CN102411730A - 描述逻辑与可废止逻辑整合的不一致本体非单调推理方法 - Google Patents

Abstract

本发明名称为“描述逻辑与可废止逻辑整合的不一致本体非单调推理方法”，属于计算机应用技术领域。在语义Web环境中，本体往往是不一致的，但描述逻辑及描述逻辑推理机都无法对其进行非单调推理。本发明利用可废止逻辑非单调的知识表示和推理及线性的计算复杂性和易于实现等优点，将其与描述逻辑进行整合，从而有效解决上述问题。本发明首先使用这两种逻辑对领域问题进行混合建模，并将描述逻辑的TBox划分为最大一致公理集和最小不一致公理集，然后利用两个转换算法，将公理集映射为可废止逻辑相应的规则，并添加到可废止逻辑中，最后利用可废止逻辑原有的规则和新增的四个可废止推理规则进行非单调推理。本发明在语义Web中具有广阔的应用前景。

Description

描述逻辑与可废止逻辑整合的不一致本体非单调推理方法

技术领域：计算机应用技术。

背景技术：语义Web的目标是扩展现有Web的标准和技术，使得Web的信息具有语义，以便机器能对这种信息进行理解和推理。由于本体是语义Web表达语义和实现逻辑推理、自动处理的关键，因而本体在语义Web中处于核心地位。目前，人们普遍认为描述逻辑可以为语义Web的本体提供必要的逻辑基础。但是，在语义Web环境下，由于本体通常是独立开发的，再加上可能存在本体合并、本体缺省继承和本体进化等诸多原因，本体往往是不一致的(矛盾的)。尽管描述逻辑具有较强的表达能力和有效的推理机制，但本质上描述逻辑是基于一阶逻辑，这就决定了它不具有非单调推理能力，因而不适合推理不一致的知识。当本体不一致时，现有的描述逻辑推理机(如Racer^[1]、Pellet^[2])虽能检测到其中逻辑的不一致性，但是只能显示不一致和错误的信息，并停止进一步的推理。

在国外，Pothipruk^[3]、Sergio等人^[4]、Antoniou等人^[5]以及Wang等人^[6]也都试图整合描述逻辑和可废止逻辑，来解决不一致本体的推理问题，但都有局限性。Pothipruk所提方法无法处理

和

算子。Sergio等人所提方法既弱化了一致本体的推理结论的语义强度，又不能处理左侧含有或算子的概念包含公理。虽然Antoniou等人所提方法能将所有RDFS本体转换为规则，但只能对部分的本体进行转换，这大大限制了其应用范围。Wang等人所提方法在推理时可实现描述逻辑和可废止逻辑的交替、互动推理，但当本体不一致时，描述逻辑本身不能进行任何操作，从而无法向可废止理论反馈期待的信息。文献[7]所提方法的思想与Wang等人相似，也存在同样的不足。

在国内，丁松等人^[8]提出了一种基于回答集程序的非一致本体推理方式。该方法与本发明有根本性区别，其思想是将本体翻译为一类逻辑程序，从而把本体推理问题规约为回答集程序求解问题，但该方法对大规模的非一致本体的推理及其内在性质都有待进一步验证。目前，国内还鲜有与本发明相似的研究报道。

[1]V.Haarslev，R.

Racer System Description[C]//Proc.of IJCAR’01.LNCS 2083，Berlin，Herdelberg：Springer-Verlag，2001：701-706

[2]Sirin E，Parsia B，Grau B C，et al.Pellet：A Practical OWL-DL Reasoner[J].Journal of Web Semantics，2007，5(2)：51-53.

