Towards a Generic Approach for Schema Matcher Selection : Leveraging User Pre- and Post-match Effort for Improving Quality and Time Performance

par Fabien Duchateau

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Zohra Bellahsene.

Soutenue en 2009

à Montpellier 2 .


  • Résumé

    L'interopérabilité entre applications et les passerelles entre différentes sources de don- nées sont devenues des enjeux cruciaux pour permettre des échanges d'informations op- timaux. Cependant, certains processus nécessaires à cette intégration ne peuvent pas être complétement automatisés à cause de leur complexité. L'un de ces processus, la mise en correspondance de schémas, est maintenant étudié depuis de nombreuses années. Il s'attaque au problème de la découverte de correspondances sémantiques entre éléments de diffe��rentes sources de données, mais il reste encore principalement effectué de manière manuelle. Par conséquent, le déploiement de larges systèmes de partage d'informations ne sera possible qu'en (semi-)automatisant ce processus de mise en correspondance. De nombreux outils de mise en correspondance de schémas ont été développés ces dernières décennies afin de découvrir automatiquement des mappings entre éléments de schémas. Cependant, ces outils accomplissent généralement des tâches de mise en cor- respondance pour des critères spécifiques, comme un scénario à large échelle ou la décou- verte de mappings complexes. Contrairement à la recherche sur l'alignement d'ontologies, il n'existe aucune plate-forme commune pour évaluer ces outils. Aussi la profusion d'outils de découverte de correspondances entre schémas, combinée aux deux problèmes évoqués précedemment, ne facilite pas, pour une utilisatrice, le choix d'un outil le plus ap- proprié pour découvrir des correspondances entre schémas. La première contribution de cette thèse consiste à proposer un outil d'évaluation, appelé XBenchMatch, pour mesurer les performances (en terme de qualité et de temps) des outils de découverte de corre- spondances entre schémas. Un corpus comprenant une dizaine de scénarios de mise en correspondance sont fournis avec XBenchMatch, chacun d'entre eux représentant un ou plusieurs critères relatif au processus de mise en correspondance de schémas. Nous avons également conçu et implémenté de nouvelles mesures pour évaluer la qualité des schémas intégrés et le post-effort de l'utilisateur. Cette étude des outils existants a permis une meilleure compréhension du processus de mise en correspondance de schémas. Le premier constat est que sans ressources ex- ternes telles que des dictionnaires ou des ontologies, ces outils ne sont généralement pas capables de découvrir des correspondances entre éléments possédant des étiquettes très différentes. Inversement, l'utilisation de ressources ne permet que rarement la découverte de correspondances entre éléments dont les étiquettes se ressemblent. Notre seconde con- tribution, BMatch, est un outil de découverte de correspondances entre schémas qui inclut une mesure de similarité structurelle afin de contrer ces problèmes. Nous démontrons en- suite de manière empirique les avantages et limites de notre approche. En effet, comme la plupart des outils de découverte de correspondances entre schémas, BMatch utilise une moyenne pondérée pour combiner plusieurs valeurs de similarité, ce qui implique une baisse de qualité et d'efficacité. De plus, la configuration des divers paramètres est une autre difficulté pour l'utilisatrice. Pour remédier à ces problèmes, notre outil MatchPlanner introduit une nouvelle méth- ode pour combiner des mesures de similarité au moyen d'arbres de décisions. Comme ces arbres peuvent être appris par apprentissage, les paramètres sont automatiquement config- urés et les mesures de similarité ne sont pas systématiquement appliquées. Nous montrons ainsi que notre approche améliore la qualité de découverte de correspondances entre sché- mas et les performances en terme de temps d'exécution par rapport aux outils existants. Enfin, nous laissons la possibilité à l'utilisatrice de spécifier sa préférence entre précision et rappel. Bien qu'équipés de configuration automatique de leurs paramètres, les outils de mise en correspondances de schémas ne sont pas encore suffisamment génériques pour obtenir des résultats qualitatifs acceptables pour une majorité de scénarios. C'est pourquoi nous avons étendu MatchPlanner en proposant une “fabrique d'outils” de découverte de corre- spondances entre schémas, nommée YAM (pour Yet Another Matcher). Cet outil apporte plus de flexibilité car il génère des outils de mise en correspondances à la carte pour un scénario donné. En effet, ces outils peuvent être considérés comme des classifieurs en apprentissage automatique, puisqu'ils classent des paires d'éléments de schémas comme étant pertinentes ou non en tant que mappings. Ainsi, le meilleur outil de mise en cor- respondance est construit et sélectionné parmi un large ensemble de classifieurs. Nous mesurons aussi l'impact sur la qualité lorsque l'utilisatrice fournit à l'outil des mappings experts ou lorsqu'elle indique une préférence entre précision et rappel

