Title

layout: true
<slide-template title="Vorlesung Cloud- und Web-Technologien (CS3140)" subtitle="Einführung in das Semantic Web, RDF und SPARQL"></slide-template>

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<title-slide title="Cloud- und Web-Technologien" modulenumber="(CS3140)"></title-slide>

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# Chronologische Übersicht über die Themen
<webinfo-overview-new current="2"></webinfo-overview-new>

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# Überblick über die Vorlesung

- .darkblue[Einführung] in das Semantic Web
- .darkblue[Überblick über die Standards]<br/>des Semantic Webs
- Das .darkblue[Datenmodell] des Semantic Webs
- Die .darkblue[Anfragesprache] des Semantic Webs

---

# World Wide Web (WWW): Bestandsaufnahme

- meist verwendeter Dienst im Internet
- Ca. 50 Milliarden Dokumente (geschätzt)

.center.smaller-font[
<img src="http://www.worldwidewebsize.com/Graph_v1.php?corpus=0&Last=730" border="0" align="top" width="50%" onerror="imgError(this,'../../img/sw/NumberOfWebsites.png');"></img>
<br/>
**GB:** Sorted on Google and Bing 
**BG:** Sorted on Bing and Google
<br/>
**Source:** [www.worldwidewebsize.com](http://www.worldwidewebsize.com)
]

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<slide-acknowledgment lecture="Web-Technologie" author="Benno Stein" url="https://www.uni-weimar.de/de/medien/professuren/medieninformatik/webis/teaching/lecturenotes/#web-technology"></slide-acknowledgment>

# Besonderheiten des WWW

- Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
  * Jeder Rechner kann weltweit Informationsquelle sein
- Hypertext Markup Language (HTML), <br/>Extensible Markup Language (XML).darkgray[, Javascript]
  * Standards für die Darstellung und Verknüpfung von Informationen .darkgray[/ für die Code-Ausführung im Browser]
- Web-Services
  * Jeder Rechner kann weltweit einen Dienst anbieten

<span class="material-icons"></span> .darkblue[Metadaten für] die Beschreibung von .darkblue[Semantik]: stark wachsender Bedarf .darkgray[(und Präsenz)]

---

# Herausforderungen für das WWW

<table>
<tr>
<td style="width:40%;">
<img src="../../img/sw/GoogleIfis.png" align="top" width="100%"></img>
</td>
<td>
.condensed[
- .darkblue[Information Retrieval]
  * Synonyme .darkgray[(zu wenige Resultate)]
  * Homonyme <br/> .darkgray[(ungewollte Resultate)]
  * Keine Kontexteingrenzung
- Bedeutung von .darkblue[Ontologien]
  * Begriffsfindung/-abgrenzung
  * Kontextanalyse
  * .darkgray[Automatische] Anfrageverfeinerung
  * dokumentenübergreifende Beantwortung von Anfragen 
      + Stichworte: <br/> Textsynthese, Summarization
]
</td>
</tr>
</table>

---

# Herausforderungen für das WWW

<table>
<tr>
<td style="width:50%;">
<img src="../../img/sw/WebAndDataScience.png" align="top" width="100%"></img>
</td>
<td>
.condensed[
- .darkblue[Informationsextraktion]
  * nur von Menschen .darkgray[(gut)] durchführbar
  * Erkennung von Genre .darkgray[(Texttypen)]
  * Informationsaggregation .darkgray[aus Bild und Text]
  * .darkblue[Bewertung von Informationsqualität]
- Rolle von .darkblue[Semantik]
  * Hintergrund- und Weltwissen .darkgray[aus Ontologien]
  * .darkgray[(einfache)] Schlüsse folgern
]
</td>
</tr>
</table>

---

# Herausforderungen für das WWW

<table>
<tr>
<td style="width:50%;">
<img src="../../img/sw/amazon.png" align="top" width="100%"></img>
</td>
<td>
.condensed[
- .darkblue[Personalisierung]
  * .darkblue[Anpassung] von Inhalten und Darstellung
  * .darkblue[Erkennung] von Verhaltensmustern
- Rolle von .darkblue[Semantik]
  * .darkblue[Verallgemeinerung und Spezialisierung] von Inhalten .darkgray[(basierend auf Ontologien)]
  * .darkblue[Abstimmen mit Gewohnheiten und Präferenzen] .darkgray[durch Deduktion]
]
</td>
</tr>
</table>

---

# Vision des Semantic Webs von <br/>.darkblue[Tim Berners-Lee] (1999)

.small-font22[
“I have a dream for the Web ... and it has two parts.
<ol><li>.darkblue[In the first part], the Web becomes a much more powerful means for collaboration between people. I have always imagined the information space as something to which everyone has immediate and intuitive access, and not just to browse, but to create. [. . . ] Furthermore, the dream of people-to-people communication through shared knowledge must be possible for groups of all sizes, interacting electronically with as much ease as they do now in person.
</li></ol>]

