描述邏輯及其推理機(jī)制

1、語(yǔ)義網(wǎng)與描述邏輯,廣西師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院王 駒,目 錄,語(yǔ)義網(wǎng)發(fā)展的背景描述邏輯當(dāng)前國(guó)內(nèi)相關(guān)工作及現(xiàn)狀我們目前的工作,語(yǔ)義網(wǎng)發(fā)展的背景,希爾伯特綱領(lǐng)及其副產(chǎn)品信息科學(xué)和知識(shí)科學(xué)的數(shù)學(xué)工具,,希爾伯特綱領(lǐng)及其副產(chǎn)品,所謂的“希爾伯特”綱領(lǐng)既是想建立“元數(shù)學(xué)”來(lái)作為一切數(shù)學(xué)的數(shù)學(xué)，但哥德?tīng)栕C明了它是不可能的。作為該綱領(lǐng)的副產(chǎn)品：各種理論計(jì)算機(jī)如圖靈機(jī)、自動(dòng)機(jī)、廣義程序語(yǔ)言迅速出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)、電腦工程以高階的

2、加速度發(fā)展。為了給計(jì)算機(jī)提供各種理論工具和合適的語(yǔ)言，科學(xué)家們又孜孜不倦地建立和研究各種關(guān)于程序的理論：形式語(yǔ)義學(xué)、算法研究、并行程序及并發(fā)程序理論、時(shí)序邏輯、 -演算、CSP、CCS 等等。,信息科學(xué)和知識(shí)科學(xué)的數(shù)學(xué)工具,網(wǎng)絡(luò)信息，網(wǎng)絡(luò)知識(shí)時(shí)代的出現(xiàn)，這使得科學(xué)家們多少有點(diǎn) “窮于應(yīng)付”的感覺(jué)。不得不尋找新的、更好的理論工具來(lái)研究它們。對(duì)信息和知識(shí)的刻劃當(dāng)前分量的刻劃和性質(zhì)刻劃兩大范疇。前者包括機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等領(lǐng)域，

3、它們的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)用，在特定領(lǐng)域內(nèi)精確度高。但信息和知識(shí)在更廣的范圍內(nèi)是無(wú)法量化的。后者隨著時(shí)間發(fā)展打造成型的系列工具是：1.粗糙集理論、2.形式概念分析、3.基于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的本體理念和描述邏輯的信息處理和知識(shí)推理方法.它們得到較多的認(rèn)同。,粗糙集,粗糙集理論及其核心問(wèn)題：給定一個(gè)粗糙集理論框架 ,C={C1,C2,…Cn},這里 U是個(gè)體域，C 是所有的屬性標(biāo)記集合。在對(duì) U做一個(gè)等價(jià)類(lèi)劃分后，在上近似集和下近似集的背景下，尋找 :

4、C的核心屬性集。在給定目標(biāo)屬性 后，尋找它的決策集。（也是一種核。）,形式概念分析,形式概念分析：給定一個(gè)形式背景 , G是個(gè)體域，M 是屬性符號(hào)集。 是解釋。它相當(dāng)于一個(gè)較完整的信息系統(tǒng)。其中可自然地定義各種形式概念 .其中 X ? G, Y ?M, 滿足：X** = Y , Y** = X, 在此理論框架下，概念及概念的分層關(guān)系刻劃清楚，這個(gè)分層結(jié)構(gòu)十分接近于本體理念。在至少兩方面

5、，形式概念分析是對(duì)粗糙集模型的一種升華： 可看成一個(gè)粗糙集的信息模型。而對(duì)每一個(gè) , 內(nèi)涵集Y中的“準(zhǔn)內(nèi)涵”實(shí)際上是粗糙集單個(gè)模型中 “核”的概念的延伸?！?上述工具的不足之處,在語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展的今天，以上兩個(gè)工具在表達(dá)力和推理上的弱勢(shì)明顯地凸顯出來(lái)：無(wú)論粗糙集模型或形式概念格模型，它們的屬性集合僅只是簡(jiǎn)單的語(yǔ)法標(biāo)記：{C1,C2,…Cn},它們之間的邏輯關(guān)系沒(méi)有得到表達(dá)，比如，在描述邏輯中，我們可能有

