0HAL Id：tel-001575950https://theses.hal.science/tel-001575950提交日期：2007年6月26日0HAL是一个多学科开放获取档案库，用于存储和传播科学研究文档，无论其是否发表。这些文档可以来自法国或国外的教育和研究机构，或者来自公共或私人研究中心。0HAL多学科开放获取档案库，旨在存储和传播研究水平的科学文献，无论是否发表，来自法国或国外的教育和研究机构，公共或私人实验室。0数据库中语义的明确化：基于本体的数据库和OntoDB模型0Hondjack Dehainsala0引用此版本：0HondjackDehainsala。数据库中语义的明确化：基于本体的数据库和OntoDB模型。其他[cs.OH]。普瓦捷大学，2007年。法语。NNT：。tel-001575950法国高级机械与航空学院0工程科学博士学院0普瓦捷大学0博士论文0获得学位：0POITIERS大学博士学位0（基础与应用科学学院）0（国家学位-2002年4月25日法令）0专业：计算机科学0由Hondjack Dehainsala公开展示和辩论0Hondjack DEHAINSALA0语义的明确化0数据库：0基于本体的数据库和OntoDB模型0论文导师：Guy PIERRA，Ladjel BELLATRECHE0在考试委员会面前0评审委员会0评阅人员：Jean CHARLET研究员，INSERM，巴黎第六大学0Mohand-Said HACID教授，里昂第一大学0评审人员：Ladjel BELLATRECHE讲师，普瓦捷大学0Mokrane BOUZEGHOUB教授，凡尔赛大学0Jean-Yves LAFAYE教授，拉罗谢尔大学0Guy PIERRA教授，ENSMA，未来主题公园0Michel SCHNEIDER教授，布莱斯∙帕斯卡大学，克莱蒙费朗0iiiii0致谢0我非常高兴在这里感谢GuyPIERRA教授，LISI主任和本论文的导师，他欢迎我加入实验室并在研究团队中指导我四年。我向他表示深深的感谢。没有他的鼓励，我将无法坚持下去。0我还要感谢LadjelBELLATRECHE教授对本论文的共同指导，感谢他在我的研究工作和论文发表方面给予的宝贵帮助。0我还要感谢LISI数据工程团队的成员Yamine AIT-AMEUR给予我的宝贵建议和意见。0我感谢Jean CHARLET先生和Mohand-Said HACID教授对我的论文进行评审。我还要感谢MokraneBOUZEGHOUB教授，Jean-Yves LA-FAYE教授和Michel SCHNEIDER教授愿意担任我的评委。0我特别感谢我的父亲AlphonseDEHAINSALA，他说服我做博士论文并给予我精神上的支持。我还要感谢我的兄弟PatienceDEHAIN-SALA在论文写作期间的阅读、评论和建议。0J'adresse mes remerciements à tout le personnel du LISI, et plus particulièrement, Dung, Loé,Stéphane, Ahmed, Idir, Dago, Manu, Éric, Guillaume, JCP, Frédéric C., Claudine, Hieu, Frédéric R.,Nicolas, Chimène, Karim, Sybille, Malo, Youcef, Michaël, Kamel, Dilek, Otzgu et Frédéric D. pourleur présence et leur soutien cordial.0Je suis reconnaissant de l'intérêt fraternel et amical que m'ont témoigné mes ami(e)s, particulièrement àSylviane, Hung, Patrice, Cédric, Antoine, Sylvain et Anne-lise et son mari Stéphane, Olivier, Yvonne pourleur amitié pour tous les bons moments que nous avons passés ensemble.0Enfin, je remercie la communauté tchadienne, particulièrement Gnomonga KALANDI, à lafamille YANAMADJI, Alano, Freddy et sa femme Flora, Ngueto, Tededjim, Talla, Albert, BV,Fabienne, Georges et Oumie pour leur soutien moral et pour tous les bons moments passés àleur compagnie.ivv0À tous les membres de mafamille. Papa, Maman, Patience,Maïré, Haiengda, Maïpa, Douswé,et toute la grande familleWaleyamviTable des matièresIntroduction générale11Approche traditionnelle de conception des bases de données91Terminologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111.1Le niveau conceptuel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111.2Le niveau logique. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122Conception orientée objet : le Langage EXPRESS. . . . . . . . . . . . . . .132.1Le langage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142.1.1Connaissance structurelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142.1.2Connaissance descriptive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142.1.3Connaissance procédurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152.1.5Modularité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .162.1.6Représentation des instances . . . . . . . . . . . . . . . . . .172.2EXPRESS comparé à UML pour la modélisation objet. . . . . . . .172.2.2Représentation des agrégations, compositions et collections .182.2.4Méthodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .183.1Le modèle relationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193.2Le modèle objet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .193.3Le modèle relationnel objet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20vii0Table des figures xv0I État de l'art 702.1.4 Représentation Graphique d'EXPRESS . . . . . . . . . . . . 1602.2.1 Représentation de relation d'association entre classes (entités) 1802.2.3 Différents types d'héritage en EXPRESS . . . . . . . . . . . 1803 Gestion persistante des objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19Table des matières3.4Approches hybrides de conception de bases de données : les mappingsobjet/relationnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .203.4.1Règles de transposition objet-relationnel. . . . . . . . . . .213.4.2Choix de règles de transposition . . . . . . . . . . . . . . . .243.5.1Transposition de modèle : EXPRESS-X . . . . . . . . . . . .273.5.2Programmation EXPRESS et transformation de modèles . .273.5.3Environnements d’IDM en EXPRESS . . . . . . . . . . . . .284Limites des méthodes classiques de conception des bases de données . . . . .294.1Les problèmes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294.1.1L’écart entre les modèles conceptuels et les modèles logiquesdes données. