SPARQL на примерах Wikidata

Эта страница опубликована в основном списке статей сайта
по адресу http://gis-lab.info/qa/sparql_wikidata.html

SPARQL — это язык запросов к данным, основанных на модели "субъект-предикат-объект" (примечание: "объект" часто заменяется на "значение", особенно в случае количественных предикатов) (в терминах Wikidata элемент-свойство-значения, item-property-values). Wikidata — открытый проект, потенциально интересный в гео-проектах и доступный в виде публичной SPARQL-точки

Инструментарий запросов

Запросы к Wikidata можно составлять с помощью различных SPARQL-клиентов. Ключевая особенность Wikidata — это общедоступная и публичная точка доступа SPARQL, включающая в том числе простой веб-интерфейс.

query.wikidata.org

У сервиса query.wikidata.org есть целое руководство на английском языке https://www.mediawiki.org/wiki/Wikidata_query_service/User_Manual и репозиторий для разработчиков https://github.com/wikimedia/wikidata-query-rdf.

Обратите внимание, что результаты запросов можно скачать в формате CSV — хорошее подспорье для более серьёзной работы при помощи других инструментов.

В таблице результатов (в нижней части экрана) можно отфильтровать результаты, используя поиск по всем полям сразу (например, можно попробовать найти "Moscow").

Wikidata

Для помощи по терминологии и модели Wikidata можно посмотреть сюда: Викиданные:Глоссарий.

Структуру элемента (item) и свойства (property) можно найти на англоязычной странице Wikibase/DataModel/Primer.

• Множественные значения
• Отсутствующие значения (известно, что значения не может быть) эквивалентны тегам ключ=no из OpenStreetMap - описаны на странице Help:Утверждения
• Значение не определено (известно, что значение есть, но не известно какое) - описаны на той же странице

Диаграмма русскоязычной терминологии утверждений в Викиданных

Свойства Wikidata

Полный перечень свойств: Wikidata:List_of_properties

Отчёт количества использований каждого свойства - Wikidata:Database_reports/List_of_properties/all

• дата прекращения существования - https://www.wikidata.org/wiki/Property:P576
• дата окончания - https://www.wikidata.org/wiki/Property:P582

Географические свойства в Wikidata

Полный перечень: Wikidata:List_of_properties/Geographical_feature

Принадлежность стране - https://www.wikidata.org/wiki/Property:P17

Принадлежность админ делению - https://www.wikidata.org/wiki/Property:P131

Координаты (точка) - https://www.wikidata.org/wiki/Property:P625 (при выборке этого свойства появляется возможность представить результаты на карте в нижней части экрана)

Численность населения - https://www.wikidata.org/wiki/Property:P1082

ID отношения из OpenStreetMap - https://www.wikidata.org/wiki/Property:P402

Столица - https://www.wikidata.org/wiki/Property:P36

Город-побратим - https://www.wikidata.org/wiki/Property:P190

Относительная высота https://www.wikidata.org/wiki/Property:P2660

Официальный язык - https://www.wikidata.org/wiki/Property:P37

Российские свойства в Wikidata

• код ОКАТО https://www.wikidata.org/wiki/Property:P721
• код ОКТМО https://www.wikidata.org/wiki/Property:P764
• Портал «Герои страны» ID https://www.wikidata.org/wiki/Property:P2943

Географические элементы в Wikidata

• континент - https://www.wikidata.org/wiki/Q5107
• суверенное государство - https://www.wikidata.org/wiki/Q3624078
• историческое государство - https://www.wikidata.org/wiki/Q3024240
• город - https://www.wikidata.org/wiki/Q515

• Северный полюс - https://www.wikidata.org/wiki/Q934
• Южный полюс - https://www.wikidata.org/wiki/Q933

• гора - https://www.wikidata.org/wiki/Q8502

Wikidata Blazegraph

Blazegraph — расширение от Wikidata к Blazegraph, чтобы сделать запросы к Wikibase более эффективными. Имеет лицензию GPLv2.

• Функция geof:distance возвращает минимальное расстояние между двумя точками.

Элементы SPARQL-запросов

Т.к. исходные данные представляют граф (элемент-свойство-значения) и его модификации (в Wikidata: квалификаторы, ссылки и др.), то большинство SPARQL-запросов строятся вокруг поиска паттернов в графе, зачастую нескольких.

Города в России с телефонными кодами

Самый простой пример.