6、 在粗糙集模型或形式概念格中是沒(méi)有的。作為全局的語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)的支持語(yǔ)言，沒(méi)有量詞和一階公式是不想象的。沒(méi)有推理機(jī)制。因此，我們引入了一階邏輯的可判定子集—描述邏輯。,,描述邏輯簡(jiǎn)介,描述邏輯是一種面向?qū)ο蟮男问交ぞ?，是一階謂詞邏輯的可判定性子集。與其它的知識(shí)表示工具相比，它最顯著的優(yōu)點(diǎn)是具有推理機(jī)制，能實(shí)現(xiàn)知識(shí)之間

7、的自動(dòng)推理，正因?yàn)槿绱?，近年?lái)描述邏輯成為人工智能界研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。,描述邏輯的語(yǔ)言,描述邏輯的語(yǔ)言簡(jiǎn)介描述語(yǔ)言AL基于描述邏輯的知識(shí)表示系統(tǒng)推理機(jī)制,,描述邏輯的語(yǔ)言簡(jiǎn)介,描述邏輯的語(yǔ)言包含三部分初始概念（Primitive concept）角色（Role）構(gòu)造子（Constructor）所有的概念描述（Concept Description）都是借助初始概念、角色符號(hào)并通過(guò)概念構(gòu)造子連接而成的。,,描述語(yǔ)言AL,語(yǔ)

8、 法語(yǔ) 義,描述語(yǔ)言AL——語(yǔ)法,AL語(yǔ)言含構(gòu)造子：概念常量?、 ,概念交 ? ，原子否定 ，值限制 ，受限制的存在 限制 。,,,描述語(yǔ)言AL——語(yǔ)法,概念描述根據(jù)下面的語(yǔ)法規(guī)則構(gòu)成： 概念描述根據(jù)下面的語(yǔ)法規(guī)則構(gòu)成： （初始概念） T | （全概念）

9、 （空概念） （初始否定） C ? D | （概念交） （值限制） ?R.? （受限制的存在限制）,描述語(yǔ)言AL——語(yǔ)義,描述邏輯的

10、語(yǔ)義 　 ，其中 是一個(gè)非空集合，稱(chēng)為解釋域； 是一個(gè)解釋函數(shù)，它將概念 對(duì)應(yīng)到 的子集 ，將角色 對(duì)應(yīng)到 上的一個(gè)二元關(guān)系 。,,描述語(yǔ)言AL——語(yǔ)義,對(duì)于其他概念描述的語(yǔ)義可以遞歸的定義如下：······,,一個(gè)描述邏輯知識(shí)表示系統(tǒng)都包含兩部分：知識(shí)庫(kù)和

11、推理機(jī)制。描述邏輯知識(shí)庫(kù)包含兩部分：術(shù)語(yǔ)公理集(Tbox)和 斷言集(Abox)。,基于描述邏輯的知識(shí)表示系統(tǒng),,推理機(jī)制,傳統(tǒng)的描述邏輯推理主要包括：概念之間的包含關(guān)系(Subsumption)和實(shí)例檢測(cè)(Instance Checking)。定義 1 我們說(shuō)概念 當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)任意的模型 都有 成立。 定義 2

12、我們說(shuō)個(gè)體 是概念 的一個(gè)實(shí)例，即 有 成立 ，當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)任意的模型 都 。,,新的推理機(jī)制,新的推理機(jī)制——非標(biāo)準(zhǔn)推理非標(biāo)準(zhǔn)推理主要包括：最小公共包含概念（The Least Common Subsumer）、最具體概念（The Most Specific Concept）、匹配問(wèn)題（Matching）和概念的重寫(xiě)（Rewriting）等等。,,當(dāng)前國(guó)內(nèi)相關(guān)工作及現(xiàn)狀,陸汝鈐院

