Traitement des incompatibilités de candidats issus d'alignements entre plusieurs bases de connaissances

26es Journées Francophones d'Ingénierie des Connaissances IC 2015 @PFIA 2015, Rennes, FRA, 29-/06/2015 - 03/07/2015National audienceDe nombreux travaux ont été proposés dans la littérature dans le but de construire des ontologies à partir de sources telles que les thesaurus ou les classifications. Certaines de ces sources sont disponibles sur le Web de données, au format SKOS. Dans nos travaux, nous proposons de construire une base de connaissances destinée à un besoin applicatif particulier, en exploitant un ensemble de sources disponibles sur le domaine considéré. L'originalité de notre approche réside dans le fait d'exploiter la redondance entre les sources afin d'en extraire des candidats (classes, individus, propriétés...). Nous présentons dans cet article la notion d'incompatibilité entre candidats, qui résulte de l'hypothèse de travail selon laquelle nous ne considérons que des relations d'équivalence simple entre les sources. Nous présentons également la génération de sous-ensembles de candidats compatibles afin d'obtenir un consensus cohérent entre les sources. Cette approche a été évaluée sur un cas d'étude réel concernant le domaine de la taxonomie du blé, réalisée en collaboration avec un expert

Transforming unstructured natural language descriptions into measurable process performance indicators using Hidden Markov Models

Monitoring process performance is an important means for organizations to identify opportunities to improve their operations. The definition of suitable Process Performance Indicators (PPIs) is a crucial task in this regard. Because PPIs need to be in line with strategic business objectives, the formulation of PPIs is a managerial concern. Managers typically start out to provide relevant indicators in the form of natural language PPI descriptions. Therefore, considerable time and effort have to be invested to transform these descriptions into PPI definitions that can actually be monitored. This work presents an approach that automates this task. The presented approach transforms an unstructured natural language PPI description into a structured notation that is aligned with the implementation underlying a business process. To do so, we combine Hidden Markov Models and semantic matching techniques. A quantitative evaluation on the basis of a data collection obtained from practice demonstrates that our approach works accurately. Therefore, it represents a viable automated alternative to an otherwise laborious manual endeavo

Incremental schema integration for data wrangling via knowledge graphs

Virtual data integration is the current approach to go for data wrangling in data-driven decision-making. In this paper, we focus on automating schema integration, which extracts a homogenised representation of the data source schemata and integrates them into a global schema to enable virtual data integration. Schema integration requires a set of well-known constructs: the data source schemata and wrappers, a global integrated schema and the mappings between them. Based on them, virtual data integration systems enable fast and on-demand data exploration via query rewriting. Unfortunately, the generation of such constructs is currently performed in a largely manual manner, hindering its feasibility in real scenarios. This becomes aggravated when dealing with heterogeneous and evolving data sources. To overcome these issues, we propose a fully-fledged semi-automatic and incremental approach grounded on knowledge graphs to generate the required schema integration constructs in four main steps: bootstrapping, schema matching, schema integration, and generation of system-specific constructs. We also present NextiaDI, a tool implementing our approach. Finally, a comprehensive evaluation is presented to scrutinize our approach.This work was partly supported by the DOGO4ML project, funded by the Spanish Ministerio de Ciencia e Innovación under project PID2020-117191RB-I00, and D3M project, funded by the Spanish Agencia Estatal de Investigación (AEI) under project PDC2021-121195-I00. Javier Flores is supported by contract 2020-DI-027 of the Industrial Doctorate Program of the Government of Catalonia and Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT, Mexico). Sergi Nadal is partly supported by the Spanish Ministerio de Ciencia e Innovación, as well as the European Union – NextGenerationEU, under project FJC2020-045809-I.Peer ReviewedPostprint (published version

