The OBO Foundry: Coordinated Evolution of Ontologies to Support Biomedical Data Integration

The value of any kind of data is greatly enhanced when it exists in a form that allows it to be integrated with other data. One approach to integration is through the annotation of multiple bodies of data using common controlled vocabularies or ‘ontologies’. Unfortunately, the very success of this approach has led to a proliferation of ontologies, which itself creates obstacles to integration. The Open Biomedical Ontologies (OBO) consortium has set in train a strategy to overcome this problem. Existing OBO ontologies, including the Gene Ontology, are undergoing a process of coordinated reform, and new ontologies being created, on the basis of an evolving set of shared principles governing ontology development. The result is an expanding family of ontologies designed to be interoperable, logically well-formed, and to incorporate accurate representations of biological reality. We describe the OBO Foundry initiative, and provide guidelines for those who might wish to become involved in the future

Eliciting Expertise

Since the last edition of this book there have been rapid developments in the use and exploitation of formally elicited knowledge. Previously, (Shadbolt and Burton, 1995) the emphasis was on eliciting knowledge for the purpose of building expert or knowledge-based systems. These systems are computer programs intended to solve real-world problems, achieving the same level of accuracy as human experts. Knowledge engineering is the discipline that has evolved to support the whole process of specifying, developing and deploying knowledge-based systems (Schreiber et al., 2000) This chapter will discuss the problem of knowledge elicitation for knowledge intensive systems in general

The Knowledge Level in Cognitive Architectures: Current Limitations and Possible Developments

In this paper we identify and characterize an analysis of two problematic aspects affecting the representational level of cognitive architectures (CAs), namely: the limited size and the homogeneous typology of the encoded and processed knowledge. We argue that such aspects may constitute not only a technological problem that, in our opinion, should be addressed in order to build articial agents able to exhibit intelligent behaviours in general scenarios, but also an epistemological one, since they limit the plausibility of the comparison of the CAs' knowledge representation and processing mechanisms with those executed by humans in their everyday activities. In the final part of the paper further directions of research will be explored, trying to address current limitations and future challenges

The MOUSE approach: Mapping Ontologies using UML for System Engineers

To address the problem of semantic heterogeneity, there has been a large body of research directed toward the study of semantic mapping technologies. Although various semantic mapping technologies have been investigated,  facilitating the process for domain experts to perform a semantic data integration task is still not easy. This is because one is required not only to possess domain expertise but also to have a good understanding of knowledge engineering. This paper proposes an approach that automatically transforms an abstract semantic mapping syntax into a concrete executable mapping syntax, we call this approach MOUSE (Mapping Ontologies using UML for System Engineers). In order to evaluate MOUSE, an implementation of this approach for a semantic data integration use case has been developed (called SDI, Semantic Data Integration). The aim is to enable domain experts, particularly system engineers, to undertake mappings using a technology that they are familiar with (UML), while ensuring the created mappings are accurate and the approach is easy to use. The proposed UML-based abstract mapping syntax is evaluated through usability experiments conducted in a lab environment by participants who have skills equivalent to real life system engineers using the SDI tool. Results from the evaluations show that the participants could correctly undertake the semantic data integration task using the MOUSE approach while maintaining accuracy and usability (in terms of ease of use)

Knowledge management technology for integrated decision support systems in process industries