.small-font22[
<ol start="2"><li>.darkblue[In the second part] of the dream, collaborations extend to computers. Machines become capable of analyzing all the data on the Web—the content, links, and transactions between people and computers. A ’.darkblue[Semantic Web]’, which should make this possible, has yet to emerge, but when it does, the day-to-day mechanisms of trade, bureaucracy, and our daily lives will be handled by machines talking to machines, leaving humans to provide the inspiration and intuition.”
</li></ol>
]

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# Vision des Semantic Webs nach <br/>.darkblue[Franczyk] 2005

- .darkblue[Unterstützung des Menschen] .darkgray[bei der Verarbeitung von Daten] .darkblue[als Aufgabe der Informatik] 
  * Heutiges Web erfüllt diese Aufgabe nur bedingt 
- .darkblue[Berners-Lees Zielvorstellung]: Eine Art .darkblue[globale Datenbank] durch Vereinigung der Eigenschaften 
  * .darkblue[einer (Wissens-) Datenbank] <br/>.darkgray[(damit sind Daten durch Maschinen verarbeitbar)] 
  * .darkblue[mit denen des Webs] .darkgray[(jeder kann zu jeder Zeit Daten (und deren Verknüpfungen untereinander) erzeugen)]

---

# Vision des Semantic Webs nach dem <br/>.darkblue[W3C] (2015)

.condensed[
'In addition to the classic “Web of documents” W3C is helping to .darkblue[build a technology stack] to support a “Web of data,” the sort of data you find in databases. The .darkblue[ultimate goal of the Web of data is to enable computers to do more useful work] and to develop systems that can support trusted interactions over the network. The term .darkblue[“Semantic Web” refers to W3C’s vision of the Web of linked data]. Semantic Web technologies enable people to create data stores on the Web, build vocabularies, and write rules for handling data. Linked data are empowered by technologies such as .darkblue[RDF, SPARQL, OWL, and SKOS].' <br/>.smaller-font.darkgray[(Source: [https://www.w3.org/standards/semanticweb/](https://www.w3.org/standards/semanticweb/))]
]

---

# .darkblue[Lösungsansatz] des Semantic Webs

<table>
<tr>
<td>
.condensed[
- .darkblue[Strukturierung] der (Web-) Informationen .darkblue[zur Erleichterung der automatisierten Auswertung]
- .darkblue[Miteinbeziehung der Bedeutung] von Symbolen .darkblue[zur Präzisierung der maschinellen Verarbeitung] .darkblue[<span class="material-icons"></span> Semantic Web]
]
</td>
<td style="width:50%;">
<img src="../../img/sw/WebAndDataScience.png" align="top" width="100%"></img>
</td>
</tr>
</table>

---

# .darkblue[Lösungsansatz] des Semantic Webs

<table>
<tr>
<td>
.condensed[
- .darkblue[Strukturierung] der (Web-) Informationen .darkblue[zur Erleichterung der automatisierten Auswertung]
- .darkblue[Miteinbeziehung der Bedeutung] von Symbolen .darkblue[zur Präzisierung der maschinellen Verarbeitung] .darkblue[<span class="material-icons"></span> Semantic Web]
]
</td>
<td style="width:50%;">
<img src="../../img/sw/RalfUndSW.png" align="top" width="100%"></img>
</td>
</tr>
</table>

---

# Semantic Web .darkblue[Spezifikationen] (Kern)

<semanticweb-specifications></semanticweb-specifications>

---

# .darkblue[Offene Welt] Annahme<br/>(Open world assumption (OWA))

- .darkblue[Geschlossene Welt] Annahme<br/>(Closed World Assumption (CWA))<br/>in Datenbanken:<br/><div class="padding-top padding-bottom citation">"Die .darkblue[Datenbank enthält alles] und<br/>.darkblue[alles, was nicht in der Datenbank ist,<br/>wird] als .darkblue[falsch] angenommen!"</div>
- .darkblue[Offener Kontext] wie das Web<br/><span class="material-icons"></span> .darkred[CWA] Annahme .darkred[falsch]!

---

# .darkblue[OWA - Beispiel]

- Datenquelle 1 enthält:<br/>
  .condensed.padding-left.citation.darkgreen["Es gibt einen Flug um 14:00"]<br/>
  .condensed.padding-left.citation.darkgreen["Es gibt einen Flug um 15:00"]
- Meine Anfrage:<br/>
  .condensed.padding-left.citation.darkgreen["Gibt es einen Flug um 17:00?"]
- .darkblue[CWA] Antwort: .darkred[Nein!]
- .darkblue[OWA] Antwort: .darkorange[unbekannt!]<br/>
.condensed[d.h. es könnte eine andere Datenquelle 2 existieren, die enthält, dass es einen Flug um 17:00 gibt!<br/>Datenquelle 2 ist evtl. nur nicht momentan erreichbar...]

