Semantic validation in spatio-temporal schema integration

This thesis proposes to address the well-know database integration problem with a new method that combines functionality from database conceptual modeling techniques with functionality from logic-based reasoners. We elaborate on a hybrid - modeling+validation - integration approach for spatio-temporal information integration on the schema level. The modeling part of our methodology is supported by the spatio-temporal conceptual model MADS, whereas the validation part of the integration process is delegated to the description logics validation services. We therefore adhere to the principle that, rather than extending either formalism to try to cover all desirable functionality, a hybrid system, where the database component and the logic component would cooperate, each one performing the tasks for which it is best suited, is a viable solution for semantically rich information management. First, we develop a MADS-based flexible integration approach where the integrated schema designer has several viable ways to construct a final integrated schema. For different related schema elements we provide the designer with four general policies and with a set of structural solutions or structural patterns within each policy. To always guarantee an integrated solution, we provide for a preservation policy with multi-representation structural pattern. To state the inter-schema mappings, we elaborate on a correspondence language with explicit spatial and temporal operators. Thus, our correspondence language has three facets: structural, spatial, and temporal, allowing to relate the thematic representation as well as the spatial and temporal features. With the inter-schema mappings, the designer can state correspondences between related populations, and define the conditions that rule the matching at the instance level. These matching rules can then be used in query rewriting procedures or to match the instances within the data integration process. We associate a set of putative structural patterns to each type of population correspondence, providing a designer with a patterns' selection for flexible integrated schema construction. Second, we enhance our integration method by employing validation services of the description logic formalism. It is not guaranteed that the designer can state all the inter-schema mappings manually, and that they are all correct. We add the validation phase to ensure validity and completeness of the inter-schema mappings set. Inter-schema mappings cannot be validated autonomously, i.e., they are validated against the data model and the schemas they link. Thus, to implement our validation approach, we translate the data model, the source schemas and the inter-schema mappings into a description logic formalism, preserving the spatial and temporal semantics of the MADS data model. Thus, our modeling approach in description logic insures that the model designer will correctly define spatial and temporal schema elements and inter-schema mappings. The added value of the complete translation (i.e., including the data model and the source schemas) is that we validate not only the inter-schema mappings, but also the compliance of the source schemas to the data model, and infer implicit relationships within them. As the result of the validation procedure, the schema designer obtains the complete and valid set of inter-schema mappings and a set of valid (flexible) schematic patterns to apply to construct an integrated schema that meets application requirements. To further our work, we model a framework in which a schema designer is able to follow our integration method and realize the schema integration task in an assisted way. We design two models, UML and SEAM models, of a system that provides for integration functionalities. The models describe a framework where several tools are employed together, each involved in the service it is best suited for. We define the functionalities and the cooperation between the composing elements of the framework and detail the logics of the integration process in an UML activity diagram and in a SEAM operation model

Implementing an ALCRP(D) abox reasoner: Progress report

Abstract: This paper presents a progress report on the implementation of an ALCRP(D) ABox reasoner and a knowledge representation framework. We present an ALC ABox reasoner which has been constructed for providing a basis for an optimized ALCRP(D) implementation. We compare the implementation with the concept consistency reasoner FaCT which sets the standard in current DL implementations

Aplicaciones de la expansión de consultas basadas en ontologías de dominio a la búsqueda de objetos de aprendizaje en repositorios

