描述逻辑与本体描述语言

2004-10-9
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Web与Semantic Web
Web是供人访问的，Semantic Web试图 让机器自动访问。
Web在人的操作下存储和交换信息， Semantic Web试图使机器代理存储和交 换信息。
语言 协议 工具 应用
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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。
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。
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➢不易于进行信息检索 University of Bremen <br> </i> <b>Tel.:</b> +49-421-218-7091
<br>
<b> Email: </b> <a
href="mailto:heiner@tzi.uni-
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DL & Ontology Langubargeemen.de">heiner@tzi.de</a>7
描述逻辑与本体描述语言
报告人：王 大 治
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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
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Web的发展
Web Grid P2P Semantic Web Semantic Grid
➢包含：声明包含关系的公理
CD has deg ree.Masters has deg ree.Bachelors
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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
a:C John : Man I has child.Female ➢ 关系断言——表示两个对象是否满足一定的关 系
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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。
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Web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。
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描述逻辑的定义
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。
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描述逻辑的体系结构
描述逻辑中的算子
Web语言 css, xsl ?
XML ➢数据和表示分离
<researcher> <name> dzwang </name> <affiliation>
➢允许自定义元数据
<group> Intelligent Systems </group>
➢元数据具有人可以 理解的语义
<institute> Center for Computing </institute>
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描述逻辑的体系结构
描述逻辑中的其他算子
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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(instance checking)
描述逻辑（Description Logic）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
<university> Renmin University
➢机器不能理解元数 据语义
</university> </affiliation> <phone>+86-010-86705593</phone>
➢仍然不易于检索
<email> dzwang@yahoo.com</email>
</researcher>
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Web语言
HTML
➢数据和表示共存一体
➢信息量巨大
<b> Heiner Stuckenschmidt </b>
➢元数据单一且固定
<br> <i> Intelligent Systems
Group,<br>
➢信息易于表示和发布 Center for Computing Technology,<br>
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Semantic Web
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
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Web语言
RDF文档：
<?xml version="1.0"?> <Class rdf:ID="Resource"
xmlns:rdf="http://www.w3.org/1999/02/22-rdfsyntax-ns#"
xmlns="uri"> <property>value</property> <property>value</property> ... </Class>
总能保 证推理 算法的
终止
➢ 具有合适定义的语义(基于逻辑)
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描述逻辑发展历史
一节逻辑:
• Mary is a female:
female(Mary)
• John is a male:
male(John)
• Everybody is male or female: x: male(x) V female(x)
a,b : R John, Mary : has child
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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。
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Web语言
RDF
Resource Description Framework 资源（Resource） 属性（Property） 声明（Statement）
Subject Property Object
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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。
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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
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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。
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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) }
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结构 结构
网络 结构
数据 访问
网络 安全
Grid，P2P
分布 计算
访问 接口
代理 协作
智能
分布 高效 安全
Web
智能
Semantic Grid？
智能 理解 协作
数据
语义
协议
表示
理解
规范
Semantic Web
智能 搜索
Web 服务
代理 协作
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描述逻辑中的推理
检测C关于Tbox T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。
简单的推理：
• ¬ (male(Mary))
x: male(x) → ¬ female(x) x: female(x) → ¬ male(x) female(Mary) → ¬ male(Mary)
: p V q = p → ¬q
: p → ¬q = q → ¬p : if x = Mary
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示例： Male∩Female ，Student∩Worker
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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 Tbox T中的所有解释中成立。
➢Abox
Abox包含外延知识（又称断言知识），描述 论域中的特定个体。
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描述逻辑的体系结构
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描述逻辑的体系结构
TBox语言 ➢定义: 引入概念的名称
A BC, A C Father B Man I has child.Human Human Animal I Biped
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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。
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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。
➢Tbwenku.baidu.comx
Tbox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；