• 1 строка: SELECT запросы выбирают данные или их часть
• 2 строка: выбираем субъекты (?item), у которых явно указано, что они в стране - Россия (Q159)
• 3 строка: выбираем субъекты (?item), у которых явно указано, что они суть - города (Q515)
• 4-6 строка: т.к. значения предиката "ID отношения из OpenStreetMap" P402 могут быть просто не заполнены у отдельных объектов, такие объекты будут исключены из результатов. Это не совсем интуитивно понятно для людей, привыкших к SQL-запросам (где NULL-значения возвращаются в большинстве случаев). В SPARQL необязательные значения нужно включать в результаты вручную.
• 7 строка: выбираем все возможные субъекты и объекты у предиката P473 (код города). Примечание о части "?localdialingcode": в Wikidata у Москвы указано сразу два объекта "495" и "499" у предиката P473, поэтому вернутся 2 результата, а не один. В SQL пришлось бы писать JOIN на ровном месте, а в SPARQL его нет вообще.

Открыть на query.wikidata.org

SELECT ?item ?relationid ?itemLabel ?countrydialingcode ?localdialingcode WHERE {
  ?item wdt:P17 wd:Q159.
  ?item wdt:P31 wd:Q515.
  OPTIONAL {
    ?item wdt:P402 ?relationid.
  }
  ?item wdt:P473 ?localdialingcode.
  wd:Q159 wdt:P474 ?countrydialingcode.
  SERVICE wikibase:label { bd:serviceParam wikibase:language "en". }
}

Объекты-побратимы всех российских объектов и их страны

Этот пример призван показать всю простоту JOIN-ов в SPARQL.

Для подходящего первичного ключа (в реляционных терминах) было достаточно найти только сам предикат (город-побратим).

Более того, в отличие от реляционных подходов, мы избавлены от вопросов: "в какой именно таблице хранятся города", "в какой таблице хранится информация о побратимстве". Сложность отличий нормальных форм не сбрасывается сразу на пользователя на уровне языка запросов. Необходимость в тщательном дизайне баз данных (таблиц и отношений) тоже уменьшается (по сравнению с табличным подходом и SQL).

Составители SPARQL-запросов просто исследуют данные запросами, а не думают постоянно, где именно эти данные расположены и как именно они связаны между собой.

• Строка 2: Академический район будет выбран как находящийся в России.
• Строка 4: Мелитополь (Украина) будет выбран как побратим Академического района.
• Строка 7: Исключаем исторические страны у городов-побратимов в результатах

Открыть на query.wikidata.org

SELECT DISTINCT ?wikidataCity ?russianPlace ?country WHERE {
  ?russianPlace wdt:P17 wd:Q159 .
  
  ?russianPlace wdt:P190 ?wikidataCity .
  ?wikidataCity wdt:P17 ?country .
  
  FILTER NOT EXISTS {?country wdt:P31 wd:Q3024240}
}
ORDER BY ?russianPlace ?country

Существующие страны и их столицы

В отличие от OpenStreetMap, Wikidata не ограничен "существующими прямо сейчас" объектами. Это можно использовать как хороший пример исключения из результатов.

• 5 строка: исключаем те страны, которые - исторические
• 10 строка: результаты упорядочены по названиям на русском или английском языках.

Открыть на query.wikidata.org

SELECT DISTINCT ?country ?countryLabel ?capital ?capitalLabel
WHERE
{
  ?country wdt:P31 wd:Q3624078 .
  FILTER NOT EXISTS {?country wdt:P31 wd:Q3024240}
  OPTIONAL { ?country wdt:P36 ?capital } .

  SERVICE wikibase:label { bd:serviceParam wikibase:language "ru", "en" }
}
ORDER BY ?countryLabel

Города примерно с таким же населением, как Пермь

Города, отличающиеся от Перми менее чем на 1000 человек по численности населения.

• 6 строка: abs это одна из множества возможных функций на числах в тестовых выражениях и фильтрах

Открыть на query.wikidata.org

#defaultView:Map
SELECT DISTINCT ?city ?cityLabel ?populatie2 ?coor WHERE {
  wd:Q915 wdt:P1082 ?populatie .
  ?city wdt:P1082 ?populatie2 .
  ?city wdt:P625 ?coor .
  FILTER (abs(?populatie - ?populatie2) < 1000)
  SERVICE wikibase:label { bd:serviceParam wikibase:language "ru,en" }
}

Ранжирование городов по населению

• Строка 10-17: BIND-конструкция позволяет создать переменную и присвоить ей значение. В данном примере мы использовали другую переменную (?population), чтобы создать новую (?layer)
• Строка 11: первый из 5 вложенных в "хвостовую часть" IF (условие, значение при истине, значение при не истине)

Открыть на query.wikidata.org

#defaultView:Map
SELECT DISTINCT ?city ?cityLabel ?population ?layer ?coordinates WHERE {
  ?city wdt:P17 wd:Q159.
  ?city wdt:P31 wd:Q515.