---

# .darkblue[Keine eindeutigen Namen/Schlüssel]<br/>(No unique name assumption)

Beispiel: 
  <table>
	<tr>
	  <td style="width:60%">
  .condensed[Ein Kind hat 2 Elternteile]
  .condensed[.darkgray[(in DL:<br/>Person $\sqsubseteq$ $\leq$ 2 hasParent.Person)],]<br/>
  .condensed[aber wir haben scheinbar widersprüchliche Fakten<br/>.darkgray[(auf der rechten Seite)].]
      </td  style="width:40%">
	  <td>
    <div class="textcenter"><img src="../../img/sw/Marry.svg" align="top" width="100%"></img></div>
      </td>
    </tr>
  </table>

count: false  
  
  .condensed[Es gibt .darkblue[keine eindeutigen Namen/Schlüssel]<br/><span class="material-icons"></span>.darkorange[JohnDoe], .brown[JohnMine] und .lila[LisaMine] sind <br/>.darkblue[.bold[nicht] unbedingt verschiedene Objekte] .darkgray[(hier Personen)]]

---

# .darkblue[Keine eindeutigen Namen/Schlüssel]<br/>(No unique name assumption)

<table style="border-spacing:15px;border-collapse:separate;">
<tr>
<td style="width:40%;vertical-align:top">
.condensed[
4 verschiedene .darkblue[Möglichkeiten]:
.small-font24[
1. .darkorange[JohnDoe] $\equiv$ .brown[JohnMine]
2. .darkorange[JohnDoe] $\equiv$ .lila[LisaMine]
3. .brown[JohnMine] $\equiv$ .lila[LisaMine]
4. .darkorange[JohnDoe] $\equiv$ .brown[JohnMine] $\equiv$ .lila[LisaMine]
]
]
</td>
<td style="width:60%;vertical-align:top;text-align:center;">
<span style="font-size:300px;text-shadow: 0 1px 0 #333333, 0 2px 0 #444444,0 3px 0 #555555, 0 4px 0 #666666,0 5px 0 #777777, 0 6px 0 #888888,0 7px 0 #999999, 0 8px 7px rgba(0, 0, 0, 0.1),0 9px 10px rgba(0, 0, 0, 0.05);color:darkgreen;">?</span>
</td>
</tr>
</table>

---

# .darkblue[Keine eindeutigen Namen/Schlüssel]<br/>(No unique name assumption)

<table style="border-spacing:15px;border-collapse:separate;">
<tr>
<td style="width:40%;vertical-align:top">
.condensed[
4 verschiedene .darkblue[Möglichkeiten]:
.small-font24[
1. <span class="redborder">.darkorange[JohnDoe] $\equiv$ .brown[JohnMine]</span>
2. .darkorange[JohnDoe] $\equiv$ .lila[LisaMine]
3. .brown[JohnMine] $\equiv$ .lila[LisaMine]
4. .darkorange[JohnDoe] $\equiv$ .brown[JohnMine] $\equiv$ .lila[LisaMine]
]
]
</td>
<td style="width:60%;vertical-align:top">
.condensed[
Nur <span class="redborder">1.</span> .darkblue[für Menschen intuitiv]!

<div class="margin-top">.darkblue[Hinzufügen folgender Fakten und Axiome:]</div>
    <div class="textcenter"><img src="../../img/sw/Marry2.svg" align="top" width="100%"></img></div>
<span class="material-icons"></span> .darkblue[automatische Herleitung] der ersten Möglichkeit!
]
</td>
</tr>
</table>

---

# Resource Description Framework (.darkblue[RDF])

- .darkblue[Datenformat] des Semantic Webs des World Wide Web Consortiums (W3C) (1999)
- RDF Daten 
<table style="border-spacing:20px;border-collapse:separate;">
<tr>
<td style="width:25%;vertical-align:top">
– .darkblue[Menge] von Tripeln <br/>.center[(s, p, o)
<svg-arrow color="rgb(51, 51, 153)" scale="0.05" orientation="down"></svg-arrow>
]

<div class="mermaid">
graph LR
        s == p ==> o
</div>
</td>
<td style="width:75%;vertical-align:top">
– Visualisierung als (RDF) .darkblue[Graph]
.smaller-font[
```turtle
:article1 rdf:type   bench:article.
:article1 dc:creator :person1.
:person1  foaf:name  'Martin'.
```
]

<div class="mermaid">
graph LR
        :article1 == rdf:type ==> bench:article
        :article1 == dc:creator ==> :person1
        :person1 == foaf:name ==> Martin('Martin')
</div>
</td>
</tr>
</table>

