專利名稱：描述邏輯與可廢止邏輯整合的不一致本體非單調推理方法
技術領域：
計算機應用技術。
背景技術：
語義Web的目標是擴展現(xiàn)有Web的標準和技術，使得Web的信息具有語義，以便機器能對這種信息進行理解和推理。由于本體是語義Web表達語義和實現(xiàn)邏輯推理、自動處理的關鍵，因而本體在語義Web中處于核心地位。目前，人們普遍認為描述邏輯可以為語義Web的本體提供必要的邏輯基礎。但是，在語義Web環(huán)境下，由于本體通常是獨立開發(fā)的，再加上可能存在本體合并、本體缺省繼承和本體進化等諸多原因，本體往往是不一致的(矛盾的)。盡管描述邏輯具有較強的表達能力和有效的推理機制，但本質上描述邏輯是基于一階邏輯，這就決定了它不具有非單調推理能力，因而不適合推理不一致的知識。 當本體不一致時，現(xiàn)有的描述邏輯推理機(如Racer[1]、Pellet[2])雖能檢測到其中邏輯的不一致性，但是只能顯示不一致和錯誤的信息，并停止進一步的推理。在國外，Pothipruk[3]Jergio 等人 M、Ant0ni0u 等人[5]以及 Wang 等人 M 也都試圖整合描述邏輯和可廢止邏輯，來解決不一致本體的推理問題，但都有局限性。Pothipruk 所提方法無法處理U和3算子。Sergio等人所提方法既弱化了一致本體的推理結論的語義強度，又不能處理左側含有u或3算子的概念包含公理。雖然Antoniou等人所提方法能將所有 RDFS本體轉換為規(guī)則，但只能對部分的本體進行轉換，這大大限制了其應用范圍。Wang等人所提方法在推理時可實現(xiàn)描述邏輯和可廢止邏輯的交替、互動推理，但當本體不一致時， 描述邏輯本身不能進行任何操作，從而無法向可廢止理論反饋期待的信息。文獻[7]所提方法的思想與Wang等人相似，也存在同樣的不足。在國內，丁松等人[8]提出了一種基于回答集程序的非一致本體推理方式。該方法與本發(fā)明有根本性區(qū)別，其思想是將本體翻譯為一類邏輯程序，從而把本體推理問題規(guī)約為回答集程序求解問題，但該方法對大規(guī)模的非一致本體的推理及其內在性質都有待進一步驗證。目前，國內還鮮有與本發(fā)明相似的研究報道。[1]V. Haarslev,R. Mooller. 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 OffL-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 Semantic Web Context.PhD Thesis, University of Queensland,2007[4]Sergio Alejandro Gomez, Carlos Ivan Chesnevar, Guillermo Ricardo Simari. Inconsistent Ontology Handling by 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 the Semantic Web[J]. IEEE Trans, on Know1. Data Eng., 2007,19(2) :233-245[6]K. Wang, D.Billington, J. Blee, G. Antoniou. Combining Description Logicand Defeasible Logic for the Semantic Web[C]//Proc. of RuleMI/ 04.Berlin， Herdelberg :Springer_Verlag，LNCS 3323,2004 :170-181[7]G. Antoniou. A Nonmonotonic Rule System using Ontologies. G. Antoniou. A Nonmonotonic Rule System Using Ontologies[C]//Proc. of the International Workshop on Rule Markup Languages for Business Rules on the Semantic Web. 2002[8] 丁松，唐勝群，劉坤，張亮，秦學.非一致OffL本體的推理方法研究[J].計算機工程與應用，2011，47 (9) 21-24[9] Sik Chun Lam, Jeff Z.Pan, Derek Sleeman, Wamberto Vasconcelos. A Fine-Grained Approach to Resolving Unsatisfiable Ontologies[C]//Proc. of WI'06, 200
