Foundational Ontologies meet Ontology Matching: A Survey

Ontology matching is a research area aimed at finding ways to make different ontologies interoperable. Solutions to the problem have been proposed from different disciplines, including databases, natural language processing, and machine learning. The role of foundational ontologies for ontology matching is an important one. It is multifaceted and with room for development. This paper presents an overview of the different tasks involved in ontology matching that consider foundational ontologies. We discuss the strengths and weaknesses of existing proposals and highlight the challenges to be addressed in the future

Exploiting general-purpose background knowledge for automated schema matching

The schema matching task is an integral part of the data integration process. It is usually the first step in integrating data. Schema matching is typically very complex and time-consuming. It is, therefore, to the largest part, carried out by humans. One reason for the low amount of automation is the fact that schemas are often defined with deep background knowledge that is not itself present within the schemas. Overcoming the problem of missing background knowledge is a core challenge in automating the data integration process. In this dissertation, the task of matching semantic models, so-called ontologies, with the help of external background knowledge is investigated in-depth in Part I. Throughout this thesis, the focus lies on large, general-purpose resources since domain-specific resources are rarely available for most domains. Besides new knowledge resources, this thesis also explores new strategies to exploit such resources. A technical base for the development and comparison of matching systems is presented in Part II. The framework introduced here allows for simple and modularized matcher development (with background knowledge sources) and for extensive evaluations of matching systems. One of the largest structured sources for general-purpose background knowledge are knowledge graphs which have grown significantly in size in recent years. However, exploiting such graphs is not trivial. In Part III, knowledge graph em- beddings are explored, analyzed, and compared. Multiple improvements to existing approaches are presented. In Part IV, numerous concrete matching systems which exploit general-purpose background knowledge are presented. Furthermore, exploitation strategies and resources are analyzed and compared. This dissertation closes with a perspective on real-world applications

Pattern-based design applied to cultural heritage knowledge graphs

Ontology Design Patterns (ODPs) have become an established and recognised practice for guaranteeing good quality ontology engineering. There are several ODP repositories where ODPs are shared as well as ontology design methodologies recommending their reuse. Performing rigorous testing is recommended as well for supporting ontology maintenance and validating the resulting resource against its motivating requirements. Nevertheless, it is less than straightforward to find guidelines on how to apply such methodologies for developing domain-specific knowledge graphs. ArCo is the knowledge graph of Italian Cultural Heritage and has been developed by using eXtreme Design (XD), an ODP- and test-driven methodology. During its development, XD has been adapted to the need of the CH domain e.g. gathering requirements from an open, diverse community of consumers, a new ODP has been defined and many have been specialised to address specific CH requirements. This paper presents ArCo and describes how to apply XD to the development and validation of a CH knowledge graph, also detailing the (intellectual) process implemented for matching the encountered modelling problems to ODPs. Relevant contributions also include a novel web tool for supporting unit-testing of knowledge graphs, a rigorous evaluation of ArCo, and a discussion of methodological lessons learned during ArCo development

Heterogeneous data to knowledge graphs matching

Many applications rely on the existence of reusable data. The FAIR (Findability, Accessibility, Interoperability, and Reusability) principles identify detailed descriptions of data and metadata as the core ingredients for achieving reusability. However, creating descriptive data requires massive manual effort. One way to ensure that data is reusable is by integrating it into Knowledge Graphs (KGs). The semantic foundation of these graphs provides the necessary description for reuse. In the Open Research KG, they propose to model artifacts of scientific endeavors, including publications and their key messages. Datasets supporting these publications are essential carriers of scientific knowledge and should be included in KGs. We focus on biodiversity research as an example domain to develop and evaluate our approach. Biodiversity is the assortment of life on earth covering evolutionary, ecological, biological, and social forms. Understanding such a domain and its mechanisms is essential to preserving this vital foundation of human well-being. It is imperative to monitor the current state of biodiversity and its change over time and to understand its forces driving and preserving life in all its variety and richness. This need has resulted in numerous works being published in this field. For example, a large amount of tabular data (datasets), textual data (publications), and metadata (e.g., dataset description) have been generated. So, it is a data-rich domain with an exceptionally high need for data reuse. Managing and integrating these heterogeneous data of biodiversity research remains a big challenge. Our core research problem is how to enable the reusability of tabular data, which is one aspect of the FAIR data principles. In this thesis, we provide answer for this research problem