---

# .darkblue[Tripel] - Definitionsbereich

.condensed[
- Grundbausteine
.smaller-font[
<table class="result margin-bottom">
  <tr>
	<th class="textcenter">Grundbaustein</th><th class="textcenter">Symbol</th><th class="textcenter">Bedeutung</th><th class="textcenter">Beispiele (in N3, Turtle, NTriples, ...)</th>
  </tr>
  <tr>
	<th class="textcenter">Inter-<br/>nationalized<br/>Resource<br/>Identifier<br/>(IRI)</th><td class="textcenter">$I$</td><td>(benannter) .darkblue[Bezeichner]<br/>.darkgray[nicht unbedingt reale Objektadresse wie bei URL]</td><td>Langform:<br/>.inline-code[
```turtle
<http://www.w3.org/2001/XMLSchema#integer>
``` 
]<br/>Kurzform:<br/>.inline-code[
```turtle
@prefix xsd: <http://www.w3.org/2001/XMLSchema#>
``` 
]<br/>.inline-code[
```turtle
xsd:integer
``` 
]</td>
  </tr>
  <tr>
	<th class="textcenter">Blank Node</th><td class="textcenter">$B$</td><td>"für etwas .darkblue[ohne Namen]"<br/>.darkgray[(anonymer) Bezeichner ohne Verwendung einer expliziten IRI]</td><td>.inline-code[
```turtle
[]
``` 
], oder<br/>
.inline-code[
```turtle
_:name
``` 
], wobei name ein .darkblue[lokaler Bezeichner] ist, der .darkblue[nicht persistent] ist und nur während des Imports der gerade importierten Quelle gilt (.darkblue[zum Zweck des Mehrfachverwendens eines Blank Nodes] in dieser Quelle).<br/>
.darkred[<span class="material-icons"></span> Blank Nodes mit demselben lokalen Bezeichner in unterschiedlichen Quellen sind verschiedene Blank Nodes!]
</td>
  </tr>
  <tr>
	<th class="textcenter">Literal</th><td class="textcenter">$L$</td><td>.darkblue[Wert]</td>
	<td>
		<table>
			<tr>
				<td>Einfach:</td><td>.inline-code[
```turtle
"hallo"
``` 
]
				</td></tr><tr><td>Mit Datentyp typisiert:</td><td>.inline-code[
```turtle
"1"^^xsd:integer
``` 
]<br/>.inline-code[
```turtle
"Grill"^^<http://www.ex.org/myDataType>
``` 
]
				</td></tr><tr><td>Mit Sprachinfo:</td><td>.inline-code[
```turtle
"hallo"@DE
``` 
]</td></tr></table></td>
  </tr>
</table>
]
- Tripel <span class="darkblue">$t \in \\\{ I \cup B \\\} \times I \times \\\{ I \cup B \cup L \\\}$</span>
]

---

# Syntaxzucker 1/2

.condensed[
- Objekt-Listen
<table>
	<tr>
		<td>
.smaller-font[
```turtle
_:b rdf:type bench:Journal .
_:b rdf:type bench:Publication .
_:b rdf:type bench:Media . 
```
]
</td>
		<td class="padding-left padding-right">$\Leftrightarrow$</td>
		<td>
.smaller-font[
```turtle
_:b rdf:type bench:Journal ,
                 bench:Publication ,
                 bench:Media . 
```
]
</td>
	</tr>
</table>
]

.condensed[
- Prädikat-Objekt-Listen
<table>
	<tr>
		<td>
.smaller-font[
```turtle
_:b rdf:type bench:Journal .
_:b dc:title "OJSW" .
```
]
</td>
		<td class="padding-left padding-right">$\Leftrightarrow$</td>
		<td>
.smaller-font[
```turtle
_:b rdf:type bench:Journal ;
        dc:title "OJSW" .
```
]
</td>
	</tr>
</table>
]

.condensed[
- Mischung
<table>
	<tr>
		<td>
.smaller-font[
```turtle
_:b rdf:type bench:Journal .
_:b rdf:type bench:Publication .
_:b dc:title "OJSW" .
_:b dc:title "Op. J. of Semantic Web" . 
```
]
</td>
		<td class="padding-left padding-right">$\Leftrightarrow$</td>
		<td>
.smaller-font[
```turtle
_:b rdf:type bench:Journal ,
                 bench:Publication ;
        dc:title "OJSW" ,
                 "Op. J. of Semantic Web" . 
```
]
</td>
	</tr>
</table>
]

---

# Syntaxzucker 2/2

.condensed[
- Blank Node-Darstellung
<table>
	<tr>
		<td>
.smaller-font[
```turtle
[] p o. 
```
]
</td>
		<td class="padding-left padding-right">$\Leftrightarrow$</td>
		<td>
.smaller-font[
```turtle
[ p o ].
```
]
</td>
	</tr>
</table>
]

