RDF 三元组与 SPARQL 查询实战：从语义网到知识图谱互操作

主语（Subject）  ：被描述的资源（IRI 或空白节点）
谓语（Predicate） ：资源与值的关系（IRI，即属性/关系类型）
宾语（Object）   ：值（IRI、字面量 literal，或空白节点）

示例：
<Alice> <knows> <Bob>
<Alice> <name> "Alice Smith"    ← 宾语是字面量
<Bob>   <age>   "30"^^xsd:integer

   [Alice] --knows--> [Bob]
     |                  |
   name                name
     v                  v
 "Alice Smith"      "Bob Jones"

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

ex:alice a foaf:Person ;                # a = rdf:type 的简写
         foaf:name "Alice Smith" ;
         foaf:knows ex:bob .
ex:bob   a foaf:Person ;
         foaf:name "Bob Jones" ;
         foaf:age 30 .

<rdf:RDF xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"
         xmlns:foaf="http://xmlns.com/foaf/0.1/">
  <foaf:Person rdf:about="http://example.org/alice">
    <foaf:name>Alice Smith</foaf:name>
    <foaf:knows rdf:resource="http://example.org/bob"/>
  </foaf:Person>
</rdf:RDF>

{
  "@context": {
    "name": "http://xmlns.com/foaf/0.1/name",
    "knows": { "@id": "http://xmlns.com/foaf/0.1/knows", "@type": "@id" },
    "Person": "http://xmlns.com/foaf/0.1/Person"
  },
  "@id": "http://example.org/alice",
  "@type": "Person",
  "name": "Alice Smith",
  "knows": { "@id": "http://example.org/bob" }
}

http://example.org/people/alice
http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns#type

IRI = 全局唯一、可反引（URL）、可被语义网互联

@prefix dbo: <http://dbpedia.org/ontology/> .     # DBpedia 本体
@prefix dbr: <http://dbpedia.org/resource/> .     # DBpedia 资源
@prefix xsd: <http://www.w3.org/2001/XMLSchema#> .

dbr:Beijing a dbo:City ;
           dbo:country dbr:China ;
           dbo:population "21540000"^^xsd:integer .

@prefix rdfs: <http://www.w3.org/2000/01/rdf-schema#> .

ex:Person rdfs:subClassOf ex:Agent .        # 类别层级
ex:knows  rdfs:domain ex:Person ;
          rdfs:range  ex:Person .           # 谓词约束
ex:name   rdfs:subPropertyOf ex:label .     # 属性层级

@prefix owl: <http://www.w3.org/2002/07/owl#> .

# 类的等价与不相交
ex:Employee owl:equivalentClass ex:Staff .
ex:Cat owl:disjointWith ex:Dog .

# 属性特性
ex:marriedTo a owl:ObjectProperty ;
             owl:inverseOf ex:marriedTo ;    # 对称
             owl:SymmetricProperty .          # 若 a 认识 b 则 b 认识 a
ex:isParentOf a owl:TransitiveProperty .     # 传递：爷爷→爸爸→儿子

输入：ex:alice ex:isParentOf ex:bob .
     ex:bob   ex:isParentOf ex:carol .
OWL 推理：ex:alice ex:isParentOf ex:carol .     ← TransitiveProperty 推导
          ex:alice a ex:Person .                 ← 由 rdfs:domain 推导
          ex:carol a ex:Person .                 ← 由 rdfs:range 推导

PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/>
SELECT ?name WHERE {
  ?person foaf:name ?name .
  ?person foaf:knows ?friend .
}
LIMIT 10

# 从已知图「构造」社交图谱子图
PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/>
CONSTRUCT { ?person foaf:knows ?friend }
WHERE { ?person foaf:knows ?friend }

# 问：是否存在 Alice 认识 Bob 的三元组？
PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/>
ASK { ex:alice foaf:knows ex:bob }
# → true / false

PREFIX ex: <http://example.org/>
DESCRIBE ex:alice
# → 返回 alice 的所有三元组（由实现决定范围）

PREFIX dbo: <http://dbpedia.org/ontology/>
PREFIX xsd: <http://www.w3.org/2001/XMLSchema#>