Proceedings of the 15th ISWC workshop on Ontology Matching (OM 2020)

15th International Workshop on Ontology Matching co-located with the 19th International Semantic Web Conference (ISWC 2020)International audienc

Entities with quantities : extraction, search, and ranking

Quantities are more than numeric values. They denote measures of the world’s entities such as heights of buildings, running times of athletes, energy efficiency of car models or energy production of power plants, all expressed in numbers with associated units. Entity-centric search and question answering (QA) are well supported by modern search engines. However, they do not work well when the queries involve quantity filters, such as searching for athletes who ran 200m under 20 seconds or companies with quarterly revenue above $2 Billion. State-of-the-art systems fail to understand the quantities, including the condition (less than, above, etc.), the unit of interest (seconds, dollar, etc.), and the context of the quantity (200m race, quarterly revenue, etc.). QA systems based on structured knowledge bases (KBs) also fail as quantities are poorly covered by state-of-the-art KBs. In this dissertation, we developed new methods to advance the state-of-the-art on quantity knowledge extraction and search.Zahlen sind mehr als nur numerische Werte. Sie beschreiben Maße von Entitäten wie die Höhe von Gebäuden, die Laufzeit von Sportlern, die Energieeffizienz von Automodellen oder die Energieerzeugung von Kraftwerken - jeweils ausgedrückt durch Zahlen mit zugehörigen Einheiten. Entitätszentriete Anfragen und direktes Question-Answering werden von Suchmaschinen häufig gut unterstützt. Sie funktionieren jedoch nicht gut, wenn die Fragen Zahlenfilter beinhalten, wie z. B. die Suche nach Sportlern, die 200m unter 20 Sekunden gelaufen sind, oder nach Unternehmen mit einem Quartalsumsatz von über 2 Milliarden US-Dollar. Selbst moderne Systeme schaffen es nicht, Quantitäten, einschließlich der genannten Bedingungen (weniger als, über, etc.), der Maßeinheiten (Sekunden, Dollar, etc.) und des Kontexts (200-Meter-Rennen, Quartalsumsatz usw.), zu verstehen. Auch QA-Systeme, die auf strukturierten Wissensbanken (“Knowledge Bases”, KBs) aufgebaut sind, versagen, da quantitative Eigenschaften von modernen KBs kaum erfasst werden. In dieser Dissertation werden neue Methoden entwickelt, um den Stand der Technik zur Wissensextraktion und -suche von Quantitäten voranzutreiben. Unsere Hauptbeiträge sind die folgenden: • Zunächst präsentieren wir Qsearch [Ho et al., 2019, Ho et al., 2020] – ein System, das mit erweiterten Fragen mit Quantitätsfiltern umgehen kann, indem es Hinweise verwendet, die sowohl in der Frage als auch in den Textquellen vorhanden sind. Qsearch umfasst zwei Hauptbeiträge. Der erste Beitrag ist ein tiefes neuronales Netzwerkmodell, das für die Extraktion quantitätszentrierter Tupel aus Textquellen entwickelt wurde. Der zweite Beitrag ist ein neuartiges Query-Matching-Modell zum Finden und zur Reihung passender Tupel. • Zweitens, um beim Vorgang heterogene Tabellen einzubinden, stellen wir QuTE [Ho et al., 2021a, Ho et al., 2021b] vor – ein System zum Extrahieren von Quantitätsinformationen aus Webquellen, insbesondere Ad-hoc Webtabellen in HTML-Seiten. Der Beitrag von QuTE umfasst eine Methode zur Verknüpfung von Quantitäts- und Entitätsspalten, für die externe Textquellen genutzt werden. Zur Beantwortung von Fragen kontextualisieren wir die extrahierten Entitäts-Quantitäts-Paare mit informativen Hinweisen aus der Tabelle und stellen eine neue Methode zur Konsolidierung und verbesserteer Reihung von Antwortkandidaten durch Inter-Fakten-Konsistenz vor. • Drittens stellen wir QL [Ho et al., 2022] vor – eine Recall-orientierte Methode zur Anreicherung von Knowledge Bases (KBs) mit quantitativen Fakten. Moderne KBs wie Wikidata oder YAGO decken viele Entitäten und ihre relevanten Informationen ab, übersehen aber oft wichtige quantitative Eigenschaften. QL ist frage-gesteuert und basiert auf iterativem Lernen mit zwei Hauptbeiträgen, um die KB-Abdeckung zu verbessern. Der erste Beitrag ist eine Methode zur Expansion von Fragen, um einen größeren Pool an Faktenkandidaten zu erfassen. Der zweite Beitrag ist eine Technik zur Selbstkonsistenz durch Berücksichtigung der Werteverteilungen von Quantitäten

