知识图谱之图数据库Neo4j

知识图谱中的知识是通过RDF结构来进行表示的，其基本单元是事实。每个事实是一个三元组（S, P, O），在实际系统中，按照存储方式的不同，知识图谱的存储可以分为基于表结构的存储和基于图结构的存储。

基于表结构的存储可以用关系型数据库，常见的关系型数据库存储系统有MySQL、Oracle、DB2、Microsoft SQL Server等；基于图结构的存储，常见的存储系统有Neo4j、OritentDB、InfoGrid、HyperGraphDB、infiniteGraph等。下面讲述Neo4j数据库的一些理论和操作。

图数据库的理论基础是图论，通过节点、边和属性对数据进行表示和存储。具体来说，图数据库基于有向图，其中，节点、边、属性是图数据库的核心概念。

（1）节点

节点用于表示实体、事件等对象，可以类比于关系数据库中的记录或者数据表中的行数据。例如人物、地点、电影都可以作为图中的节点。

（2）边

边是指图中连接节点的有向线条，用于表示不同节点之间的关系。例如人物之间的同事关系都可以作为图中的边。

（3）属性

属性用于描述节点或者边的特性。例如人物（节点）的姓名、性别、爱好等都是属性。

图数据库的标准查询语言是SPARQL。SPARQL是由W3C为RDF数据开发的一种查询语言和数据获取协议，是被图数据库广泛支持的查询语言，用于对数据的获取与管理，主要包括数据的插入、删除和查询操作，没有更新操作。

下面来介绍SPARQL语言的使用方法。

1. 数据插入

数据插入指新的三元组插入到已有的RDF图中，通过INSERT DATA语句完成该功能。

语法：INSERT DATA 三元组数据

例子：

INSERT DATA {

ns: 费米  ns: 老师  ns:玻恩.

ns: 玻恩  ns: 类型  ns: 数学家.

ns: 玻恩  ns: 类型  ns: 物理学家.

}

2. 数据删除

数据删除是从RDF图中删除一些三元组。通过DELETE DATA语句完成该功能。

语法：DELETE DATA三元组数据

例子：

DELETE DATA {

ns: 奥本海默  ns: 类型  ns: 物理学家.

}

可以用WHERE来作限制。

例子：

DELETE DATA {

ns: 奥本海默  ?p  ?o.

?s  ?p  ns: 奥本海默.

}

3. 数据更新

数据更新是指更新RDF图中指定三元组的值。和SQL不同，SPARQL没有定义UPDATE操作，也就是说SPARQL语言没有更新已有数据的方法。但是可以通过组合INSERT DATA语句和DELETE DATA语句来实现该功能。

例子：

DELETE DATA {

ns: 费米  ns: 出生日期  "1902/09/29".

}

INSERT DATA {

ns: 费米  ns: 出生日期  "1901/09/29"

}

4. 数据查询

包括四种方式：SELECT、ASK、DESCRIBE、CONSTRUCT。以下一一介绍着四种方式的用法和区别。

（1）SELECT

SELECT功能与SQL中的SELECT语句类似，从知识图谱中获取满足条件的查询语句。

语法：SELECT 变量1 变量2 ... WHERE 图模式[修饰符]

例子：查询类型既是"数学家"又是"物理学家"。

SELECT ?s

WHERE {

?s  ns: 类型  ns: 数学家.

?s  ns: 类型  ns: 物理学家.

}

（2）ASK

ASK用于测试知识图谱中是否存在满足给定条件的数据，如果存在，返回"yse"，否则返回"no"，该查询不会返回具体的匹配数据。

语法：ASK 图模式

例子：是否存在是"费米"老师的节点

ASK {

ns: 费米  ns: 老师  ?o.

}

（3）DESCRIBE

DESCRIBE用于查询和指定资源相关的RDF数据，这些数据形成了对给定资源的详细描述。

语法：DESCRIBE 资源或变量 [WHERE 图模式]

例子：获取老师是"玻恩"的节点的所有信息

DESCRIBE ?s WHERE {

?s  ns: 老师  ns: 玻恩.

}

（4）CONSTRUCT

CONSTRUCT是根据查询图的结果返回RDF。

语法：CONSTRUCT 图模板 WHERE 图模式

例子：

CONSTRUCT {

?s  ns: 搭档  ns: 奥本海默.

ns: 奥本海默  ns: 搭档  ?s.

}

WHERE {

?s  ns: 老师  ns: 玻恩.

}