An Alignment-Based Implementation of a Holistic Ontology Integration Method

Despite the intense research activity in the last two decades, ontology integration still presents a number of challenging issues. As ontologies are continuously growing in number, complexity and size and are adopted within open distributed systems such as the Semantic Web, integration becomes a central problem and has to be addressed in a context of increasing scale and heterogeneity. In this paper, we describe a holistic alignment-based method for customized ontology integration. The holistic approach proposes additional challenges as multiple ontologies are jointly integrated at once, in contrast to most common approaches that perform an incremental pairwise ontology integration. By applying consolidated techniques for ontology matching, we investigate the impact on the resulting ontology. The proposed method takes multiple ontologies as well as pairwise alignments and returns a refactored/non-refactored integrated ontology that faithfully preserves the original knowledge of the input ontologies and alignments. We have tested the method on large biomedical ontologies from the LargeBio OAEI track. Results show effectiveness, and overall, a decreased integration cost over multiple ontologies.•OIAR and AROM are two implementations of the proposed method.•OIAR creates a bridge ontology, and AROM creates a fully merged ontology.•The implementation includes the option of ontology refactoring

Verfahren für die Reparatur von Ontologie-Mappings in den Lebenswissenschaften

Diese Masterarbeit befasst sich mit Verfahren für die Reparatur von Ontologie-Mappings in den Lebenswissenschaften. Ontologien sind eine Art der Wissensrepräsentation, die für die Beschreibung und Strukturierung von Daten verwendet werden. Besonders in den Lebenswissenschaften werden Ontologien verwendet, um biologische Objekte zu beschreiben. Das Ontologie-Matching ist ein essentieller Prozess im Bereich der Datenintegration. Aufgrund der Bedeutung des Ontologie-Matching existieren auf diesem Forschungsgebiet eine immense Anzahl an Verfahren, die sich mit dieser Thematik befassen. Jedoch können die generierten Mappings eine Vielzahl von logischen Konflikten aufweisen. Aufgrund dieser Problematik sind Verfahren notwendig, die für ein gegebenes Ontologie-Mapping die Konflikte reduziert. Da die Ontologien potentiell sehr groß sein können, müssen die Reparaturverfahren effizient und effektiv realisiert werden. Diese Arbeit fokussiert sich auf die existierenden Reparaturverfahren und die Konzeption und Realisierung eines eigenen Verfahrens. Alle Verfahren werden bzgl. der Effektivität und Effizienz für sehr große Ontologien im Bereich der Lebenswissenschaften evaluiert

Building high-quality merged ontologies from multiple sources with requirements customization

Ontologies are the prime way of organizing data in the Semantic Web. Often, it is necessary to combine several, independently developed ontologies to obtain a knowledge graph fully representing a domain of interest. Existing approaches scale rather poorly to the merging of multiple ontologies due to using a binary merge strategy. Thus, we aim to investigate the extent to which the n-ary strategy can solve the scalability problem. This thesis contributes to the following important aspects: 1. Our n-ary merge strategy takes as input a set of source ontologies and their mappings and generates a merged ontology. For efficient processing, rather than successively merging complete ontologies pairwise, we group related concepts across ontologies into partitions and merge first within and then across those partitions. 2. We take a step towards parameterizable merge methods. We have identified a set of Generic Merge Requirements (GMRs) that merged ontologies might be expected to meet. We have investigated and developed compatibilities of the GMRs by a graph-based method. 3. When multiple ontologies are merged, inconsistencies can occur due to different world views encoded in the source ontologies To this end, we propose a novel Subjective Logic-based method to handling the inconsistency occurring while merging ontologies. We apply this logic to rank and estimate the trustworthiness of conflicting axioms that cause inconsistencies within a merged ontology. 4. To assess the quality of the merged ontologies systematically, we provide a comprehensive set of criteria in an evaluation framework. The proposed criteria cover a variety of characteristics of each individual aspect of the merged ontology in structural, functional, and usability dimensions. 5. The final contribution of this research is the development of the CoMerger tool that implements all aforementioned aspects accessible via a unified interface

