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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-04082017-144814
Document
Author
Full name
André Ippolito
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Almeida Junior, Jorge Rady de (President)
Brandão, Anarosa Alves Franco
Cansado, Jacinto Carlos Ascencio
Cugnasca, Paulo Sergio
Wassermann, Renata
Title in Portuguese
Uma abordagem de múltiplos aspectos para alinhamento de ontologias baseado em Cluster Ensembles Bayesianos.
Keywords in Portuguese
Inferência bayesiana e redes de crença
Ontologia
Teoria dos grafos
Abstract in Portuguese
Ontologias são especificações formais e explícitas usadas para descrever entidades de um domínio e seus relacionamentos. Estatísticas recentes do projeto Linked Open Data (LOD) indicam a existência de milhares de ontologias heterogêneas publicadas na nuvem do LOD, impondo um desafio para a integração de ontologias. Um passo fundamental na integração é o emparelhamento, processo que obtém elementos correspondentes entre ontologias heterogêneas. Visando superar o desafio de efetuar o emparelhamento em larga escala, desenvolveu-se uma estratégia baseada em clusterização das ontologias, a qual particiona as ontologias em subontologias, clusteriza as subontologias e restringe o processo de emparelhamento aos elementos de um mesmo cluster. Porém, observa-se que as soluções do estado da arte necessitam explorar mais os múltiplos aspectos que as subontologias possuem. As clusterizações de cada aspecto podem ser combinadas, por meio de um consenso. Cluster Ensembles é uma técnica que permite obter esse consenso. Além disso, estudos comparativos indicaram que o uso de Cluster Ensembles Bayesianos (CEB) resulta em uma clusterização de maior acurácia do que a obtida por outras técnicas de Cluster Ensembles. Um dos principais objetivos deste trabalho foi desenvolver uma nova metodologia de emparelhamento de ontologias baseada em clusterização consensual de múltiplos aspectos de comunidades, de forma a estruturar um arcabouço metodológico, por meio do qual diferentes técnicas e aspectos podem ser incorporados e testados. De acordo com a metodologia desenvolvida neste trabalho, inicialmente aplicaram-se técnicas de Detecção de Comunidades para particionar as ontologias. Em seguida, consideraram-se os seguintes aspectos das comunidades obtidas: terminológico, estrutural e extensional. Fez-se, separadamente, a clusterização das comunidades segundo cada aspecto e aplicaram-se diferentes técnicas de clusterização consensual para obter um consenso entre as clusterizações de cada aspecto: CEB, técnicas baseadas em similaridades e técnicas baseadas em métodos diretos. Para os diferentes consensos, o processo de emparelhamento foi feito apenas entre elementos das ontologias que pertencessem a um mesmo cluster consensual. As soluções consensuais destacaram-se nos estudos de caso efetuados quanto à precisão e cobertura dos alinhamentos, enquanto a solução baseada no aspecto terminológico destacou-se quanto ao valor de F-measure. A principal contribuição deste trabalho relaciona-se à metodologia desenvolvida, que constitui um arcabouço metodológico, por meio do qual diferentes aspectos e técnicas podem ser incorporados e testados quanto ao seu desempenho de clusterização e de alinhamento de ontologias.
Title in English
A multi-aspect approach for ontology matching based on Bayesian Cluster Ensembles.
Keywords in English
Bayesian Cluster Ensembles
Clustering
Community detection
Framework
Matching
Ontology
Abstract in English
Ontologies are formal and explicit specifications used to describe entities of a domain and its relationships. Recent statistics of the Linked Open Data (LOD) project indicate the existence of thousands of heterogeneous ontologies in the LOD cloud, posing a challenge to ontology integration. A fundamental step in integration is matching, a process that finds correspondent elements between heterogeneous ontologies. Aiming to overcome the challenge of large-scale ontology matching, researchers developed a strategy based on clustering, which divides ontologies into subontologies, clusters subontologies and restricts the matching process to elements of the same cluster. However, state-of-the-art solutions need to explore more the multiple aspects that subontologies have. Clustering solutions of each aspect can be combined, by means of a consensus. Cluster Ensembles is a technique that allows obtaining this consensus. Besides, comparative studies indicated that Bayesian Cluster Ensembles has higher clustering accuracy than other Cluster Ensembles techniques. One of the main goals of this work was to develop a new methodology for ontology matching based on consensus clustering of multiple aspects of communities, structuring a methodological framework that enables the use and tests of different techniques and aspects. According to the methodology adopted in this work, initially, Community Detection techniques were applied to partition the ontologies. In the sequence, the following aspects of the communities were considered: terminological, structural and extensional. Clustering according to each aspect was performed separately and different consensus clustering techniques were applied to obtain a consensus among clustering solutions of each aspect: Bayesian Cluster Ensembles, techniques based on similarities and techniques based on direct methods. For the different consensuses, matching was done only between elements of the two ontologies that belonged to the same consensual cluster. For the case studies applied in this work, the consensual solutions were a standout in precision and recall, while the terminological-based solution was a standout in F-measure. The main contribution of this work is related to the developed methodology, which constitutes a methodological framework, through which different aspects and techniques can be incorporated and tested concerning their ontology clustering and alignment performance.
 
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Publishing Date
2017-08-07
 
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