[3]Pakompong Pothipruk.Query Answering for Multiple Complex Resources：Description Logic in the SemanticWeb Context.PhD Thesis，University of Queensland，2007

[4]Sergio Alejandro Gomez，Carlos Ivan Chesnevar，Guillermo Ricardo Simari.Inconsistent Ontology Handlingby Translating Description Logics into Defeasible Logic Programming[J].Intelligent Artificial，2007，11(35)：11-22

[5]Antoniou G，Bikakis A.DR-Prolog：A System for Defeasible Reasoning with Rules and Ontologies on theSemantic Web[J].IEEE Trans.on Knowl.Data Eng.，2007，19(2)：233-245

[6]K.Wang，D.Billington，J.Blee，G.Antoniou.Combining Description Logic and Defeasible Logic for theSemantic Web[C]//Proc.of RuleML’04.Berlin，Herdelberg：Springer-Verlag，LNCS 3323，2004：170-181

[7]G.Antoniou.A Nonmonotonic Rule System using Ontologies.G.Antoniou.A Nonmonotonic Rule SystemUsing Ontologies[C]//Proc.of the International Workshop on Rule Markup Languages for Business Rules onthe Semantic Web.2002

[8]丁松，唐胜群，刘坤，张亮，秦学.非一致OWL本体的推理方法研究[J].计算机工程与应用，2011，47(9)：21-24

[9]Sik Chun Lam，Jeff Z.Pan，Derek Sleeman，Wamberto Vasconcelos.A Fine-Grained Approach to ResolvingUnsatisfiable Ontologies[C]//Proc.of WI’06，2006

发明内容：本发明的目的在于充分利用可废止逻辑非单调的知识表示和推理能力及其线性的计算复杂性和易于实现等优点，将其与描述逻辑进行整合，从而有效地解决描述逻辑对不一致本体的推理问题，弥补描述逻辑在非单调推理方面的缺陷。本发明技术方案描述如下：

知识库K包括描述逻辑知识库和可废止逻辑知识库。更进一步地，K是一个五元组，即K＝(T，A，F，R，＞)。其中，T和A分别是描述逻辑的TBox和ABox；F、R和＞分别表示可废止逻辑的事实集合、规则集合和R上的优先关系。

由于ABoxA仅由事实组成，A中的每个断言就是一个事实的陈述，可直接对应着可废止逻辑的事实，因此本发明方法直接将A添加到F中。下面重点考虑T。

根据文献[9]，可构建任何T的最小不一致集合，因此有：

任何T可划分为硬性公理集T_s和可废止公理集T_d，其中T_s表示最大的一致概念公理集合，T_d表示T中最小的不一致概念公理集合，且T_s＝T-T_d。

由于可废止逻辑要求硬性规则集是无矛盾的，理论上T_s可映射为可废止理论的硬性规则，而T_d可映射为可废止理论的可废止规则。

任意概念表达式都存在与之等价的否定规范形式，因此任意概念包含公理ω都有与之等价的形如

的否定规范公理，其中C_i和D_j都是概念(1≤i≤m，1≤j≤n)。若ω∈T_s，则ω等价于以下硬性规则序列(x为变量)：

若ω∈T_d，则将上面硬性规则序列改为可废止规则序列。

称否定规范公理

的序偶arp＝<{C₁(x)，...，C_m(x)}，{D₁(x)，...，D_n(x)}>为该公理的解析对，用ARP表示解析对的集合。

例如，假如ω为概念包含公理

则其等价的否定规范公理为

其逆否公理为

其公理解析对为

基于以上理论分析，本发明方法包括以下六个步骤：

步骤1用描述逻辑和可废止逻辑的知识库构建领域知识库K，即K＝(T，A，F，R，＞)；

步骤2对T进行划分，确定T的硬性公理集T_s和可废止公理集T_d；

步骤3分别对T_s和T_d进行初始化，得到

和

且

初始化包括用概念包含公理

和

替换概念等价公理C≡D、添加概念包含公理的逆否公理以及规范化公理的否定式。

步骤4分别构建

和

的公理解析对集合，用ARP_s和ARP_d表示；

步骤5分别调用下面OntologyToStrictRule(ARP_s)算法和OntologyToDefeasibleRule(ARP_d)算法；

步骤6结合可废止逻辑原有四个推理规则和下面四个新增可废止推理规则进行非单调可废止推理。

OntologyToStrictRule(ARP_s)算法如下所示，其实质是个递归函数，其中C、D、E、F和G是概念，R和S是角色名，x是变量，是添加操作。

OntologyToDefeasibleRule(ARP_d)的思路与OntologyToStrictRule(ARP_s)相似，其过程略。

四个新增的可废止推理规则包括：概念构造算子

的可废止推理(如下面的I5～I8所示)、概念构造算子

的可废止推理规则(如下面的I9～I12所示)、概念构造算子

的可废止推理规则(如下面的I13～I16所示)和概念构造算子

的可废止推理规则(如下面的I17～I20所示)。

I5：We may appendif either

(1)

or

(2)

