Design of a Framework for Cooperative Answering of SPARQL Query in RDF Database

Une ontologie (ou base de connaissances) est une représentation formelle de connaissances sous la forme d'entités et de faits sur ces entités. Ces dernières années de nombreuses ontologies ont été développées dans des contextes académiques et industriels. Elles sont généralement définies à l’aide du langage forme lRDF et interrogées avec le langage de requêtes SPARQL. Une connaissance partielle du contenu et de la structure d’une ontologie peut amener les utilisateurs à exécuter des requêtes qui retournent un résultat vide de réponses, considéré comme insatisfaisant. Parmi les techniques d’interrogation coopératives développées pour résoudre ce problème se trouve la technique de relaxation de requêtes. Elle consiste à affaiblir les conditions exprimées dans les requêtes pour retourner des résultats alternatifs à l'utilisateur. En étudiant les travaux existants sur la relaxation de requêtes SPARQL nous avons constaté qu’ils présentent plusieurs limitations :(1) ils ne permettent pas de définir précisément la relaxation à effectuer tout en offrant la possibilité de contrôler le processus de relaxation (2) ils n’identifient pas les causes réelles d'échec de la requête formulée par l'utilisateur et (3) ils n’intègrent pas d’outils interactifs pour mieux exploiter les techniques de relaxation proposées. Pour répondre à ces limitations, ce travail de thèse propose un framework pour la relaxation de requêtes SPARQL. Ce framework inclut un ensemble d'opérateurs de relaxation des requêtes SPARQL permettant de relaxer incrémentalement des parties précises de la requête utilisateur tout en contrôlant la pertinence des réponses alternatives retournées par rapport aux besoins exprimés par l’utilisateur dans sa requête. Notre framework propose également plusieurs algorithmes qui identifient les causes d’échec de la requête utilisateur et les requêtes qui réussissent (c'est-à-dire, qui ont des résultats) ayant un nombre maximal de conditions de la requête initialement exprimée. Ces informations permettent à l’utilisateur de mieux comprendre pourquoi sa requête échoue et d’exécuter des requêtes qui retournent des résultats alternatifs.Enfin, notre framework propose des stratégies de relaxation qui élargissent les conditions de la requête utilisateur en s’appuyant sur les causes d’échec de celle-ci. Ces stratégies permettent de réduire le temps d’exécution du processus de relaxation par rapport à l’approche classique, qui consiste à exécuter les requêtes relaxées, en fonction de leur similarité avec la requête utilisateur, jusqu’à l’obtention d’un nombre satisfaisant de résultats alternatifs. Les contributions proposées dans ce framework ont été implémentées et validées par des scénarios et expérimentations basés sur le banc d'essai LUBM. Ils montrent l’intérêt de nos contributions par rapport à l'état de l'art.Ontology (or Knowledge base) is a formal representation of knowledge as entities and facts related to these entities. In the past years, several ontologies have been developed in academic and industrial contexts.They are generally defined with RDF language and querying with SPARQL language. A partial knowledge of instances and schema of ontology may lead user to execute queries that result in empty answers, considered as unsatisfactory. Among cooperative querying techniques which have been developed to solve the problem of empty answers, query relaxation technique is the well-known and used. It aims at weakening the conditions expressed in the original query to return alternative answers to the user. Existing work on relaxation of SPARQL queries we suffer from many drawbacks : (1) they do not allow defining in precise way the relaxation to perform with the ability to control the relaxation process (2) they do not identify the causes of failure of the request expressed by the user and (3) they do not include interactive tools to better exploit the relaxation techniques proposed. To address these limitations, this thesis proposes an advanced framework forquery relaxation SPARQL. First, this framework includes a set of relaxation operators dedicated to SPARQLqueries, to incrementally relax specific parts of the user request while controlling the relevance of the alternative responses returned w.r.t. to the user needs expressed in his request. Our framework also provides both several algorithms that identify the causes of failure of the user query and queries that are successful with a maximum number of conditions initially expressed in the failing request. This information allows the user to better understand why his request fails and execute queries that return non-empty alternative results. Finally,our framework offers intelligent relaxation strategies that rely on the causes of query failure. Such strategies reduce the execution time of the relaxation process compared to the traditional approach, which executes relaxed requests, based on their similarity to the user request, until a number of satisfactory alternative results is obtained. All contributions proposed in this framework were implemented and validated by experiments and scenarios based on the tests bench LUBM. They show the interest of our contributions w.r.t. the state of theart