Machine learning for managing structured and semi-structured data

As the digitalization of private, commercial, and public sectors advances rapidly, an increasing amount of data is becoming available. In order to gain insights or knowledge from these enormous amounts of raw data, a deep analysis is essential. The immense volume requires highly automated processes with minimal manual interaction. In recent years, machine learning methods have taken on a central role in this task. In addition to the individual data points, their interrelationships often play a decisive role, e.g. whether two patients are related to each other or whether they are treated by the same physician. Hence, relational learning is an important branch of research, which studies how to harness this explicitly available structural information between different data points. Recently, graph neural networks have gained importance. These can be considered an extension of convolutional neural networks from regular grids to general (irregular) graphs. Knowledge graphs play an essential role in representing facts about entities in a machine-readable way. While great efforts are made to store as many facts as possible in these graphs, they often remain incomplete, i.e., true facts are missing. Manual verification and expansion of the graphs is becoming increasingly difficult due to the large volume of data and must therefore be assisted or substituted by automated procedures which predict missing facts. The field of knowledge graph completion can be roughly divided into two categories: Link Prediction and Entity Alignment. In Link Prediction, machine learning models are trained to predict unknown facts between entities based on the known facts. Entity Alignment aims at identifying shared entities between graphs in order to link several such knowledge graphs based on some provided seed alignment pairs. In this thesis, we present important advances in the field of knowledge graph completion. For Entity Alignment, we show how to reduce the number of required seed alignments while maintaining performance by novel active learning techniques. We also discuss the power of textual features and show that graph-neural-network-based methods have difficulties with noisy alignment data. For Link Prediction, we demonstrate how to improve the prediction for unknown entities at training time by exploiting additional metadata on individual statements, often available in modern graphs. Supported with results from a large-scale experimental study, we present an analysis of the effect of individual components of machine learning models, e.g., the interaction function or loss criterion, on the task of link prediction. We also introduce a software library that simplifies the implementation and study of such components and makes them accessible to a wide research community, ranging from relational learning researchers to applied fields, such as life sciences. Finally, we propose a novel metric for evaluating ranking results, as used for both completion tasks. It allows for easier interpretation and comparison, especially in cases with different numbers of ranking candidates, as encountered in the de-facto standard evaluation protocols for both tasks.Mit der rasant fortschreitenden Digitalisierung des privaten, kommerziellen und öffentlichen Sektors werden immer größere Datenmengen verfügbar. Um aus diesen enormen Mengen an Rohdaten Erkenntnisse oder Wissen zu gewinnen, ist