Knowledge-based Biomedical Data Science 2019

Knowledge-based biomedical data science (KBDS) involves the design and implementation of computer systems that act as if they knew about biomedicine. Such systems depend on formally represented knowledge in computer systems, often in the form of knowledge graphs. Here we survey the progress in the last year in systems that use formally represented knowledge to address data science problems in both clinical and biological domains, as well as on approaches for creating knowledge graphs. Major themes include the relationships between knowledge graphs and machine learning, the use of natural language processing, and the expansion of knowledge-based approaches to novel domains, such as Chinese Traditional Medicine and biodiversity.Comment: Manuscript 43 pages with 3 tables; Supplemental material 43 pages with 3 table

A framework for analyzing changes in health care lexicons and nomenclatures

Ontologies play a crucial role in current web-based biomedical applications for capturing contextual knowledge in the domain of life sciences. Many of the so-called bio-ontologies and controlled vocabularies are known to be seriously defective from both terminological and ontological perspectives, and do not sufficiently comply with the standards to be considered formai ontologies. Therefore, they are continuously evolving in order to fix the problems and provide valid knowledge. Moreover, many problems in ontology evolution often originate from incomplete knowledge about the given domain. As our knowledge improves, the related definitions in the ontologies will be altered. This problem is inadequately addressed by available tools and algorithms, mostly due to the lack of suitable knowledge representation formalisms to deal with temporal abstract notations, and the overreliance on human factors. Also most of the current approaches have been focused on changes within the internal structure of ontologies, and interactions with other existing ontologies have been widely neglected. In this research, alter revealing and classifying some of the common alterations in a number of popular biomedical ontologies, we present a novel agent-based framework, RLR (Represent, Legitimate, and Reproduce), to semi-automatically manage the evolution of bio-ontologies, with emphasis on the FungalWeb Ontology, with minimal human intervention. RLR assists and guides ontology engineers through the change management process in general, and aids in tracking and representing the changes, particularly through the use of category theory. Category theory has been used as a mathematical vehicle for modeling changes in ontologies and representing agents' interactions, independent of any specific choice of ontology language or particular implementation. We have also employed rule-based hierarchical graph transformation techniques to propose a more specific semantics for analyzing ontological changes and transformations between different versions of an ontology, as well as tracking the effects of a change in different levels of abstractions. Thus, the RLR framework enables one to manage changes in ontologies, not as standalone artifacts in isolation, but in contact with other ontologies in an openly distributed semantic web environment. The emphasis upon the generality and abstractness makes RLR more feasible in the multi-disciplinary domain of biomedical Ontology change management

