Synthesizing Conjunctive Queries for Code Search

This paper presents Squid, a new conjunctive query synthesis algorithm for searching code with target patterns. Given positive and negative examples along with a natural language description, Squid analyzes the relations derived from the examples by a Datalog-based program analyzer and synthesizes a conjunctive query expressing the search intent. The synthesized query can be further used to search for desired grammatical constructs in the editor. To achieve high efficiency, we prune the huge search space by removing unnecessary relations and enumerating query candidates via refinement. We also introduce two quantitative metrics for query prioritization to select the queries from multiple candidates, yielding desired queries for code search. We have evaluated Squid on over thirty code search tasks. It is shown that Squid successfully synthesizes the conjunctive queries for all the tasks, taking only 2.56 seconds on average

Semantic Keyword-based Search on Heterogeneous Information Systems

En los últimos años, con la difusión y el uso de Internet, el volumen de información disponible para los usuarios ha crecido exponencialmente. Además, la posibilidad de acceder a dicha información se ha visto impulsada por los niveles de conectividad de los que disfrutamos actualmente gracias al uso de los móviles de nueva generación y las redes inalámbricas (e.g., 3G, Wi-Fi). Sin embargo, con los métodos de acceso actuales, este exceso de información es tan perjudicial como la falta de la misma, ya que el usuario no tiene tiempo de procesarla en su totalidad. Por otro lado, esta información está detrás de sistemas de información de naturaleza muy heterogénea (e.g., buscadores Web, fuentes de Linked Data, etc.), y el usuario tiene que conocerlos para poder explotar al máximo sus capacidades. Esta diversidad se hace más patente si consideramos cualquier servicio de información como potencial fuente de información para el usuario (e.g., servicios basados en la localización, bases de datos exportadas mediante Servicios Web, etc.). Dado este nivel de heterogeneidad, la integración de estos sistemas se debe hacer externamente, ocultando su complejidad al usuario y dotándole de mecanismos para que pueda expresar sus consultas de forma sencilla. En este sentido, el uso de interfaces basados en palabras clave (keywords) se ha popularizado gracias a su sencillez y a su adopción por parte de los buscadores Web más usados. Sin embargo, esa sencillez que es su mayor virtud también es su mayor defecto, ya que genera problemas de ambigüedad en las consultas. Las consultas expresadas como conjuntos de palabras clave son inherentemente ambiguas al ser una proyección de la verdadera pregunta que el usuario quiere hacer. En la presente tesis, abordamos el problema de integrar sistemas de información heterogéneos bajo una búsqueda guiada por la semántica de las palabras clave; y presentamos QueryGen, un prototipo de nuestra solución. En esta búsqueda semántica abogamos por establecer la consulta que el usuario tenía en mente cuando escribió sus palabras clave, en un lenguaje de consulta formal para evitar posibles ambigüedades. La integración de los sistemas subyacentes se realiza a través de la definición de sus lenguajes de consulta y de sus modelos de ejecución. En particular, nuestro sistema: - Descubre el significado de las palabras clave consultando un conjunto dinámico de ontologías, y desambigua dichas palabras teniendo en cuenta su contexto (el resto de palabras clave), ya que cada una de las palabras tiene influencia sobre el significado del resto de la entrada. Durante este proceso, los significados que son suficientemente similares son fusionados y el sistema propone aquellos más probables dada la entrada del usuario. La información semántica obtenida en el proceso es integrada y utilizada en fases posteriores para obtener la correcta interpretación del conjunto de palabras clave. - Un mismo conjunto de palabras pueden representar diversas consultas aún cuando se conoce su significado individual. Por ello, una vez establecidos los significados de cada palabra y para obtener la consulta exacta del usuario, nuestro sistema encuentra todas las preguntas posibles utilizando las palabras clave. Esta traducción de palabras clave a preguntas se realiza empleando lenguajes de consulta formales para evitar las posibles ambigüedades y expresar la consulta de manera precisa. Nuestro sistema evita la generación de preguntas semánticamente incorrectas o duplicadas con la ayuda de un razonador basado en Lógicas Descriptivas (Description Logics). En este proceso, nuestro sistema es capaz de reaccionar ante entradas insuficientes (e.g., palabras omitidas) mediante la adición de términos virtuales, que representan internamente palabras que el usuario tenía en mente pero omitió cuando escribió su consulta. - Por último, tras la validación por parte del usuario de su consulta, nuestro sistema accede a los sistemas de información registrados que pueden responderla y recupera la respuesta de acuerdo a la semántica de la consulta. Para ello, nuestro sistema implementa una arquitectura modular permite añadir nuevos sistemas al vuelo siempre que se proporcione su especificación (lenguajes de consulta soportados, modelos y formatos de datos, etc.). Por otro lado, el trabajar con sistemas de información heterogéneos, en particular sistemas relacionados con la Computación Móvil, ha permitido que las contribuciones de esta tesis no se limiten al campo de la búsqueda semántica. A este respecto, se ha estudiado el ámbito de la semántica de las consultas basadas en la localización, y especialmente, la influencia de la semántica de las localizaciones en el procesado e interpretación de las mismas. En particular, se proponen dos modelos ontológicos para modelar y capturar la relaciones semánticas de las localizaciones y ampliar la expresividad de las consultas basadas en la localización. Durante el desarrollo de esta tesis, situada entre el ámbito de la Web Semántica y el de la Computación Móvil, se ha abierto una nueva línea de investigación acerca del modelado de conocimiento volátil, y se ha estudiado la posibilidad de utilizar razonadores basados en Lógicas Descriptivas en dispositivos basados en Android. Por último, nuestro trabajo en el ámbito de las búsquedas semánticas a partir de palabras clave ha sido extendido al ámbito de los agentes conversacionales, haciéndoles capaces de explotar distintas fuentes de datos semánticos actualmente disponibles bajo los principios del Linked Data

