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Approche de couplage de BD et d’ontologie pour l’aide à la décision sémantique : contribution pour les requêtes SQL et SPARQL

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La modélisation des systèmes d’informations et l’interrogation de leurs données présentent de plus en plus un défi primordial qui ne cesse de s’imposer. Les solutions proposées dans la littérature étaient principalement organisées autour des bases de données (BD), des entrepôts de données et plus récemment, des ontologies. Cette multitude de formalismes a entraîné la nécessité d’étudier le couplage entre les différents supports de stockage et d’interrogation de l’information. Ce travail s’intéresse à étudier le couplage entre BD et ontologie recouvrant le même domaine d’étude, pour la satisfaction des requêtes utilisateurs. L'approche proposée se base sur un ensemble de règles définies et dédiées pour la recherche de l'information pertinente permettant de satisfaire les requêtes SQL et SPARQL. Un outil de couplage est également développé pour implémenter et valider nos propositions.

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Approche de couplage de BD et d’ontologie pour l’aide à la décision sémantique : contribution pour les requêtes SQL et SPARQL

  1. 1. Approche de couplage de BD et d’ontologie pour l’aide à la décision sémantique : contribution pour les requêtes SQL et SPARQL. Mariem Mahfoudh & Wassim Jaziri {mariem.mahfoudh, wassim.jaziri}@gmail.com ISIMS-MIRACL, Université de Sfax, Tunisie Journal Technique et Science Informatiques TSI 2013, volume 32 4èmes Journées Francophones sur les Ontologies JFO 2011, 22-23 Juin 2011 – Montréal, Canada 1
  2. 2. Contexte Besoin de modélisation des systèmes d’information. Besoin d’interrogation de leurs données. BDs Entrepôt de données Ontologies Satisfaction des requêtes utilisateurs En présence d’une multitude de cadres et formalismes JFO 2011, TSI 2013 2
  3. 3. Contexte Besoin de modélisation des systèmes d’information. Besoin d’interrogation de leurs données. BDs Ontologies Satisfaction des requêtes utilisateurs En présence d’une multitude de cadres et formalismes JFO 2011, TSI 2013 3
  4. 4. Plan Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion et perspectives 4
  5. 5. Travaux liés Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Formes de couplage entre BD et ontologie:  Suivre une approche BD puis dériver vers des spécifications sémantiques conduisant à la construction d’une ontologie,  Entamer une approche ontologique aboutissant construction de l’ontologie qui servira à concevoir la BD. JFO 2011, TSI 2013 à la 5
  6. 6. Travaux liés Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Construction des ontologies à partir des BDs. Approches variées à des niveaux différentes. Règles utilisées basées sur une extraction «plate» :  Structure de l’ontologie très proche du schéma de la BD. La plupart des outils développés : une aide à la construction d’ontologies . Les ontologies résultantes contiennent certaines incohérences et souffrent du manque de sémantique. JFO 2011, TSI 2013 6
  7. 7. Travaux liés Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Construction des BDs à partir des ontologies. Problèmes de redondance et d’incohérence de la BD résultante. Perte de structure : la transformation n'est pas sans perte. JFO 2011, TSI 2013 7
  8. 8. Travaux liés Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Limites des approches existantes : Problèmes liés à la négligence des spécificités des ontologies et des BDs. La BD et l’ontologie n’ont ni la même structure ni les mêmes composants BD : évolutivité, efficacité de stockage, structuration idéale permettant un temps optimal d’exécution des requêtes. Ontologie : consensuelle, référençable, expressive, formelle, fournit une contribution essentielle au défi de l'intégration des données hétérogènes. JFO 2011, TSI 2013 8
  9. 9. Travaux liés Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion L’utilisation simultanée de l’ontologie et de la BD apporte :  une structuration forte des données et une capacité de stockage importante : la BD ;  une sémantique explicite : l’ontologie. Etudier le mapping entre une ontologie et une BD Orientation peu adoptée [Barrasa et al., 2004] [Hu et al., 2007]. JFO 2011, TSI 2013 9