eine tiefgehende Analyse unerlässlich. Das immense Volumen erfordert hochautomatisierte Prozesse mit minimaler manueller Interaktion. In den letzten Jahren haben Methoden des maschinellen Lernens eine zentrale Rolle bei dieser Aufgabe eingenommen. Neben den einzelnen Datenpunkten spielen oft auch deren Zusammenhänge eine entscheidende Rolle, z.B. ob zwei Patienten miteinander verwandt sind oder ob sie vom selben Arzt behandelt werden. Daher ist das relationale Lernen ein wichtiger Forschungszweig, der untersucht, wie diese explizit verfügbaren strukturellen Informationen zwischen verschiedenen Datenpunkten nutzbar gemacht werden können. In letzter Zeit haben Graph Neural Networks an Bedeutung gewonnen. Diese können als eine Erweiterung von CNNs von regelmäßigen Gittern auf allgemeine (unregelmäßige) Graphen betrachtet werden. Wissensgraphen spielen eine wesentliche Rolle bei der Darstellung von Fakten über Entitäten in maschinenlesbaren Form. Obwohl große Anstrengungen unternommen werden, so viele Fakten wie möglich in diesen Graphen zu speichern, bleiben sie oft unvollständig, d. h. es fehlen Fakten. Die manuelle Überprüfung und Erweiterung der Graphen wird aufgrund der großen Datenmengen immer schwieriger und muss daher durch automatisierte Verfahren unterstützt oder ersetzt werden, die fehlende Fakten vorhersagen. Das Gebiet der Wissensgraphenvervollständigung lässt sich grob in zwei Kategorien einteilen: Link Prediction und Entity Alignment. Bei der Link Prediction werden maschinelle Lernmodelle trainiert, um unbekannte Fakten zwischen Entitäten auf der Grundlage der bekannten Fakten vorherzusagen. Entity Alignment zielt darauf ab, gemeinsame Entitäten zwischen Graphen zu identifizieren, um mehrere solcher Wissensgraphen auf der Grundlage einiger vorgegebener Paare zu verknüpfen. In dieser Arbeit stellen wir wichtige Fortschritte auf dem Gebiet der Vervollständigung von Wissensgraphen vor. Für das Entity Alignment zeigen wir, wie die Anzahl der benötigten Paare reduziert werden kann, während die Leistung durch neuartige aktive Lerntechniken erhalten bleibt. Wir erörtern auch die Leistungsfähigkeit von Textmerkmalen und zeigen, dass auf Graph-Neural-Networks basierende Methoden Schwierigkeiten mit verrauschten Paar-Daten haben. Für die Link Prediction demonstrieren wir, wie die Vorhersage für unbekannte Entitäten zur Trainingszeit verbessert werden kann, indem zusätzliche Metadaten zu einzelnen Aussagen genutzt werden, die oft in modernen Graphen verfügbar sind. Gestützt auf Ergebnisse einer groß angelegten experimentellen Studie präsentieren wir eine Analyse der Auswirkungen einzelner Komponenten von Modellen des maschinellen Lernens, z. B. der Interaktionsfunktion oder des Verlustkriteriums, auf die Aufgabe der Link Prediction. Außerdem stellen wir eine Softwarebibliothek vor, die die Implementierung und Untersuchung solcher Komponenten vereinfacht und sie einer breiten Forschungsgemeinschaft zugänglich macht, die von Forschern im Bereich des relationalen Lernens bis hin zu angewandten Bereichen wie den Biowissenschaften reicht. Schließlich schlagen wir eine neuartige Metrik für die Bewertung von Ranking-Ergebnissen vor, wie sie für beide Aufgaben verwendet wird. Sie ermöglicht eine einfachere Interpretation und einen leichteren Vergleich, insbesondere in Fällen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Kandidaten, wie sie in den de-facto Standardbewertungsprotokollen für beide Aufgaben vorkommen