I6：We may append

if

(1)

and

(2)

I7：We may append

if either

(1)

or

(2)

I8：We may append

if

(1)

and

(2)

I9：We may appendif

(1)

I10：We may append

if

(1)

I11：We may append

if

(1)

I12：We may append

if

(1)

I13：We may append $P(n+1)=+\&PartialD;\&Exists;R.C\left(a\right)$ if

(1)+ΔR(a，b)and

(2)+ΔC(b)

I14：We may append $P(n+1)=-\&PartialD;\&Exists;R.C\left(a\right)$ if

either

(1)-ΔR(a，b)or

(2)-ΔC(b)

I15：We may append $P(n+1)=+\&PartialD;\&Exists;R.C\left(a\right)$ if

(1)

and

(2)

I16：We may append $P(n+1)=-\&PartialD;\&Exists;R.C\left(a\right)$ if

either

(1)

or

(2)

I17：We may append $P(n+1)=+\mathrm{\&Delta;}\&ForAll;R.C\left(a\right)$ ifeither

(1)-ΔR(a，b)or

(2)+ΔC(b)

I18：We may append $P(n+1)=-\mathrm{\&Delta;}\&ForAll;R.C\left(a\right)$ if

(1)+ΔR(a，b)and

(2)-ΔC(b)

I19：We may append $P(n+1)=+\&PartialD;\&ForAll;R.C\left(a\right)$ if

either

(1)or

(2)

I20：We may append $P(n+1)=-\&PartialD;\&ForAll;R.C\left(a\right)$ if

(1)

and

(2)

与现有技术比较：本说明书的“技术部分”已阐明，在国外，Pothipruk、Sergio等人、Antoniou等人以及Wang等人也都试图整合描述逻辑和可废止逻辑，来解决不一致本体的推理问题，但都有一定的局限性。本发明则采用与现有方法完全不同技术方案。由于本发明在可废止逻辑原有的四个可废止推理规则基础上新增了四个可废止推理规则，能处理和

等概念构造算子，克服了Pothipruk以及Sergio等人所提方法存在的不足。由于本发明可分别利用OntologyToStrictRule(ARPs)算法和OntologyToDefeasibleRule(ARPd)算法将描述逻辑定义的所有不一致本体映射为可废止逻辑的规则，克服了Antoniou等人所提方法只能对部分本体进行转换的不足，拓宽了其应用范围。本发明不存在描述逻辑和可废止逻辑交替推理，因而也克服了Wang等人所提方法的不足。国内的丁松等人所提的方式与本发明有根本的区别，未采用描述逻辑与可废止逻辑的整合方式，且该方法对大规模的非一致本体的推理及其内在性质都有待进一步验证。

与现有其他方法相比，本发明方法还具有协调性、易处理性、可判定性、可靠性等基本性质。

具体实施方式和领域：语义Web中本体往往是不一致的，但作为其逻辑基础的描述逻辑缺乏非单调推理能力，因而不能用于推理不一致的本体知识。现有的描述逻辑推理机(如Racer、Pellet等)也无法推理不一致的本体。本发明通过在描述逻辑中引入可废止逻辑，并进行整合，解决了不一致本体的推理问题，因而可在语义Web广泛应用。具体可用任何面向对象编程语言(如Java、C++等)将其转化为程序，然后运行在具有语义功能的Web2.0、Web3.0服务器中，从而对不一致本体进行推理。也可将转化的程序外挂在现有的Racer、Pellet等描述逻辑推理机上，从而使得这些推理机具有不一致本体的推理功能。目前语义Web的应用主要有：

(1)提供各种依靠语义的自动化服务，如天气预报服务、航班信息服务、在线航班预定服务、数据库查询服务、目录查询服务、数字图书馆查询服务、搜索和分类服务、B2C交易服务、B2B交易服务等。