  • Titre traduit

    ˜Une œApproche Générique pour la Sélection d’Outils de Découverte de Correspondances entre Schémas


  • Résumé

    Interoperability between applications or bridges between data sources are required to allow optimal information exchanges. Yet, some processes needed to bring this integra- tion cannot be fully automatized due to their complexity. One of these processes is called matching and it has now been studied for years. It aims at discovering semantic corre- spondences between data sources elements and is still largely performed manually. Thus, deploying large data sharing systems requires the (semi-)automatization of this matching process. Many schema matching tools were designed to discover mappings between schemas. However, some of these tools intend to fulfill matching tasks with specific criteria, like a large scale scenario or the discovery of complex mappings. And contrary to ontology alignment research field, there is no common platform to evaluate them. The abundance of schema matching tools, added to the two previously mentioned issues, does not facil- itate the choice, by an user, of the most appropriate tool to match a given scenario. In this dissertation, our first contribution deals with a benchmark, XBenchMatch, to evaluate schema matching tools. It consists of several schema matching scenarios, which features one or more criteria. Besides, we have designed new measures to evaluate the quality of integrated schemas and the user post-match effort. This study and analysis of existing matching tools enables a better understanding of the matching process. Without external resources, most matching tools are mainly not able to detect a mapping between elements with totally dissimilar labels. On the contrary, they cannot infirm a mapping between elements with similar labels. Our second contribu- tion, BMatch, is a matching tool which includes a structural similarity measure and it aims at solving these issues by only using the schema structure. Terminological measures en- able the discovery of mappings whose schema elements share similar labels. Conversely, structural measures, based on cosine measure, detects mappings when schema elements have the same neighbourhood. BMatch's second aspect aims at improving the time per- formance by using an indexing structure, the B-tree, to accelerate the schema matching process. We empirically demonstrate the benefits and the limits of our approach. Like most schema matching tools, BMatch uses an aggregation function to combine similarity values, thus implying several drawbacks in terms of quality and performance. Tuning the parameters is another burden for the user. To tackle these issues, MatchPlanner introduces a new method to combine similarity measures by relying on decision trees. As decision trees can be learned, parameters are automatically tuned and similarity measures are only computed when necessary. We show that our approach provides an increase in terms of matching quality and better time performance with regards to other matching tools. We also present the possibility to let users choose a preference between precision and recall. Even with tuning capabilities, schema matching tools are still not generic enough to provide acceptable quality results for most schema matching scenarios. We finally extend MatchPlanner by proposing a factory of schema matchers, named YAM (for Yet Another Matcher). This tool brings more flexibility since it generates an 'a la carte' matcher for a given schema matching scenario. Indeed, schema matchers can be seen as machine learn- ing classifiers since they classify pairs of schema elements either as relevant or irrelevant. Thus, the best matcher in terms of matching quality is built and selected from a set of different classifiers. We also show impact on the quality when user provides some inputs, namely a list of expert mappings and a preference between precision and recall

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Informations

  • Détails : 1 vol. (144 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 135-144. Annexes

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  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 2009.MON-213
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