Premi extraordinari doctorat curs 2011-2012, àmbit d’Enginyeria IndustrialNowadays, factors such as globalization of trade, market uncertainty and fierce competition involve dwindling error margins in enterprises. Two key aspects for achieve it are the viability and the competitiveness of enterprises, which highly depend on the effectiveness for taking their decisions related to their manufacturing characteristics, such as economic efficiency, product quality, flexibility or reliability. For this reason, companies have taken the task, for many years, of develop better management information systems in order to help the decision makers to exploit data and models, with the final objective of discussing and improving decision-making. In this sense, decision support systems must be improved in order to deal with the large amount of available data and the heterogeneity of existing modeling approaches along the hierarchical levels in the enterprise structure. Hence, this thesis proposes the application of ontologies as a decision support tool, since they are increasingly seen as a key semantic technology for addressing heterogeneities and mitigating the problems they create and for enabling data mining by semantics-driven the knowledge processing. The aim of this thesis is to contribute to the development of decision support tools for the enterprise process industry. As a decision support tool, must be capable of become a robust model which interacts among the different decision hierarchical levels, providing a unified framework of data and information levels integration. On the other hand, this thesis also aims the improvement in the development of the ontologies. Firstly, a detailed state of the art about the different production process systems, knowledge management base on ontologies, as well as decision support systems is carried out. Based on this review, the specific thesis objectives are posed. Next, a methodology is proposed for the development and use of ontologies, based on the analysis and adaptation of previously existing methodologies. Such methodology is based on the improvement cycle (PSDA), allowing a better way to design, construct and apply domain ontologies. The second part of this thesis is devoted to the application of the different parts of the previously proposed methodology for the development of an ontological framework in the process industry domain concerning the strategic, tactical and operational decision levels. Next, the description of the decision areas in which the ontological framework is applied is presented. Namely, in the process control decision level, the coordination control is considered. Regarding scheduling decisions level, mathematical optimization approaches are applied. Finally, the distributed hierarchical decision level considers the mathematical optimization for decentralized supply chain networks is adopted. These decision areas and the performance of the proposed framework interaction are studied along the different case studies presented in the thesis. On the whole, this thesis represents a step forward toward the integration among the enterprise hierarchical levels, the process and enterprise standardization and improved procedures for decision-making. The aforementioned achievements are boosted by the application of semantic models, which are currently increasingly used.En la actualidad, factores como la globalización del comercio, la incertidumbre del mercado y la feroz competencia implican la disminución de los márgenes de error en las empresas. Dos aspectos claves para lograrlo son la viabilidad y la competitividad de las enterprisesm, que dependen en gran medida la eficacia para la toma de sus decisiones relacionadas con sus características de fabricación, tales como eficiencia económica, la calidad del producto, la flexibilidad y fiabilidad. Por esta razón, las empresas han dado a la tarea, desde hace muchos años, de desarrollar mejores sistemas de gestión de la información con el fin de ayudar a los tomadores de decisiones de explotación de datos y modelos, con el objetivo final de la discusión y mejorar la toma de decisiones. En este sentido, los sistemas de apoyo a las decisiones deben ser mejorados con el fin de hacer frente a la gran cantidad de datos disponibles y la heterogeneidad de los métodos de modelización existentes a lo largo de los niveles jerárquicos en la estructura de la empresa. Por lo tanto, esta tesis se propone la aplicación de ontologías como herramienta de apoyo a la decisión, ya que son cada vez más como una tecnología clave semántica para hacer frente a las heterogeneidades y la mitigación de los problemas que crean y para permitir la extracción de datos por la semántica impulsado la elaboración del conocimiento. El objetivo de esta tesis es contribuir al desarrollo de herramientas de apoyo para la industria de procesos empresariales. Como una herramienta de apoyo a la decisión, debe ser capaz de convertirse en un modelo sólido que interactúa entre los diferentes niveles de decisión jerárquica, proporcionando un marco unificado de datos e integración de los niveles de información. Por otra parte, esta tesis también tiene como objetivo la mejora en el desarrollo del área de ingeniería ontológica. En primer lugar, un estado detallado de la técnica sobre los diferentes sistemas de procesos de producción, la base de la gestión del conocimiento en ontologías, así como los sistemas de soporte de decisiones se ha llevado a cabo. Basado en esa revision, los objetivos específicos de la tesis se plantean. A continuación, se propone una metodología para el desarrollo y uso de ontologías, con base en el análisis y adaptación de las metodologías ya existentes. Dicha metodología se basa en el ciclo de mejora (PSDA), lo que permite una mejor manera de diseñar, construir y aplicar las ontologías de dominio. La segunda parte de esta tesis se dedica a la aplicación de las diferentes partes de la metodología propuesta anteriormente para el desarrollo de un marco ontológico en el ámbito de la industria de procesos relativos a los niveles de decisiones estratégicas, tácticas y operativas. A continuación, la descripción de las áreas de decisión en la que se aplica el marco ontológico se presenta. Es decir, en el nivel de decision de proceso de control, el control de la coordinación se considera. En cuanto al nivel de decisiones de programación de la producción, los métodos matemáticos de optimización se aplican. Finalmente, el nivel jerárquico distribuido decisión considera la optimización matemática de las redes descentralizadas de la cadena de suministro que se adopte. Estas áreas de decisión y el desempeño de la interacción marco propuesto se estudian a lo largo de los diferentes casos de estudio presentados en la tesis. En general, esta tesis supone un paso hacia adelante en la integración entre los niveles jerárquicos de la empresa, el proceso y la estandarización de la empresa y mejorar los procedimientos de toma de decisiones. Los logros mencionados se potencian mediante la aplicación de modelos semánticos, que actualmente se utilizan cada vez más.Award-winningPostprint (published version