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于充分利用可廢止邏輯非單調的知識表示和推理能力及其線性的計算復雜性和易于實現(xiàn)等優(yōu)點，將其與描述邏輯進行整合，從而有效地解決描述邏輯對不一致本體的推理問題，彌補描述邏輯在非單調推理方面的缺陷。本發(fā)明技術方案描述如下知識庫K包括描述邏輯知識庫和可廢止邏輯知識庫。更進一步地，K是一個五元組，即K = (T，A，F(xiàn)，R，> )。其中，T和A分別是描述邏輯的TBox和ABox ；F、R和>分別表示可廢止邏輯的事實集合、規(guī)則集合和R上的優(yōu)先關系。由于ABoxA僅由事實組成，A中的每個斷言就是一個事實的陳述，可直接對應著可廢止邏輯的事實，因此本發(fā)明方法直接將A添加到F中。下面重點考慮T。根據(jù)文獻[9]，可構建任何T的最小不一致集合，因此有任何T可劃分為硬性公理集Ts和可廢止公理集Td，其中Ts表示最大的一致概念公理集合，Td表示T中最小的不一致概念公理集合，且Ts = T-Td。由于可廢止邏輯要求硬性規(guī)則集是無矛盾的，理論上Ts可映射為可廢止理論的硬性規(guī)則，而Td可映射為可廢止理論的可廢止規(guī)則。任意概念表達式都存在與之等價的否定規(guī)范形式，因此任意概念包含公理ω都有與之等價的形如C1H...nCmeAn...門認的否定規(guī)范公理，其中CJPDj都是概念(1彡i彡m， 1彡j彡η)。若ω e Ts，則ω等價于以下硬性規(guī)則序列(χ為變量)
Ci(X),...,Cm(x)-^Di(x)
Ci(x),...,Cm(x)-^D (x)若ω e Td，則將上面硬性規(guī)則序列改為可廢止規(guī)則序列。稱否定規(guī)范公理C1UCmEAmAl 的序偶 arp = < IC1 (χ)，· · ·，Cm(X)}， ID1 (χ)，…，Dn(X)} >為該公理的解析對，用ARP表示解析對的集合。例如，假如ω為概念包含公理Cin3均.C2EAu]3i 2.D2，則其等價的否定規(guī)范公理為QnB私.C2ED1UWi2.，β2,其逆否公理為，An3i 2.Z)2E，QLM3歷.C2,其公理解析對為 <{Ci(x), ^.C2(X))，{(AUW 2.，D2)(X)》。基于以上理論分析，本發(fā)明方法包括以下六個步驟步驟1用描述邏輯和可廢止邏輯的知識庫構建領域知識庫K，即K = (T，A，F(xiàn)，R，>)；步驟2對T進行劃分，確定T的硬性公理集Ts和可廢止公理集Td ；步驟3分別對Ts和Td進行初始化，得到芯和而，且J=^U石。初始化包括用概念包含公理CE^和替換概念等價公理C ε D、添加概念包含公理的逆否公理以及規(guī)范化公理的否定式。步驟4分別構建&和而的公理解析對集合，用ARPs和ARPd表示；步驟5分別調用下面OntologyTc^trictRule(ARPs)算法和 OntologyToDefeasibleRule (ARPd)算法；步驟6結合可廢止邏輯原有四個推理規(guī)則和下面四個新增可廢止推理規(guī)則進行非單調可廢止推理。OntologyToStrictRule (ARPs)算法如下所示，其實質是個遞歸函數(shù)，其中C、D、E、 F和G是概念，R和S是角色名，χ是變量， 是添加操作。
權利要求
1.用描述邏輯和可廢止邏輯的知識庫構建領域知識庫K，即K=(T，A，F(xiàn)，R，>)，其特征是T指描述邏輯的TBox，A指描述邏輯的ABox，F(xiàn)指可廢止邏輯的事實集合，R指可廢止邏輯的規(guī)則集合，>指可廢止邏輯R上的優(yōu)先關系。
2.對T進行劃分，確定T的硬性公理集Ts和可廢止公理集Td，其特征是TS和Td是T 的一個劃分，其中硬性公理集Ts為T中最大的一致概念公理集合，可廢止公理集Td為T中最小的不一致概念公理集合，且Ts = T-Td。
3.對TJPTd進行初始化，得到3^ 且J=^U仏其特征是初始化包括用概念包含公理 CED和替換概念等價公理C E D、添加概念包含公理的逆否公理以及規(guī)范化公理的否定式。
4.根據(jù)權利要求3所述的對Ts和Td進行初始化，得到石和而,且Γ=其特征是所述的1用概念包含公理CEi^PDEC替換概念等價公理C ε D”為在Ts和Td中，凡出現(xiàn)形如 C^D的概念等價公理，都用形如包含公理CEjC^ppeC替換。
5.根據(jù)權利要求3所述的對Ts和Td進行初始化，得到 和&且r=IU而,其特征是所述的III·概念包含公理的逆否公理H:為對于Ts和Td中的任一概念包含公理，將所有二元算子 IIhrT用“U”替代、“U”用“π”替代，并在“η”、“U”左右兩側分別加否定構造算子“V，,最后將公理的左右兩側式子互換。
