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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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, Juin 2011 Montréal, Canada 1

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 2

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 3

4 Plan Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion et perspectives 4

5 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 à la construction de l ontologie qui servira à concevoir la BD. 5

6 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. 6

7 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. 7

8 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. 8

9 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]. 9

10 Plan Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion et perspectives 10

11 Approche proposée 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. 11

12 Approche proposée Nous distinguons trois catégories de requêtes : Requête simple : comporte des informations directement explicitées dans la BD. 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. 12

13 Approche proposée 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 13

14 Approche proposée Analyse de la BD et de l ontologie Création de fichier de correspondance Extraire les différents éléments de l ontologie ( les concepts, les propriétés ) et de la BD (les tables, les colonnes ) Analyse des requêtes utilisateurs Traitement des requêtes utilisateurs 14

15 Approche proposée Analyse de la BD et de l ontologie Création de fichier de correspondance Analyse des requêtes utilisateurs Chercher les correspondances entre la BD et l ontologie : synonymies, méronymies et subsomptions. Traitement des requêtes utilisateurs 15

16 Approche proposée 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. 16

17 Approche proposée Traitement des requêtes utilisateurs Requête Lancer 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 17

18 Approche proposée Traitement des requêtes utilisateurs Requête Lancer 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? Requête Sémantique Transformer les termes en se basant sur le fichier de correspondance Extraction des connaissances Requête Erronée Requête Mixte 18

19 Approche proposée Traitement des requêtes utilisateurs Requête Lancer Tous les termes BD Tous les termes onto termes {BD +ontologie} terme {BD +ontologie} Reformuler Req en se basant sur le fichier de correspondance 19

20 Approche proposée Traitement des requêtes utilisateurs Requête Lancer Tous les termes BD Tous les termes onto termes {BD +ontologie} terme {BD +ontologie} Demander l assistance d un expert 20

21 Approche proposée 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. 21

22 Plan Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion et perspectives 22

23 Règles & Exemples 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 23

24 Règles & Exemples 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 24

25 Règles & Exemples 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: Prefix onto: Select?individu Where {?individu rdf:type onto:teacher } sujet predicat objet 25

26 Plan Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion et perspectives 26

27 Implémentation L outil CoDBOnto : 27

28 Implémentation 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. Démonstration JDOM : API Java pour la manipulation de doc XML. 28

29 Plan Approche proposée Règles & Exemples Implémentation Conclusion et perspectives 29

30 Conclusion & Perspectives 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. 30

31 Conclusion & Perspectives Perspectives : Travailler sur l amélioration des règles et l enrichissement des services offerts par notre outil. 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. 31

32 MERCI de VOTRE ATTENTION

33 BD & Ontologie Select * from person BD: teacher (cin, name, category) paper (cod_pap, title, date) writes (cod_pap, cin) Ontologie: 33

34 BD & Ontologie Select * from person Ontologie: Extrait XML de fichier de correspondance 34 34