シャクル

シェイプ制約言語^[1]（SHACL）は、リソース記述フレームワーク（RDF）グラフを記述するためのワールドワイドウェブコンソーシアム（W3C）標準言語です。SHACLは、RDFグラフとして表現されたオントロジーの意味的および技術的な相互運用性レイヤーを強化するために設計されました。^[3]

SHACL モデルは、グラフの内容、構造、意味に対する制約に基づいて定義されます。SHACL は表現力に優れた言語です。特に、プロパティが持つことができる値の数、そのような値のタイプ、数値範囲、文字列マッチング パターン、およびそのような制約の論理的組み合わせを制約する条件を表現する機能が含まれています。SHACL には、SPARQLやJavaScriptなどの言語でより複雑な条件を表現するための拡張メカニズムも含まれています。SHACL ルールは SHACL に推論機能を追加し、ユーザーが既存の (アサートされた) ステートメントから推論できる新しいステートメントを定義できるようにします。

SHACL を使用すると、ユーザーは特定の形状が適用される場所をターゲットにして、データの形状を記述できます。

プロパティシェイプは、特定のパスを経由して到達できるグラフ ノードの特性を表します。パスは、単一の述語 (プロパティ) または述語のチェーンになります。プロパティ シェイプは常にパスを指定する必要があります。これは述語を使用して行われます。単純なパスを使用するプロパティ シェイプは、特定のプロパティの値 (たとえば、 ageプロパティの値やworks forプロパティの値)sh:pathを表すものと考えることができます。複雑なパスは、逆方向、代替述語、推移的なチェーンなど、チェーン内のさまざまな述語の組み合わせを指定できます。

プロパティ シェイプは、ノード シェイプの一部として定義できます。この場合、ノード シェイプはsh:property述語を使用してプロパティ シェイプを指します。プロパティ シェイプは「スタンドアロン」、つまりどのノード シェイプからも完全に独立している場合もあります。

ノードシェイプは、特定のグラフ ノードの特性を、そのノードに到達する方法に関係なく記述します。たとえば、特定のグラフ ノードはリテラルまたは URI である必要があるなどと言えます。ノード シェイプにプロパティ シェイプを含めることは一般的であり、これにより、ノードのさまざまなプロパティの値が効果的に定義されます。

たとえば、従業員のノード シェイプには、年齢のプロパティ シェイプとプロパティの作業が組み込まれている場合があります。

制約は、値のさまざまな特性を記述する方法です。シェイプには、1 つ以上の制約宣言が含まれます。SHACL には、多数の組み込み制約タイプが用意されています。たとえば、は、sh:datatypeリテラル値のタイプ (文字列、整数、日付など) を記述するために使用されますsh:minCount。は、必要な最小値の数を記述するために使用されます。sh:lengthは、値の文字数を記述するために使用されます。

ターゲットは、シェイプをそれが記述するデータに接続します。ターゲットを指定する最も簡単な方法は、ノード シェイプもクラスであると指定することです。つまり、その定義はクラスのすべてのメンバー (インスタンス) に適用できます。シェイプのターゲットを定義する他の方法は次のとおりです。

1. シェイプが特定のクラスのメンバーをターゲットにしていることを明示的に指定します。ノード シェイプもクラスにする代わりに、これを実行できます。
2. URI を指定して、シェイプが特定のリソースをターゲットにしていることを示します。
3. ある図形が、特定の述語を持つ三つ組のすべての主語またはすべての目的語を対象としていることを示します。
4. SPARQL クエリを使用して、対象となるリソースのセットを選択します。

ターゲット宣言は、ノード シェイプまたはプロパティ シェイプに含めることができます。ただし、プロパティ シェイプがノード シェイプの一部である場合、そのプロパティ シェイプ自体のターゲットは無視されます。

SHACL はrdfs:subClassOf、ターゲットを識別するためにステートメントを使用します。クラスのメンバーをターゲットとするシェイプは、そのすべてのサブクラスのメンバーもターゲットにします。つまり、クラスのすべての SHACL 定義はサブクラスに継承されます。

SHACL を使用すると、グラフの検証が可能になります。SHACL 検証エンジンは、検証するグラフ (データ グラフと呼ばれる) と SHACL シェイプ宣言を含むグラフ (シェイプ グラフと呼ばれる) を入力として受け取り、グラフとして表現される検証レポートを生成します。これらのグラフはすべて、JSON-LDやTurtleなどの任意のリソース記述フレームワーク(RDF)シリアル化形式で表現できます。

