Pattern-based Ontology Matching and Ontology Alignment Evaluation

Ondřej Zamazal

Doctoral thesis

Mapování ontologií a jeho vyhodnocování pomocí vzorů

Abstract:

Mapování ontologií je v současnosti jednou z nejvíce se rozvíjejících oblastí sémantického webu. Ačkoliv se každým rokem objevují nové nástroje a přístupy mapování ontologií, možností vylepšení je stále mnoho. Navíc se současné přístupy v převážné většině omezují na hledání korespondencí mezi dvěma entitami. Zahrnutí celých struktur do mapování však může přinést nové zajímavé vztahy mezi ontologiemi. Struktury ontologií mohou být zachyceny pomocí ontologických vzorů. Hlavním tématem této dizertace je průzkum využití ontologických vzorů pro transformaci ontologií s aplikací pro mapování ontologií a pro vyhodnocení výsledků mapování. Transformace ontologií může usnadnit nalezení komplexních mapování či zlepšit nalezení jednoduchých mapování. Ontologické vzory použité pro vyhodnocení výsledků mohou vhodně doplnit vyhodnocení systémů mapování tradičními metodami. Hlavními oblastmi, kterými se v důsledku tohoto tématu práce zabývá, jsou: ontologické vzory, transformace ontologií, vyhodnocování výsledků mapování a mapování ontologií. Práce zahrnuje následující aspekty zmíněných oblastí: * Průzkum různých ontologických vzorů. Především pak popis důležitých ontologických vzorů pro transformaci a mapování ontologií (těmi jsou jmenné, mapovací a transformační ontologické vzory). * Návrh nové metody pro transformaci ontologií s použitím ontologických vzorů. * Zavedení nových způsobů vyhodnocování výsledků mapování ontologií s použitím ontologických vzorů jako složitých struktur pro detailní analýzu. * Experimenty a předvedení nových konceptů zavedených v této práci. V práci se nejprve zavádí klasifikační systém pro jmenné a mapovací ontologické vzory využitelné i s ohledem na transformaci ontologií. Jmenné ontologické vzory jsou při transformaci užitečné v procesu hledání ontologických vzorů a v procesu vytváření nových či přejmenování starých entit. Mapovací vzory jsou základem transformačních vzorů, co se týče sdílení základních kamenů jejich struktury. Transformační vzory navíc, mimo jiné, obsahují transformační vztahy reprezentující způsob, jak mají být transformovány části ontologických vzorů. Vedle několika experimentů k jednotlivým částem práce je přínos transformace ontologií pro aplikaci mapování ontologií demonstrován na příkladu. Prostředí pro transformaci ontologií je implementováno v programovacím jazyce Java. Jednotlivé ontologické vzory jsou ve své obecné podobě zachyceny jako javovské objekty. Tři hlavní služby jsou zpřístupněny jako RESTful služby. Jedná se o službu pro nalezení ontologických vzorů v ontologii, službu pro vygenerování specifických instrukcí popisujících transformaci a službu pro transformaci ontologií.

Abstract:

Ontology Matching is one of the hottest topic within the Semantic Web of recent years. There is still ample of space for improvement in terms of performance. Furthermore, current ontology matchers mostly concentrate on simple entity to entity matching. However, matching of whole structures could bring some additional complex relationships. These structures of ontologies can be captured as ontology patterns. The main theme of this thesis is an examination of pattern-based ontology matching enhanced with ontology transformation and pattern-based ontology alignment evaluation. The former is examined due to its potential benefits regarding complex matching and matching as such. The latter is examined because complex hypotheses could be beneficial feedback as complement to traditional evaluation methods. These two tasks are related to four different topics: ontology patterns, ontology transformation, ontology alignment evaluation and ontology matching. With regard to those four topics, this work covers the following aspects: * Examination of different aspects of ontology patterns. Particularly, description of relevant ontology patterns for ontology transformation and for ontology matching (such as naming, matching and transformation patterns). * Description of a pattern-based method for ontology transformation. * Introduction of new methods for an alignment evaluation; including using patterns as a complex structures for more detailed analysis. * Experiments and demonstrations of new concepts introduced in this thesis. The thesis first introduces naming pattern and matching pattern classification on which ontology transformation framework is based. Naming patterns are useful for detection of ontology patterns and for generation of new names for entities. Matching patterns are basis for transformation patterns in terms of sharing some building blocks. In comparison with matching patterns, transformation patterns have transformation links that represent way how parts of ontology patterns are transformed. Besides several evaluations and implementations, the thesis provides a demonstration of getting complex matching due to ontology transformation process. Ontology transformation framework has been implemented in Java environment where all generic patterns are represented as corresponding Java objects. Three main implemented services are made generally available as RESTful services: ontology pattern detection, transformation instruction generation and ontology transformation.

Keywords

sémantický web, ontologie, ontologické vzory, mapování ontologií, vyhodnocení výsledků mapování, transformace ontologií

Keywords

semantic web, ontology, ontology matching, ontology alignment, ontology alignment evaluation, ontology transformation, ontology patterns

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 9. 2006

Thesis defence

• Date of defence: 29. 9. 2010
• Supervisor: Vojtěch Svátek
• Reader: Miroslav Vacura, Jaroslav Pokorný, Július Štuller

Vysoká škola ekonomická v Praze

Doctoral programme / field:
Aplikovaná informatika / Informatika