The Case of Wikidata

Since its launch in 2012, Wikidata has grown to become the largest open knowledge base (KB), containing more than 100 million data items and over 6 million registered users. Wikidata serves as the structured data backbone of Wikipedia, addressing data inconsistencies, and adhering to the motto of “serving anyone anywhere in the world,” a vision realized through the diversity of knowledge. Despite being a collaboratively contributed platform, the Wikidata community heavily relies on bots, automated accounts with batch, and speedy editing rights, for a majority of edits. As Wikidata approaches its first decade, the question arises: How close is Wikidata to achieving its vision of becoming a global KB and how diverse is it in serving the global population? This dissertation investigates the current status of Wikidata’s diversity, the role of bot interventions on diversity, and how bots can be leveraged to improve diversity within the context of Wikidata. The methodologies used in this study are mapping study and content analysis, which led to the development of three datasets: 1) Wikidata Research Articles Dataset, covering the literature on Wikidata from its first decade of existence sourced from online databases to inspect its current status; 2) Wikidata Requests-for-Permissions Dataset, based on the pages requesting bot rights on the Wikidata website to explore bots from a community perspective; and 3) Wikidata Revision History Dataset, compiled from the edit history of Wikidata to investigate bot editing behavior and its impact on diversity, all of which are freely available online. The insights gained from the mapping study reveal the growing popularity of Wikidata in the research community and its various application areas, indicative of its progress toward the ultimate goal of reaching the global community. However, there is currently no research addressing the topic of diversity in Wikidata, which could shed light on its capacity to serve a diverse global population. To address this gap, this dissertation proposes a diversity measurement concept that defines diversity in a KB context in terms of variety, balance, and disparity and is capable of assessing diversity in a KB from two main angles: user and data. The application of this concept on the domains and classes of the Wikidata Revision History Dataset exposes imbalanced content distribution across Wikidata domains, which indicates low data diversity in Wikidata domains. Further analysis discloses that bots have been active since the inception of Wikidata, and the community embraces their involvement in content editing tasks, often importing data from Wikipedia, which shows a low diversity of sources in bot edits. Bots and human users engage in similar editing tasks but exhibit distinct editing patterns. The findings of this thesis confirm that bots possess the potential to influence diversity within Wikidata by contributing substantial amounts of data to specific classes and domains, leading to an imbalance. However, this potential can also be harnessed to enhance coverage in classes with limited content and restore balance, thus improving diversity. Hence, this study proposes to enhance diversity through automation and demonstrate the practical implementation of the recommendations using a specific use case. In essence, this research enhances our understanding of diversity in relation to a KB, elucidates the influence of automation on data diversity, and sheds light on diversity improvement within a KB context through the usage of automation.Seit seiner Einführung im Jahr 2012 hat sich Wikidata zu der größten offenen Wissensdatenbank entwickelt, die mehr als 100 Millionen Datenelemente und über 6 Millionen registrierte Benutzer enthält. Wikidata dient als das strukturierte Rückgrat von Wikipedia, indem es Datenunstimmigkeiten angeht und sich dem Motto verschrieben hat, ’jedem überall auf der Welt zu dienen’, eine Vision, die durch die Diversität des Wissens verwirklicht wird. Trotz seiner kooperativen Natur ist die Wikidata-Community in hohem Maße auf Bots, automatisierte Konten mit Batch- Verarbeitung und schnelle Bearbeitungsrechte angewiesen, um die Mehrheit der Bearbeitungen durchzuführen. Da Wikidata seinem ersten Jahrzehnt entgegengeht, stellt sich die Frage: Wie nahe ist Wikidata daran, seine Vision, eine globale Wissensdatenbank zu werden, zu verwirklichen, und wie ausgeprägt ist seine Dienstleistung für die globale Bevölkerung? Diese Dissertation untersucht den aktuellen Status der