Explainable methods for knowledge graph refinement and exploration via symbolic reasoning

Knowledge Graphs (KGs) have applications in many domains such as Finance, Manufacturing, and Healthcare. While recent efforts have created large KGs, their content is far from complete and sometimes includes invalid statements. Therefore, it is crucial to refine the constructed KGs to enhance their coverage and accuracy via KG completion and KG validation. It is also vital to provide human-comprehensible explanations for such refinements, so that humans have trust in the KG quality. Enabling KG exploration, by search and browsing, is also essential for users to understand the KG value and limitations towards down-stream applications. However, the large size of KGs makes KG exploration very challenging. While the type taxonomy of KGs is a useful asset along these lines, it remains insufficient for deep exploration. In this dissertation we tackle the aforementioned challenges of KG refinement and KG exploration by combining logical reasoning over the KG with other techniques such as KG embedding models and text mining. Through such combination, we introduce methods that provide human-understandable output. Concretely, we introduce methods to tackle KG incompleteness by learning exception-aware rules over the existing KG. Learned rules are then used in inferring missing links in the KG accurately. Furthermore, we propose a framework for constructing human-comprehensible explanations for candidate facts from both KG and text. Extracted explanations are used to insure the validity of KG facts. Finally, to facilitate KG exploration, we introduce a method that combines KG embeddings with rule mining to compute informative entity clusters with explanations.Wissensgraphen haben viele Anwendungen in verschiedenen Bereichen, beispielsweise im Finanz- und Gesundheitswesen. Wissensgraphen sind jedoch unvollständig und enthalten auch ungültige Daten. Hohe Abdeckung und Korrektheit erfordern neue Methoden zur Wissensgraph-Erweiterung und Wissensgraph-Validierung. Beide Aufgaben zusammen werden als Wissensgraph-Verfeinerung bezeichnet. Ein wichtiger Aspekt dabei ist die Erklärbarkeit und Verständlichkeit von Wissensgraphinhalten für Nutzer. In Anwendungen ist darüber hinaus die nutzerseitige Exploration von Wissensgraphen von besonderer Bedeutung. Suchen und Navigieren im Graph hilft dem Anwender, die Wissensinhalte und ihre Limitationen besser zu verstehen. Aufgrund der riesigen Menge an vorhandenen Entitäten und Fakten ist die Wissensgraphen-Exploration eine Herausforderung. Taxonomische Typsystem helfen dabei, sind jedoch für tiefergehende Exploration nicht ausreichend. Diese Dissertation adressiert die Herausforderungen der Wissensgraph-Verfeinerung und der Wissensgraph-Exploration durch algorithmische Inferenz über dem Wissensgraph. Sie erweitert logisches Schlussfolgern und kombiniert es mit anderen Methoden, insbesondere mit neuronalen Wissensgraph-Einbettungen und mit Text-Mining. Diese neuen Methoden liefern Ausgaben mit Erklärungen für Nutzer. Die Dissertation umfasst folgende Beiträge: Insbesondere leistet die Dissertation folgende Beiträge: • Zur Wissensgraph-Erweiterung präsentieren wir ExRuL, eine Methode zur Revision von Horn-Regeln durch Hinzufügen von Ausnahmebedingungen zum Rumpf der Regeln. Die erweiterten Regeln können neue Fakten inferieren und somit Lücken im Wissensgraphen schließen. Experimente mit großen Wissensgraphen zeigen, dass diese Methode Fehler in abgeleiteten Fakten erheblich reduziert und nutzerfreundliche Erklärungen liefert. • Mit RuLES stellen wir eine Methode zum Lernen von Regeln vor, die auf probabilistischen Repräsentationen für fehlende Fakten basiert. Das Verfahren erweitert iterativ die aus einem Wissensgraphen induzierten Regeln, indem es neuronale Wissensgraph-Einbettungen mit Informationen aus Textkorpora kombiniert. Bei der Regelgenerierung werden neue Metriken für die Regelqualität verwendet. Experimente zeigen, dass RuLES die Qualität der gelernten Regeln und ihrer Vorhersagen erheblich verbessert. • Zur Unterstützung der Wissensgraph-Validierung wird ExFaKT vorgestellt, ein Framework zur Konstruktion von Erklärungen für Faktkandidaten. Die Methode transformiert Kandidaten mit Hilfe von Regeln in eine Menge von Aussagen, die leichter zu finden und zu validieren oder widerlegen sind. Die Ausgabe von ExFaKT ist eine Menge semantischer Evidenzen für Faktkandidaten, die aus Textkorpora und dem Wissensgraph extrahiert werden. Experimente zeigen, dass die Transformationen die Ausbeute und Qualität der entdeckten Erklärungen deutlich verbessert. Die generierten unterstützen Erklärungen unterstütze sowohl die manuelle Wissensgraph- Validierung durch Kuratoren als auch die automatische Validierung. • Zur Unterstützung der Wissensgraph-Exploration wird ExCut vorgestellt, eine Methode zur Erzeugung von informativen Entitäts-Clustern mit Erklärungen unter Verwendung von Wissensgraph-Einbettungen und automatisch induzierten Regeln. Eine Cluster-Erklärung besteht aus einer Kombination von Relationen zwischen den Entitäten, die den Cluster identifizieren. ExCut verbessert gleichzeitig die Cluster- Qualität und die Cluster-Erklärbarkeit durch iteratives Verschränken des Lernens von Einbettungen und Regeln. Experimente zeigen, dass ExCut Cluster von hoher Qualität berechnet und dass die Cluster-Erklärungen für Nutzer informativ sind

