; c) Drittes Mittel zum Erzeugen des gerichteten Graphen ausgehend von einem vorgebbaren Knoten der Knoten auf Grundlage der Beschreibungsvorschrift, wobei jeweils zwei der Knoten und der die jeweiligen Knoten verbindende gerichtete Kante als Tripel gekennzeichnet werden;
d) Viertes Mittel zum Bestimmen von zumindest einem Pfad von dem vorgebbaren Knoten zu einem in der Datenbankabfrage zu ermittelnden Tripel;
d) Fünftes Mittel zum Generieren einer jeweiligen Pfaddistanz des jeweiligen Pfades, wobei die jeweilige Pfaddistanz eine Anzahl an gerichteten Kanten von dem vorgebbaren Knoten zu dem zu ermittelnden Tripel angibt, wobei die jeweilige Pfad¬ distanz bei der Datenbankabfrage ausgehend von dem vorgebba¬ ren Knoten ausgewertet werden kann.
Mit Hilfe der Vorrichtung ist das Verfahren zum Generieren einer Datenbank implementierbar.
Des Weiteren ist Teil der Erfindung ein Suchverfahren zur Ermittlung eines Informationswertes in einer Datenbank, wobei die Datenbank gemäß Verfahren zum Generieren einer Datenbank generiert werden kann, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden :
Erzeugen einer Datenbankabfrage mittels eines Suchmusters um¬ fassend eine Angabe des vorgebbaren Knotens, der Pfaddistanz und des zu ermittelnden Tripels;
Durchsuchen der Datenbank zur Ermittlung der Datenbankabfrage, wobei die in dem Suchmuster angegebene Pfaddistanz bei der Durchsuche berücksichtigt wird;
Bereitstellen zumindest einer der Informationswerte zumindest eines der Tripel, das die Vorgabe des Suchmusters erfüllt. Durch das Suchverfahren wird eine Reduktion der Rechenleistung bei der Suche nach bestimmten Tripel in der Datenbank erreicht, da durch die Angabe der Pfaddistanz eine Reduktion der zu untersuchenden Knoten erreicht wird.
In einer Weiterbildung des Suchverfahrens werden bei dem Durchsuchen der Datenbank zur Ermittlung der Datenbankabfrage diejenigen Tripel berücksichtigt, die eine Pfaddistanz von maximal der in dem Suchmuster angegebenen Pfaddistanz zu dem in dem Suchmuster vorgegebenen Knoten aufweisen. Hierdurch kann eine weitere Reduktion der Rechenleistung zum Durchführen der Datenbankabfrage erzielt werden, da eine Anzahl an zur Suche zu berücksichtigenden Tripel weiter reduziert wird.
Zudem kann die Rechenleistung zum Durchführen der Datenbankabfrage noch weiter reduziert werden, wenn bei dem Durchsuchen der Datenbank zur Ermittlung der Datenbankabfrage diejenigen Tripel berücksichtigt werden, die eine Pfaddistanz von genau der in dem Suchmuster angegebenen Pfaddistanz zu dem in dem Suchmuster vorgegebenen Knoten aufweisen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Suchverfahrens wird ein Wert Null für die Pfaddistanz in dem Suchmuster derart verarbeitet wird, dass diese Pfaddistanz auf zumindest eine maximale in der Datenbank vorkommende Pfaddistanz gesetzt. Dies ermöglicht eine Vollsuche aller Knoten und Tripel der Datenbank unabhängig von der maximalen vorkommenden Pfaddistanz .