Categorical database generalization in GIS

Key words: Categorical database, categorical database generalization, Formal data structure, constraints, transformation unit, classification hierarchy, aggregation hierarchy, semantic similarity, data model, Delaunay triangulation network. semantic similarity evaluation model.Categorical databases are widely used in GIS for different kinds of application, analysis, planning, evaluation and management. Database generalization that derives different resolution databases from a single database with more detail is one of the key research problems and a hot research point in the GIS and Cartography field. This dissertation presents a framework for categorical database generalization in GIS. It includes defining conceptual aspects of current categorical database generalization transformation and constraints for generalization transformation, elaboration on supporting data structure and transformation units, development of auxiliary analysis methods, and demonstration of some application examples.Database generalization is considered as a transformation process. Three kinds of transformation are defined based on the characteristics of categorical database and categorical database generalization. They are geo-spatial model transformation, object transformation and relation transformation. Each transformation has a certain function and deals with some aspects of database. Geo-spatial transformation is mainly used to define the content framework of a new database and decide the theme of a new database. Object transformation and relation transformation deal with transformations of thematic and geometric aspects of objects and relationship between objects from an existing database to a new database.Database generalization (transformation) requires a data structure that strongly supports data organization, spatial analysis and decision-making in a database. The design of a data structure should take two functions into account. One provides the basis for describing and organizing spatial objects and the relationships between them. and the other is for analyzing and supporting operations on spatial objects. This thesis introduces the IEFDS, an integrated and extended version of FDS, as a data model to support automated database generalization transformation. The addition to FDS is triangles. The triangles and their classification are proposed based on constituent properties of triangles in IEFDS which plays an important role in the extended adjacent and inclusion relations and extracting the skeleton line. Some examples of spatial query operations that make use of the extended adjacent relation and semantic triangles are also provided in this thesis.In a categorical database, similarity between object types can be described by a similarity measure. The similarity is application-dependent. In a sense, the similarity will control and guide database transformation operations. The similarity evaluation model and similarity matrix are proposed for analyzing and representing similarity between objects and object types in this study which is based on Set-theory, classification and aggregation hierarchy. The constraints such as transformation conditions play a key role in the process of databasegeneralization. Constraints can be used to identify conflicting areas, guide choices of operationsand trigger operations as well as govern the database generalization. The processes of generalization should be performed by a series of operations under the control of constraints. Three types of constraints, data model. object and relationships based on an object-oriented database are proposed in landuse database generalization. These constraints can be specified interactively by users and varied to reflect different objectives or purposes. These types of constraints are applicationdependent. This will make the database generalization process very flexible/adaptive, and the decisionmaking can be based on geographic meaning and not simply on the geometry of an object.An important element proposed in this study is the transformation unit. It is an important process unit as many generalization problems need to be solved by considering a subset of related objects as a whole, rather than treating them individually. In a sense, the transformation unit is a basic analysis. processing, decision-making unit and a trigger to aggregation operation processes and it plays an important role in database transformation. The conflicted objects and its (their) related objects are organized into a transformation unit. A transformation unit that "brings together- a subset of objects can he created by conflict,; in thematic and /or geometric aspects of objects or spatial relation among objects or integrating them. The main purpose of creating a transformation unit is for the preparationofan aggregation operation. It limits the area and numberofa setofrelated objects in an aggregation operation. The different conflict types will create different types of transformation units. For this study, four types of transformation units are considered based on the constraints discussed. Each of which has a corresponding aggregation operation.The auxiliary analysis methods (algorithms) are needed to actually perform spatial analysis and transformations. The most fundamental tasks are to identify where to generalize, how to generalize, and when to generalize. The thesis introduces a number of auxiliary analysis methods that have been developed to solve a number of important geometric and thematic problems in database trans, form ati on. These auxiliary analysis methods include semantic similarity rnatrix, computing a model of similarity, detection and creation of transformation units, area object aggregation analysis and the process based on transformation units, multineighborhood, object cluster and creation of catchments hierarchy etc.Such examples of the application are included in the thesis as object cluster, land use aggregation and automated organization of hierarchical catchments. The application examples demonstrate the applicability and benefits of the IEFDS and similarity evaluation model. These supporting models play a key role in organizing thematic and geometric data, spatial analysis and spatial query in database generalization. It also proved that a lot of critical geometric and thematic problems in database generalization can be solved, or can be solved in a more efficient way, with the support of an adequate data model.</font

Semantic discovery and reuse of business process patterns

Patterns currently play an important role in modern information systems (IS) development and their use has mainly been restricted to the design and implementation phases of the development lifecycle. Given the increasing significance of business modelling in IS development, patterns have the potential of providing a viable solution for promoting reusability of recurrent generalized models in the very early stages of development. As a statement of research-in-progress this paper focuses on business process patterns and proposes an initial methodological framework for the discovery and reuse of business process patterns within the IS development lifecycle. The framework borrows ideas from the domain engineering literature and proposes the use of semantics to drive both the discovery of patterns as well as their reuse

Some aspects of the relationship between the military and polity in Israel 1947 - 1977

The protracted war and the centrality of security in Israel raises the Lasswellian question, can parliamentary democracy and political pluralism prevail under such conditions, without turning Israel into a Garrison State? The prevailing understanding of political-military relations in Israel is that the IDF is an instrumentalist army, that it serves as the executive tool of the legitimate political authorities and is not involved with state politics. Furthermore, it is accepted that the greatest achievement of David Ben Gurion, Israel's first Prime Minister and Defence Minister, and the architect of the defence establishment, was the de-politicization of the IDF and its disconnection from party politics. Both assumptions are challenged in this study. New evidence, and an analysis of existing material reveals the existence of a nominal control pattern, which has the formal appearance of an instrumentalist model, whereas the reality is otherwise. The IDF was not subordinate only to a state channel of political control, like other instrumentalist armies. In Israel there existed a unique pattern of political-military relations, a dual-control pattern. The political authorities exerted control through two channels, not only the state but also the party channel, that is of the dominant Labour Party. The state control was in fact weak and there was a lack of effective mediatory mechanisms between the military on the one hand and the Cabinet, Parliament and Defence Ministry on the other. As a result a pattern of civil-military partnership emerged in place of civil control. The boundaries between the military and the Labour Party were permeable. This allowed the rivalry between that party's two "sub-elites" to affect the military which enhanced the partnership between the military and political elites. The emergence of the military as one of the main mobility channels to the national leadership, evidenced by the increased influence of the generals-turned-politicians, has resulted in a developmental construct of Military Democracy