6.根據(jù)權利要求3所述的對Ts和Td進行初始化，得到^和石，且Γ=IUrrf，其特征是 所述的III·規(guī)范化公理的否定式H為對于Ts和Td中的任一概念包含公理都有與之等價的形如d.nGEi^n.的否定規(guī)范公理，如Qn3K72eAU，3i 2.￡>2的否定規(guī)范公理為 C1 π BRhC2QDl UVR2-^D2。
7.分別構建式和石的公理解析對集合，用ARPs和ARPd表示，其特征是在《和而中形如 <^Π...Π<^ΕΑΠ...門A1 否定規(guī)范公理的序偶 arp = <{C1(x),. . . ,Cm(χ)}, (D1 (χ),. . . ,Dn(x)}> 為該公理的解析對，分別用ARPs和ARPd表示I和石的公理解析對集合，如概念包含公理 0門3私.的公理解析對為〈{(^(χ)3負.C2(x)}，{(AuVi 2.^D2)(x)}〉。
8.分別調用OntologyIlC^triCtRule(ARPs)算法和 OntologyllODefeasibleRule(ARPd) 算法，其特征是=Ont0IogyTc^trictRule (ARPs)算法詳細描述如下
9.結合可廢止邏輯原有四個推理規(guī)則和下面四個新增可廢止推理規(guī)則進行非單調可廢止推理，其特征是四個新增的可廢止推理規(guī)則包括概念構造算子υ的可廢止推理(如下面的15 18所示)、概念構造算子π的可廢止推理規(guī)則(如下面的19 112所示)、概念構造算子3的可廢止推理規(guī)則(如下面的113 116所示)和概念構造算子ν的可廢止推理規(guī)則(如下面的117 120所示)，如下所示.7 :ffe may append P(n+\) = +du(€)(a) if either彐CeC，(Fil{^D(a): DeC-{C}}, R, We may append P(n+l) = -du(C)(d) if VCeC -dC(a)&P(\...i) and VCeC (FU{^(a): ￡>eC-{C}}, R, ^)h-SC(a) We may append P(n+l) = +An{C){a) if VCe (C, +AC(a)eP(l...i) 10 :ffe may append 尸(λ+1) =-/In(C1)O) if 彐CeC； -AC(a)^P(l...i) :ffe may append 尸(《+1) =+S門(￠7)0) if /CeC,+dC(a)eP(l...i)12:ffe may append P(n+l) = -Sn(<C)(a) if BCeC； -dC(a)eP(l...i)13:ffe may append 尸(《+1) =+43兄C(a) if 彐滬 + AR(a, b)and + Δ C (b)14:ffe may append P(n+\) =if y^e Ψ either -AR(a, b)or -AC(b)15:ffe may append 尸(《+1) =if 彐^e 屮 +dR(a, b) and +dC(b)16:ffe may append P{n+\) = -9 彐兄 C(a) ifeither -dR{a, b) or -dC(b)17:ffe may append P(n+1) = +AVR.C(a) if ψ either -AR(a, b)or + Δ C (b)18:ffe may append=-Jif 彐厶e 滬 + AR(a, b)and -AC(b)19:ffe may append P{n+\) = +dWR.C{a) if Vbe Ψ either -dR(a, b) or +dC(b)20:ffe may append 戶(《十 1) = _3V/ .C(a) if 彐^e 於.1)+5R(a, b) and.2)-dC(b)。
全文摘要
本發(fā)明名稱為“描述邏輯與可廢止邏輯整合的不一致本體非單調推理方法”，屬于計算機應用技術領域。在語義Web環(huán)境中，本體往往是不一致的，但描述邏輯及描述邏輯推理機都無法對其進行非單調推理。本發(fā)明利用可廢止邏輯非單調的知識表示和推理及線性的計算復雜性和易于實現(xiàn)等優(yōu)點，將其與描述邏輯進行整合，從而有效解決上述問題。本發(fā)明首先使用這兩種邏輯對領域問題進行混合建模，并將描述邏輯的TBox劃分為最大一致公理集和最小不一致公理集，然后利用兩個轉換算法，將公理集映射為可廢止邏輯相應的規(guī)則，并添加到可廢止邏輯中，最后利用可廢止邏輯原有的規(guī)則和新增的四個可廢止推理規(guī)則進行非單調推理。本發(fā)明在語義Web中具有廣闊的應用前景。
文檔編號G06N5/04GK102411730SQ20111022756
公開日2012年4月11日 申請日期2011年8月1日 優(yōu)先權日2011年8月1日
發(fā)明者彭志平 申請人:彭志平