Towards Designing and Generating User Interfaces by Using Expert Knowledge

[ES] La investigación reportada en la presente tesis doctoral se lleva a cabo a través de la metodología de la ciencia del diseño que se centra en la creación y evaluación de artefactos. En esta tesis, el principal artefacto es el novedoso enfoque para diseñar y generar interfaces de usuario utilizando el conocimiento experto. Con el fin de permitir el uso del conocimiento experto, el enfoque propuesto se basa en la reutilización de patrones de diseño que incorporan el conocimiento experto del diseño de la interfaz y proporcionan soluciones reutilizables a diversos problemas de diseño. El objetivo principal de dicho enfoque es abordar el uso de patrones de diseño a fin de garantizar que los conocimientos especializados se integren en el diseño y la generación de interfaces de usuario para aplicaciones móviles y web. Las contribuciones específicas de esta tesis se resumen a continuación: Una primera contribución consiste en el marco AUIDP que se define para apoyar el diseño y la generación de interfaces adaptativas para aplicaciones web y móviles utilizando patrones de diseño HCI. El marco propuesto abarca tanto la etapa de diseño como la de ejecución de dichas interfaces. En el momento del diseño, los modelos de patrones de diseño junto con la interfaz de usuario y el perfil de usuario se definen siguiendo una metodología de desarrollo específica. En tiempo de ejecución, los modelos creados se utilizan para permitir la selección de patrones de diseño de HCI y para permitir la generación de interfaces de usuario a partir de las soluciones de diseño proporcionadas por los patrones de diseño relevantes. La segunda contribución es un método de especificación para establecer un modelo de ontología que convierte la representación tradicional basada en texto en la representación formal del patrón de diseño de HCI. Este método adopta la metodología Neon para lograr la transición de las representaciones informales a las formales. El modelo de ontología creado se llama MIDEP, que es una ontología modular que captura el conocimiento sobre los patrones de diseño, así como la interfaz de usuario y el perfil del usuario. La tercera contribución es el IDEPAR, que es el primer sistema dentro del marco global del AUIDP. Este sistema tiene como objetivo recomendar automáticamente los patrones de diseño más relevantes para un problema de diseño dado. Se basa en un enfoque híbrido que utiliza una combinación mixta de técnicas de recomendación basadas en texto y ontología para producir recomendaciones de patrones de diseño que proporcionan soluciones de diseño apropiadas. La cuarta contribución es un sistema generador de interfaz llamado ICGDEP, que se propone para generar automáticamente el código fuente de la interfaz de usuario para aplicaciones web y móviles. El ICGDEP es el segundo sistema dentro del marco global de AUIDP y se basa en el uso de patrones de diseño de HCI que son recomendados por el sistema IDEPAR. Su objetivo principal es generar automáticamente el código fuente de la interfaz de usuario a partir de las soluciones de diseño proporcionadas por los patrones de diseño. Para lograr esto, el sistema ICGDEP utiliza un método que permite la generación de código fuente de interfaz de usuario para la aplicación de destino. Las contribuciones aportadas en la presente tesis han sido validadas a través de diferentes perspectivas. En primer lugar, la evaluación de la ontología MIDEP desarrollada se realiza utilizando preguntas de competencia, enfoques de evaluación basados en la tecnología y basados en aplicaciones. En segundo lugar, la evaluación del sistema IDEPAR se establece mediante un patrón producido por expertos y un estudio de evaluación centrado en el usuario. Luego, el sistema ICGDEP es evaluado en términos de ser utilizado efectivamente por los desarrolladores, considerando el factor de productividad. Por último, la evaluación del marco mundial de AUIDP se lleva a cabo mediante estudios de casos y estudios de usabilidad.