.condensed[
- Ausnutzung dieser Klammerung:
<table>
	<tr>
		<td>
.smaller-font[
```turtle
:bookshop1 v:sells [ rdf:type v:book;
		                 v:author "Herbert",
		                          "Josef" ]
	                     v:price "10"^^xsd:int.
```
]
</td>
		<td class="padding-left padding-right">$\Leftrightarrow$</td>
		<td>
.smaller-font[
```turtle
:bookshop1 v:sells _:b.
_:b rdf:type v:book;
        v:author "Herbert", 
		         "Josef" ;
        v:price "10"^^xsd:int.
```
.inline-code.margin-top[
```turtle
_:b
```
] nirgendswo anders verwendet...
]
</td>
	</tr>
</table>
]

---

<board-exercise></board-exercise>

# RDF Collections

- Wie Listen als Tripel darstellen?
<table>
<tr>
<td>.smaller-font[N3/Turtle:]</td>
<td>
.smaller-font[
```turtle
("Friday" "Saturday" "Sunday")
```
]
</td>
</tr>
</table>

---

# .darkblue[S]PARQL .darkblue[P]rotocol .darkblue[A]nd .darkblue[R]DF .darkblue[Q]uery .darkblue[L]anguage (.darkblue[SPARQL]) .floatright.condensed.darkgray[<cloud-idea text="Rekursives Acronym" orientation="lt"></cloud-idea>]

- (Graph) .darkblue[Anfragesprache für RDF] Daten
- .darkblue[W3C Empfehlung] seit Januar 2008
- .darkblue[Genauso mächtig wie Relationale Algebra]
- Mit .darkblue[SPARQL 1.1] (März 2013) .darkblue[viele weitere Features] von SQL übernommen
- Zusätzlich .darkblue[Protokoll standardisiert, um Anfragen an] entfernte SPARQL Anfrageserver (sogenannte .darkblue[SPARQL Endpoints]) .darkblue[zu stellen]

---

# Beispiel einer SPARQL-Anfrage

---

count:false

# Beispiel einer SPARQL-Anfrage

---

count:false

# Beispiel einer SPARQL-Anfrage

.smaller-font[
```sparql11
PREFIX rdf:<http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#>
…
SELECT ?article ?person ?name
WHERE {
  ?article rdf:type bench:article .
  ?article dc:creator ?person .
  ?person foaf:name ?name .
}
```
<table class="margin-top">
<tr>
<td/>
<td class="center">
<svg-arrow color="rgb(51, 51, 153)" scale="0.05" orientation="down"></svg-arrow>
</td>
<td/>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align:top">
Anfragegraph:
</td>
<td style="width:400px">
<div class="mermaid">
graph LR
        ?article == rdf:type ==> bench:article
		?article == dc:creator ==> ?person
		?person == foaf:name ==> ?name
</div>
</td>
<td/>
<td/>
</tr>
<tr>
<td/>
<td class="center">
<svg-arrow color="rgb(51, 51, 153)" scale="0.05" orientation="down"></svg-arrow>
</td>
<td/>
</tr>
<tr>
<td style="vertical-align:top">
Daten:
</td>
<td  style="width:400px">
<div class="mermaid">
graph LR
        :article1 == rdf:type ==> bench:article
        :article1 == dc:creator ==> :person1
        :person1 == foaf:name ==> Martin('Martin')
</div>
</td>
<td>
</td>
<td>
</td>
</tr>
</table>
]

---

count:false

# Beispiel einer SPARQL-Anfrage

---

<board-exercise></board-exercise>

# Anfragegraph und Lösungen

.condensed.small-font22[
- Bestimme den .darkblue[Anfragegraph]en, zeichne alle .darkblue[Matchings] in den <br/>RDF-Graphen ein und gebe das .darkblue[Ergebnis] der SPARQL-Anfrage an

<table>
<tr>
<td>
Anfrage:
.small-font[
```sparql11
PREFIX …
SELECT *
WHERE {
 ?citingAuthor foaf:name ?nameOfCitingAuthor .
 ?citedAuthor foaf:name ?nameOfCitedAuthor .
 ?citingArticle rdf:type bench:Article.
 ?citedArticle rdf:type bench:Article.
 ?citingArticle dc:cites ?citedArticle.
 ?citingArticle dc:creator ?citingAuthor.
 ?citedArticle dc:creator ?citedAuthor.
}
``` 
]
</td>
<td class="fullwidth">
RDF Graph:
.smaller-little-font[
<div class="mermaid">
graph TD
        :a1 == dc:creator ==> :c1
        :a1 == rdf:type ==> bench:article
        :c1 == foaf:name ==> B('B')
		:a1 == dc:cites ==> :a2
		:a2 == dc:cites ==> :a1
        :a2 == rdf:type ==> bench:article
        :a2 == dc:creator ==> :c21
        :c21 == foaf:name ==> M('M')
        :a2 == dc:creator ==> :c22
        :c22 == foaf:name ==> Q('Q')
</div>
]
</td>
</tr>
</table>
]

