描述逻辑与本体描述语言

2004-10-9DL&OntologyLanguage1描述逻辑与本体描述语言报告人：王大治2004-10-9DL&OntologyLanguage2主要内容Web的发展描述逻辑本体描述语言描述逻辑与本体描述语言2004-10-9DL&OntologyLanguage3Web的发展WebGridP2PSemanticWebSemanticGrid2004-10-9DL&OntologyLanguage4智能理解协作分布高效安全智能结构智能SemanticWeb数据表示语义理解协议规范智能搜索Web服务代理协作结构Grid，P2P网络结构数据访问网络安全分布计算访问接口代理协作SemanticGrid？2004-10-9DL&OntologyLanguage5SemanticWeb我有一个关于万维网的梦想，在第一部分中，万维网变成了一个有利于人们相互合作的强大工具；在梦想的第二部分，合作延伸到了计算机，机器变得可以分析万维网上的所有数据，包括内容、链接、以及人与计算机之间的交互2004-10-9DL&OntologyLanguage6Web与SemanticWebWeb是供人访问的，SemanticWeb试图让机器自动访问。Web在人的操作下存储和交换信息，SemanticWeb试图使机器代理存储和交换信息。语言协议工具应用2004-10-9DL&OntologyLanguage7Web语言HTML数据和表示共存一体信息量巨大元数据单一且固定信息易于表示和发布不易于进行信息检索bHeinerStuckenschmidt/bbriIntelligentSystemsGroup,brCenterforComputingTechnology,brUniversityofBremenbr/ibTel.:/b+49-421-218-7091brbEmail:/bahref=mailto:[e-mail]@tzi.de/a2004-10-9DL&OntologyLanguage8Web语言XML数据和表示分离允许自定义元数据元数据具有人可以理解的语义机器不能理解元数据语义仍然不易于检索researchernamedzwang/nameaffiliationgroupIntelligentSystems/groupinstituteCenterforComputing/instituteuniversityRenminUniversity/university/affiliationphone+86-010-86705593/[e-mail]/email/researchercss,xsl?2004-10-9DL&OntologyLanguage9Web语言RDFResourceDescriptionFramework资源（Resource）属性（Property）声明（Statement）SubjectObjectProperty2004-10-9DL&OntologyLanguage10Web语言RDF文档：?xmlversion=1.0?Classrdf:ID=Resourcexmlns:rdf==uripropertyvalue/propertypropertyvalue/property.../Class2004-10-9DL&OntologyLanguage11Web语言RDF的特点：基于XML语法，使表示出来的XML/RDF文档具有语义理解的结构基础。促进了统一词汇表的使用。允许简单的逻辑推理。2004-10-9DL&OntologyLanguage12描述逻辑的定义描述逻辑（DescriptionLogic）是基于对象的知识表示的形式化，也叫概念表示语言或术语逻辑。它吸取了KL-ONE的主要思想，是一阶谓词逻辑的一个可判定子集。源于语义网络和KL-ONE是一阶逻辑FOL的一个可判定的子集建立在概念和关系(Role)之上概念解释为对象的集合关系解释为对象之间的二元关系具有合适定义的语义(基于逻辑)总能保证推理算法的终止2004-10-9DL&OntologyLanguage13描述逻辑发展历史一节逻辑:•Maryisafemale:female(Mary)•Johnisamale:male(John)•Everybodyismaleorfemale:x:male(x)Vfemale(x)简单的推理：•¬(male(Mary))x:male(x)→¬female(x):pVq=p→¬qx:female(x)→¬male(x):p→¬q=q→¬pfemale(Mary)→¬male(Mary):ifx=Mary2004-10-9DL&OntologyLanguage14描述逻辑发展历史语义网络是心理学家Quillian在1968年提出的用以刻画人脑联想行为的一个显式的心理学模型。它用语义概念（结点）与概念间的语义关联性（结点间的连线）来描述一个系统的静态组成，有着很强的描述能力。语义网络使用带标签的弧连接的节点集合来表示信息，节点表示对象，概念或是事件；弧表示节点之间的关系。2004-10-9DL&OntologyLanguage15描述逻辑发展历史框架是把某一特殊事件或对象的所有知识存储在一起的一种复杂的数据结构。为了表示生活和工作中相对固定的情况，1975年，Minsky提出了基于框架的表示方法。它包含过去定义的内在关系的说明信息和过程信息，依靠它们可以利用以前获得的知识来解释新的数据。2004-10-9DL&OntologyLanguage16描述逻辑的体系结构一个描述逻辑系统包括四个基本的组成部分：（1）表示概念和关系的构造集；（2）Tbox术语集（概念术语的断言集合）；（3）Abox断言集（个体的断言集合）；（4）Tbox和Abox上的推理机制。