Schließlich ist Teil der Erfindung eine Suchvorrichtung zur
Ermittlung eines Informationswertes in einer Datenbank, wobei die Datenbank gemäß der Vorrichtung zum Generieren einer Datenbank generiert ist, die folgende Einheiten aufweist:
Erste Einheit zum Erzeugen einer Datenbankabfrage mittels eines Suchmusters umfassend eine Angabe des vorgebbaren Knotens, der Pfaddistanz und des zu ermittelnden Tripels; Zweite Einheit zum Durchsuchen der Datenbank zur Ermittlung der Datenbankabfrage, wobei die in dem Suchmuster angegebene Pfaddistanz bei der Durchsuche berücksichtigbar ist;
Dritte Einheit zum Bereitstellen zumindest einer der Informationswerte zumindest eines der Tripel, das die Vorgabe des Suchmusters erfüllt.
Mit Hilfe der Suchvorrichtung ist das Suchverfahren implemen- tierbar. Weitere Vorteile, auch für Weiterbildungen der Suchvorrichtung sind den jeweils korrespondierenden Merkmalen des Suchverfahrens entnehmbar.
In einer Weiterbildung der Suchvorrichtung ist ferner die zweite Einheit derart ausgebildet, bei dem Durchsuchen der
Datenbank zur Ermittlung der Datenbankabfrage diejenigen Tripel zu berücksichtigen, die eine Pfaddistanz von maximal der in dem Suchmuster angegebenen Pfaddistanz zu dem in dem Suchmuster vorgegebenen Knoten aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ dazu kann die zweite Einheit ferner derart ausgebildet sein, bei dem Durchsuchen der Datenbank zur Ermittlung der Datenbankabfrage diejenigen Tripel zu berücksichtigen, die eine Pfaddistanz von genau der in dem Suchmuster angegebenen Pfaddistanz zu dem in dem Suchmuster vorgegebenen Knoten aufweisen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Suchvorrichtung ist ferner die zweite Einheit derart ausgebildet, dass ein Wert Null für die Pfaddistanz in dem Suchmuster derart verarbeitbar ist, dass diese Pfaddistanz zumindest auf eine maximale in der Datenbank vorkommende Pfaddistanz einstellbar ist.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand von Fi- guren näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 Eine Struktur einer Datenbank mit Kanten und Knoten gemäß einem Standard RDF/OWL (Stand der Technik) ;
Figur 2 Eine Anzahl von RDF-Tripels der Datenbank, die bei der Abfrage dreier RDF-Tripels zu berücksichtigen sind (Stand der Technik) ;
Figur 3 Eine Struktur einer Datenbank gemäß einem Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung;
Figur 4 Ablaufdiagramm zur Erstellung der Datenbank gemäß Figur 3;
Figur 5 Ablaufdiagramm zur Abfragen der Datenbank.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkung sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Figuren 3 und 4 zeigen ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung, Dabei soll im Rahmen einer Uberwachungsanwendung in einem Gebäude eine Datenbank für eine semantische Annotierung von zeitlichen und raumlichen Zuordnungen einer Person zu einem oder mehreren Räumen erstellt werden. Figur 3 zeigt dabei Knoten und gerichtete Kanten, die jeweils bestimmte Informa- tionswerte bzw. Abhängigkeiten aufnehmen können. In Figur 3 werden dabei folgende Bezugszeichen verwendet:
A: Knoten für den Informationswert IA=Name
B: Knoten für den Informationswert IB=Person
C: Knoten für den Informationswert IC=Position
D: Knoten für den Informationswert ID=Zeitlich
E: Knoten für den Informationswert IE=Ortlich
F: Knoten für den Informationswert IF=Ort
G: Knoten für den Informationswert IG=Name
a: gerichtete Kante für Abhängigkeit aa="hat Name" b: gerichtete Kante für Abhängigkeit bb="hat Position" c: gerichtete Kante für Abhängigkeit cc="hat zeitliche Position" d: gerichtete Kante für Abhängigkeit dd="hat örtliche Position" e: gerichtete Kante für Abhängigkeit ee="hat befindet sich" f : gerichtete Kante für Abhängigkeit ff="hat örtliche Region" g: gerichtete Kante für Abhängigkeit gg="hat Name"
In einem Schritt STA wird das Verfahren mit den Schritten Sl bis S5 gestartet, um eine Datenbank DB zu erstellen.