Diversität von Wikidata, die Rolle von Bot-Eingriffen in Bezug auf Diversität und wie Bots im Kontext von Wikidata zur Verbesserung der Diversität genutzt werden können. Die in dieser Studie verwendeten Methoden sind Mapping-Studie und Inhaltsanalyse, die zur Entwicklung von drei Datensätzen geführt haben: 1) Wikidata Research Articles Dataset, die die Literatur zu Wikidata aus dem ersten Jahrzehnt aus Online-Datenbanken umfasst, um den aktuellen Stand zu untersuchen; 2) Requestfor- Permission Dataset, der auf den Seiten zur Beantragung von Bot-Rechten auf der Wikidata-Website basiert, um Bots aus der Perspektive der Gemeinschaft zu untersuchen; und 3)Wikidata Revision History Dataset, der aus der Bearbeitungshistorie von Wikidata zusammengestellt wurde, um das Bearbeitungsverhalten von Bots zu untersuchen und dessen Auswirkungen auf die Diversität, die alle online frei verfügbar sind. Die Erkenntnisse aus der Mapping-Studie zeigen die wachsende Beliebtheit von Wikidata in der Forschungsgemeinschaft und in verschiedenen Anwendungsbereichen, was auf seinen Fortschritt hin zur letztendlichen Zielsetzung hindeutet, die globale Gemeinschaft zu erreichen. Es gibt jedoch derzeit keine Forschung, die sich mit dem Thema der Diversität in Wikidata befasst und Licht auf seine Fähigkeit werfen könnte, eine vielfältige globale Bevölkerung zu bedienen. Um diese Lücke zu schließen, schlägt diese Dissertation ein Konzept zur Messung der Diversität vor, das die Diversität im Kontext einer Wissensbasis anhand von Vielfalt, Balance und Diskrepanz definiert und in der Lage ist, die Diversität aus zwei Hauptperspektiven zu bewerten: Benutzer und Daten. Die Anwendung dieses Konzepts auf die Bereiche und Klassen des Wikidata Revision History Dataset zeigt eine unausgewogene Verteilung des Inhalts über die Bereiche von Wikidata auf, was auf eine geringe Diversität der Daten in den Bereichen von Wikidata hinweist. Weitere Analysen zeigen, dass Bots seit der Gründung von Wikidata aktiv waren und von der Gemeinschaft inhaltliche Bearbeitungsaufgaben angenommen werden, oft mit Datenimporten aus Wikipedia, was auf eine geringe Diversität der Quellen bei Bot-Bearbeitungen hinweist. Bots und menschliche Benutzer führen ähnliche Bearbeitungsaufgaben aus, zeigen jedoch unterschiedliche Bearbeitungsmuster. Die Ergebnisse dieser Dissertation bestätigen, dass Bots das Potenzial haben, die Diversität in Wikidata zu beeinflussen, indem sie bedeutende Datenmengen zu bestimmten Klassen und Bereichen beitragen, was zu einer Ungleichgewichtung führt. Dieses Potenzial kann jedoch auch genutzt werden, um die Abdeckung in Klassen mit begrenztem Inhalt zu verbessern und das Gleichgewicht wiederherzustellen, um die Diversität zu verbessern. Daher schlägt diese Studie vor, die Diversität durch Automatisierung zu verbessern und die praktische Umsetzung der Empfehlungen anhand eines spezifischen Anwendungsfalls zu demonstrieren. Kurz gesagt trägt diese Forschung dazu bei, unser Verständnis der Diversität im Kontext einer Wissensbasis zu vertiefen, wirft Licht auf den Einfluss von Automatisierung auf die Diversität von Daten und zeigt die Verbesserung der Diversität im Kontext einer Wissensbasis durch die Verwendung von Automatisierung auf

A Simple Temporal Information Matching Mechanism for Entity Alignment Between Temporal Knowledge Graphs

Entity alignment (EA) aims to find entities in different knowledge graphs (KGs) that refer to the same object in the real world. Recent studies incorporate temporal information to augment the representations of KGs. The existing methods for EA between temporal KGs (TKGs) utilize a time-aware attention mechanism to incorporate relational and temporal information into entity embeddings. The approaches outperform the previous methods by using temporal information. However, we believe that it is not necessary to learn the embeddings of temporal information in KGs since most TKGs have uniform temporal representations. Therefore, we propose a simple graph neural network (GNN) model combined with a temporal information matching mechanism, which achieves better performance with less time and fewer parameters. Furthermore, since alignment seeds are difficult to label in real-world applications, we also propose a method to generate unsupervised alignment seeds via the temporal information of TKG. Extensive experiments on public datasets indicate that our supervised method significantly outperforms the previous methods and the unsupervised one has competitive performance.Comment: Accepted by COLING 202