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .294.1.2Forte dépendance des modèles vis à vis des concepteurs etdes objectifs applicatifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .304.2Une solution : représenter la sémantique des données . . . . . . . . . .315Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .322Modélisation et gestion de données à base ontologique351Notion d’ontologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .361.1Origine historique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .361.2Définition des ontologies en informatique. . . . . . . . . . . . . . . .361.3Comparaison entre ontologie et modèle de conceptuel. . . . . . . . .371.3.1Similitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .371.3.2Différences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .381.4Ontologie conceptuelle et ontologies linguistiques . . . . . . . . . . . .392Les langages de définitions des ontologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .402.1Principaux composants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .402.1.1Les classes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .402.1.2Les propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .412.1.3Les types de valeurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422.1.4Les axiomes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422.1.5Les instances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422.1.6Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .422.2Ontologies orientées caractérisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . .432.2.1RDF / RDF Schéma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43viii03.4.3 Outil de gestion des transpositions relationnel-objet : l'exemple0d'Hibernate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2403.5 Transformation de modèle et l'Ingénierie Dirigée par les Modèles . . . 262.2.2OWL-Lite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .452.2.3Le modèle d’ontologie PLIB . . . . . . . . . . . . . . . . . .482.3Ontologies orientées inférences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .502.3.1Un bref aperçu de la logique de description . . . . . . . . . .502.3.2OWL DL / OWL Full. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .522.4Discussion sur les langages de définitions d’ontologies : notre position543Gestion de données à base ontologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .553.1Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .563.2Schémas de représentation des ontologies et des données . . . . . . . .573.2.1Représentation des ontologies. . . . . . . . . . . . . . . . .573.2.2Représentation des données. . . . . . . . . . . . . . . . . .593.2.3Approche de représentation hybride . . . . . . . . . . . . . .623.2.4Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .623.3.2ICS-FORTH RDFSuite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64ix03.3 现有基于本体的数据库架构 . . . . . . . . . . . 6303.3.1 Sesame架构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6303.3.3 Jena架构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6503.3.4 系统kwOWLer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6603.3.5 知识库管理系统的特点和功能0基于本体的数据库系统 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6704 结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690II 我们的架构提议 7303 基于本体的数据库基本架构模型OntoDB 7501 目标和假设 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7601.1 目标 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7601.2 假设 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7601.3 形式化 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7702 需求分析和本体表示提议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7802.1 F1：本体在模式内部的存储能力0适用于目标SGBD的逻辑 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8002.2 F2：程序访问实体的通用接口0本体 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83x0目录02.3 F3：面向对象编程的实体访问接口0本体模型和语言的特定本体0编程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8602.3.1 对象API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8602.3.2 功能API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8802.3.3 结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9002.4 F4：能够读取以其格式表示的本体0交换和存储在BDBO中 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9002.4.1 本体连续性原则的讨论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9102.4.2 管理可扩展本体：问题陈述 . . . . . . . . . . . . . . . . . 9202.5 F5：能够提取BDBO中的本体并0按照交换格式导出 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9602.5.1 从BDBO中提取信息：问题陈述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9602.6 元模型表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9802.6.1 本体模型表示结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10002.6.2 反射元模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10203 基于本体的数据表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10503.1 类实例表示模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10503.1.1 问题陈述和假设 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10503.1.2 类实例的提议模式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10603.1.3 数据概念模型的表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10803.1.4 本体部分和数据部分之间的关系 . . . . . . . . . . . 10903.2 实例生命周期管理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11003.2.1 问题的位置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11003.2.2 现有解决方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11203.2.3 我们的提议 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11203.3 基于本体的数据提取 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11303.3.1 问题的位置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11303.3.2 提出一种新算法 . . . . . . . . . . . . . . 