Evolution von ontologiebasierten Mappings in den Lebenswissenschaften

Im Bereich der Lebenswissenschaften steht eine große und wachsende Menge heterogener Datenquellen zur Verfügung, welche häufig in quellübergreifenden Analysen und Auswertungen miteinander kombiniert werden. Um eine einheitliche und strukturierte Erfassung von Wissen sowie einen formalen Austausch zwischen verschiedenen Applikationen zu erleichtern, kommen Ontologien und andere strukturierte Vokabulare zum Einsatz. Sie finden Anwendung in verschiedenen Domänen wie der Molekularbiologie oder Chemie und dienen zumeist der Annotation realer Objekte wie z.B. Gene oder Literaturquellen. Unterschiedliche Ontologien enthalten jedoch teilweise überlappendes Wissen, so dass die Bestimmung einer Abbildung (Ontologiemapping) zwischen ihnen notwendig ist. Oft ist eine manuelle Mappingerstellung zwischen großen Ontologien kaum möglich, weshalb typischerweise automatische Verfahren zu deren Abgleich (Matching) eingesetzt werden. Aufgrund neuer Forschungserkenntnisse und Nutzeranforderungen verändern sich die Ontologien kontinuierlich weiter. Die Evolution der Ontologien hat wiederum Auswirkungen auf abhängige Daten wie beispielsweise Annotations- und Ontologiemappings, welche entsprechend aktualisiert werden müssen. Im Rahmen dieser Arbeit werden neue Methoden und Algorithmen zum Umgang mit der Evolution ontologie-basierter Mappings entwickelt. Dabei wird die generische Infrastruktur GOMMA zur Verwaltung und Analyse der Evolution von Ontologien und Mappings genutzt und erweitert. Zunächst wurde eine vergleichende Analyse der Evolution von Ontologiemappings für drei Subdomänen der Lebenswissenschaften durchgeführt. Ontologien sowie Mappings unterliegen teilweise starken Änderungen, wobei die Evolutionsintensität von der untersuchten Domäne abhängt. Insgesamt zeigt sich ein deutlicher Einfluss von Ontologieänderungen auf Ontologiemappings. Dementsprechend können bestehende Mappings infolge der Weiterentwicklung von Ontologien ungültig werden, so dass sie auf aktuelle Ontologieversionen migriert werden müssen. Dabei sollte eine aufwendige Neubestimmung der Mappings vermieden werden. In dieser Arbeit werden zwei generische Algorithmen zur (semi-) automatischen Adaptierung von Ontologiemappings eingeführt. Ein Ansatz basiert auf der Komposition von Ontologiemappings, wohingegen der andere Ansatz eine individuelle Behandlung von Ontologieänderungen zur Adaptierung der Mappings erlaubt. Beide Verfahren ermöglichen die Wiederverwendung unbeeinflusster, bereits bestätigter Mappingteile und adaptieren nur die von Änderungen betroffenen Bereiche der Mappings. Eine Evaluierung für sehr große, biomedizinische Ontologien und Mappings zeigt, dass beide Verfahren qualitativ hochwertige Ergebnisse produzieren. Ähnlich zu Ontologiemappings werden auch ontologiebasierte Annotationsmappings durch Ontologieänderungen beeinflusst. Die Arbeit stellt einen generischen Ansatz zur Bewertung der Qualität von Annotationsmappings auf Basis ihrer Evolution vor. Verschiedene Qualitätsmaße erlauben die Identifikation glaubwürdiger Annotationen beispielsweise anhand ihrer Stabilität oder Herkunftsinformationen. Eine umfassende Analyse großer Annotationsdatenquellen zeigt zahlreiche Instabilitäten z.B. aufgrund temporärer Annotationslöschungen. Dementsprechend stellt sich die Frage, inwieweit die Datenevolution zu einer Veränderung von abhängigen Analyseergebnissen führen kann. Dazu werden die Auswirkungen der Ontologie- und Annotationsevolution auf sogenannte funktionale Analysen großer biologischer Datensätze untersucht. Eine Evaluierung anhand verschiedener Stabilitätsmaße erlaubt die Bewertung der Änderungsintensität der Ergebnisse und gibt Aufschluss, inwieweit Nutzer mit einer signifikanten Veränderung ihrer Ergebnisse rechnen müssen. Darüber hinaus wird GOMMA um effiziente Verfahren für das Matching sehr großer Ontologien erweitert. Diese werden u.a. für den Abgleich neuer Konzepte während der Adaptierung von Ontologiemappings benötigt. Viele der existierenden Match-Systeme skalieren nicht für das Matching besonders großer Ontologien wie sie im Bereich der Lebenswissenschaften auftreten. Ein effizienter, kompositionsbasierter Ansatz gleicht Ontologien indirekt ab, indem existierende Mappings zu Mediatorontologien wiederverwendet und miteinander kombiniert werden. Mediatorontologien enthalten wertvolles Hintergrundwissen, so dass sich die Mappingqualität im Vergleich zu einem direkten Matching verbessern kann. Zudem werden generelle Strategien für das parallele Ontologie-Matching unter Verwendung mehrerer Rechenknoten vorgestellt. Eine größenbasierte Partitionierung der Eingabeontologien verspricht eine gute Lastbalancierung und Skalierbarkeit, da