---

# SPARQL .darkblue[Anfragearten]

.condensed[
- .hljs-keyword.monospace[SELECT]
  - .darkblue[Gibt] alle oder eine Teilmenge der .darkblue[Variablen] (.darkblue[und deren gebundenen Werte]) einer Anfrage .darkblue[zurück] 
- .hljs-keyword.monospace[CONSTRUCT] 
  - .darkblue[Gibt RDF Daten zurück], die ermittelt worden sind .darkblue[auf Grund der Substitution von Variablen in Tripel Templates]
- .hljs-keyword.monospace[DESCRIBE] 
  - .darkblue[Gibt RDF Daten zurück, die die] gefundenen .darkblue[Resultate beschreiben]
- .hljs-keyword.monospace[ASK] 
  - .darkblue[Gibt wahr/falsch zurück] basierend auf einen Match des Anfragemusters
]

---

# SPARQL Anfrage - .darkblue[Union] Operator

<table>
<tr>
<td rowspan="5" style="vertical-align:top;" class="padding-right">
.more-condensed[
- $\cong$ relationaler Op. der .darkblue[äußere]n .darkblue[Vereinigung $\uplus$]
  - .darkblue[Wie Vereinigung $\cup$, aber] auch .darkblue[mit inkompatiblen Schemata]
      + <span class="darkblue">Schema</span> des Ergebnisses <span class="darkblue">ist Vereinigung der Attributmengen</span>
      + <span class="darkblue">Fehlende Werte</span> werden <span class="darkblue">mit Nullwerten $\perp$ ergänzt</span>
]
</td>
<td>
.small-font18[
Daten:
```turtle
@prefix dc10: <http://purl.org/dc/elements/1.0/>.
@prefix dc11: <http://purl.org/dc/elements/1.1/>.
:book1 dc10:title 'Semantic Web Starter'.
:book1 dc11:title 'Advanced Semantic Web'.
```
]
</td>
</tr>
<tr>
<td class="center">
<svg-arrow color="rgb(51, 51, 153)" scale="0.05" orientation="down"></svg-arrow>
</td>
</tr>
<tr>
<td>
.small-font18[
Anfrage:
```sparql11
PREFIX dc10: <http://purl.org/dc/elements/1.0/> 
PREFIX dc11: <http://purl.org/dc/elements/1.1/> 
SELECT ?title1 ?title2
WHERE { { ?book dc10:title ?title1 } 
        UNION
        { ?book dc11:title ?title2 }
}
```
]
</td>
</tr>
<tr>
<td class="center">
<svg-arrow color="rgb(51, 51, 153)" scale="0.05" orientation="down"></svg-arrow>
</td>
</tr>
<tr>
<td>
.small-font18[
Resultat:
<table class="result">
<tr><th>?title1</th><th>?title2</th></tr>
<tr><td>.inline-code[
```turtle
'Semantic Web Starter'
``` 
]</td><td></td></tr>
<tr><td></td><td>.inline-code[
```turtle
'Advanced Semantic Web'
```]</td></tr>
</table>
]
</td>
</tr>
</table>

---

# SPARQL Anfrage - .darkblue[Optional]

<table>
	<tr>
		<td colspan="2">
.smaller-font[
Daten:
```turtle
@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:alice@example.com>.
_:a foaf:mbox <mailto:alice@work.example>.
_:b rdf:type  foaf:Person.
_:b foaf:name 'Bob'.
```
]
		</td>
		<td class="padding-left" style="vertical-align:top">
.condensed[
$\cong$ relationaler Op. des .darkblue[links-äußeren Joins] <leftouter-join color="darkblue"></leftouter-join>
<div class="round-border darkgray" style="border-color:darkgray">
.smaller-font[
$R$ <leftouter-join color="darkgray" scale="0.5"></leftouter-join> $S \equiv (R-(R \ltimes S)) \uplus (R \bowtie S)$<br/>
mit Semi-Join $R \ltimes S \equiv R \bowtie \pi_{Attr_R \cap Attr_S}(S)$
]
</div>
]
		</td>
	</tr>
	<tr>
		<td class="padding-top">
.center[
<svg-arrow color="rgb(51, 51, 153)" scale="0.05" orientation="down"></svg-arrow>
]
		</td>
		<td></td>
		<td></td>
	</tr>
	<tr>
		<td>
.smaller-font[
Anfrage:
```sparql11
PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/>
SELECT ?name ?mbox
WHERE { ?x foaf:name ?name .
        OPTIONAL {
			?x foaf:mbox ?mbox .
        }
}
```
]
		</td>
		<td class="textcenter padding-left padding-right">
<svg-arrow color="rgb(51, 51, 153)" scale="0.05" orientation="right"></svg-arrow>
		</td>
		<td>
.smaller-font[
Resultat:
<table class="result">
<tr><th>?name</th><th>?mbox</th></tr>
<tr><td>.inline-code[
```turtle
'Alice'
``` 
]</td><td>.inline-code[
```turtle
<mailto:alice@example.com>
```]</td></tr>
<tr><td>.inline-code[
```turtle
'Alice'
``` 
]</td><td>.inline-code[
```turtle
<mailto:alice@work.example>
```]</td></tr>
<tr><td>.inline-code[
```turtle
'Bob'
``` 
]</td><td></td></tr>
</table>
]
		</td>
	</tr>
</table>