  10. 10. Plan Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion et perspectives 10
  11. 11. Approche proposée Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Hypothèses :  La BD et l’ontologie existent déjà et sont cohérentes l’une vis-à-vis de l’autre et qu’elles modélisent le même domaine d’étude.  La BD contient toutes les instances.  L’ontologie présente la sémantique du domaine d’étude et ne contient aucun individu. Nous nous plaçons dans le cadre d’un système visant à satisfaire les requêtes classiques et sémantiques de l’utilisateur. JFO 2011, TSI 2013 11
  12. 12. Approche proposée Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Nous distinguons trois catégories de requêtes :  Requête simple : comporte explicitées dans la BD. des informations directement  Requête sémantique : comporte des interrogations nécessitant de déduire des connaissances.  Requête mixte : demande à la fois l’accès à la BD et à l’ontologie. JFO 2011, TSI 2013 12
  13. 13. Approche proposée Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Select … from Analyse de la BD et de l’ontologie Création de fichier de correspondance entre BD et ontologie Analyse des requêtes utilisateurs Déterminer type et réponse de la requête utilisateur Traitement des requêtes utilisateurs JFO 2011, TSI 2013 13
  14. 14. Approche proposée Travaux liés Analyse de la BD et de l’ontologie Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Extraire les différents éléments de l’ontologie ( les concepts, les propriétés…) et de la BD (les tables, les colonnes…) Création de fichier de correspondance Analyse des requêtes utilisateurs Traitement des requêtes utilisateurs JFO 2011, TSI 2013 14
  15. 15. Approche proposée Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Analyse de la BD et de l’ontologie Création de fichier de correspondance Chercher les correspondances entre la BD et l’ontologie : synonymies, méronymies et subsomptions. Analyse des requêtes utilisateurs Traitement des requêtes utilisateurs JFO 2011, TSI 2013 15
  16. 16. Approche proposée Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Analyse de la BD et de l’ontologie Création de fichier de correspondance Analyse des requêtes utilisateurs Traitement des requêtes utilisateurs - Distinguer les mots réservés des langages d‘interrogation de ceux introduits par l’utilisateur - Déterminer la source de ces termes - Déterminer leurs rôles. JFO 2011, TSI 2013 16
  17. 17. Approche proposée Travaux liés Approche proposée Traitement des requêtes utilisateurs Règles & Exemples Implémentation Conclusion Lancer Requête Tous les termes  BD Tous les termes  onto termes {BD +ontologie} terme {BD +ontologie} Le langage de la requête est capable d’interroger la BD ? Transformer le langage La requête est valide ? Reformulation de la requête Requête Simple Requête erronée JFO 2011, TSI 2013 17
  18. 18. Approche proposée Travaux liés Approche proposée Traitement des requêtes utilisateurs Règles & Exemples Implémentation Conclusion Lancer Requête Tous les termes  BD Tous les termes  onto termes {BD +ontologie} terme {BD +ontologie} Le langage est capable d’interroger la BD et les termes ont des correspondance dans la BD ? La requête est valide ? Transformer les termes en se basant sur le fichier de correspondance Extraction des connaissances Requête Mixte JFO 2011, TSI 2013 Requête Sémantique Requête Erronée 18
  19. 19. Approche proposée Travaux liés Approche proposée Traitement des requêtes utilisateurs Règles & Exemples Implémentation Conclusion Lancer Requête Tous les termes  BD Tous les termes  onto termes {BD +ontologie} terme {BD +ontologie} Reformuler Req en se basant sur le fichier de correspondance JFO 2011, TSI 2013 19
  20. 20. Approche proposée Travaux liés Approche proposée Traitement des requêtes utilisateurs Règles & Exemples Implémentation Conclusion Lancer Requête Tous les termes  BD Tous les termes  onto termes {BD +ontologie} terme {BD +ontologie} Demander l’assistance d’un expert JFO 2011, TSI 2013 20