不同的描述逻辑系统的表示能力与推理机制由于对这四个组成部分的不同选择而不同。2004-10-9DL&OntologyLanguage17描述逻辑的体系结构概念和关系概念——解释为一个领域的子集示例：学生，已婚者：{x|Student(x)}，{x|Married(x)}关系——解释为指该领域上的二元关系（笛卡尔乘积）示例：朋友，爱人：{x,y|Friend(x,y)}，{x,y|Loves(x,y)}2004-10-9DL&OntologyLanguage18描述逻辑的体系结构描述逻辑的知识库K=T，A，T即Tbox，A即Abox。TboxTbox包含内涵知识，描述概念的一般性质。由于概念之间存在包含关系，Tbox知识形成类似格的结构，这种数学结构是由包含关系决定的，与具体实现无关；AboxAbox包含外延知识（又称断言知识），描述论域中的特定个体。2004-10-9DL&OntologyLanguage19描述逻辑的体系结构2004-10-9DL&OntologyLanguage20描述逻辑的体系结构TBox语言定义:引入概念的名称包含：声明包含关系的公理,.ACACFatherManhaschildHumanHumanAnimalBipeddeg.deg.CDhasreeMastershasreeBachelors2004-10-9DL&OntologyLanguage21描述逻辑的体系结构ABox语言概念断言——表示一个对象是否属于某个概念关系断言——表示两个对象是否满足一定的关系,:,:abRJohnMaryhaschild::.aCJohnManhaschildFemale2004-10-9DL&OntologyLanguage22描述逻辑的体系结构解释I是知识库K的模型，当且仅当I是K中每个断言的模型。若一个知识库K有一个模型，则称K是可满足的。若断言σ对于K的每个模型都是满足的，则称K逻辑蕴含σ，记为K╞σ。对概念C，若K有一个模型I使得CI≠，则称C是可满足的。描述逻辑依据提供的构造算子，在简单的概念和关系上构造出复杂的概念和关系。描述逻辑至少包含以下构造算子：交（∧），并（∨），非（），存在量词（）和全称量词（）。这种最基本的描述逻辑称为ALC。2004-10-9DL&OntologyLanguage23描述逻辑的体系结构描述逻辑中的算子2004-10-9DL&OntologyLanguage24描述逻辑的体系结构描述逻辑中的其他算子2004-10-9DL&OntologyLanguage25描述逻辑中的推理一致性（consistency）可满足性(satisfiability)包含检测（subsumption）实例检测(instancechecking)2004-10-9DL&OntologyLanguage26描述逻辑中的推理检测C关于TboxT是否协调，即检测是否有T的解释I使得C≠空集；检测知识库T,A是否协调即检测是否有T,A的解释I存在。检验一个概念的可满足性，实际上就是看是否有解释使得这个概念成立。对一个概念C，如果存在一个解释I使得CI是非空的，则称概念C是可满足的，否则是不可满足的。示例：Male∩Female，Student∩Worker2004-10-9DL&OntologyLanguage27描述逻辑中的推理实例检测即检测属于某个概念的所有实例的集合。在知识库中检测实例，即检测CI包含于DI是否在所有的解释中成立；在Tbox中检测，即检测CI包含于DI是否在TboxT中的所有解释中成立。最终，包含问题的检测与可满足性问题的检测是一致的，都可以转化成可满足性的检测。2004-10-9DL&OntologyLanguage28描述逻辑中的推理描述逻辑的重要特征是其具有很强表达能力的同时又具有可判定性，它能保证推理过程总能停止并返回正确结果。描述逻辑中的可满足性问题是可判定的，其它推理问题基本上可以归结为可满足性问题，可满足性问题是描述逻辑推理的主要问题。描述逻辑中的推理问题其计算复杂性一般是多项式时间的。但通常由于构造的不同，其复杂性也有一定的差异。Schmidt和Smolka首先发现了用于描述逻辑ALC的Tableau算法，该算法能在多项式时间内判定ALC概念的可满足性问题。2004-10-9DL&OntologyLanguage29描述逻辑的特点描述逻辑具有以下特点：（1）它有清晰的模型-理论机制，具有很强的表达能力；（2）适合于通过概念分类学来表示应用领域；（3）提供了可判定的推理服务，能保证推理算法总能停止，并返回正确的结果。2004-10-9DL&OntologyLanguage30描述逻辑相关研究描述逻辑的基础研究描述逻辑中的基础研究包括构造算子、表示和推理的基本问题，如可满足性、包含检测、一致性、可判定性等。一般都在最基本的ALC的基础上在扩展一些构造算子，如数量约束、逆关系、特征函数、关系的复合、TBox和Abox上的推理问题、包含检测算法等，以及Tableau算法的扩展、复杂性及优化策略等。2004-10-9DL&OntologyLanguage31描述逻辑相关研究描述逻辑的扩展研究A.Artale和E.Franconi(1998)提出了一个知识表示系统，用时间约束的方法将状态、动作和规划的表示统一起来。为了能让描述逻辑处理模态词，F.Baader将模态操作引入描述逻辑，证明了该描述逻辑公式的可满足性问题是可判定的。Wolter等对具有模态算子的描述逻辑进行了深入系统的调查分析，并证明在恒定的领域假设下多种认知和时序描述逻辑是可判