---

# Sortierte Resultate - ORDER BY

<table>
<tr>
<td style="vertical-align:top;">
.condensed[
- Beispiel 1:
.small-font18[
```sparql11
PREFIX     : <http://example.org/ns#>
PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/>
SELECT ?name WHERE { 
       ?x foaf:name ?name ; :empId ?emp.
}
ORDER BY ?name
```]
- Beispiel 2:
.small-font18[
```sparql11
… ORDER BY DESC(?emp)
```]
- Beispiel 3:
.small-font18[
```sparql11
… ORDER BY ASC(?name) DESC(?emp) 
```]
]
</td>
<td class="padding-left" style="vertical-align:top;">
.more-condensed[
- $\cong$ relationaler Op. der .darkblue[Sortierung $\tau_{A_1,...,A_n}(R)$]
  - .darkblue[Ergebnis ist] keine (Multi-)Menge, sondern .darkblue[Liste]
  - .darkgray[In DBMS wird häufig auch zwischendurch sortiert (oder auf vorsortierte Eingaben aus einem Index zugegriffen), um optimierte Algorithmen anzuwenden, die sortierte Eingaben erfordern]
]
</td>
</table>

---

# FILTER-Klausel und Builtin-Funktionen

.condensed[
- .hljs-keyword.monospace[regex] gleicht reguläre Ausdrücke ab...<br/>(äquivalent zur XPath built-in Funktion .hljs-keyword.monospace[fn:matches])
.small-font.margin-top[
Beispiel:
.small-font18[
```sparql11
PREFIX dc: <http://purl.org/dc/elements/1.1/> 
SELECT ?title 
WHERE { ?x dc:title ?title 
        FILTER(regex(?title, "SPARQL")) }
```]]
]

<p>
.condensed[
- Auswahl weiterer Builtin-Funktionen
.small-font[
<table class="result fullwidth">
<tr>
<th>Operator</th>
<th>Beschreibung</th>
<th>Typ des Operanden</th>
<th>Rückgabetyp</th>
</tr>
<tr>
<td>.small-font18.inline-code[
```sparql11
bound ( A )
```]</td>
<td>Ist die Variable .hljs-params.monospace[A] gebunden?</td>
<td>Variable</td>
<td>.small-font18.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.small-font18.inline-code[
```sparql11
isIRI ( A ) 
```] oder .small-font18.inline-code[ 
```sparql11
isURI ( A ) 
```]</td>
<td>Ist .hljs-params.monospace[A] eine IRI/URI?</td>
<td>RDF Term</td>
<td>.small-font18.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.small-font18.inline-code[
```sparql11
isBlank ( A )
```]</td>
<td>Ist .hljs-params.monospace[A] ein Blank Node?</td>
<td>RDF Term</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.small-font18.inline-code[
```sparql11
isLiteral ( A )
```]</td>
<td>Ist .hljs-params.monospace[A] ein Literal?</td>
<td>RDF Term</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
</table>
]
]
</p>

---

# Built-In Funktionen – Logische Operatoren und Vergleiche

.small-font[
<table class="result">
<tr>
<th>Operator</th>
<th>Beschreibung</th>
<th>Typ des/der Operanden</th>
<th>Rückgabetyp</th>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-operator[!].hljs-params[A]]</td>
<td>Logisches NOT</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[||] .hljs-params[B]]</td>
<td>Logisches OR</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[&&] .hljs-params[B]]</td>
<td>Logisches AND</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[=] .hljs-params[B]]</td>
<td>Gleichheit$^1$ von .monospace[.hljs-params[A]] und .monospace[.hljs-params[B]]</td>
<td>RDF Term</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[!=] .hljs-params[B]]</td>
<td>Ungleichheit$^1$ von .monospace[.hljs-params[A]] und .monospace[.hljs-params[B]]</td>
<td>RDF Term</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-keyword[sameTerm].hljs-operator[(].hljs-params[A].hljs-operator[,] .hljs-params[B].hljs-operator[)]]</td>
<td>Sind .monospace[.hljs-params[A]] und .monospace[.hljs-params[B]] dieselben RDF Terme?<br/>Umgehen von Problematik $^1$!</td>
<td>RDF Term</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
</table>
<p class="margin-top">
$^1$ Schmeißen von Fehlern bei nicht unterstützten Datentypen und ungleichen lexikalischen Werten, z.B. bei .inline-code[```sparql11
"iiii"^^my:romanNumeral = "iv"^^my:romanNumeral
```] und .inline-code[```sparql11
"iiii"^^my:romanNumeral != "iv"^^my:romanNumeral
```]
</p>
]