Four Lessons in Versatility or How Query Languages Adapt to the Web

Exposing not only human-centered information, but machine-processable data on the Web is one of the commonalities of recent Web trends. It has enabled a new kind of applications and businesses where the data is used in ways not foreseen by the data providers. Yet this exposition has fractured the Web into islands of data, each in different Web formats: Some providers choose XML, others RDF, again others JSON or OWL, for their data, even in similar domains. This fracturing stifles innovation as application builders have to cope not only with one Web stack (e.g., XML technology) but with several ones, each of considerable complexity. With Xcerpt we have developed a rule- and pattern based query language that aims to give shield application builders from much of this complexity: In a single query language XML and RDF data can be accessed, processed, combined, and re-published. Though the need for combined access to XML and RDF data has been recognized in previous work (including the W3C’s GRDDL), our approach differs in four main aspects: (1) We provide a single language (rather than two separate or embedded languages), thus minimizing the conceptual overhead of dealing with disparate data formats. (2) Both the declarative (logic-based) and the operational semantics are unified in that they apply for querying XML and RDF in the same way. (3) We show that the resulting query language can be implemented reusing traditional database technology, if desirable. Nevertheless, we also give a unified evaluation approach based on interval labelings of graphs that is at least as fast as existing approaches for tree-shaped XML data, yet provides linear time and space querying also for many RDF graphs. We believe that Web query languages are the right tool for declarative data access in Web applications and that Xcerpt is a significant step towards a more convenient, yet highly efficient data access in a “Web of Data”

