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语义Web是当前Web的本质变革,旨在通过本体精确定义Web信息共享词汇的语义,建立数据层面的链接(a Web of data),更好地支持信息共享与Web应用。描述逻辑在其中扮演着重要角色:它是Web本体语言OWL(由W3C推荐)的逻辑基础。针对语义Web的各种特征和典型应用,如何扩展描述逻辑为语义Web提供更为充分的知识表示和推理工具是一个重要的研究课题。本文研究内容集中于以描述逻辑为基础的动态推理及其应用:针对Web信息的不确定性,提出了概率不确定性背景下的动态推理;针对当前描述逻辑动态推理工作的单纯开放世界语义,提出了一种支持局部封闭世界假设的动态推理系统。此外,还研究了基于动态描述逻辑的知识服务和概率动态推理在信息检索领域的应用。本文工作一方面有动态逻辑、描述逻辑等良好的理论基础,另一方面则与当前语义Web领域基于描述逻辑的实际推理需求密切相关。
具体来说,本文创新点可概括如下:
1)提出了一种概率不确定性背景下的动态推理系统。在现有动态描述逻辑的基础上,进一步考虑不确定性的表示和处理:明确了概率动态描述逻辑的语法语义,并概括了主要的推理任务。它使用条件约束(conditional constraints)表示概念之间条件概率的区间约束,沿用概率缺省推理(probabilistic default reasoning)中的词典序蕴涵(lexicographic entailment)作不确定性推理。
2)提出了概率动态推理主要任务的相关算法。概率动态推理主要任务包括PTBox的一致性、概率动态知识库的一致性和严格词典序蕴涵等,概率动态推理背景下的主要推理任务可以归约为传统描述逻辑的可满足性问题和线性约束的可解性以及线性规划的最优解问题。
3)提出了一种支持局部封闭世界假设的动态推理系统。当前基于描述逻辑的动态推理系统沿袭了描述逻辑的开放世界语义,而语义Web仍然有部分应用场景需要封闭世界假设。提出了Web开放环境下支持局部封闭世界假设的动态推理系统。该形式系统继承了认知逻辑的内省——与知识库内容相关的推理。这种对状态和状态描述的区分使该形式系统更适于刻画Web上具有部分完全知识的主体:它们通常根据自己的知识来决策自己的行为。
4)以描述逻辑ALCO@为例,为局部封闭世界假设的动态推理提供了判定算法。概括了局部封闭世界动态推理的主要推理任务,即静态知识ABox和动态知识ActionBox的一致性问题、公式的可满足性和有效性问题以及涉及动作的可执行性和投影问题等。结合ALCO@的Tableau算法和自认知描述逻辑的Tableau算法,提出了基于描述逻辑ALCO@的局部封闭世界动态推理的判定算法;证明了算法的可终止性和正确性。
5)研究了基于动态描述逻辑的知识服务和概率动态推理在信息检索领域的应用。实现了软件工具支持语义Web上本体承载的静态知识和Web应用等信息处理所带来的动态知识的统一表示和推理,通过动态描述逻辑的动态推理提供可满足性检测、动作的规划和投影问题等知识服务。此外,提出了概率扩展查询的元搜索方法。实验表明,概率扩展查询提高了查询的稳定性,特别是用户查询需求具有多个常用同义词或近义词的情况。