kleinere Teilaufgaben des Matchings parallel verarbeitet werden können. Die Evaluierung im Rahmen der Ontology Alignment Evaluation Initiative (OAEI) vergleicht GOMMA und andere Systeme für das Matching von Ontologien in verschiedenen Domänen. GOMMA kann u.a. durch Anwendung des parallelen und kompositionsbasierten Matchings sehr gute Ergebnisse bezüglich der Effektivität und Effizienz des Matchings, insbesondere für Ontologien aus dem Bereich der Lebenswissenschaften, erreichen.In the life sciences, there is an increasing number of heterogeneous data sources that need to be integrated and combined in comprehensive analysis tasks. Often ontologies and other structured vocabularies are used to provide a formal representation of knowledge and to facilitate data exchange between different applications. Ontologies are used in different domains like molecular biology or chemistry. One of their most important applications is the annotation of real-world objects like genes or publications. Since different ontologies can contain overlapping knowledge it is necessary to determine mappings between them (ontology mappings). A manual mapping creation can be very time-consuming or even infeasible such that (semi-) automatic ontology matching methods are typically applied. Ontologies are not static but underlie continuous modifications due to new research insights and changing user requirements. The evolution of ontologies can have impact on dependent data like annotation or ontology mappings. This thesis presents novel methods and algorithms to deal with the evolution of ontology-based mappings. Thereby the generic infrastructure GOMMA is used and extended to manage and analyze the evolution of ontologies and mappings. First, a comparative evolution analysis for ontologies and mappings from three life science domains shows heavy changes in ontologies and mappings as well as an impact of ontology changes on the mappings. Hence, existing ontology mappings can become invalid and need to be migrated to current ontology versions. Thereby an expensive redetermination of the mappings should be avoided. This thesis introduces two generic algorithms to (semi-) automatically adapt ontology mappings: (1) a composition-based adaptation relies on the principle of mapping composition, and (2) a diff-based adaptation algorithm allows for individually handling change operations to update mappings. Both approaches reuse unaffected mapping parts, and adapt only affected parts of the mappings. An evaluation for very large biomedical ontologies and mappings shows that both approaches produce ontology mappings of high quality. Similarly, ontology changes may also affect ontology-based annotation mappings. The thesis introduces a generic evaluation approach to assess the quality of annotation mappings based on their evolution. Different quality measures allow for the identification of reliable annotations, e.g., based on their stability or provenance information. A comprehensive analysis of large annotation data sources shows numerous instabilities, e.g., due to the temporary absence of annotations. Such modifications may influence results of dependent applications such as functional enrichment analyses that describe experimental data in terms of ontological groupings. The question arises to what degree ontology and annotation changes may affect such analyses. Based on different stability measures the evaluation assesses change intensities of application results and gives insights whether users need to expect significant changes of their analysis results. Moreover, GOMMA is extended by large-scale ontology matching techniques. Such techniques are useful, a.o., to match new concepts during ontology mapping adaptation. Many existing match systems do not scale for aligning very large ontologies, e.g., from the life science domain. One efficient composition-based approach indirectly computes ontology mappings by reusing and combining existing mappings to intermediate ontologies. Intermediate ontologies can contain useful background knowledge such that the mapping quality can be improved compared to a direct match approach. Moreover, the thesis introduces general strategies for matching ontologies in parallel using several computing nodes. A size-based partitioning of the input ontologies enables good load balancing and scalability since smaller match tasks can be processed in parallel. The evaluation of the Ontology Alignment Evaluation Initiative (OAEI) compares GOMMA and other systems in terms of matching ontologies from different domains. Using the parallel and composition-based matching, GOMMA can achieve very good results w.r.t. efficiency and effectiveness, especially for ontologies from the life science domain