  21. 21. Approche proposée Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Approche appliquée dans le cadre de deux langages standards :  Le langage SQL (Structured Query Language) : le standard utilisé par les principaux SGBD. Une requête SQL peut être soit simple soit mixte.  Le langage SPARQL (Protocol And RDF Query Language) : langage recommandé par le W3C et capable d’exploiter et d’interroger les différents formalismes du Web sémantique. Une requête SPARQL peut être soit simple, sémantique ou bien mixte. JFO 2011, TSI 2013 21
  22. 22. Plan Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion et perspectives 22
  23. 23. Règles & Exemples Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Règles : Si une requête est inadaptée Alors le système doit faire appel au fichier de correspondance et remplacer les termes inadaptés par leurs synonymes s’ils existent Sinon il va chercher dans les sous concepts en admettant une reformulation par spécialisation Sinon il faut suivre une reformulation par méronymie JFO 2011, TSI 2013 23
  24. 24. Règles & Exemples Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Règles : Si après reformulation par spécialisation, la requête demeure inadaptée : Etendre la reformulation par spécialisation aux synonymes des concepts fils. Parcourir des niveaux plus profonds de la hiérarchie : chercher dans les descendants des concepts fils et ne pas se limiter aux descendants directs. Exemple : Select * from person BD & Onto Select Item From Item JFO 2011, TSI 2013 24
  25. 25. Règles & Exemples Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Règle : Si une requête SPARQL a le prédicat « rdf:type » et demande l’affichage d’un sujet Alors, son but est d’afficher des instances ce qui nécessite de la traduire en SQL et de l’orienter vers la BD où elles sont stockées toutes les instances. Prefix rdf: http://www.w3.org/1999/02/22-rdf-syntax-ns# Prefix onto: http://www.semanticweb.org/ontologies/2010/6/Ontology12.owl# Select ?individu Where { ?individu rdf:type onto:teacher } sujet predicat objet JFO 2011, TSI 2013 25
  26. 26. Plan Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion et perspectives 26
  27. 27. Implémentation Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion L’outil CoDBOnto : 27
  28. 28. Implémentation Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion L’outil CoDBOnto : Jena : plateforme Java pour la manipulation des ontologies. ZQL : API Java pour l’analyse syntaxique des requêtes SQL. ARQ : Analyse syntaxique des requêtes SPARQL. RitaWN : API java permettant un accès simple à l'ontologie WordNet. JDOM : API Java pour la manipulation de doc XML. Démonstration JFO 2011, TSI 2013 28
  29. 29. Plan Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion et perspectives 29
  30. 30. Conclusion & Perspectives Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Etude des approches réalisant le couplage de BD et d’ontologie. Elaboration d’une démarche permettant de cohabiter des BDs et des ontologies de domaine via un couplage assurant la satisfaction des requêtes utilisateur. Définition des règles permettant la reformulation des requêtes SQL et SPARQL. Implémentation de l’outil CoDBOnto. JFO 2011, TSI 2013 30
  31. 31. Conclusion & Perspectives Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Perspectives : Travailler sur l’amélioration des règles l’enrichissement des services offerts par notre outil. et Mener des expérimentations poussées pour analyser l’impact de nos différentes propositions. Etudier la transformation des requêtes SPARQL en SQL et inversement afin d'intégrer des fonctionnalités de couplage plus avancées. JFO 2011, TSI 2013 31
  32. 32. MERCI de VOTRE ATTENTION
  33. 33. BD & Ontologie Travaux liés Select * from person Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion BD: teacher (cin, name, category) paper (cod_pap, title, date) writes (cod_pap, cin) Ontologie: JFO 2011, TSI 2013 33
  34. 34. BD & Ontologie Travaux liés Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion Select * from person Ontologie: Extrait XML de fichier de correspondance JFO 2011, TSI 2013 34 34

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