Im Schritt Sl wird eine Beschreibungsvorschrift DEF, die die Zuordnung von jeweils zwei Informationswerten IA, IB mit der dazugehörigen Abhängigkeit aa eingelesen. Die Beschreibungs- Vorschrift DEF kann in Form eines Papierblatts oder als elektronische Datei ausgestaltet sein und beispielsweise mittels einer Beschreibungssprache XML (XML - eXtensible Markup Language) die jeweiligen Zuordnung darstellen. In diesem Beispiel beschreibt die Beschreibungsvorschrift die Zuordnungen wie sie bildhaft in Figur 3 dargestellt sind.
Im Schritt S2 werden die jeweiligen Knoten A, ..., G für den jeweiligen Infomationswert IA, ..., IG und die jeweiligen gerichteten Kanten a, ... , g für die Abhängigkeiten aa, ... , gg gebildet. Die Kanten sind gerichtet, da der Knoten, an dem die gerichtete Kante entspringt bspw. einem Subjekt, und der Knoten, an dem die gerichtete Kante endet einem Objekt entspricht, wobei die gerichtete Kante eine semantische Relation beider Kanten repräsentiert. Zwei Knoten, die mit einer ge- richteten Kante verbunden sind, und die dazugehörige gerichtete Kante werden Tripel TA, TF bezeichnet.
In einem nächsten Schritt S3 wird dann ausgehend ein einem vorgebbaren Knoten AA=B ein gerichteter Graph TR aus den Kno- ten und gerichtete Kanten auf Basis der Beschreibungsvorschrift gebildet. Der vorgebbare Knoten AA stammt aus der Menge der Knoten und ist ein Ausgangspunkt für eine Datenbankabfrage . Dabei kann das Ausfuhrungsbeispiel in einer konkreten Ausprägung, also in einer Instanz, folgendermaßen lauten: Person = erste Person "hat Name" Name = Werner - Person = erste Person "hat Position" Position = 15
Position = 15 "hat zeitliche Position" Zeitlich = 12:05 Uhr
Position = 15 "hat ortliche Position" Ortlich = 48° 8' NB, 11° 34' OL (NB=nordliche Breite, OL=ostliche Lange) - Ortlich = 48°8' NB, 11°34' OL "hat ortliche Region" Ort = erster Raumabschnitt
Zeitlich = 12:05 Uhr "befindet sich" Ort = erster Raumabschnitt
Ort = erster Raumabschnitt "hat Name" Name = Eingangsbe- reich
Hierbei geht es um die Überwachung von großen Räumen in mehreren zu überwachenden Orten, d.h. Regionen. Jedes Mal wenn eine Person in eine Region tritt kann eine Instanz in der Da- tenbank angelegt werden. Allgemein existiert zumindest eine konkrete Ausprägung in der Datenbank DB.
In einem nächsten Schritt S4 wird ein Pfad PFl von dem vorgebbaren Knoten AA zu dem bei der Datenbankabfrage zu ermit- telnden Tripel TF gebildet. Im vorliegenden Ausfuhrungsbeispiel gibt es von dem vorgebbaren Knoten AA zu dem Knoten F des Tripels TF folgende Pfade PFl, PF2 :
PFl = AA-b-C-c-D-e-F PF2 = AA-b-C-d-E-f-F
Eine Lange der Pfade, d.h. eine Pfaddistanz, wird durch eine Anzahl an gerichteten Kanten in dem jeweiligen Pfad bestimmt. Im vorliegenden Beispiel ist die Pfaddistanz DIS des Pfads PFl DIS1=3 und des Pfades PF2 DIS2=3.
In einer optionalen Erweiterung kann im Schritt S4 bei vorliegen mehrere Pfade der kürzeste Pfad bestimmt werden, der nachfolgend verwendet werden soll. In dem vorliegenden Beispiel sind jedoch beide Pfade gleich lang.