Prieto Méndez, Manuel Emilio, codir.En el campo del e-learning se realizan grandes esfuerzos dedicados al mejoramiento del proceso de enseñanza ? aprendizaje, uno de ellos está dirigido a motivar el uso y reutilización de los recursos digitales en repositorios. En un comienzo, los esfuerzos se dirigieron a aumentar la cantidad de recursos disponibles, hoy en día existe una gran cantidad de recursos almacenados en repositorios heterogéneos, por lo tanto el desafío se traslada a mejorar y hacer más eficientes las formas de buscar, seleccionar, localizar y acceder a recursos dispersos y distribuidos en repositorios. Dentro de esta línea, el objetivo de esta tesis es proponer una estrategia para la expansión de consultas basadas en ontologías de dominio que permita al diseñador instruccional obtener, desde un repositorio, objetos de aprendizaje relevantes para el diseño de sus cursos o la composición de otros recursos más complejos. Para lograr este objetivo se analizan las propuestas de expansión de consultas ya sea en el campo de la recuperación de información en general o específicamente, en los repositorios de objetos de aprendizaje. A partir de lo anterior, se establecen los criterios para la expansión de consultas basada en ontologías, se define la forma como serán abordados los problemas detectados, y por último, se formula, diseña e implementa la estrategia de expansión de consultas basada en ontología de dominio aplicada en el contexto de la búsqueda de objetos de aprendizaje en repositorios. Para la evaluación de nuestra propuesta se diseña un experimento dentro del dominio de genética, utilizando la ontología Gene como base de conocimiento y el repositorio MERLOT como proveedor de los objetos de aprendizaje en este dominio. Las consultas de prueba se definen a partir de los contenidos tratados en un conjunto de cursos de genética publicados en la Web por instituciones de educación superior para el año 2009. La evaluación de la relevancia de los resultados es realizada por 3 expertos en el dominio. El análisis de la concordancia y asociación entre las evaluaciones de los expertos es realizado por medio del análisis de Kappa de Cohen y el coeficiente de correlación de Spearman. Finalmente, la efectividad de la propuesta de expansión se evalúa a partir de las métricas de cobertura y novedad aplicadas a los resultados recuperados de las consultas con y sin expansión. La principal aportación de nuestra propuesta es una estrategia para la expansión de consultas basada en ontologías de dominio que permita al diseñador instruccional obtener resultados relevantes que sin la expansión no podrían ser recuperados desde los repositorios de objetos de aprendizaje. Suponemos que en la medida que los diseñadores intruccionales puedan acceder a recursos relevantes es posible contribuir en la calidad de los cursos e-learning o en la calidad de los nuevos recursos creados a partir de ellos. Cabe destacar que la efectividad de nuestra propuesta se ve afectada por el sistema de recuperación utilizado en cada repositorio, la calidad de los recursos almacenados y su etiquetado, así como la completitud y calidad de la base de conocimiento utilizada para la expansión

Aplicaciones de la expansión de consultas basadas en ontologías de dominio a la búsqueda de objetos de aprendizaje en repositorios

Prieto Méndez, Manuel Emilio, codir.En el campo del e-learning se realizan grandes esfuerzos dedicados al mejoramiento del proceso de enseñanza ? aprendizaje, uno de ellos está dirigido a motivar el uso y reutilización de los recursos digitales en repositorios. En un comienzo, los esfuerzos se dirigieron a aumentar la cantidad de recursos disponibles, hoy en día existe una gran cantidad de recursos almacenados en repositorios heterogéneos, por lo tanto el desafío se traslada a mejorar y hacer más eficientes las formas de buscar, seleccionar, localizar y acceder a recursos dispersos y distribuidos en repositorios. Dentro de esta línea, el objetivo de esta tesis es proponer una estrategia para la expansión de consultas basadas en ontologías de dominio que permita al diseñador instruccional obtener, desde un repositorio, objetos de aprendizaje relevantes para el diseño de sus cursos o la composición de otros recursos más complejos. Para lograr este objetivo se analizan las propuestas de expansión de consultas ya sea en el campo de la recuperación de información en general o específicamente, en los repositorios de objetos de aprendizaje. A partir de lo anterior, se establecen los criterios para la expansión de consultas basada en ontologías, se define la forma como serán abordados los problemas detectados, y por último, se formula, diseña e implementa la estrategia de expansión de consultas basada en ontología de dominio aplicada en el contexto de la búsqueda de objetos de aprendizaje en repositorios. Para la evaluación de nuestra propuesta se diseña un experimento dentro del dominio de genética, utilizando la ontología Gene como base de conocimiento y el repositorio MERLOT como proveedor de los objetos de aprendizaje en este dominio. Las consultas de prueba se definen a partir de los contenidos tratados en un conjunto de cursos de genética publicados en la Web por instituciones de educación superior para el año 2009. La evaluación de la relevancia de los resultados es realizada por 3 expertos en el dominio. El análisis de la concordancia y asociación entre las evaluaciones de los expertos es realizado por medio del análisis de Kappa de Cohen y el coeficiente de correlación de Spearman. Finalmente, la efectividad de la propuesta de expansión se evalúa a partir de las métricas de cobertura y novedad aplicadas a los resultados recuperados de las consultas con y sin expansión. La principal aportación de nuestra propuesta es una estrategia para la expansión de consultas basada en ontologías de dominio que permita al diseñador instruccional obtener resultados relevantes que sin la expansión no podrían ser recuperados desde los repositorios de objetos de aprendizaje. Suponemos que en la medida que los diseñadores intruccionales puedan acceder a recursos relevantes es posible contribuir en la calidad de los cursos e-learning o en la calidad de los nuevos recursos creados a partir de ellos. Cabe destacar que la efectividad de nuestra propuesta se ve afectada por el sistema de recuperación utilizado en cada repositorio, la calidad de los recursos almacenados y su etiquetado, así como la completitud y calidad de la base de conocimiento utilizada para la expansión