A comparison between algebraic query languages for flat and nested databases

AbstractRecently, much attention has been paid to query languages for nested relations. In the present paper, we consider the nested algebra and the powerset algebra, and compare them both mutually as well as to the traditional flat algebra. We show that either nest or difference can be removed as a primitive operator in the powerset algebra. While the redundancy of the nest operator might have been expected, the same cannot be said of the difference. Basically, this result shows that the presence of one nonmonotonic operator suffices in the powerset algebra. As an interesting consequence of this result, the nested algebra without the difference remains complete in the sense of Bancilhon and Paredaens. Finally, we show there are both similarities and fundamental differences between the expressiveness of query languages for nested relations and that of their counterparts for flat relations

Query translation and optimisation for complex value databases

This thesis considers the theory of database queries on the complex value data model extended with external functions. In modern intelligent database systems, we expect that query systems be able to handle a wide range of calculus formulas correctly and efficiently. Accordingly, they will require general query translators and efficient optimisers. Motivated by these concerns, this thesis undertakes a· comprehensive study of query evaluation in the complex value model and investigates the following issues: • identifying recursive sets of complex value formulas which define domain independent queries; • implementing complex value calculus queries with the incorporation of functions; • solving the problem of how to process join operation in complex value databases; and • investigating some algebraic properties concerning nested relational operators. The first part of this thesis extends some classical properties of the relational theory - particularly those related to query safety - to the context of complex value databases with fixed external functions and investigates the problem of how to implement calculus queries. Two notions of syntactic criteria for queries which guarantee domain independence, namely, embedded evaluable and embedded allowed, are generalised for this data model. This thesis shows that all embedded-allowed calculus (or fix-point) queries are external-function domain independent and continuous. This thesis discusses the topic of "embedded allowed database programs" and proves that embedded allowed stratified programs satisfying certain constraints are embedded domain independent. It also develops an algorithm for translating embedded allowed queries into equivalent algebraic expressions as a basis for evaluating safe queries in all calculus-based query classes. The second part of this thesis considers the issue of query optimisation for nested relational databases. Within a restricted set of nested schema trees, a join operator, called P-join, is proposed. The P-join operator does not require as many restructuring operators and combines the advantages of the extended natural join and recursive join for efficient data access. A P-join algorithm which takes advantage of a decomposed storage model and various join techniques available in the standard relational model to reduce the cost of join operation in nested relational databases is also proposed. Finally, this thesis investigates some algebraic properties of nested relational operators which are useful for query optimisation in the nested relational model and outlines a heuristic optimisation algorithm for nested relational expressions by adopting algebraic transformation rules developed in this thesis and previous related work

Ein Konzept auf der Basis von Ontologien und Petri-Netzen

In der Dissertation wird das Themenfeld der Modellierung kooperativer Informationssysteme behandelt. Zu diesem Zweck wird ein Ansatz für die Modellierung kooperativer Informationssysteme entwickelt, der zum einen auf Ontologien und zum anderen auf Petri-Netzen basiert. Beide Konzepte werden vom Verfasser zu so genannten „Ontologie-Netzen“ zusammengeführt. Seit einigen Jahren werden Ontologien in unterschiedlichsten Wissenschaftsdisziplinen untersucht. Das Interesse an Ontologie ist nicht zuletzt auf die jüngsten Entwicklungen im Bereich des Semantic Web zurückzuführen. Auch über webbasierte Applikationen hinaus werden Ontologien in Szenarien untersucht, in denen Akteure mit unterschiedlichen Sprach- und Wissenshintergründen in Kommunikation miteinander treten. Während nämlich traditionelle Modellierungsmethoden lediglich die Ex-Ante Vorgabe eines Begriffsystems unterstützen, können mit Ontologien darüber hinaus auch Ex-Post Harmonisierungen unterschiedlicher Begriffswelten angestrebt werden. Darüber hinaus verfügen Ontologien in der Regel über eine Inferenzkomponente, die die Erschließung von „implizitem“ Wissen erlaubt. Die abstrakte Spezifikation regelartiger Zusammenhänge in einer Ontologie kann somit bei konkreter Anwendung in einer Domäne zur Explikation von Fakten führen, die ansonsten nicht berücksichtigt werden könnten. Aus dem Blickwinkel der Wirtschaftswissenschaften haben Ontologien eine besondere Bedeutung aufgrund ihres Leistungspotenzials für Zwecke der Unternehmensmodellierung. Insbesondere für Organisationsformen, die unter das Spektrum zwischenbetrieblicher Kooperationen fallen, könnten sich Ontologien als effektivitäts- und effizienzsteigernde Methoden der Unternehmensmodellierung erweisen. Es sind nämlich gerade Organisationsformen, an denen Akteure aus unterschiedlichen Hintergründen für Zwecke der gemeinschaftlichen Leistungserstellung zusammenkommen, bei denen sich bestehende Sprachbarrieren negativ auf die Geschäftsprozesse auswirken. Darüber hinaus erlauben Ontologien mit ihrer Inferenzkomponente die formale Spezifikation von „Business Rules“ die bei der gemeinschaftlichen Leistungserstellung zu gelten haben. Ontologien beschränken sich allerdings auf die rein statischen Aspekte, da sie nur für die Repräsentation deklarativen Wissens verwendet werden können. Daher haben Ontologien auch nur eine deklarative Semantik. Sie äußert sich z.B. darin, dass die Reihenfolge der (Teil-)Spezifikationen für ihre Bedeutung irrelevant ist. Dadurch kann immer nur ein bestimmter Zustand der Realität modelliert werden. Von Methoden zur Modellierung zwischenbetrieblicher Kooperationen wird allerdings vermehrt gefordert, sowohl statische als auch dynamische Aspekte erfassen zu können. Unter dem Paradigma der „Geschäftsprozessorientierung“ haben sich daher vermehrt solche Methoden durchgesetzt, die sowohl statische als auch dynamische Aspekte der Realität zu Erfassen in der Lage sind. Mit dem integrativen Modellierungskonzept wird in der vorliegenden Arbeit ein Ansatz vorgestellt, der es erlaubt, Ontologien um dynamische Aspekte zu erweitern. Hierzu werden Ontologien in eine Klasse höherer Petri-Netze eingebunden. Letztgenannte haben sich nämlich in der Vergangenheit bei der Ausweitung formaler Spezifikationen um dynamische Aspekte als äußerst fruchtbar erwiesen. Dabei wird die Kompatibilität der beiden Ansätze über ihre gemeinsame prädikatenlogische Basis gewährleistet. Darüber hinaus erfreuen sich Petri-Netze sowohl in theoretischen Ausarbeitungen als auch in praktischen Umsetzungen einer hohen Beliebtheit. Die noch relativ jungen Forschungsarbeiten zu Ontologien könnten durch einen solchen Ansatz in ihrer Akzeptanzrate erhöht werden