SHACL のアプローチはかなりユニークで、検証結果の重大度レベルを指定する機能だけでなく、検証結果が上がった場合にデータを修正する方法の提案を返す機能も組み込まれています。組み込まれているレベルは、違反、警告、情報で、sh:severity図形に が指定されていない場合は違反がデフォルトになります。SHACL のユーザーは、他のカスタムの重大度レベルを追加できます。仕様で説明されているように、検証結果には他のプロパティの値が含まれる場合もあります。たとえば、プロパティは、検証結果に対応するデータを修正する方法の推奨事項など、追加のテキスト詳細をユーザーに伝えるように設計されています。図形グラフでsh:resultMessage制約に の値がない場合、 SHACL プロセッサは の他の値を自動的に生成する場合があります。一部の SHACL プロセッサ (TopQuadrant によって実装されたものなど) は、これらの提案をソフトウェアで実行可能にし、ユーザーの要求に応じてアプリケーションを自動化しました。 sh:messagesh:resultMessage

World Wide Web Consortium は、次の SHACL 仕様を公開しました。

• SHACL ^[1] (W3C技術勧告)は、SHACLコアの機能とSHACL-SPARQLと呼ばれるその拡張メカニズムを定義する主要な文書です。SHACLコアは、シェイプ、制約、組み込み制約の種類、およびシェイプをデータノードにリンクする方法の基本的な構文と構造を定義します。SHACL-SPARQLは、組み込み制約の種類でカバーされていない制約を表現する方法を定義します。
• SHACLの高度な機能^[4]（W3Cワーキンググループノート）は、SHACLコミュニティグループによって管理されている最新バージョンで、データ形状に基づいたデータ変換、推論、マッピングのための強力な機能（SPINルールに触発された）であるSHACLルールのサポートを定義しています。また、ユーザー定義関数などのSHACL-SPARQLの拡張機能も含まれています。
• SHACL JavaScript拡張機能^[5]（W3Cワーキンググループノート）は、JavaScriptを使用して制約、ルール、関数、その他の機能を表現する方法を定義します。これはSHACL-SPARQLと同様の範囲をカバーしていますが、実行言語としてJavaScriptを使用しています。
• SHACLコンパクト構文^[6]（SHACLコミュニティグループレポート）。

SHACL W3C仕様からリンクされているSHACLテストスイートと実装レポート^[7]には、2019年6月時点でSHACL検証に使用できるオープンソースツールがいくつかリストされています。2019年末までに、多くの商用RDFデータベースおよびフレームワークベンダーが、少なくともSHACL Coreのサポートを発表しました。

レポートに記載されているオープンソース ツールの一部は次のとおりです。

• dotNetRDF SHACL - .NET Frameworkで書かれたオンラインSHACL検証サービス^{[8] [9]}
• pySHACL - Pythonで書かれたコマンドライン用のオープンソースSHACL検証ライブラリ^[10]
• SHaclEX - SHACLとShExのScala実装^[11]
• TopBraid SHACL API - TopQuadrantによるApache JenaベースのSHACLのオープンソース実装。SHACLコアとSHACL-SPARQL検証、SHACL拡張機能、SHACL Javascript拡張機能、SHACLコンパクト構文をカバーしています。同じコードがTopBraid商用製品でも使用されています。^[12]

SHACL PlaygroundはJavaScriptで実装された無料のSHACL検証サービスです。^[13]

Eclipse RDF4Jは、Eclipse FoundationによるRDFデータ処理用のオープンソースJavaフレームワークであり、SHACL検証をサポートしています。^[14]

SHACLは、Cambridge Semantics (Anzo) ^[15]、 Franz ( AllegroGraph )、Metaphacts ^[16] 、 Ontotext ( GraphDB ) ^[17]、Stardog ^{[18] 、TopQuadrantなど、ほとんどのRDFグラフ技術ベンダーによってサポートされています。Neo4J [19]}など、プロパティグラフデータモデルを使用する商用製品でもサポートされています。

実装のレベルは異なる場合があります。少なくとも、ベンダーは SHACL Core をサポートしています。より高い表現力のために SHACL SPARQL をサポートするベンダーもあれば、ルールや関数を含む SHACL Advanced Features をサポートするベンダーもあります。

• 形状表現 (ShEx)