[CA] La investigació reportada en aquesta tesi doctoral es duu a terme a través de la metodologia de la ciència del disseny que se centra en la creació i avaluació d'artefactes. En aquesta tesi, el principal artefacte és el nou enfocament per dissenyar i generar interfícies d'usuari utilitzant el coneixement expert. Per tal de permetre l'ús del coneixement expert, l'enfocament proposat es basa en la reutilització de patrons de disseny que incorporen el coneixement expert del disseny de la interfície i proporcionen solucions reutilitzables a diversos problemes de disseny. L'objectiu principal d'aquest enfocament és abordar l'ús de patrons de disseny per tal de garantir que els coneixements especialitzats s'integrin en el disseny i la generació d'interfícies d'usuari per a aplicacions mòbils i web. Les contribucions específiques d'aquesta tesi es resumeixen a continuació: Una primera contribució consisteix en el marc AUIDP que es defineix per donar suport al disseny i generació d'interfícies adaptatives per a aplicacions web i mòbils utilitzant patrons de disseny HCI. El marc proposat inclou tant l'etapa de disseny com la d'execució de les interfícies esmentades. En el moment del disseny, els models de patrons de disseny juntament amb la interfície d'usuari i el perfil d'usuari es defineixen seguint una metodologia de desenvolupament específica. En temps d'execució, els models creats s'utilitzen per permetre la selecció de patrons de disseny de HCI i per permetre la generació de interfícies d'usuari a partir de les solucions de disseny proporcionades pels patrons de disseny rellevants. La segona contribució és un mètode d'especificació per establir un model d'ontologia que converteix la representació tradicional basada en text en la representació formal del patró de disseny de HCI. Aquest mètode adopta la metodologia Neon per aconseguir la transició de les representacions informals a les formals. El model d'ontologia creat s'anomena MIDEP, una ontologia modular que captura el coneixement sobre els patrons de disseny, així com la interfície d'usuari i el perfil de l'usuari. La tercera contribució és l'IDEPAR, que és el primer sistema dins del marc global de l'AUIDP. Aquest sistema té com a objectiu recomanar automàticament els patrons de disseny més rellevants per a un problema de disseny donat. Es basa en un enfocament híbrid que utilitza una combinació mixta de tècniques de recomanació basades en text i ontologia per produir recomanacions de patrons de disseny que proporcionen solucions de disseny apropiades. La quarta contribució és un sistema generador d'interfície anomenat ICGDEP, que es proposa per generar automàticament el codi font de la interfície d'usuari per a aplicacions web i mòbils. L'ICGDEP és el segon sistema dins del marc global d'AUIDP i es basa en l'ús de patrons de disseny de HCI que són recomanats pel sistema IDEPAR. El seu objectiu principal és generar automàticament el codi font de la interfície d'usuari a partir de les solucions de disseny proporcionades pels patrons de disseny. Per aconseguir-ho, el sistema ICGDEP utilitza un mètode que permet generar codi font d'interfície d'usuari per a l'aplicació de destinació. Les contribucions aportades a la present tesi han estat validades a través de diferents perspectives. En primer lloc, l'avaluació de l'ontologia MIDEP desenvolupada es fa utilitzant preguntes de competència, enfocaments d'avaluació basats en la tecnologia i basats en aplicacions. En segon lloc, l'avaluació del sistema IDEPAR s'estableix mitjançant un patró produït per experts i un estudi d'avaluació centrat en l'usuari. Després, el sistema ICGDEP és avaluat en termes de ser utilitzat efectivament pels desenvolupadors, considerant el factor de productivitat. Finalment, l'avaluació del marc mundial d'AUIDP es fa mitjançant estudis de casos i estudis d'usabilitat.