Gerenciamento de Workflows Científicos em Bioinformática
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- Eduarda Castel-Branco Furtado
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1 Gerenciamento de Workflows Científicos em Bioinformática Agosto de 2007 Estudante: Orientador: Co-orientadora: Luciano Antonio Digiampietri João Carlos Setubal Claudia Bauzer Medeiros
2 Roteiro Introdução Problemas Objetivos Conceitos Básicos Arquitetura Proposta Exemplo Conclusões e Trabalhos Futuros Publicações
3 Introdução Bioinformática: técnicas da matemática estatística e ciência da computação para resolver problemas biológicos. Experimentos em bioinformática: tipicamente complexos, interações entre diversas tarefas básicas, intervenção humana e acesso a fontes de dados heterogêneas. Dados em bioinformática: heterogêneos, importante saber a origem e o processo de geração dos dados
4 Problemas Encontrar o serviço apropriado. Combinar os serviços. Anotar os dados produzidos. Validar ou re-executar um certo experimento. Rastrear o processo que gerou certo resultado.
5 Objetivo Desenvolvimento de uma infra-estrutura que forneça: Proveniência e rastreabilidade de dados e ferramentas; Composição de tarefas (traduzida para planejamento em inteligência artificial); Mecanismos para encontrar e executar as ferramentas apropriadas.
6 Conceitos (1) Workflow: Denota a execução controlada de múltiplas tarefas em um ambiente distribuído. Workflow Científico: Alto grau de flexibilidade (modificações em tempo de execução), Incertezas, Existência de exceções.
7 Conceitos (2) Planejamento em Inteligência Artificial É a tarefa de apresentar uma seqüência de ações para atingir um objetivo. Proveniência de Dados (genealogia ou pedigree): O quê? Quando? Onde? Por quem? Rastreabilidade: Como?
8 Trabalho Correlato Infra-estruturas para bioinformática Planejadores
9
10 Arquitetura
11 Arquitetura - ontologias
12 Repositório de Ontologias
13 Arquitetura repositório de workflows
14 Repositório de Workflows Workflow Abstrato Modelo de Workflow Workflow Executável Workflow em tempo de execução
15 Repositório de Workflows Workflow Abstrato Modelo de Workflow Tipos de Serviços (Ontologia de Serviços) Instâncias de Serviços (Catálogo de Serviços) Workflow Executável Workflow em tempo de execução Dados de Entrada Dados Produzidos e Proveniência dos Dados
16 Arquitetura tipos e transformações
17 Tipos e Transformações Repositório de Tipos Estruturais descrição das estruturas de dados associadas aos conceitos das ontologias. Repositório de Regras de Transformações entre Dados Representação padrão de cada conceito; Mapeamento entre estruturas; Transformações automáticas.
18 Tipos Estruturais
19 Mapeamento entre estruturas
20 Arquitetura Gerenciador de Dados
21 Gerenciador de Dados É a interface entre os repositórios e os demais módulos; Executa as transformações automáticas armazenadas no Repositório de Regras de Transformações; Prove mecanismos de rastreabilidade.
22 Arquitetura composição automática
23 Planejamento
24 Trabalhos Correlatos - planejadores
25 Trabalhos Correlatos - planejadores
26 Trabalhos Correlatos - planejadores
27 Planejamento Ontologias Objetivos do Usuário
28 Planejamento Ontologias Objetivos do Usuário SHOP2
29 Planejamento Ontologias Objetivos do Usuário SHOP2 melhor workflow
30 Exemplo - SHOP2
31 Exemplo
32 Protótipo
33 Protótipo finalizado
34 Protótipo parcialmente desenvolvido
35 Protótipo apenas simulações
36 Conclusões principais contribuições (1) Proposta de uma solução para o problema da composição de serviços Definição de um modelo de dados em camadas combinando workflows e proveniência; Uso de ontologias para enriquecer a semântica na construção automática de workflows e para facilitar a rastreabilidade;
37 Conclusões principais contribuições (2) Especificação de mecanismos para: integração de dados; interoperabilidade de ferramentas; rastreabilidade de experimentos científicos. Validação de parte da solução protótipo para a montagem e anotação de genomas.