In einem nachfolgenden Schritt S5 wird den Tripeln TF die Pfaddistanz DIS hinzugefügt. Das Ablaufdiagramm gemäß Figur 4 wird im Schritt END beendet.
Die Erfindung betrifft auch ein Suchverfahren zur Ermittlung eines Informationswertes in der Datenbank DB. Gemäß Figur 5 wird diese Abfrage im Zustand STA gestartet.
In einem Schritt S6 wird eine Datenbankabfrage mittels eines Suchmusters erzeugt. Hierbei wird bei der Datenbankabfrage als Suchmuster QY anstelle eines vorgebbaren Pfades, wie es im Stand der Technik bei der Abfragesprache SPARQL der Fall ist, der vorgebbare Knoten, d.h. der dazugehörige Informationswert, die in der Suche zu berücksichtigende Distanz und das zu ermittelnde Tripel beschrieben, wie beispielsweise:
QY = "(Person) [3] (Ort "hat Name" Name)"
Das bedeutet, wie im Schritt S7 dargestellt, dass ausgehend von dem Informationswert (Person) mit einer Pfaddistanz von 3 das Tripel (Ort "hat Name" Name) gesucht wird. Bei der Suche werden somit nur noch die Tripel berücksichtigt, die eine
Pfaddistanz von drei aufweisen. Im Allgemeinen wird bei der Suche in der Datenbank die Pfaddistanz berücksichtigt. Ferner kann das Suchverfahren denjenigen Pfad bestimmen, der für die Suche am wenigsten komplex ist.
Als Ergebnis der Suche wird im Schritt S8 zumindest der eine Informationswert der durch die Suche ermittelten Tripels ausgegeben. Ferner können auch weitere Informationswerte des ermittelten Tripels und/oder die Abhängigkeit dargestellt wer- den. Zudem können in dem Suchmuster spezielle Werteausprägungen für zumindest eines der Elemente des Tripels abgefragt werden. So lautet das Suchmuster QY bspw.
QY = "(Person) [3] (Ort "hat Name" Name=λΕingangsbereich") "
Hierbei werden diejenigen Orte in der Datenbank gesucht, die als spezifische Werteausprägung des Namens „Eingangsbereich" aufweisen .
Ferner können bei der Durchsuchung der Datenbank diejenigen Tripel berücksichtigt werden, die genau oder maximal der in dem Suchmuster angegebenen Pfaddistanz DIST von dem in dem Suchmuster angegebenen vorgebbaren Knoten AA Distanz aufwei- sen. Des Weiteren kann mit Hilfe eines Wertes Null in der in dem Suchmuster angegebenen Pfaddistanz DIST=O dem Suchverfahren mitgeteilt werden, dass alle Knoten der Datenbank zu durchsuchen sind.
Das Ablaufdiagramm gemäß Figur 5 wird im Schritt END beendet.
Im Stand der Technik können die Tripel der einzelnen Typen mittels Tabellen abgelegt werden. Bei der Auswertung von Suchmustern, also von vorgebbaren Pfaden, müssen involvierte Tabellen miteinander verknüpft werden. Die Effizienz der Suche hängt im Wesentlichen von der Größe der Tabellen und der jeweiligen Selektivität ab.
Im Gegensatz dazu kann bei einer Implementierung der vorlie- genden Erfindung eine Suche auf denjenigen Pfad begrenzt werden, der wenige Rechenschritte benötigt. Dies kann dann der Pfad sein, der am kürzesten ist, also die kleinste Pfaddistanz aufweist. In diesem Fall müssen weniger Tripel bearbeitet werden, um von dem vorgebbaren Knoten zur dem zu ermit- telnden Tripel TF zu gelangen. Ferner kann sich ein Vorteil dadurch ergeben, dass bei der Bearbeitung der Tripel mittels Tabellen derjenige Pfad ausgewählt wird, der möglichst kleine Tabellen aufweist. In vorliegen Beispiel gemäß Figur 3 ist bspw. eine Tabelle für den Knoten D und eine weitere Tabelle für den Knoten E erstellt werden. Die Tabelle für den Knoten D enthält eine große Anzahl von Einträgen und die Tabelle für den Knoten E nur eine dazu kleine Anzahl von Einträgen. Daher ist es bei der Verwendung von Tabellen zur Realisierung der Datenbank zweckmäßig den Pfad PF2 zu wählen, der über den Knoten E verläuft und den Knoten D nicht einschließt. Hierdurch wird eine Rechenkomplexität verringert.