SELECT ?city WHERE {
  ?city a dbo:City ;
        dbo:country dbr:China ;
        dbo:population ?pop .
  FILTER (?pop > 10000000)
}
ORDER BY DESC(?pop)

# 每个国家有多少城市、平均人口
SELECT ?country (COUNT(?city) AS ?count) (AVG(?pop) AS ?avgPop)
WHERE {
  ?city a dbo:City ;
        dbo:country ?country ;
        dbo:population ?pop .
}
GROUP BY ?country
HAVING (COUNT(?city) > 5)
ORDER BY DESC(?count)

# 朋友的朋友（路径长度 2）
SELECT DISTINCT ?friend WHERE {
  ex:alice foaf:knows/foaf:knows ?friend .
}
# 传递闭包（任意长度，对应 TransitiveProperty）
SELECT ?descendant WHERE {
  ex:grandpa ex:isParentOf+ ?descendant .
}

SELECT ?person ?name ?email WHERE {
  { ?person a foaf:Person . ?person foaf:name ?name . }
  UNION
  { ?person a foaf:Person . ?person foaf:mbox ?email . }
  # OPTIONAL：可缺失的绑定（左连接）
  OPTIONAL { ?person foaf:homepage ?homepage . }
}

# 插入新三元组
PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/>
INSERT DATA { ex:carol a foaf:Person ; foaf:name "Carol" . }

# 带条件的更新：把 Alice 的年龄加一
DELETE { ex:alice foaf:age ?old . }
INSERT { ex:alice foaf:age ?new . }
WHERE {
  ex:alice foaf:age ?old .
  BIND(?old + 1 AS ?new)
}

# 开启推理前：查不到「孙子」——需要显式 2 跳
SELECT ?grandchild WHERE { ex:grandpa ex:isParentOf ?m .
                          ?m ex:isParentOf ?grandchild . }
# 开启推理后（如 Jena OWL reasoner、Virtuoso inference）：
# isParentOf 声明为 TransitiveProperty → 直接查 1 跳即可
SELECT ?grandchild WHERE { ex:grandpa ex:isParentOf ?grandchild . }

推理（inference）：查询时动态推导 → 数据不变、查询慢
物化（materialize）：提前把推导结果写入图 → 查询快、数据膨胀

N-Triples 大图常用物化；交互式场景用推理

// 1. 加载 Turtle 到 TDB
import org.apache.jena.query.*;
import org.apache.jena.rdf.model.*;
import org.apache.jena.tdb2.TDB2Factory;

Dataset ds = TDB2Factory.createDataset("data/tdb");
ds.begin(ReadWrite.WRITE);
Model model = ds.getDefaultModel();
model.read("data/people.ttl", "TTL");     // 读入 Turtle
ds.commit();

// 2. SPARQL 查询
String queryStr =
  "PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> " +
  "SELECT ?name WHERE { ?p foaf:name ?name } " +
  "ORDER BY ?name";
try (QueryExecution qexec = QueryExecutionFactory.create(queryStr, model)) {
  ResultSet results = qexec.execSelect();
  results.forEachRemaining(row ->
    System.out.println(row.get("name").asLiteral().getString()));
}

# 加载 Turtle
isql-vt
SQL> DB.DBA.TTLP_LOAD_FILE('/data/people.ttl', 'http://example.org/', 0);

# SPARQL 端点即服务 HTTP 查询
curl -X POST "http://localhost:8890/sparql" \
  -H "Content-Type: application/x-www-form-urlencoded" \
  -d 'query=PREFIX foaf: <http://xmlns.com/foaf/0.1/> SELECT ?name WHERE { ?p foaf:name ?name }'

# Wikidata 端点实战：人口超过 1000 万的中国城市
SELECT ?city ?cityLabel ?pop WHERE {
  ?city wdt:P31 wd:Q515 .               # 实例=城市
  ?city wdt:P17 wd:Q148 .               # 国家=中国
  ?city wdt:P1082 ?pop .                # 人口
  FILTER(?pop > 10000000)
  SERVICE wikibase:label { bd:serviceParam wikibase:language "zh". }
}
ORDER BY DESC(?pop)

需要跨组织数据互通、语义推理、开放链接 → RDF + SPARQL
应用内业务关系分析、性能敏感、关系属性多 → 属性图
数据要先建本体、长期开放共享            → RDF