分散情報システム構成法第5回 Semantic Webの基本とRDF

(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

(2)

セマンティック

Webとは



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

文書・データ

メタデータ

about

理解

利用

アプリケーション



W3CセマンティックWebアクティビティ



http://www.w3.org/2001/sw/



「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」

（前回）

(3)

RDF

3



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

http://www.sfc.keio.ac.jp/~hagino/dis15

dc:title

資源

プロパティ

値

主語

述語

目的語

Web情報システム構成法

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．

（前回）

(4)

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

foaf:knows foaf:mbox foaf:name _{萩野達也} mailto:hagino@sfc... http://www.keio.ac... foaf:workplaceHomepage mailto:hsato@sfc... 佐藤宏之 http://www.sfc.keio.ac.jp/~hagino/dis15 Web情報システム構成法 foaf:mbox foaf:name dc:title dc:creator rdf:type foaf:Person rdf:type シラバスに関するRDFデータ FOAF(Friend of a Friend)のデータ

（前回）

(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

(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

(7)

Linked Open Data（LOD）

(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

(9)

アーキテクチャ（

1）

9



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

データベース

データベースエンジン（クエリエンジン）

アプリケーション

ＲＤＦデータストア

表

グラフデータ

アプリケーション

(10)

アーキテクチャ（２）

ＲＤＦファイルＷｅｂページ、エクセル表、既存のデータベースなどデータベースエンジン（クエリエンジン）

アプリケーション

ＲＤＦデータストアで統合して扱われるシリアライザパーサＲＤＦファイルＲＤＦデータストアデータベースエンジン（クエリエンジン）コンバータ/ スクレイパ既存のデータを取り込むファイルの形でも他のシステムにデータを渡せる別システム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ＲＤＦファイル

(11)

RDFのテキスト形式は複数ある

11



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



…

http://web.sfc.keio.ac.jp/~hagino/dis15

dc:title

Web情報システム構成法

萩野達也

dc:creator

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

(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

<http://web.sfc.keio.ac.jp/~hagino/dis15> <http://purl.org/dc/terms/title> "Web情報システム構成法" . <http://web.sfc.keio.ac.jp/~hagino/dis15> <http://purl.org/dc/terms/creator> "萩野達也" .

参考：RDF Test Cases

3. N-Triples

(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のサブセット

13

※Turtleでも同様

See：Tim Berners-Lee, Primer: Getting into RDF & Semantic Web using N3

http://www.w3.org/2000/10/swap/Primer.html

神崎正英, Notation3：RDFの簡易表記から論理表現まで

http://www.kanzaki.com/docs/sw/n3.html

@prefix dc: <http://purl.org/dc/terms/> .

<http://web.sfc.keio.ac.jp/~hagino/dis15> dc:title "Web情報システム構成法" ; dc:creator "萩野達也" .

(14)

RDF/XMLによる表現

参考：RDF/XML Syntax Specification (Revised)

http://www.w3.org/TR/REC-rdf-syntax/

神崎正英, RDF -- リソース表現のフレームワーク

http://www.kanzaki.com/docs/sw/rdf-model.html

<?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.keio.ac.jp/~hagino/dis15">

<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>

(15)

ブランクノード

15 

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

http://web.sfc.keio.ac.jp/~hagino/dis13

dc:title

分散情報システム構成法

萩野達也

foaf:name

foaf:mbox

mailto:hagino@sfc...

dc:creator

N3で表現（Turtleでも同様）

※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

@prefix dc: <http://purl.org/dc/terms/> . @prefix foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> . <http://web.sfc.keio.ac.jp/~hagino/dis15> dc:title "Web情報システム構成法" ;

dc:creator [ foaf:name "萩野達也" ;

(16)

RDF Validator



W3C RDF Validation Service



http://www.w3.org/RDF/Validator/



RDF/XMLのチェックと視覚化

(17)

RDF Validation Service

17



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

(18)

<?xml version="1.0"?> <rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:s="http://example.jpschema/"> <rdf:Description rdf:about="http://example.jp/doc.html"> <s:creator> <rdf:Description> <s:name>藤沢太郎</s:name> <s:Email>taro@example...</s:Email> </rdf:Description> </s:creator> </rdf:Description> </rdf:RDF> <?xml version="1.0"?> <rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#" xmlns:s="http://example.jp/schema/"> <rdf:Description rdf:about="http://example.jp/doc.html"> <s:creator s:name="藤沢太郎" s:Email="taro@example..." /> </rdf:Description> </rdf:RDF> rdf:RDF rdf:Description rdf:about=“…doc.html” s:creator rdf:Description s:name s:Email s:creator s:name="藤沢太郎"