[EN] The research reported in the present PhD dissertation is conducted through the design science methodology that focuses on creating and evaluating artifacts. In the current thesis, the main artifact is the novel approach to design and generate user interfaces using expert knowledge. In order to enable the use of expert knowledge, the present approach is devoted to reuse design patterns that incorporate expert knowledge of interface design and provide reusable solutions to various design problems. The main goal of the proposed approach is to address the use of design patterns in order to ensure that expert knowledge is integrated into the design and generation of user interfaces for mobile and Web applications. The specific contributions of this thesis are summarized below: This first contribution is the AUIDP framework that is defined to support the design and generation of adaptive interfaces for Web and mobile applications using HCI design patterns. The proposed framework spans over design-time and run-time. At design-time, models of design patterns along with user interface and user profile are defined following a specific development methodology. At run-time, the created models are used to allow the selection of HCI design patterns and to enable the generation of user interfaces from the design solutions provided by the relevant design patterns. The second contribution is a specification method to establish an ontology model that turns traditional text-based representation into formal HCI design pattern representation. This method adopts the Neon methodology to achieve the transition from informal to formal representations. The created ontology model is named MIDEP, which is a modular ontology that captures knowledge about design patterns as well as the user interface and user's profile. The third contribution is the IDEPAR, which is the first system within the global AUIDP framework. This system aims to automatically recommend the most relevant design patterns for a given design problem. It is based on a hybrid approach that relies on a mixed combination of text-based and ontology-based recommendation techniques to produce design pattern recommendations that provide appropriate design solutions. The fourth contribution is an interface generator system called ICGDEP, which is proposed to automatically generate the user interface source code for Web and mobile applications. The proposed ICGDEP is the second system within the global AUIDP framework and relies on the use of HCI design patterns that are recommended by the IDEPAR system. It mainly aims at automatically generating the user interface source code from the design solutions provided by design patterns. To achieve this, the ICGDEP system is based on a generation method that allows the generation of user interface source code for the target application. The contributions provided in the present thesis have been validated through different perspectives. First, the evaluation of the developed MIDEP ontology is performed using competency questions, technology-based, and application-based evaluation approaches. Second, the evaluation of the IDEPAR system is established through an expert-based gold standard and a user-centric evaluation study. Then, the ICGDEP system is evaluated in terms of being effectively used by developers, considering the productivity factor. Finally, the evaluation of the global AUIDP framework is conducted through case studies and usability studies.Braham, A. (2022). Towards Designing and Generating User Interfaces by Using Expert Knowledge [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19092

Enabling Scalable Multi-channel Communication through Semantic Technologies

With the advance of the Web in the direction Social Media the number of communication possibilities has exponentially increased bringing new challenges and opportunities for companies to build and shape their reputation online as well as to engage and maintain the relationships to their customers. In this paper we describe how semantic technologies enable scalable, effective and efficient on-line communication. We illustrate four different ways in which semantics can be used for this purpose. First, we discuss semantic analysis of communication items based on 'classical' semantic, such as natural language processing. Second, we look at semantics as a channel, viewing Linked Open Data vocabularies not only as terminological assets but as communication channels. Third, semantics provide the methodologies and tools for content modeling by means of ontologies. Finally, semantics through semantic matchmaking enable semi-automatic assignment and distribution of content to channels and vice-versa