38 Trabalhos Futuros (1) Práticos: desenvolvimento de um protótipo funcional: que suporte a execução dos workflows; cuja interface gráfica facilite o gerenciamento de dados complexos. desenvolvimento de técnicas de reconhecimento de planos; extensão do escopo das ontologias.
39 Trabalhos Futuros (2) Teóricos (de pesquisa): avaliação de outros tipos de planejadores além dos hierárquicos; Estudo de mecanismos para otimização na geração e execução de planos tais como re-planejamento e reparo de planos; Pesquisa sobre mecanismos de indexação de serviços e workflows; Extensão da infra-estrutura proposta para tratar alinhamento e composição de ontologias.
40 Publicações (1) L.A. Digiampietri, J.J. Pérez-Alcázar, and C.B. Medeiros. An ontology-based framework for bioinformatics workflows. International Journal of Bioinformatics Research and Applications, R.S. Barga, L.A. Digiampietri. Automatic capture and efficient storage of escience experiment provenance. Concurrency and Computation: Practice and Experience, C. B. Medeiros and J. Perez-Alcazar and L. Digiampietri and G. Pastorello and A. Santanche and R. Torres and E. Madeira and E. Bacarin: WOODSS and the Web: Annotating and Reusing Scientific Workflow. ACM SIGMOD Record 34(3):18-23, 2005 R.S. Barga, L.A. Digiampietri: Automatic Generation of Workflow Provenance. Lecture Notes in Computer Science 2006, Vol ISBN: X / International Provenance and Annotation Workshop, IPAW 2006
41 Publicações (2) G.G.L. Costa, L.A.Digiampietri, E.H. Ostroski, J.C. Setubal: Evaluation of graph based protein clustering methods. BIOMAT2005. L. A. Digiampietri et al.: Fact and Task Oriented System for genome assembly and annotation. Lecture Notes in Bioinformatics July 2005, Vol. 2594, , ISBN: / Proceedings of the Brazilian Symposium on Bioinformatics, BSB L. A. Digiampietri, C. B. Medeiros, J. C. Setubal: A framework based in Web services orchestration for bioinformatics workflow management. Genetics and Molecular Research volume 4, nº 3 (2005). ISSN / Proceedings of the Third Brazilian Workshop on Bioinformatics (2004) L. A. Digiampietri, C. B. Medeiros, J. C. Setubal: A data model for comparative genomics. Revista Tecnologia da Informação. Dezembro de 2003, volume 3, nº 2, pp ISSN / Proc. of the Second Brazilian Workshop on Bioinformatics (2003)
42 Publicações (3) L. M. Moreira, R. F. de Souza, L. A. Digiampietri, A. C. R. da Silva, J. C. Setubal: Comparative analyses of Xanthomonas and Xylella complete genomes. OMICS (2005) Spring, 9(1):43-76 A.L.T.O. Nascimento, S. Verjovski-Almeida, M.A. Van Sluys, C.B. Monteiro-Vitorello, L.E.A. Camargo, L.A. Digiampietri, R.A. Harstkeerl, P.L. Ho, M.V. Marques, M.C. Oliveira, J.C. Setubal, D.A. Haake and E.A.L. Martins. Genome features of Leptospira interrogans serovar Copenhageni. Braz J Med Biol Res. Apr. 2004, vol.37, no.4
43 Pôsteres L. A. Digiampietri, J.J. Pérez-Alcázar. Bioinformatics scientific workflows: combining databases, AI and Web services. International Workshop on Genomic Databases (IWGD 05), Rio de Janeiro, RJ, Brazil. November M.F. Carazzolle, E.F. Formighieri,L.A. Digiampietri, M.R.R. Araujo and G.A.G. Pereira. GeneProjects: a Web application for ongoing annotation in EST and Shotgun genome projects. 1st Internacional Conference of the Brazilian Association for Bioinformatics and Computational Biology (AB3C), Caxambu, MG, Brazil. October L. A. Digiampietri et al. LBI Laboratório de Bioinformática. Unicamp de Portas Abertas (UPA) 2004 e 2005.
44 Agradecimentos Claudia Bauzer Medeiros e João Setubal CAPES CNPq FAPESP Microsoft Research Roger Barga da Microsoft Research Prof. José de Jésus Pérez-Alcázar da EACH, USP
45 Obrigado! Instituto de Computação (IC) Luciano Antonio Digiampietri
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