XMLパーサによる解析

（ツリー構造のデータモデル）

RDFパーサによる解析

（グラフ構造のデータモデル） …doc.html 藤沢太郎 taro@example... 藤沢太郎 taro@example... s:name s:Email s:creator …doc.html 藤沢太郎 taro@example... s:name s:Email s:creator rdf:RDF rdf:Description rdf:about=“…doc.html” 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 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同じ意味を異なる表現で表した XMLで記述されたRDF

(a) fujisawa.rdf

(b) fujisawa2.rdf

RDFパーサによるグラフ構造の解析

※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

(19)

RDFのデータストア／データベース

19



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



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

アプリケーション

ＲＤＦデータストアで統合して扱われる

(20)

クエリ

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

RDFクエリエンジン

（セマンティックWebの

ミドルウェア）

アプリケーションプログラム

RDFデータベース

API

http://www.example... /swbook http://www.example... /swbook セマンティックWeb入門 dc:title SELECT ?title WHERE dc:title dc:creator _藤沢太郎

?title

クエリとデータベース中のRDFのグラフ構造がマッチ

クエリの結果

title

セマンティックWeb入門変数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

(21)

SPARQL

21



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

"[email protected]"

クエリ結果

（グラフパターンの変数 who，

whom，addrmの値を提示）

(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）

@prefix foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> . _:a foaf:name "Johnny Lee Outlaw" .

_:a foaf:mbox <mailto:[email protected]> . _:b foaf:name "Peter Goodguy" .

_:b foaf:mbox <mailto:[email protected]> .

PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> SELECT ?name, ?mbox

WHERE { ?x foaf:name ?name . ?x foaf:box ?mbox }

データ

クエリ

name mbox

"Johnny Lee Outlaw" <mailto:[email protected]> "Peter Goodguy" <mailto:[email protected]>

クエリ結果

変数

トリプル

パターン

(23)

SPARQLクエリ仕様（値の制約）

23

@prefix dc: <http://purl.org/dc/terms/> . @prefix : <http://example.org/book/> . @prefix ns: <http://example.org/ns#> . :book1 dc:title "SPARQL Tutorial" . :book1 ns:price 42 .

:book2 dc:title "The Semantic Web" . :book2 ns:price 23 .

データ

クエリ

クエリ結果

値の制約

（priceの値

が30.5未満

のパターンの

みマッチ）

PREFIX dc: <http://purl.org/dc/terms/> PREFIX ns: <http://example.org/ns#> SELECT ?title ?price

WHERE { ?x ns:price ?price . FILTER (?price < 30.5) ?x dc:title ?title . }

title

price

(24)

SPARQLクエリ仕様（オプショナルマッチング）

@prefix foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> .

@prefix rdf: <http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#> . _:a rdf:type foaf:Person .

_:a foaf:name "Alice" .

_:a foaf:mbox <mailto:[email protected]> . _:b rdf:type foaf:Person .

_:b foaf:name "Bob" .

データ

クエリ

クエリ結果

PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> 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

果は得られる）

name mbox "Alice" <mailto:[email protected]> "Bob"

(25)

DBpediaのSPARQLエンドポイント

25



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



http://dbpedia.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.org/sparql



日本語版のDBpediaも公開された



http://ja.dbpedia.org/

実際にSPARQLクエリを発行して動作を確認してみたい

(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

(27)

構造化データを

Webページに埋め込む

27



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



http://www.w3.org/TR/rdfa-core/



Microdata



http://www.w3.org/html/wg/drafts/microdata/master/



microformats



http://microformats.org/

John knows

<a

about="mailto:[email protected]"

rel="foaf:knows"

href="mailto:[email protected]">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

John knows

Sue

.

Webブラウザで

人間が見ると

<mailto:[email protected]> foaf:knows <mailto:[email protected]> .

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

(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）



http://support.google.com/webmasters/bin/answer.py?hl=ja&answer=9

9170&topic=1088472&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



http://support.google.com/webmasters/bin/answer.py?hl=ja&answer=1

73839&topic=1088473&ctx=topic

(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

29

分散情報システム構成法 第5回 Semantic Webの基本とRDF

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

セマンティック

Webとは



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

文書・データ

about

理解

利用

アプリケーション

W3CセマンティックWebアクティビティ

http://www.w3.org/2001/sw/

「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」

（前回）

RDF

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

dc:title

資源

プロパティ

値

主語

述語

目的語

Web情報システム構成法

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．

（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

（前回）

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

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

分散情報システム構成法第5回 Semantic Webの基本とRDF

萩野達也