11404 我们的BDBO架构模型提议：OntoDB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11505 结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11704 OntoDB架构的实现 12101 本体表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12201.1 使用EXPRESS中的IDM来实现我们的0体系结构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12201.2 表结构定义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123xi01.2.1 本体在Post-中的逻辑模式0PostgreSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12501.2.2 表结构生成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12601.3 将本体导入数据库 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12701.3.1 通用数据导入 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12801.3.2 本体概念版本控制 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12901.4 从BDBO中提取本体 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13001.4.1 用于语法完整性的提取算法 . . . . 13201.4.2 用于语义完整性的提取算法 . . . . 13301.4.3 执行环境 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13402 本体元模型表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13402.1 表结构定义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13602.2 填充元模式部分 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13703 基于本体的数据表示在数据部分中 . . . . 13803.1 PLIB和0关系型 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13903.1.1 结构性知识：类 . . . . . . . . . . . . . . 13903.1.2 结构性知识：类型 . . . . . . . . . . . . . . 14003.1.3 描述性知识：属性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14503.2 实例的概念模型表示 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14603.3 基于本体的数据生命周期管理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14803.4 本体与基于本体的数据之间的链接 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15104 本体访问方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15204.1 访问API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15204.1.1 本体访问 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15304.1.2 访问类实例 . . . . . . . . . . . . . . . . . 15804.1.3 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16204.2 图形访问应用程序：PLIBEditor . . . . . . . . . . . . . . . 16204.2.1 使用PLIBEditor管理本体 . . . . . . . . . . . . 16304.2.2 使用PLIBEditor管理实例 . . . . . . . . . . . . 16304.2.3 将本体导入到数据库中 . . . . . . . . . . . . . . 16404.2.4 将本体导出到数据库中 . . . . . . . . . . . . . . . 16504.2.5 使用PLIBEditor执行OntoQL查询 . . . . . . . 16604.3 我们原型模型的实现总结0OntoDB架构 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16805 结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170xii0目录0III 性能评估 17305 对OntoDB架构模型性能的评估 17501 数据部分的性能评估 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17601.1 评估基准的描述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17601.1.1 总体介绍 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17601.1.2 选择要评估的替代方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17701.1.3 实例生成器描述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17801.1.4 测试机器配置 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17901.1.5 查询执行方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1800本章数据部分的结构（测试数据库的数据） . . . 18001.2.1 通过通用表的表示方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18101.2.2 三元组表示方法 . . . . . . . . . . . . . . . 18101.2.3 通过属性表的表示方法 . . . . . . . . . . . . . . . . 18201.2.4 通过具体类或水平类的表示方法 18201.2.5 本章使用的符号 . . . . . . . . . . . . . . 18201.3 查询负载 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18301.3.1 类型化查询 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18301.3.2 非类型化查询 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18401.3.3 修改查询 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18401.3.4 一些定义 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1840对表示方法的性能评估0类型化查询 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18501.4.1 投影到叶子类 . . . . . . . . . . . . . . . . 18501.4.2 在叶子类上进行选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . 19001.4.3 两个叶子类的连接 . . . . . . . . . . . . . . . . 19501.4.4 投影连接选择 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19801.4.5 投影和选择在非叶子类上 . . . . . . . . . . . . . . . 19901.4.6 类型化查询测试结论 . . . . . . . . . . . 2020对表示方法的性能评估0非类型化查询 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20201.5.1 找到数据库中所有的实例0对属性P的值V的评估 . . . . . . . . . . . . . . . . 20201.5.2 非类型化查询结论 . . . . . . . . . . . . . . 20601.6 对表示方法的性能评估0修改查询 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20601.6.1 插入实例的查询 . . . . . . . . . . . . . . . 206xiii01.6.2 更改属性值的查询 . . . . . . . . . . . . . . . 2060实例 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20901.6.3 修改测试的结论 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21002 本体部分性能评估 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21002.1 实验台的描述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21002.2 评估 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21102.3 总结 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21203 结论 . . . . . . . . . . . . . . . .
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