---

# XPath Tests und Arithmetik

.condensed[
- Tests
.small-font[
<table class="result fullwidth margin-top">
<tr>
<th>Operator</th>
<th>Beschreibung</th>
<th>Typ der Operanden</th>
<th>Rückgabetyp</th>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[<] .hljs-params[B]]</td>
<td>.monospace[.hljs-params[A]] kleiner als .monospace[.hljs-params[B]]</td>
<td>XML Schema Datentyp</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[<=] .hljs-params[B]]</td>
<td>.monospace[.hljs-params[A]] kleiner als oder gleich .monospace[.hljs-params[B]]</td>
<td>XML Schema Datentyp</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[>] .hljs-params[B]]</td>
<td>.monospace[.hljs-params[A]] größer als .monospace[.hljs-params[B]]</td>
<td>XML Schema Datentyp</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[<span>>=</span>] .hljs-params[B]]</td>
<td>.monospace[.hljs-params[A]] größer als oder gleich .monospace[.hljs-params[B]]</td>
<td>XML Schema Datentyp</td>
<td>.small-font.inline-code[
```turtle
xsd:boolean
```]</td>
</tr>
</table>
<p class="margin-top">
Zusätzlich bei .monospace[.hljs-params[A].hljs-operator[=].hljs-params[B]] und .monospace[.hljs-params[A].hljs-operator[!=].hljs-params[B]] Interpretation der Operanden 
falls Verwendung von XML Schema Datentypen:
.small-font.inline-code[```sparql11
"+2"^^xsd:integer = "2"^^xsd:integer
```]
</p>
]
- Arithmetik
.small-font[
<table class="result fullwidth margin-top">
<tr>
<th>Operator</th>
<th>Beschreibung</th>
<th>Typ der Operanden</th>
<th>Rückgabetyp</th>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[+] .hljs-params[B]]</td>
<td>Summe von .monospace[.hljs-params[A]] und .monospace[.hljs-params[B]]</td>
<td>Numerisch</td>
<td>Numerisch</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[-] .hljs-params[B]]</td>
<td>Differenz von .monospace[.hljs-params[A]] und .monospace[.hljs-params[B]]</td>
<td>Numerisch</td>
<td>Numerisch</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[*] .hljs-params[B]]</td>
<td>Multiplikation von .monospace[.hljs-params[A]] und .monospace[.hljs-params[B]]</td>
<td>Numerisch</td>
<td>Numerisch</td>
</tr>
<tr>
<td>.monospace[.hljs-params[A] .hljs-operator[/] .hljs-params[B]]</td>
<td>Division von .monospace[.hljs-params[A]] und .monospace[.hljs-params[B]]</td>
<td>Numerisch</td>
<td>Numerisch</td>
</tr>
</table>
]
]

---

# Weitere .darkgray.small-font[(hier nicht besprochene)] .darkblue[Features von SPARQL]

.condensed[
- SPARQL 1.0
  - Weitere Built-In Funktionen
  - .darkblue[Construct]-/.darkblue[Ask]- und .darkblue[Describe]-Anfragen, .darkblue[Benannte Graphen]
  - .darkblue[LIMIT]/.darkblue[OFFSET]
- SPARQL 1.1
  - .darkblue[Minus], (.darkblue[Not]) .darkblue[Exists], .darkblue[Gruppieren], .darkblue[Aggregation]sfunktionen
  - .darkblue[Pfad]ausdrücke
  - .darkblue[Unterabfragen], .darkblue[Select-Ausdrücke], .darkblue[explizite Zuweisungen]
  - Absetzen von .darkblue[Unterabfragen zu] entfernten .darkblue[SPARQL Endpoints]
  - .darkblue[Updates]
  - Mächtige Built-In Funktionsbibliothek
- <span class="material-icons"></span> Veranstaltung .darkblue[Semantic Web] (Vertiefungsmodul .darkblue[Datenmanagement]) .small-font24[bzw. nachzulesen in SPARQL-Spezifikationen]
]

---

# Zusammenfassung

- .darkblue[RDF als Datenformat] für Semantic Web Daten
  - .darkblue[Grundkonstrukt Tripel] (s, p, o)
  - RDF Datensatz als .darkblue[Menge von Tripeln]

- .darkblue[SPARQL als] RDF-.darkblue[Anfragesprache]
  - Ideal angepasste Anfragesprache für das Semantic Web und RDF
  - .darkblue[Grundkonstrukt Tripelmuster] (s, p, o)
  - .darkblue[Zusätzlich] zu Tripeln .darkblue[Variablen] (Platzhalter) als Komponenten des Tripelmusters möglich
  - .darkblue[Sehr mächtig], insbesondere .darkblue[SPARQL 1.1]