LinkedScales : bases de dados em multiescala

Orientador: André SantanchèTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: As ciências biológicas e médicas precisam cada vez mais de abordagens unificadas para a análise de dados, permitindo a exploração da rede de relacionamentos e interações entre elementos. No entanto, dados essenciais estão frequentemente espalhados por um conjunto cada vez maior de fontes com múltiplos níveis de heterogeneidade entre si, tornando a integração cada vez mais complexa. Abordagens de integração existentes geralmente adotam estratégias especializadas e custosas, exigindo a produção de soluções monolíticas para lidar com formatos e esquemas específicos. Para resolver questões de complexidade, essas abordagens adotam soluções pontuais que combinam ferramentas e algoritmos, exigindo adaptações manuais. Abordagens não sistemáticas dificultam a reutilização de tarefas comuns e resultados intermediários, mesmo que esses possam ser úteis em análises futuras. Além disso, é difícil o rastreamento de transformações e demais informações de proveniência, que costumam ser negligenciadas. Este trabalho propõe LinkedScales, um dataspace baseado em múltiplos níveis, projetado para suportar a construção progressiva de visões unificadas de fontes heterogêneas. LinkedScales sistematiza as múltiplas etapas de integração em escalas, partindo de representações brutas (escalas mais baixas), indo gradualmente para estruturas semelhantes a ontologias (escalas mais altas). LinkedScales define um modelo de dados e um processo de integração sistemático e sob demanda, através de transformações em um banco de dados de grafos. Resultados intermediários são encapsulados em escalas reutilizáveis e transformações entre escalas são rastreadas em um grafo de proveniência ortogonal, que conecta objetos entre escalas. Posteriormente, consultas ao dataspace podem considerar objetos nas escalas e o grafo de proveniência ortogonal. Aplicações práticas de LinkedScales são tratadas através de dois estudos de caso, um no domínio da biologia -- abordando um cenário de análise centrada em organismos -- e outro no domínio médico -- com foco em dados de medicina baseada em evidênciasAbstract: Biological and medical sciences increasingly need a unified, network-driven approach for exploring relationships and interactions among data elements. Nevertheless, essential data is frequently scattered across sources with multiple levels of heterogeneity. Existing data integration approaches usually adopt specialized, heavyweight strategies, requiring a costly upfront effort to produce monolithic solutions for handling specific formats and schemas. Furthermore, such ad-hoc strategies hamper the reuse of intermediary integration tasks and outcomes. This work proposes LinkedScales, a multiscale-based dataspace designed to support the progressive construction of a unified view of heterogeneous sources. It departs from raw representations (lower scales) and goes towards ontology-like structures (higher scales). LinkedScales defines a data model and a systematic, gradual integration process via operations over a graph database. Intermediary outcomes are encapsulated as reusable scales, tracking the provenance of inter-scale operations. Later, queries can combine both scale data and orthogonal provenance information. Practical applications of LinkedScales are discussed through two case studies on the biology domain -- addressing an organism-centric analysis scenario -- and the medical domain -- focusing on evidence-based medicine dataDoutoradoCiência da ComputaçãoDoutor em Ciência da Computação141353/2015-5CAPESCNP

Gerando redes de conhecimento a partir de descrições de fenótipos

Orientadores: André Santanchè, Júlio César dos ReisDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de ComputaçãoResumo: Diversos sistemas computacionais usam informações sobre seres vivos, tais como chaves de identificação ¿ artefatos criados por biólogos para identificar espécimes de seres vivos seguindo uma cadeia de questões acerca das suas características observáveis (fenótipos). Tais questões estão em formato de texto livre, por exemplo, "Possui olhos grandes e pre- tos". Contudo, texto livre dificulta a interpretação de informação por máquinas, limitando sua capacidade de realização de tarefas de busca, integração e comparação de termos. Esta dissertação propõe um método para extrair informação a respeito de fenótipos a partir de textos escritos em linguagem natural, colocando-os no formato de Entidade-Qualidade ¿ um formato de dados biológicos para representar estruturas anatômicas (Entidade) e o seu modificador (Qualidade). A proposta permite que Entidades e Qualidades, reconhecidas automaticamente a partir de informação do nível textual, sejam relacionadas com con- ceitos presentes em ontologias de domínio. Ela adota ferramentas de Processamento de Linguagem Natural existentes, bem como contribui com novas técnicas que exploram as características de escrita e estruturação implícitas em textos presentes nas chaves de iden- tificação. A abordagem foi validada utilizando os dados da base FishBase, sobre a qual foram conduzidos experimentos explorando um conjunto de testes anotado manualmente para avaliar a precisão e aplicabilidade do método de extração proposto. Os resultados obtidos mostram os benefícios da técnica e possibilidades de estudos científicos utilizando a rede de conhecimento extraídaAbstract: Several computing systems rely on information about living beings, such as identification keys ¿ artifacts created by biologists to identify specimens following a flow of questions about their observable characters (phenotype). These questions are described in a free- text format, e.g., "big and black eye". Free-texts hamper the automatic information interpretation by machines, limiting their ability to perform search and comparison of terms, as well as integration tasks. This thesis proposes a method to extract phenotypic information from natural language texts from biology legacy information systems, trans- forming them in an Entity-Quality formalism ¿ a format to represent each phenotype character (Entity) and its state (Quality). Our approach aligns automatically recognized Entities and Qualities with domain concepts described in ontologies. It adopts existing Natural Language Processing techniques, adding an extra original step, which exploits intrinsic characteristics of phenotypic descriptions and of the organizational structure of identification keys. The approach was validated over the FishBase data. We conducted extensive experiments based on a manually annotated Gold Standard set to assess the precision and applicability of the proposed extraction method. The obtained results re- veal the feasibility of our technique, its benefits and possibilities of scientific studies using the extracted knowledge networkMestradoCiência da ComputaçãoMestre em Ciência da Computação1406900CAPE