描述逻辑的非单调扩展研究及在语义网中的应用

摘要

下一代万维网可以支持机器自动处理网络信息，被称为语义网．其关键技术在于通过提供一套通用的，无二义的元数据(memdata)标注网络信息，这套元数据被称为本体(ontology)．目前万维网协会(World Wide Web Consortium)提出的推荐本体语言为OWL(Web Ontology Language)，它的理论基础是强表达能力的描述逻辑(Description Logic)．因此，对本体的理论研究可以与传统人工智能中知识表示与推理的研究结合起来． 描述逻辑是一阶逻辑的可判定子集．由于其单调性，开放世界假设以及有限的关系表达能力，为了为常识推理(common sense reasoning)提供更强的支持，对描述逻辑进行非单调扩展是知识表示领域和语义网领域都很重视的热门研究课题．在常识推理的研究中，非单调推理主要有两条研究思路．1.构造非单调逻辑，比如缺省逻辑，限制，答案集编程；2.信念修订，即研究如何在信念变化的过程中通过修改原始信念来无矛盾的接受新信念，它的核心思想是”极小变化原则”(Principles of Minimal Change)，涉及理性修订算子公设的提出以及具体的修订算子的构造和实现．这两种方法应用于描述逻辑，产生了一些列的工作．前者主要集中于描述逻辑和逻辑程序构造杂合系统，但是由于描述逻辑和逻辑程序之间具有明显的语义差别，这种耦合在保持判定性的前提下不得不对表达能力做出不同程度的限制．而后者则涉及了在本体进化背景下描述逻辑修订算子的研究，包括一般意义上的理性修订公设的提出，和具体的修订算子的构造和实现．但是，由于描述逻辑的一阶特性，对否定和合取的不封闭性，把传统信念修订的结果应用于本体修订也面临了诸多理论困难．由于描述逻辑具有不相容和不连贯两类逻辑冲突，而不连贯并不是经典意义下的逻辑冲突，虽然已经有了一些自动处理不相容的修订算子被提出，但是不连贯的自动处理目前的研究尚属空白． 本文同时考虑了这两个方向上的研究现状，并且提出了新的方法推进了现有的研究结果： 1.本文选择了DL+log，一种目前表达能力较强的描述逻辑与逻辑程序构建的杂合系统，扩展了它的表达能力．本文将其扩展为DL clog系统，使得用户可以对描述逻辑本体进行非单调推理．在语法上允许描述逻辑原子出现在规则中的失败否定之后，在语义上，在遵循DL+log原有的非单调语义的框架下，通过McCarthy的并行限制语义来解释在规则中出现的负描述逻辑原子，得到了非单调限制语义(nonmonotonic circumscriptive semantics，NMC语义)，提高了表达能力和推理能力．这种语义同时保持了对描述逻辑，逻辑程序以及对DL+log的分单调语义保持了忠实性．进一步，本文提出了判断DLclog的NMC可满足的判定算法，它可以用于受限形式下的DLclog，即本体使用ALCIO或ALCQO描述，属性不出现在失败否定之后．最后分析了算法正确性和复杂性． 2.本文提出并实现了一种基于语义距离的自动处理描述逻辑本体中的不连贯的算子，用于处理使用SHOQ描述逻辑书写的扩展无环术语(Acyclic Generalized Terminology)中不连贯的自动消解，并用于查询问答．本文首先把Dalal算子在描述逻辑SHOQ的背景下进行了定义，并且通过引入增强本体的形式把不连贯归为不相容，使得这种矛盾可以被该算子处理．之后，提出了修订策略(revision policy)的概念，这种修订算子先通过对造成不连贯的概念名进行替换，从而消除不连贯，之后声明了新概念名和原始概念名在语义解释上的距离极小，来保证了极小变化，成为了这种语义修订算子的语法表达．最后，通过扩展SHOQ的判断概念可满足的Tableau算法，来生成了这种修订策略，使得它可以查询等价的形式化修订算子．本文证明了算法的正确性，并且分析了这种问答查询的复杂性．

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论文说明：图目录

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致谢

第一章引言

1.1语义网概述

1.2语义网的技术和理论

1.2.1显式元数据标注

1.2.2本体

1.2.3知识表示和描述逻辑

1.3非单调推理

1.4描述逻辑的非单调扩展

1.4.1描述逻辑与逻辑程序的集成

1.4.2本体修订

1.5本文的工作

第二章背景知识

2.1描述逻辑SHOQ

2.1.1 SHOQ的语法和语义

2.1.2 SHOQ本体的推理

2.2逻辑程序和答案集编程(ASP)

2.3并行限制(Parallel Circumscription)

第三章杂合系统DLclog

3.1 DL+log系统

3.2描述逻辑的限制扩展

3.3 DLclog的语法和语义

3.4 DLclog的推理算法

3.4.1算法

3.4.2正确性和复杂性

3.5相关工作

3.6小结

第四章基于语义距离的本体修订

4.1 Dalal修订算子及与基数限制的关系

4.1.1 Dalal算子的语义和语法表达

4.1.2用基数限制表达Dalal算子

4.2 SHOQ的语义修订算子

4.2.1修订算子的语义定义

4.2.2修订算子的语法表达

4.3计算修订策略的Tableau算法

4.3.1 Tableau算法扩展

4.3.2正确性和复杂性

4.4相关工作

4.5小结

第五章结论

参考文献

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