Lenguaje visual de consulta basado en transformación de grafos: aplicación en el dominio médico

Abstract

Ofrecer a los usuarios finales de un sistema de información herramientas que les faciliten acceder y consultar los datos del sistema es un reto que ha sido y que se sigue enfrentando desde diversas perspectivas. Los usuarios expertos en un dominio de aplicación pueden aportar grandes beneficios a las organizaciones si tienen mecanismos que les permitan aprovechar la información que reside en los sistemas transaccionales para el desarrollo de sus labores. Uno de los mecanismos que se han propuesto para brindar a los usuarios finales la posibilidad de acceder a estos datos son los lenguajes visuales de consulta. En particular, las consultas sobre modelos de grafos han cobrado relevancia en los últimos años debido a su aplicación en áreas como el análisis de datos biológicos, las redes sociales y la web semántica. El desarrollo de sistemas visuales de consulta sobre grafos de datos ha seguido dos vertientes. La primera, se orienta hacia las herramientas de exploración y análisis de grafos haciendo énfasis en la facilidad de uso, a pesar de su limitación en términos de expresividad de consulta. La segunda, centrada en interfaces gráficas para lenguajes de consulta basados en texto, ofrece mayor expresividad y traslada a una notación visual cada cláusula del lenguaje, llevando a la notación gráfica la complejidad de formular consultas que generalmente tienen los lenguajes basados en texto. En esta tesis se propone un lenguaje visual de consulta sobre un modelo de grafos, enfocado en el usuario final, que ofrece mayor expresividad que las herramientas de exploración de grafos sin trasladar a una notación visual los elementos de un lenguaje basado en texto. Se exploran los beneficios del uso de un modelo de grafos simple, en el cual se diferencia el esquema y la instancia, de manera que el esquema representa el modelo conceptual de los datos y su representación gráfica soporta la interacción con el usuario final. El lenguaje facilita la formulación de consultas ad hoc (no conocidas con anticipación) que pueden ser complejas, en el sentido que pueden incluir un patrón de filtro formado por una porción del grafo con múltiples nodos y arcos, en los cuales el usuario especifica condiciones de filtro sobre uno o varios nodos y, de manera guiada, establece combinaciones que generan expresiones de conjunción y disyunción de las condiciones. Se propone un conjunto de operadores definidos bajo la estrategia de transformar los grafos esquema e instancia para reducirlos hasta obtener el conjunto de datos que el usuario requiere como resultado de una consulta. La semántica de los operadores incluye el manejo de datos incompletos, teniendo en cuenta que esta es una característica común en el tipo de sistemas de información hacia los cuales se enfoca este trabajo. Durante el desarrollo del lenguaje propuesto se aplicaron algunas técnicas de diseño centrado en el usuario, enfocadas a satisfacer necesidades de usuarios en el dominio médico, particularmente las relacionadas con el acceso a los datos de las historias clínicas. Desde las primeras etapas de diseño y desarrollo se realizaron pruebas de usabilidad para identificar las necesidades de los usuarios y validar las decisiones de diseño del lenguaje. Finalmente, se realizó´ una prueba comparativa entre el prototipo funcional del lenguaje propuesto y una interfaz gráfica para SPARQL. Los resultados que se obtuvieron en esta prueba permiten afirmar que el lenguaje propuesto le facilita al usuario la formulación de consultas complejas. Los operadores se implementaron con recorridos de caminos usando un motor de grafos. Las pruebas de ejecución mostraron que esta es una opción viable, teniendo en cuenta los tiempos de ejecución, en comparación con la ejecución de las mismas consultas sobre un motor de tripletas y formuladas en SPARQL