一个结合规则与本体的推理平台的设计与实现

摘要

国家863项目“开放域知识关联、推理与检索关键技术”提出将实现高考地理自动答题作为主要考核指标之一。一大类高考地理题目本身或其子问题是推理类问题，因此，构建地理知识库并研究实现与之相适应的推理系统是求解此类问题的关键。目前，由基于描述逻辑的地理本体和地理知识规则集组成的知识库的构建是实现地理知识获取、集成、管理、推理的主要方法。另外，回答集程序(ASP)语言是一种具有非单调推理能力的新型逻辑程序设计语言，具有直观的知识表示形式和较强的容变能力，从而成为求解复杂问题的一种知识规则表示和推理工具。因此，本文研究设计一种面向知识问答的结合ASP和本体的语言ASP4QA，目标是设计实现一个ASP4QA的推理平台，并将其用于高考地理推理类问题的求解，为以后的高考地理推理类问题求解系统构建提供基础。
　　本文的主要工作包括:1）设计一个面向知识问答的结合ASP和本体的语言ASP4QA;2)设计ASP4QA程序（或称之为ASP4QA知识库）的求解算法并探讨其优化方法;3）设计与实现ASP4QA程序的求解器和推理平台;4）以高考地理中典型的推理问题为例，验证ASP4QA语言及其推理平台的可用性。
　　本文的主要成果有:1）基于ASP语法设计了ASP4QA语言的语法，并且基于ASP的回答集语义提出了ASP4QA的稳定模型语义;2）设计了ASP4QA程序的基本求解算法，并提出了其两种优化算法:重写优化算法和查询消减算法;3）基于ASP求解器clingo和本体推理机Jena实现了ASP4QA求解器，在此基础上实现了基于B/S架构的ASP4QA推理平台;4）以高考地理折线图问题为例，对系统进行了检验，结果表明目前的设计能满足部分问题求解的推理需求，为进一步分析高考地理题目、研制相应的推理平台提供了基础，对于相关研究具有借鉴意义。

目录

声明

摘要

图目录

缩略词表

第—章 绪论

1．1 研究背景与功机

1．2 研究现状

1．2．1 高考地理知识库特征分析

1．2．2 结合规则和本体的推理系统

1．2．3 现状分析

1．3 研究目标与内容

1．4 研究方法与技术路线

1．5 本文组织结构

第二章 背景知识

2．1 回答集程序

2．1．1 语法

2．1．2 依赖图

2．1．3 语义

2．1．4 ASP求解器

2．2 本体

2．2．1 RDF／RDFS

2．2．2 OWL

2．2．3 本体推理机

2．2．4 SPARQL查询语言

2．3 本章小结

第三章 ASP4QA程序

3．1 ASP4QA语法

3．1．1 外部原子

3．1．2 ASP4QA规则

3．1．3 ASP4QA程序

3．2 ASP4QA语义

3．2．1 ASP4QA的模型

3．2．2 ASP4QA的稳定模型

3．3 ASP4QA求解算法

3．4 ASP4QA求解算法优化

3．4．1 优化方法示例

3．4．2 重写优化

3．4．3 组合查询消减

3．5 本章小结

第四章 ASP4QA求解器设计与实现

4．1 ASP4QA求解器组成结构

4．2 语法分析模块

4．2．1 词法语法分析

4．2．2 依赖分析

4．3 查询转化模块

4．3．1 查询优化

4．3．2 查询生成

4．3．3 转化合并

4．4 本章小结

第五章 ASP4QA推理平台设计与实现

5．1 ASP4QA推理平台设计

5．1．1 表现层

5．1．2 业务逻辑层

5．1．3 数据层

5．2 推理平台数据库设计

5．3 推理平台实现

5．3．1 实现环境及使用技术

5．3．2 系统运行界面展示

5．4 比较

5．5 本章小结

第六章 ASP4QA推理平台应用举例

6．1 高考地理折线图问题

6．2 折线图问题建模方法

6．3 折线图问题求解实例

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 下一步工作

致谢

参考文献

附录

攻读硕士学位期间科研成果