Supporting Format Migration with Ontology Model Comparison

Die ausschließliche Bewahrung der reinen Bitfolge eines digitalen Dokuments führt nicht dazu, dass zu einem späteren Zeitpunkt auch Information aus dem Dokument extrahiert werden kann. Wenn keine Formatinformation verfügbar ist, muss der Inhalt des Dokuments stattdessen als verloren angesehen werden. Eine Lösung für das Problem ist die (wiederholte) Konvertierung in immer neuere Formate. Entsprechende Verfahren, diese Konvertierungen zu ermöglichen und zu automatisieren sind Teil der aktuellen Forschung. Diese Arbeit geht von der Annahme aus, dass digitale Dokumente als formale Ontologien repräsentiert werden können, was es wiederum ermöglicht, existierende Verfahren aus dem Ontology Matching zu verwenden, um Dokumentenformate aufeinander abzubilden. Bis auf wenige Ausnahmen sind existierende Verfahren beschränkt: Sie bilden Klassen auf Klassen, Rollen auf Rollen und Individuen auf Individuen ab. Solche einfachen Abbildungen sind für komplexe Dokumentenformate unzureichend. In dieser Arbeit wird zum einen eine Methode entwickelt, um einfache Abbildungen heuristisch zu komplexeren Regeln zu verfeinern. Das neue Verfahren basiert auf Tableau-Verfahren für Beschreibungslogiken und verwendet eine modelbasierte Repräsentation von komplexen Korrespondenzen. Ein zweiter Teil verwendet die modelbasierte Darstellung, um Vorschläge für bestmögliche Abbildungen zwischen Dokumenten zu finden. Die hier entwickelte Methode verwendet die semantischen Information sowohl aus dem Tableau- wie auch aus dem Verfeinerungsverfahren. Das Ergebnis ist eine neuartige Methode zur halbautomatischen Ableitung komplexer Abbildungen zwischen beschreibungslogischen Ontologien. Das Verfahren ist zugeschnitten aber nicht beschränkt auf das Feld der Formatmigration.Being able to read successfully the bits and bytes stored inside a digital archive does not necessarily mean we are able to extract meaningful information from an archived digital document. If information about the format of a stored document is not available, the contents of the document are essentially lost. One solution to the problem is format conversion, but due to the amount of documents and formats involved, manual conversion of archived documents is usually impractical. There is thus an open research question to discover suitable technologies to transform existing documents into new document formats and to determine the constraints within which these technologies can be applied successfully. In the present work, it is assumed that stored documents are represented as formal description logic ontologies. This makes it possible to view the translation of document formats as an application of ontology matching, an area for which many methods and algorithms have been developed over the recent years. With very few exceptions, however, current ontology matchers are limited to element-level correspondences matching concepts against concepts, roles against roles, and individuals against individuals. Such simple correspondences are insufficient to describe mappings between complex digital documents. This thesis presents a method to refine simple correspondences into more complex ones in a heuristic fashion utilizing a modified form of description logic tableau reasoning. The refinement process uses a model-based representation of correspondences. Building on the formal semantics, the process also includes methods to avoid the generation of inconsistent or incoherent correspondences. In a second part, this thesis also makes use of the model-based representation to determine the best set of correspondences between two ontologies. The developed similarity measures make use of semantic information from both description logic tableau reasoning as well as from the refinement process. The result is a new method to semi-automatically derive complex correspondences between description logic ontologies tailored but not limited to the context of format migration

CONCEPT GENERATION SUPPORT BY CONCEPTUAL BLENDING: MULTI-AREA INSPIRATION SEARCH

Master'sMASTER OF ENGINEERIN

Quantitative Methods for Similarity in Description Logics

Description Logics (DLs) are a family of logic-based knowledge representation languages used to describe the knowledge of an application domain and reason about it in formally well-defined way. They allow users to describe the important notions and classes of the knowledge domain as concepts, which formalize the necessary and sufficient conditions for individual objects to belong to that concept. A variety of different DLs exist, differing in the set of properties one can use to express concepts, the so-called concept constructors, as well as the set of axioms available to describe the relations between concepts or individuals. However, all classical DLs have in common that they can only express exact knowledge, and correspondingly only allow exact inferences. Either we can infer that some individual belongs to a concept, or we can't, there is no in-between. In practice though, knowledge is rarely exact. Many definitions have their exceptions or are vaguely formulated in the first place, and people might not only be interested in exact answers, but also in alternatives that are "close enough". This thesis is aimed at tackling how to express that something "close enough", and how to integrate this notion into the formalism of Description Logics. To this end, we will use the notion of similarity and dissimilarity measures as a way to quantify how close exactly two concepts are. We will look at how useful measures can be defined in the context of DLs, and how they can be incorporated into the formal framework in order to generalize it. In particular, we will look closer at two applications of thus measures to DLs: Relaxed instance queries will incorporate a similarity measure in order to not just give the exact answer to some query, but all answers that are reasonably similar. Prototypical definitions on the other hand use a measure of dissimilarity or distance between concepts in order to allow the definitions of and reasoning with concepts that capture not just those individuals that satisfy exactly the stated properties, but also those that are "close enough"