Rôle des ontologies en ingénierie des EIAH : cas d'un système d'assistance au design pédagogique

Cette thèse illustre le rôle que l'Ingénierie Ontologique (IO) peut jouer dans les Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH). Même si ce rôle touche à la fois la conception et la diffusion de l'apprentissage, nous nous attardons sur son rôle dans la conception. Nous montrons alors comment il vise à combler un manque, celui de l'assistance aux concepteurs.\ud Notre but est donc de faire la preuve de la contribution possible de l'IO dans l'ingénierie des EIAH, et pour illustrer cette preuve, nous prenons l'assistance aux concepteurs pédagogiques comme exemple de situation où l'IO est utile. Nous abordons le problème, en le posant de la façon suivante: Comment assister les concepteurs pédagogiques dans leur tâche parfois complexe de design pédagogique (DP), alors que les systèmes auteurs ne leur offrent pas l'assistance nécessaire pour concevoir des scénarios sémantiquement corrects, c'est-à-dire des scénarios valides du point de vue des Théories et Paradigmes d'Apprentissage, d'Enseignement et de Design pédagogique (TPAED), ni le moyen de procéder à une telle validation sémantique? Nous montrons que la cause principale de ce manque dans les systèmes auteurs (incluant les systèmes orientés pédagogie, orientés performance, hypermédias, adaptatifs et collaboratifs et Web, pour n'en nommer que quelques-uns) est leur faible représentation explicite du DP et des TPAED dans leur modèle pédagogique. Nous privilégions une approche d'IO basée sur le Web sémantique afin de profiter des technologies bien établies et standardisées qui en découlent, à savoir les langages Web basés sur la syntaxe XML, les services Web et les annotations sémantiques. Pour mettre en oeuvre notre thèse, nous proposons la conception d'un système d'aide permettant d'apporter au concepteur pédagogique l'assistance dont il a besoin lors de l'utilisation de tout système auteur. Nous nommons ce système CIAO, ce qui signifie qu'il s'agit d'un système d'aide à la Conception Intelligemment Assistée par des Ontologies. CIAO exploite une ontologie formalisant les TPAED, dont nous assurons la construction selon une approche d'IO que nous proposons. Les services offerts au concepteur sont assurés grâce à des règles de validation syntaxique et sémantique que nous avons créées et intégrées à CIAO. Quelle que soit la situation dans laquelle l'IO est utilisée, il s'agit d'un processus complexe qu'il faut avant tout développer de façon méthodologique. Cette thèse apporte aussi une solution sur cet aspect méthodologique de l'IO, puisque nous proposons une Méthode Intégrée d'IO appelée, MI2O. Cette méthode est dite intégrée parce qu'elle tient compte des points forts des principales méthodes d'IO et du standard du génie logiciel IEEE 1074-1995 (l'ontologie étant considérée comme un produit du génie logiciel).\ud Notre contribution peut se résumer ainsi: (1) La méthode MI2O, utilisée pour construire l'Ontologie des Théories et Paradigmes d'Apprentissage, d'Enseignement et de Design pédagogique ou OTPAED ; (2) L'OTPAED, une contribution originale pouvant être exploitée par tous les systèmes auteurs d'EIAH ; (3) Le système CIAO, un système réactif d'assistance en design pédagogique qui donne, entre autres, du conseil pour la conception des scénarios pédagogiques syntaxiquement/sémantiquement valides selon une théorie déterminée. Ainsi, il offre une validation flexible de scénarios selon les standards du DP (par ex. IMS Learning Design) et selon les TPAED. Le prototype que nous avons développé tend à montrer le potentiel de l'IO en contexte de DP en illustrant (à travers plusieurs scénarios d'utilisation de CIAO) comment des ontologies peuvent être exploitées pour assister le concepteur pédagogique; (4) Les règles de validation syntaxiques et sémantiques de CIAO. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Environnement interactif pour l'apprentissage humain, Ingénierie ontologique, Intelligence artificielle dans l'éducation, Méthodologie, Ontologie, Représentation des connaissances, Système auteur, Système tutoriel intelligent, Théories et paradigmes de l'apprentissage, de l'enseignement et du design pédagogique

