Querying and Mining Multigraphs

par Vijay Ingalalli

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Pascal Poncelet et de Dino Ienco.

Soutenue le 27-02-2017

à Montpellier , dans le cadre de École Doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015) , en partenariat avec Laboratoire d'Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier / LIRMM (laboratoire) .

Le président du jury était Bruno Crémilleux.

Le jury était composé de Pascal Poncelet, Dino Ienco, Bruno Crémilleux, Andrea Tagarelli, Céline Robardet, Christophe Paul.

Les rapporteurs étaient Andrea Tagarelli, Céline Robardet.

  • Titre traduit

    Requêtes et fouille de multigraphes


  • Résumé

    Avec des volumes de données et d’informations de plus en plus importants, des données de plus en plus complexes et fortement inter-reliées, l’extraction de connaissances reste un véritable défi. Les graphes offrent actuellement un support de représentation efficace pour représenter ces données. Parmi les approches existantes, les multi-graphes ont montré que leur pouvoir d’expression était particulièrement adapté pour manipuler des données complexes possédant de nombreux types de relations entre elles. Cette thèse aborde deux aspects principaux liés aux multigraphes : la recherche de sous graphes et la fouille de sous graphes fréquents dans des multigraphes.Elle propose trois propositions dans le domaines du requêtage et de la fouille de données.La première contribution s’inscrit dans la recherche de sous graphes et concerne l’isomorphisme de sous graphes dans des multigraphes. Cette approche peut, par exemple, être appliquée dans de nombreux domaines d’applications comme l’analyse d’images satellites ou de réseaux sociaux. Dans la seconde, nous nous intéressons aux graphes de connaissances et abordons la problématique de l’homorphisme de graphes dans des multigraphes RDF. Dans les deux contributions, nous proposons de nouvelles techniques d’indexations pour représenter efficacement les informations contenues dans les multigraphes. La recherche des sous graphes tire avantage de ces nouveaux index et différentes heuristiques et optimisations sont également proposées pour garantir de bonnes performances lors de l’exécution des requêtes. La seconde contribution s’inscrit dans le domaine de la fouille de données et nous proposons un algorithme efficace pour extraire les multigraphes fréquents. Etant donné l’espace de recherche à considérer, la recherche de motifs fréquents dans des graphes est un problème difficile en fouille de données. Pour parcourir efficacement l’espace de recherche encore plus volumineux pour les multigraphes, nous proposons de nouvelles techniques et méthodes pour le traverser efficacement notamment en éliminant des candidats où détectant à l’avance les motifs non fréquents. Pour chacune de ces propositions de nombreuses expérimentations sont réalisées pour valider à la fois leurs performances et exactitudes en les comparant avec les approches existantes. Finalement, nous proposons une étude de cas sur des jeux de données issues d’images satellites modélisées sous la forme de multigraphe et montrons que l’application de nos propositions permet de mettre en évidence de nouvelles connaissances utiles.


  • Résumé

    With the ever-increasing growth of data and information, extracting the right knowledge has become a real challenge.Further, the advanced applications demand the analysis of complex, interrelated data which cannot be adequately described using a propositional representation. The graph representation is of great interest for the knowledge extraction community, since graphs are versatile data structures and are one of the most general forms of data representation. Among several classes of graphs, textit{multigraphs} have been captivating the attention in the recent times, thanks to their inherent property of succinctly representing the entities by allowing the rich and complex relations among them.The focus of this thesis is streamlined into two themes of knowledge extraction; one being textit{knowledge retrieval}, where we focus on the subgraph query matching aspects in multigraphs, and the other being textit{knowledge discovery}, where we focus on the problem of frequent pattern mining in multigraphs.This thesis makes three main contributions in the field of query matching and data mining.The first contribution, which is very generic, addresses querying subgraphs in multigraphs that yields isomorphic matches, and this problem finds potential applications in the domains of remote sensing, social networks, bioinformatics, chemical informatics. The second contribution, which is focussed on knowledge graphs, addresses querying subgraphs in RDF multigraphs that yield homomorphic matches. In both the contributions, we introduce efficient indexing structures that capture the multiedge information. The query matching processes introduced have been carefully optimized, w.r.t. the time performance and the heuristics employed assure robust performance.The third contribution is in the field of data mining, where we propose an efficient frequent pattern mining algorithm for multigraphs. We observe that multigraphs pose challenges while exploring the search space, and hence we introduce novel optimization techniques and heuristic search methods to swiftly traverse the search space.For each proposed approach, we perform extensive experimental analysis by comparing with the existing state-of-the-art approaches in order to validate the performance and correctness of our approaches.In the end, we perform a case study analysis on a remote sensing dataset. Remote sensing dataset is modelled as a multigraph, and the mining and query matching processes are employed to discover some useful knowledge.


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