(2)互联网信息发布与搜索：通过对内容的标注与分析从而克服了关键词查询的歧义性，提高了查询的精度。此外，基于语义Web的文档检索与知识管理也是当前应用的一个热点。

(3)Web问题解答：在用本体对信息源进行标注基础上，进一步运用知识库来解答用户的提问。

Claims (9)

1.用描述逻辑和可废止逻辑的知识库构建领域知识库K，即K＝(T，A，F，R，＞)，其特征是：T指描述逻辑的TBox，A指描述逻辑的ABox，F指可废止逻辑的事实集合，R指可废止逻辑的规则集合，＞指可废止逻辑R上的优先关系。

2.对T进行划分，确定T的硬性公理集T_s和可废止公理集T_d，其特征是：T_s和T_d是T的一个划分，其中硬性公理集T_s为T中最大的一致概念公理集合，可废止公理集T_d为T中最小的不一致概念公理集合，且T_s＝T-T_d。

3.对T_s和T_d进行初始化，得到和

且

其特征是：初始化包括用概念包含公理

和

替换概念等价公理C≡D、添加概念包含公理的逆否公理以及规范化公理的否定式。

4.根据权利要求3所述的对T_s和T_d进行初始化，得到

和

且

其特征是：所述的

用概念包含公理

和

替换概念等价公理C≡D”为在T_s和T_d中，凡出现形如C≡D的概念等价公理，都用形如包含公理和

替换。

5.根据权利要求3所述的对T_s和T_d进行初始化，得到

和

且

其特征是：所述的概念包含公理的逆否公理

为对于T_s和T_d中的任一概念包含公理，将所有二元算子”用

替代、用替代，并在

左右两侧分别加否定构造算子

最后将公理的左右两侧式子互换。

6.根据权利要求3所述的对T_s和T_d进行初始化，得到

和

且

其特征是：所述的

规范化公理的否定式

为对于T_s和T_d中的任一概念包含公理都有与之等价的形如

的否定规范公理，如

的否定规范公理为

7.分别构建

和

的公理解析对集合，用ARP_s和ARP_d表示，其特征是：在和

中形如

否定规范公理的序偶arp＝<{C₁(x)，...，C_m(x)}，{D₁(x)，...，D_n(x)}>为该公理的解析对，分别用ARP_s和ARP_d表示

和的公理解析对集合，如概念包含公理

的公理解析对为

8.分别调用OntologyToStrictRule(ARP_s)算法和OntologyToDefeasibleRule(ARP_d)算法，其特征是：OntologyToStrictRule(ARP_s)算法详细描述如下：

OntologyToDefeasibleRule(ARP_d)的思路与OntologyToStrictRule(ARP_s)相似，其过程略。

9.结合可废止逻辑原有四个推理规则和下面四个新增可废止推理规则进行非单调可废止推理，其特征是：四个新增的可废止推理规则包括：概念构造算子的可废止推理(如下面的I5～I8所示)、概念构造算子

的可废止推理规则(如下面的I9～I12所示)、概念构造算子

的可废止推理规则(如下面的I13～I16所示)和概念构造算子

的可废止推理规则(如下面的I17～I20所示)，如下所示

I5：We may append

if either

(1)

or

(2)

I6：We may append

if

(1)

and

(2)

I7：We may append

if either

(1)

or

(2)

I8：We may appendif

(1)

and

(2)

I9：We may append

if

(1)

I10：We may append

if

(1)

I11：We may append

if

(1)

I12：We may append

if

(1)

I13：We may append

if

(1)+ΔR(a，b)and

(2)+ΔC(b)

I14：We may append

if

either

(1)-ΔR(a，b)or

(2)-ΔC(b)

I15：We may appendif

(1)and

(2)

I16：We may append

if

either

(1)

or

(2)

I17：We may append

if

either

(1)-ΔR(a，b)or

(2)+ΔC(b)

I18：We may appendif

(1)+ΔR(a，b)and

(2)-ΔC(b)

I19：We may append

if

either

(1)

or

(2)

I20：We may append

if

(1)

and

(2)