Knowledge Representation and Evolutionary Data Management in the Context of Logic Programming. PhD
Représentation de Connaissances et Gestion de Données Evolutives dans le Contexte de la Programmation Logique. Thèse de Doctorat
Résumé
The thesis was carried out as part of a European project. The objective of the EPSILON project was to build a knowledge management system (KBMS) based on 1st order logic in an object-oriented context. This manager is based on the integration of logic programming technologies and relational databases. Its goal is to provide an environment that offers both powerful structuring mechanisms, such as modularity (classes and inheritance), and efficient and transparent access to databases. EPSILON was carried out within a cooperative working framework: six teams from three countries (France, Germany, Italy) participated in this project.
I evaluated, optimized and made reliable the database interface (PROLOG-SGBD coupling transparent to the user) developed by our team. This consolidation has sometimes led to a significant change in the design of the modules and the underlying choices and to the addition of new functionalities. The hybrid (semi-interpreted/semi-compiled) Prolog-Databases interface resulting from this consolidation uses a two-phase communication protocol (static/dynamic) with the aim of combining the advantages of the interpreted and compiled coupling approaches. This strategy minimizes the number of accesses to the DBMS and generates queries that are as selective as possible, through maximum instantiation of database predicates, using the DBMS for relational operations (selections, joins).
The final product was integrated into the full EPSILON prototype, defining it as a new inference engine through which the user no longer needs to distinguish logical predicates from database predicates in their programs. This integration with the achievements of other partners required on my part a good knowledge of the modules produced outside the team. A medical application using a very large database was implemented and tested in the integrated version.
I then worked on adding a “dynamic database” dimension to this KBMS. Indeed, a component very poorly taken into account in the KBMS then concerned the automatic evolution of the membership of instances from one class to another class. This problem partially covers aspects linked to what we call dynamics in knowledge bases. Such an approach made it possible to elegantly take into account the management of integrity constraints which define the population of a class, by not refusing an update which violates certain constraints, but by making the instance concerned evolve towards a new class. Reference works existed in the field of active databases [McCarthy et al., 1989], [Dayal et al., 1988] and we took inspiration from them. To integrate this functionality into EPSILON, I defined an inference engine capable of managing this evolution. I previously carried out a study of different active DBMSs.
La thèse a été réalisé dans le cadre d'un projet Européen. L'objectif du projet EPSILON était de construire un système de gestion de connaissances (SGBC) reposant sur la logique du 1er ordre dans un contexte orienté objet. Ce gestionnaire est basé sur l'intégration des technologies de la programmation logique et des bases de données relationnelles. Son but est de fournir un environnement qui offre à la fois des mécanismes de structuration puissants, tels que la modularité (classes et héritage), et un accès efficace et transparent aux bases de données. EPSILON a été réalisé dans un cadre de travail coopératif : six équipes en provenance de trois pays (France, Allemagne, Italie) ont participé à ce projet.
J’ai évalué, optimisé et fiabilisé l'interface bases de données (couplage PROLOG-SGBD transparent à l'utilisateur) développée par notre équipe. Cette consolidation a conduit parfois à changer de façon importante la conception des modules et les choix sous-jacents et à adjoindre de nouvelles fonctionnalités. L'interface hybride (semi interprétée/semi compilée) Prolog-Bases de Données résultant de cette consolidation utilise un protocole de communication à deux phases (statique/dynamique) dans le but de combiner les avantages des approches de couplage interprétée et compilée. Cette stratégie minimise le nombre d'accès au SGBD et génère des requêtes aussi sélectives que possible, par une instanciation maximale des prédicats base de données, en utilisant le SGBD pour les opérations relationnelles (sélections, jointures).
Le produit final a été intégré dans le prototype complet EPSILON, en le définissant comme un nouveau moteur d'inférence grâce auquel l'utilisateur n'a plus besoin de distinguer les prédicats logiques des prédicats base de données dans ses programmes. Cette intégration avec les réalisations des autres partenaires a nécessité de ma part une bonne connaissance des modules réalisés hors de l'équipe. Une application médicale utilisant une base de données très volumineuse, a été mise en oeuvre et testée dans la version intégrée.
J’ai ensuite travaillé sur l’apport d’une dimension "bases de données dynamiques" à ce SGBC. En effet, une composante très mal prise en compte dans les SGBC concernait alors l'évolution automatique de l'appartenance des instances d'une classe vers une autre classe. Ce problème recouvre partiellement les aspects liés à ce que l'on appelle la dynamique dans les bases de connaissances. Une telle approche permettait de prendre en compte de façon élégante la gestion de contraintes d'intégrité qui définissent la population d'une classe, en ne refusant pas une mise à jour qui viole certaines contraintes, mais en faisant évoluer l'instance concernée vers une nouvelle classe. Des travaux de référence existaient dans le domaine des bases de données actives [McCarthy et al., 1989], [Dayal et al., 1988] et nous nous en sommes inspirés. Pour intégrer cette fonctionnalité dans EPSILON, j'ai défini un moteur d'inférence capable de gérer cette évolution. J'ai effectué au préalable une étude de différents SGBDs actifs.