  OPTIONAL { ?city wdt:P1082 ?population. }
  
  ?city wdt:P625 ?coordinates.
  
  BIND(
    IF(?population < 500, "500",
    IF(?population < 10000, "10K",
    IF(?population < 100000, "100K",
    IF(?population < 1000000, "1M",
    IF(?population < 10000000, "10M",
    ">20M")))))
    AS ?layer).

  SERVICE wikibase:label { bd:serviceParam wikibase:language "ru,en" }
}
ORDER BY 
DESC(?population)

Бывшие столицы государств

Открыть на query.wikidata.org

#defaultView:Map
SELECT DISTINCT ?country ?countryLabel ?capital ?capitalLabel ?coordinates ?ended
WHERE
{
  ?country p:P36 ?stat.
  ?stat ps:P36 ?capital.
  ?capital wdt:P625 ?coordinates.
  OPTIONAL {
    ?country wdt:P582|wdt:P576 ?ended.
  }
  OPTIONAL {
    ?capital wdt:P582|wdt:P576 ?ended.
  }
  OPTIONAL {
    ?stat pq:P582 ?ended.
  }
  FILTER(BOUND(?ended)).
  SERVICE wikibase:label { bd:serviceParam wikibase:language "ru,en". }
}

Города, которые соединяются Транссибирской магистралью или Трансмонгольской железной дорогой

• 5 строка: конструкция VALUES используется чтобы вручную указать значения у отдельных элементов

Открыть на query.wikidata.org

#defaultView:Map
SELECT ?city ?cityLabel ?coordinates
WHERE
{
   VALUES ?highway { wd:Q559037 wd:Q58767 } 
   ?highway wdt:P2789 ?city .
    ?city wdt:P625 ?coordinates .
   SERVICE wikibase:label { bd:serviceParam wikibase:language "ru,en". }
}

Wikidata-префиксы

Полный список префиксов.

Квалификаторы (qualifier)

Если открыть Пермь, то там указанно множество значений у численности населения (P1082), причём все значения — одного ранга (нормальный).

У некоторых из значений численности населения указаны квалификаторы (qualifier) P585 (момент времени) и P459 (метод определения).

• 2 строка: будут выбраны все 43 высказывания у элемента Q915 и свойства P1082
• 3 строка: выбираем их значения
• 4-5 строка: выбираем нужные квалификаторы.

Открыть на query.wikidata.org

SELECT ?val ?qualifier ?wikidataid WHERE {
                 wd:Q915 p:P1082 ?statements           .
            ?statements ps:P1082 ?val      .
            ?statements pq:P585  ?qualifier  .
 OPTIONAL { ?statements pq:P459  ?wikidataid . }
}

Ранг (rank)

Показать все страны, относящиеся (и относившиеся ранее) к Перми, и их ранги.

Открыть на query.wikidata.org

SELECT DISTINCT ?doLabel ?do ?rank WHERE {
#  VALUES ?rank { wikibase:DeprecatedRank wikibase:NormalRank wikibase:PreferredRank }
    wd:Q915       p:P17 ?value.
    ?value       ps:P17 ?do .
    ?value wikibase:rank ?rank .
  
   SERVICE wikibase:label {
     bd:serviceParam wikibase:language "ru" .
   }
}

Примеры запросов

Часть примеров:

• Все континенты из Wikidata, отсортированные по убыванию их Wikidata идентификатора
• Объекты в более чем 3000 км от южного полюса, но всё ещё относящиеся к Антарктике
• Страны по убыванию населения
• Самый населённый город в каждой стране
• Количество записей о людях в Викиданных на каждый миллион населения в данной стране

Более сложные примеры: https://bitbucket.org/sulab/wikidatasparqlexamples

Альтернативы SPARQL у Wikidata

Нужно отметить, что SPARQL подразумевает только запросы на чтение. Часть языка на обновление, добавление и удаление данных — SPARQL 1.1 Update — в данной статье не рассматривалась.

Для доступа на запись вам необходимо ознакомиться с короткой процедурой регистрации ботов и отправить заявку участника-ботовода.

1. wikidata-cli
2. wikidata-sdk
3. Wikidata API. Заявления у Q915: в JSON или в XML
4. pywikidata - проект для доступа и на чтение и запись к элементам Wikidata. руководство по созданию ботов и примеры скриптов миграции данных из Википедии и Wikidata.

Внешние ссылки

• Справочный портал Wikidata
• Обучающие материалы OpenLink Software о SPARQL - части 10 и 11 покрывают основы GeoSPARQL