Bei einer Abfrage gemäß dem Stand der Technik mittels SPARQL muss der das Suchmuster, also der vorgebbare Pfad vollständig angegeben werden. In diesem Fall ist eine Auswahl von Pfaden, die von dem vorgebbaren Knoten zu dem zu ermittelnden Tripel TF führen nicht möglich. Somit wird durch die Erfindung er- möglicht, dass das Suchmuster nur die zur Suche wesentlichen Elemente aufweist und das Suchverfahren auf Basis dieses Suchmustern den optimalen Pfad zur Auswertung der Suche bestimmen kann.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch Angabe der Distanz in dem Suchmuster ein Detaillierungsgrad bei der Datenbankabfrage eingestellt werden kann. Je größer die Distanz von dem vorgebbaren Knoten ist, desto detaillierter ist der Informationsgrad. Somit kann mit Hilfe der Erfindung auch eine Qualität des zu ermittelnden Tripel TF bei der Datenbankabfrage angegeben werden.
In einer Erweiterung kann ein Wert Null für die Pfaddistanz angeben, dass die Suche ohne Beschränkung auf die Distanz durchzuführen ist. Dies ist vorteilhaft, da hierdurch die
Möglichkeit eröffnet wird unabhängig von der Mächtigkeit der Datenbank, also ohne Kenntnis der maximal vorkommenden Pfaddistanz in der Datenbank, alle Tripel bei der Datenbankabfrage zu berücksichtigen.
Das Verfahren zum Generieren der Datenbank kann mit Hilfe von fünf Mittel Ml, M2, M3, M4 , M5 mit der Vorrichtung VOR durchgeführt werden. Ferner kann das Suchverfahren zur Ermittlung eines Informationswertes in der Datenbank mittels der Einheiten El, E2 und E4 mit der Suchvorrichtung SVOR realisiert werden. Diese Mittel und/oder Einheiten sind in Hardware, Software oder in einer Kombination aus Hard- und Software durchführbar. Zudem können die Mittel und/oder die Einheiten mittels einer Rechnereinheit ausgeführt werden.
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Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Generieren einer Datenbank (DB) zum Bereitstellen von Informationswerten (IA, ..., IG) mittels Knoten (A, ... , G) und von Abhängigkeiten (aa, ... , gg) der Informationswerte (IA, ..., IG) mittels gerichteter Kanten (a, ..., g) für eine Datenbankabfrage, wobei durch die Knoten (A, ..., G) und durch die gerichteten Kanten (a, ... , g) die Datenbank (DB) in Form eines gerichteten Graphen (TRE) gebildet wird, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden: a) Einlesen einer Beschreibungsvorschrift (DEF) , die die Zuordnung von jeweils zwei Informationswerten (IA, IB) mit der dazugehörigen Abhängigkeit (aa) angibt; b)Erstellen des jeweiligen Knotens (A, ..., G) für den jewei- ligen Informationswert (IA, ..., IG) und der jeweiligen gerichteten Kante (a, ..., g) für die jeweilige Abhängigkeit (aa, ... , gg) ; c) Erzeugen des gerichteten Graphen (TRE) ausgehend von einem vorgebbaren Knoten (AA) der Knoten (A, ... , G) auf Grundlage der Beschreibungsvorschrift (DEF), wobei jeweils zwei der
Knoten ((A,B), (F, G)) und der die jeweiligen Knoten ((A,B), (F, G)) verbindende gerichtete Kante (a, g) als Tripel (TA, TG) gekennzeichnet werden; d) Bestimmen von zumindest einem Pfad (PFl, PF2) von dem vor- gebbaren Knoten (AA) zu einem in der Datenbankabfrage zu ermittelnden Tripel (TG) ; e) Generieren einer jeweiligen Pfaddistanz (DISl, DIS2) des jeweiligen Pfades (PFl, PF2), wobei die jeweilige Pfaddistanz (DPFl, DPF2) eine Anzahl an gerichteten Kanten (a, ..., k) von dem vorgebbaren Knoten (AA) zu dem zu ermittelnden Tripel (TG) angibt, wobei die jeweilige Pfaddistanz (DPFl, DPF2) bei der Datenbankabfrage ausgehend von dem vorgebbaren Knoten (AA) ausgewertet werden kann.