Rôle des ontologies en ingénierie des EIAH : cas d'un système d'assistance au design pédagogique

Cette thèse illustre le rôle que l'Ingénierie Ontologique (IO) peut jouer dans les Environnements Informatiques pour l'Apprentissage Humain (EIAH). Même si ce rôle touche à la fois la conception et la diffusion de l'apprentissage, nous nous attardons sur son rôle dans la conception. Nous montrons alors comment il vise à combler un manque, celui de l'assistance aux concepteurs. Notre but est donc de faire la preuve de la contribution possible de l'IO dans l'ingénierie des EIAH, et pour illustrer cette preuve, nous prenons l'assistance aux concepteurs pédagogiques comme exemple de situation où l'IO est utile. Nous abordons le problème, en le posant de la façon suivante: Comment assister les concepteurs pédagogiques dans leur tâche parfois complexe de design pédagogique (DP), alors que les systèmes auteurs ne leur offrent pas l'assistance nécessaire pour concevoir des scénarios sémantiquement corrects, c'est-à-dire des scénarios valides du point de vue des Théories et Paradigmes d'Apprentissage, d'Enseignement et de Design pédagogique (TPAED), ni le moyen de procéder à une telle validation sémantique? Nous montrons que la cause principale de ce manque dans les systèmes auteurs (incluant les systèmes orientés pédagogie, orientés performance, hypermédias, adaptatifs et collaboratifs et Web, pour n'en nommer que quelques-uns) est leur faible représentation explicite du DP et des TPAED dans leur modèle pédagogique. Nous privilégions une approche d'IO basée sur le Web sémantique afin de profiter des technologies bien établies et standardisées qui en découlent, à savoir les langages Web basés sur la syntaxe XML, les services Web et les annotations sémantiques. Pour mettre en oeuvre notre thèse, nous proposons la conception d'un système d'aide permettant d'apporter au concepteur pédagogique l'assistance dont il a besoin lors de l'utilisation de tout système auteur. Nous nommons ce système CIAO, ce qui signifie qu'il s'agit d'un système d'aide à la Conception Intelligemment Assistée par des Ontologies. CIAO exploite une ontologie formalisant les TPAED, dont nous assurons la construction selon une approche d'IO que nous proposons. Les services offerts au concepteur sont assurés grâce à des règles de validation syntaxique et sémantique que nous avons créées et intégrées à CIAO. Quelle que soit la situation dans laquelle l'IO est utilisée, il s'agit d'un processus complexe qu'il faut avant tout développer de façon méthodologique. Cette thèse apporte aussi une solution sur cet aspect méthodologique de l'IO, puisque nous proposons une Méthode Intégrée d'IO appelée, MI2O. Cette méthode est dite intégrée parce qu'elle tient compte des points forts des principales méthodes d'IO et du standard du génie logiciel IEEE 1074-1995 (l'ontologie étant considérée comme un produit du génie logiciel). Notre contribution peut se résumer ainsi: (1) La méthode MI2O, utilisée pour construire l'Ontologie des Théories et Paradigmes d'Apprentissage, d'Enseignement et de Design pédagogique ou OTPAED ; (2) L'OTPAED, une contribution originale pouvant être exploitée par tous les systèmes auteurs d'EIAH ; (3) Le système CIAO, un système réactif d'assistance en design pédagogique qui donne, entre autres, du conseil pour la conception des scénarios pédagogiques syntaxiquement/sémantiquement valides selon une théorie déterminée. Ainsi, il offre une validation flexible de scénarios selon les standards du DP (par ex. IMS Learning Design) et selon les TPAED. Le prototype que nous avons développé tend à montrer le potentiel de l'IO en contexte de DP en illustrant (à travers plusieurs scénarios d'utilisation de CIAO) comment des ontologies peuvent être exploitées pour assister le concepteur pédagogique; (4) Les règles de validation syntaxiques et sémantiques de CIAO. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Environnement interactif pour l'apprentissage humain, Ingénierie ontologique, Intelligence artificielle dans l'éducation, Méthodologie, Ontologie, Représentation des connaissances, Système auteur, Système tutoriel intelligent, Théories et paradigmes de l'apprentissage, de l'enseignement et du design pédagogique