Représentation et curation des connaissances dans les hiérarchies de graphes

Knowledge representation and curation in hierarchies of graphs

• Auteur / Autrice : Ievgeniia Oshurko
• Direction : Russ Harmer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 06/07/2020
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon (2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École normale supérieure de Lyon (2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'informatique du parallélisme (Lyon ; 1988-....) - Preuves et Langages
• Jury : Président / Présidente : François Fages
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : François Fages, Glynn Winskel, Pierre-Antoine Champin, Barbara König
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : François Fages, Glynn Winskel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Représentation des connaissances

Transformation de graphes

Mots clés libres

Réécriture de graphes

Transformation de graphes

Représentation des connaissances

Piste d'audit

Bases de données orientées graphes

Bio-curation

Signalisation cellulaire

Modélisation à base de règles

Graph rewriting

Graph transformation

Knowledge representation

Audit trail

Graph databases

Bio-curation

Cellular signalling

Rule-based modelling

Résumé

L'extraction automatique des intuitions et la construction de modèles computationnels à partir de connaissances sur des systèmes complexes repose largement sur le choix d'une représentation appropriée. Ce travail s'efforce de construire un cadre adapté pour la représentation de connaissances fragmentées sur des systèmes complexes et sa curation semi-automatisé.Un système de représentation des connaissances basé sur des hiérarchies de graphes liés à l'aide d'homomorphismes est proposé. Les graphes individuels représentent des fragments de connaissances distincts et les homomorphismes permettent de relier ces fragments. Nous nous concentrons sur la conception de mécanismes mathématiques,basés sur des approches algébriques de la réécriture de graphes, pour la transformation de graphes individuels dans des hiérarchies qui maintient des relations cohérentes entre eux.De tels mécanismes fournissent une piste d'audit transparente, ainsi qu'une infrastructure pour maintenir plusieurs versions des connaissances.La théorie développée est appliquée à la conception des schémas pour les bases de données orientée graphe qui fournissent des capacités de co-évolution schémas-données.Ensuite, cette théorie est utilisée dans la construction du cadre KAMI, qui permet la curation des connaissances sur la signalisation dans les cellules. KAMI propose des mécanismes pour une agrégation semi-automatisée de faits individuels sur les interactions protéine-protéine en corpus de connaissances, la réutilisation de ces connaissances pour l'instanciation de modèles de signalisation dans différents contextes cellulaires et la génération de modèles exécutables basés sur des règles.

The task of automatically extracting insights or building computational models fromknowledge on complex systems greatly relies on the choice of appropriate representation.This work makes an effort towards building a framework suitable for representation offragmented knowledge on complex systems and its semi-automated curation---continuouscollation, integration, annotation and revision.We propose a knowledge representation system based on hierarchies of graphs relatedwith graph homomorphisms. Individual graphs situated in such hierarchies representdistinct fragments of knowledge and the homomorphisms allow relating these fragments.Their graphical structure can be used efficiently to express entities and their relations. Wefocus on the design of mathematical mechanisms, based on algebraic approaches to graphrewriting, for transformation of individual graphs in hierarchies that maintain consistentrelations between them. Such mechanisms provide a transparent audit trail, as well as aninfrastructure for maintaining multiple versions of knowledge.We describe how the developed theory can be used for building schema-aware graphdatabases that provide schema-data co-evolution capabilities. The proposed knowledgerepresentation framework is used to build the KAMI (Knowledge Aggregation and ModelInstantiation) framework for curation of cellular signalling knowledge. The frameworkallows for semi-automated aggregation of individual facts on protein-protein interactionsinto knowledge corpora, reuse of this knowledge for instantiation of signalling models indifferent cellular contexts and generation of executable rule-based models.