2. Vorrichtung (VOR) zum Generieren einer Datenbank (DB) zum Bereitstellen von Informationswerten (IA, ..., IG) mittels Knoten (A, ... , G) und von Abhängigkeiten (aa, ... , gg) der Informationswerte (IA, ..., IG) mittels gerichteter Kanten (a, ..., g) für eine Datenbankabfrage, wobei durch die Knoten (A, ... , G) und durch die gerichteten Kanten (a, ... , g) die Datenbank (DB) in Form eines gerichteten Graphen (TRE) gebildet wird, bei dem die Vorrichtung folgende Mittel umfasst: a) Erstes Mittel (Ml) zum Einlesen einer Beschreibungsvorschrift (DEF), die die Zuordnung von jeweils zwei Informationswerten (IA, IB) mit der dazugehörigen Abhängigkeit (aa) angibt; b) Zweites Mittel (M2) zum Erstellen des jeweiligen Knotens (A, ..., G) für den jeweiligen Informationswert (IA, ..., IG) und der jeweiligen gerichteten Kante (a, ..., g) für die jeweilige Abhängigkeit (aa, ... , gg) ; c) Drittes Mittel (M3) zum Erzeugen des gerichteten Graphen (TRE) ausgehend von einem vorgebbaren Knoten (AA) der Knoten
(A, ..., G) auf Grundlage der Beschreibungsvorschrift (DEF), wobei jeweils zwei der Knoten ((A,B), (F, G)) und der die jeweiligen Knoten ((A,B), (F, G)) verbindende gerichtete Kante (a, g) als Tripel (TA, TG) gekennzeichnet werden; d) Viertes Mittel (M4) zum Bestimmen von zumindest einem Pfad (PFl, PF2) von dem vorgebbaren Knoten (AA) zu einem in der Datenbankabfrage zu ermittelnden Tripel (TG) ; d) Fünftes Mittel (M5) zum Generieren einer jeweiligen Pfaddistanz (DISl, DIS2) des jeweiligen Pfades (PFl, PF2), wobei die jeweilige Pfaddistanz (DPFl, DPF2) eine Anzahl an gerichteten Kanten (a, ... , k) von dem vorgebbaren Knoten (AA) zu dem zu ermittelnden Tripel (TG) angibt, wobei die jeweilige Pfaddistanz (DPFl, DPF2) bei der Datenbankabfrage ausgehend von dem vorgebbaren Knoten (AA) ausgewertet werden kann.
3. Suchverfahren zur Ermittlung eines Informationswertes (IF) in einer Datenbank (DB) , wobei die Datenbank (DB) gemäß Anspruch 1 generiert werden kann, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden: Erzeugen einer Datenbankabfrage mittels eines Suchmusters
(QY) umfassend eine Angabe des vorgebbaren Knotens (AA) , der Pfaddistanz (DIST) und des zu ermittelnden Tripels (TG) ; Durchsuchen der Datenbank (DB) zur Ermittlung der Datenbankabfrage, wobei die in dem Suchmuster (QY) angegebene Pfaddistanz (DIST) bei der Durchsuche berücksichtigt wird; Bereitstellen zumindest einer der Informationswerte (IF) zu- mindest eines der Tripel (TR) , das die Vorgabe des Suchmusters (QY) erfüllt.
