Allen's Interval Algebra Makes the Difference

Allen's Interval Algebra constitutes a framework for reasoning about temporal information in a qualitative manner. In particular, it uses intervals, i.e., pairs of endpoints, on the timeline to represent entities corresponding to actions, events, or tasks, and binary relations such as precedes and overlaps to encode the possible configurations between those entities. Allen's calculus has found its way in many academic and industrial applications that involve, most commonly, planning and scheduling, temporal databases, and healthcare. In this paper, we present a novel encoding of Interval Algebra using answer-set programming (ASP) extended by difference constraints, i.e., the fragment abbreviated as ASP(DL), and demonstrate its performance via a preliminary experimental evaluation. Although our ASP encoding is presented in the case of Allen's calculus for the sake of clarity, we suggest that analogous encodings can be devised for other point-based calculi, too.Comment: Part of DECLARE 19 proceeding

Clingo goes linear constraints over reals and integers

The recent series 5 of the ASP system clingo provides generic means to enhance basic Answer Set Programming (ASP) with theory reasoning capabilities. We instantiate this framework with different forms of linear constraints and elaborate upon its formal properties. Given this, we discuss the respective implementations, and present techniques for using these constraints in a reactive context. More precisely, we introduce extensions to clingo with difference and linear constraints over integers and reals, respectively, and realize them in complementary ways. Finally, we empirically evaluate the resulting clingo derivatives clingo[dl] and clingo[lp] on common language fragments and contrast them to related ASP systems.Peer reviewe

Étude de la coopération hôte-microbiote par des problèmes d'optimisation basés sur la complétion de réseaux métaboliques

Systems biology relies on computational biology to integrate knowledge and data, for a better understanding of organisms’ physiology. Challenges reside in the applicability of methods and tools to non-model organisms, for instance in marine biology. Sequencing advances and the growing importance of elucidating microbiotas’ roles, have led to an increased interest into these organisms. This thesis focuses on the modeling of the metabolism through networks, and of its functionality using graphs and constraints semantics. In particular, a first part presents work on gap-filling metabolic networks in the context of non-model organisms. A graph-based method is benchmarked and validated and a hybrid one is developed using Answer Set Programming (ASP) and linear programming. Such gap-filling is applied on algae and extended to decipher putative interactions between Ectocarpus siliculosus and a symbiotic bacterium. In this direction, the second part of the thesis aims at proposing formalisms and implementation of a tool for selecting and screening communities of interest within microbiotas. It enables to scale to large microbiotas and, with a two-step approach, to suggest symbionts that fit the desired objective. The modeling supports the computation of exchanges, and solving can cover the whole solution space. Applications are presented on the human gut microbiota and the selection of bacterial communities for a brown alga. Altogether, this thesis proposes modeling, software and biological applications using graph-based semantics to support the elaboration of hypotheses for elucidating the metabolism of organisms.La biologie des systèmes intègre données et connaissances par des méthodes bioinformatiques, afin de mieux appréhender la physiologie des organismes. Une problématique est l’applicabilité de ces techniques aux organismes non modèles, au centre de plus en plus d’études, grâce aux avancées de séquençage et à l’intérêt croissant de la recherche sur les microbiotes. Cette thèse s’intéresse à la modélisation du métabolisme par des réseaux, et de sa fonctionnalité par diverses sémantiques basées sur les graphes et les contraintes stoechiométriques. Une première partie présente des travaux sur la complétion de réseaux métaboliques pour les organismes non modèles. Une méthode basée sur les graphes est validée, et une seconde, hybride, est développée, en programmation par ensembles réponses (ASP). Ces complétions sont appliquées à des réseaux métaboliques d’algues en biologie marine, et étendues à la recherche de complémentarité métabolique entre Ectocarpus siliculosus et une bactérie symbiotique. En s’appuyant sur les méthodes de complétion, la seconde partie de la thèse vise à proposer et implémenter une sélection de communautés à l’échelle de grands microbiotes. Une approche en deux étapes permet de suggérer des symbiotes pour l’optimisation d’un objectif donné. Elle supporte la modélisation des échanges et couvre tout l’espace des solutions. Des applications sur le microbiote intestinal humain et la sélection de bactéries pour une algue brune sont présentées. Dans l’ensemble, cette thèse propose de modéliser, développer et appliquer des méthodes reposant sur des sémantiques de graphe pour élaborer des hypothèses sur le métabolisme des organismes