13、士——提出的知件理論及諸多工程領(lǐng)域的應(yīng)用。如：常識(shí)知識(shí)系統(tǒng) PANGu 。張松懋研究員——關(guān)于（Ontology Alignment, Information Fusion) 的理論研究及各種本體庫(kù)的構(gòu)建。金芝研究員——本體理論及工程的研究，知識(shí)工程方面的研究，軟件需求框架的研究。曹存根研究員——長(zhǎng)期從事NKI的研究和建設(shè)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的努力，“積土成山，風(fēng)雨興焉”。 尚云副研究員——量子計(jì)算方面的理論研究。,,我們的工作,

14、我們之前的工作我們現(xiàn)今的工作,,我們之前的工作,WANG Ju , JIANG YunCheng & SHEN YuMing Satisfiablity and reasoning mechanism of terminological cycles in description logic ?? , Science in China Series F: Information Sciences循環(huán)ALCN-Tbox

15、具有模型的條件 曹發(fā)生 余泉 王駒 蔣運(yùn)承 《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》描述邏輯FL~-循環(huán)術(shù)語(yǔ)集的語(yǔ)義及推理 蔣運(yùn)承 王駒 等 《計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)》建立了各種針對(duì)特定領(lǐng)域的諸多實(shí)用型的描述邏輯系統(tǒng)，如：格值描述邏輯系統(tǒng) L- ALCN、基于粗集粒度聚合的描述邏輯系統(tǒng)、軟集合理念支持的描述邏輯系統(tǒng)等等。已發(fā)表雜志論文及會(huì)議論文數(shù)十篇。,我們現(xiàn)今的工作,?? and Conservative Extensions

16、 —Conservative Extensions in the Light weight Description Logic Carsten Lutz and Frank Wolter Diagram —Did I Damage my Ontology Silvio Ghilardi Carst

17、en Lutz and Frank Wolter,?? and Conservative Extensions,假設(shè)存在兩個(gè)TBOX的例子:? 1, ? 2 ? 1 ： ? 2 ： 在??系統(tǒng)中，不難判斷? 1?? 2是? 1的保守?cái)U(kuò)充，但在???系統(tǒng)中，由于邏輯符號(hào)的擴(kuò)充（引入了?,?,?R.C）這種結(jié)論卻不成立。理由是存在這樣的斷言：

18、 使得 并且,定義一個(gè)Tbox ? ,它僅僅是一些永真的斷言，并且它的Sig(? )={A,B,r,s}.對(duì)于每個(gè)n?0.我們定義一個(gè)Tbox 它具有一些額外的概念名稱(chēng) X0,…,Xn-1和 。 我們定義 如下：那么 的最小結(jié)果是 ,這里

19、 顯然， 的大小是在? 和 的規(guī)格中雙重冪。,?? and Conservative Extensions,Algorithm for deciding (non)-conservative extensions in ??,Diagram,對(duì)于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)? 在（?,? 1）-tree T=（W,<,L）.我們定義一個(gè)Diagram的概念。關(guān)于(T, ?)的Diag(T, ?)如果? 是T的葉子,那么d

20、iag(T, ?)=?L（ ? ）假設(shè)?不是葉子節(jié)點(diǎn)，并且對(duì)于所有在T中?的后繼?’，Diag(T, ?’)已經(jīng)被定義，那么diag(T, ?) 顯然， diag(T, ?)僅僅依賴(lài)于在T下通過(guò)?生成的子樹(shù)。,初步結(jié)果,完成了對(duì)輕量級(jí)的系統(tǒng) ??。、?? 的保守?cái)U(kuò)充的驗(yàn)證算法研究。初步完成了含“循環(huán)定義”的 ?? 系統(tǒng)的算法研究。對(duì)Lutz、Wolter 等人的若干近年來(lái)的主打論文提出了很多質(zhì)疑，其中包括理論上的錯(cuò)誤。在思