4. Suchverfahren nach Anspruch 3, wobei bei dem Durchsuchen der Datenbank (DB) zur Ermittlung der Datenbankabfrage diejenigen Tripel berücksichtigt werden, die eine Pfaddistanz von maximal der in dem Suchmuster (QY) angegebenen Pfaddistanz (DIST) zu dem in dem Suchmuster (QY) vorgegebenen Knoten (AA) aufweisen.
5. Suchverfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei bei dem Durchsuchen der Datenbank (DB) zur Ermittlung der Datenbankabfrage diejenigen Tripel berücksichtigt werden, die eine Pfaddistanz von genau der in dem Suchmuster (QY) angegebenen Pfaddistanz (DIST) zu dem in dem Suchmuster (QY) vorgegebenen Knoten (AA) aufweisen.
6. Suchverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem ein Wert Null für die Pfaddistanz (DIST) in dem Suchmuster (QY) derart verarbeitet wird, dass diese Pfaddistanz (DIST) auf zumindest eine maximale in der Datenbank (DB) vorkommende Pfaddistanz (DISmax) gesetzt wird.
7. Suchvorrichtung (SVOR) zur Ermittlung eines Informationswertes (IF) in einer Datenbank (DB), wobei die Datenbank (DB) gemäß Anspruch 2 generiert ist, die folgende Einheiten um- fasst :
Erste Einheit (El) zum Erzeugen einer Datenbankabfrage mittels eines Suchmusters (QY) umfassend eine Angabe des vorgebbaren Knotens (AA) , der Pfaddistanz (DIST) und des zu ermit- telnden Tripels (TG) ;
Zweite Einheit (E2) zum Durchsuchen der Datenbank (DB) zur Ermittlung der Datenbankabfrage, wobei die in dem Suchmuster (QY) angegebene Pfaddistanz (DIST) bei dem Durchsuchen berücksichtigbar ist;
Dritte Einheit (E3) zum Bereitstellen zumindest einer der Informationswerte (IF) zumindest eines der Tripel (TR), das die Vorgabe des Suchmusters (QY) erfüllt.
8. Suchvorrichtung (SVOR) gemäß Anspruch 7, das ferner die zweite Einheit (E2) derart ausgebildet ist, bei dem Durchsuchen der Datenbank (DB) zur Ermittlung der Da- tenbankabfrage diejenigen Tripel zu berücksichtigen, die eine Pfaddistanz von maximal der in dem Suchmuster (QY) angegebenen Pfaddistanz (DIST) zu dem in dem Suchmuster (QY) vorgegebenen Knoten (AA) aufweisen.
9. Suchvorrichtung (SVOR) gemäß Anspruch 7 oder 8, das ferner die zweite Einheit (E2) derart ausgebildet ist, bei dem Durchsuchen der Datenbank (DB) zur Ermittlung der Datenbankabfrage diejenigen Tripel zu berücksichtigen, die eine Pfaddistanz von genau der in dem Suchmuster (QY) angegebenen Pfaddistanz (DIST) zu dem in dem Suchmuster (QY) vorgegebenen Knoten (AA) aufweisen.
10. Suchvorrichtung (SVOR) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, das ferner die zweite Einheit (E4) derart ausgebildet ist, dass ein Wert Null für die Pfaddistanz (DIST) in dem Suchmuster (QY) derart verarbeitbar ist, dass diese Pfaddistanz (DIST) zumindest auf eine maximale in der Datenbank (DB) vorkommende Pfaddistanz (DISmax) einstellbar ist.
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