Tese de mestrado, Ciência de Dados, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020Os grafos de conhecimento são estruturas que se tornaram fundamentais para a organização dos dados biomédicos que têm sido produzidos a um ritmo exponencial nos últimos anos. A abrangente adoção desta forma de estruturar e descrever dados levou ao desenvolvimento de abordagens de prospeção de dados que tirassem partido desta informação com o intuito de auxiliar o progresso do conhecimento científico. Porém, devido à impossibilidade de isolamento de domínios de conhecimento e à idiossincrasia humana, grafos de conhecimento construídos por diferentes indivíduos contêm muitas vezes conceitos equivalentes descritos de forma diferente, dificultando uma análise integrada de dados de diferentes grafos de conhecimento. Vários sistemas de alinhamento de grafos de conhecimento têm focado a resolução deste desafio. Contudo, o desempenho destes sistemas no alinhamento de grafos de conhecimento biomédicos estagnou nos últimos quatro anos com algoritmos e recursos externos bastante trabalhados para aprimorar os resultados. Nesta dissertação, apresentamos duas novas abordagens de alinhamento de grafos de conhecimento empregando Neural Embeddings: uma utilizando semelhança simples entre embeddings à base de palavras e de entidades de grafos; outra treinando um modelo mais complexo que refinasse a informação proveniente de embeddings baseados em palavras. A metodologia proposta visa integrar estas abordagens no processo regular de alinhamento, utilizando como infraestrutura o sistema AgreementMakerLight. Estas novas componentes permitem extender os algoritmos de alinhamento do sistema, descobrindo novos mapeamentos, e criar uma abordagem de alinhamento mais generalizável e menos dependente de ontologias biomédicas externas. Esta nova metodologia foi avaliada em três casos de teste de alinhamento de ontologias biomédicas, provenientes da Ontology Alignment Evaluation Initiative. Os resultados demonstraram que apesar de ambas as abordagens não excederem o estado da arte, estas obtiveram um desempenho benéfico nas tarefas de alinhamento, superando a performance de todos os sistemas que não usam ontologias externas e inclusive alguns que tiram proveito das mesmas, o que demonstra o valor das técnicas de Neural Embeddings na tarefa de alinhamento de grafos do conhecimento biomédicos.Knowledge graphs are data structures which became essential to organize biomedical data produced at an exponential rate in the last few years. The broad adoption of this method of structuring and describing data resulted in the increased interest to develop data mining approaches which took advantage of these information structures in order to improve scientific knowledge. However, due to human idiosyncrasy and also the impossibility to isolate knowledge domains in separate pieces, knowledge graphs constructed by different individuals often contain equivalent concepts described differently. This obstructs the path to an integrated analysis of data described by multiple knowledge graphs. Multiple knowledge graph matching systems have been developed to address this challenge. Nevertheless, the performance of these systems has stagnated in the last four years, despite the fact that they were provided with highly tailored algorithms and external resources to tackle this task. In this dissertation, we present two novel knowledge graph matching approaches employing neural embeddings: one using plain embedding similarity based on word and graph models; the other one using a more complex word-based model which requires training data to refine embeddings. The proposed methodology aims to integrate these approaches in the regular matching process, using the AgreementMakerLight system as a foundation. These new components enable the extension of the system’s current matching algorithms, discovering new mappings, and developing a more generalizable and less dependent on external biomedical ontologies matching procedure. This new methodology was evaluated on three biomedical ontology matching test cases provided by the Ontology Alignment Evaluation Initiative. The results showed that despite both embedding approaches don’t exceed state of the art results, they still produce better results than any other matching systems which do not make use of external ontologies and also surpass some that do benefit from them. This shows that Neural Embeddings are a valuable technique to tackle the challenge of biomedical knowledge graph matching
