rdf - SPARQL と Jena を使用して OWL クラス階層内のすべてのパスを取得する

Question

3 レベルの深さの階層を持つ RDF グラフがあります。owl:Thing推論を使用せずに、クラス階層のルート (つまり ) から第 3 レベルのクラスまでのすべてのパスを取得したいと考えています。たとえば、パス C ₁ → C ₂ → C ₃ はパスであり、各 C _i は階層の i^番目のレベルのクラスです。

グラフ内のオブジェクト プロパティを考慮せずに幅優先探索アルゴリズムを使用して、RDF グラフ内のすべてのパスを取得する必要があります。

Answer 1

次のようなデータが与えられた場合 (クラス名の長さは、階層内のクラスの深さを示します):

@prefix : <http://example.org/> .
@prefix rdfs: <http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#> .

:a a rdfs:Class .

:aa rdfs:subClassOf :a .
:ab rdfs:subClassOf :a .
:ac rdfs:subClassOf :a .

:aaa rdfs:subClassOf :aa .
:aab rdfs:subClassOf :aa .
:aac rdfs:subClassOf :aa .

:aaba rdfs:subClassOf :aab .
:aabb rdfs:subClassOf :aab .

:aba rdfs:subClassOf :ab .
:abb rdfs:subClassOf :ab .

SPARQL クエリを使用して、探しているパスを選択できます。

SPARQL クエリの使用

次のような SPARQL クエリを記述して、次の結果を得ることができます。

prefix : <http://example.org/>
prefix rdfs: <http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#>

select ?c1 ?c2 ?c3 where { 
  values ?c1 { :a }
  ?c1 ^rdfs:subClassOf ?c2 .
  OPTIONAL {
    ?c2 ^rdfs:subClassOf ?c3 .
  }
}
order by ?c3 ?c2 ?c1

-------------------
| c1 | c2  | c3   |
===================
| :a | :ac |      |
| :a | :aa | :aaa |
| :a | :aa | :aab |
| :a | :aa | :aac |
| :a | :ab | :aba |
| :a | :ab | :abb |
-------------------

カメラオントロジーの使用

このアプローチは、コメントで言及されているカメラ オントロジーで機能しますが、より深いクラス パスを処理するにはクエリを少し拡張する必要があります。したがって：

PREFIX rdfs: <http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#>
PREFIX owl: <http://www.w3.org/2002/07/owl#>
PREFIX : <http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#>

select * where { 
  values ?c1 { owl:Thing } 
  ?c1 ^rdfs:subClassOf ?c2 .
  OPTIONAL { 
    ?c2 ^rdfs:subClassOf ?c3 .
    OPTIONAL { 
      ?c3 ^rdfs:subClassOf ?c4 .
    }
  }
}
order by ?c4 ?c3 ?c2

-----------------------------------------------------------
| c1        | c2                | c3      | c4            |
===========================================================
| owl:Thing | :Money            |         |               |
| owl:Thing | :Range            |         |               |
| owl:Thing | :Window           |         |               |
| owl:Thing | :PurchaseableItem | :Body   |               |
| owl:Thing | :PurchaseableItem | :Lens   |               |
| owl:Thing | :PurchaseableItem | :Camera | :Digital      |
| owl:Thing | :PurchaseableItem | :Camera | :Large-Format |
-----------------------------------------------------------

イエナ API の使用

上記の SPARQL クエリは、幅優先トラバーサルから期待される順序でパスを生成しますが、実際には、ARQ が結果を生成する方法について保証はありません。サブクラスを取得するために Jena Model API を使用して、幅優先検索を直接実装することもできます。簡単な実装を次に示します。

import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
import java.util.ArrayList;
import java.util.LinkedList;
import java.util.List;
import java.util.Queue;

import com.hp.hpl.jena.rdf.model.Model;
import com.hp.hpl.jena.rdf.model.ModelFactory;
import com.hp.hpl.jena.rdf.model.Resource;
import com.hp.hpl.jena.rdf.model.StmtIterator;
import com.hp.hpl.jena.vocabulary.OWL;
import com.hp.hpl.jena.vocabulary.RDFS;

public class BFSInRDFWithJena {

    public static List<List<Resource>> BFS( final Model model, final Queue<List<Resource>> queue, final int depth ) {
        final List<List<Resource>> results = new ArrayList<>();
        while ( !queue.isEmpty() ) {
            final List<Resource> path = queue.poll();
            results.add( path );
            if ( path.size() < depth ) {
                final Resource last = path.get( path.size() - 1 );
                final StmtIterator stmt = model.listStatements( null, RDFS.subClassOf, last );
                while ( stmt.hasNext() ) {
                    final List<Resource> extPath = new ArrayList<>( path );
                    extPath.add( stmt.next().getSubject().asResource() );
                    queue.offer( extPath );
                }
            }
        }
        return results;
    }

    public static void main( final String[] args ) throws IOException {
        final Model model = ModelFactory.createDefaultModel();
        try ( final InputStream in = BFSInRDFWithJena.class.getClassLoader().getResourceAsStream( "camera.owl" ) ) {
            model.read( in, null );
        }

        // setup the initial queue
        final Queue<List<Resource>> queue = new LinkedList<>();
        final List<Resource> thingPath = new ArrayList<>();
        thingPath.add( OWL.Thing );
        queue.offer( thingPath );

        // Get the paths, and display them
        final List<List<Resource>> paths = BFS( model, queue, 4 );
        for ( List<Resource> path : paths ) {
            System.out.println( path );
        }
    }
}

[http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing]
[http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#PurchaseableItem]
[http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#Window]
[http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#Range]
[http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#Money]
[http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#PurchaseableItem, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#Camera]
[http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#PurchaseableItem, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#Lens]
[http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#PurchaseableItem, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#Body]
[http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#PurchaseableItem, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#Camera, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#Digital]
[http://www.w3.org/2002/07/owl#Thing, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#PurchaseableItem, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#Camera, http://www.xfront.com/owl/ontologies/camera/#Large-Format]