二章人工智能逻辑二部分

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,史忠植 高级人工智能,#,第二章 人工智能逻辑,第二部分,史忠植,中国科学院计算技术研究所,高级人工智能,10/4/2024,1,史忠植 高级人工智能,描 述,逻,逻,辑,辑,DescriptionLogics,3/1,/,/2020,2,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,主要内,容,容,什么是,描,描述逻,辑,辑？,为什么,用,用描述,逻,逻辑？,描述逻,辑,辑的研,究,究进展,描述逻,辑,辑的体,系,系结构,描述逻,辑,辑的构,造,造算子,描述逻,辑,辑的推,理,理问题,我们的,工,工作,3/1,/,/2020,3,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,1 什,么,么是描,述,述逻辑,(,(DL,),)？,一种基,于,于对象,的,的知识,表,表示的,形,形式化,，,，,也叫概,念,念表示,语,语言或,术,术语逻,辑,辑。,建立在,概,概念和,关,关系(Role)之上,概念解,释,释为对,象,象的集,合,合,关系解,释,释为对,象,象之间,的,的二元,关,关系,源于语,义,义网络,和,和KL-ONE,是一阶,逻,逻辑FOL的一个,可,可判定,的,的子集,具有合,适,适定义,的,的语义(基于逻,辑,辑),3/1,/,/2020,4,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,特点,是以往,表,表示工,具,具的逻,辑,辑重构,和,和统一,形,形式化,框架系,统,统(Frame,-,-basedsystems),语义网,络,络(SemanticNetworks,),),面向对,象,象表示(OOrepresentation,),),语义数,据,据模型(Semanticdatamodels,),),类型系,统,统(Typesystems),特征逻,辑,辑(FeatureLogics,),),具有很,强,强的表,达,达能力,是可判,定,定的，,总,总能保,证,证推理,算,算法终,止,止,3/1,/,/2020,5,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,描述逻,辑,辑的应,用,用,概念建,模,模,查询优,化,化和视,图,图维护,自然语,言,言语义,智能信,息,息集成,信息存,取,取和智,能,能接口,工程的,形,形式化,规,规范,术语学,和,和本体,论,论,规划,3/1,/,/2020,6,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,2 为,什,什么用,描,描述逻,辑,辑？,若直接,使,使用一,阶,阶逻辑,，,，而不,附,附加任,何,何约束,，,，则：,知识的,结,结构将,被,被破坏,，,，这样,就,就不能,用,用来驱,动,动推理,对获得,可,可判定,性,性和有,效,效的推,理,理问题,来,来说，,其,其表达,能力太,高,高，（,也,也许是,太,太抽象,了,了）,对兴趣,表,表达，,但,但仍然,可,可判定,的,的理论,，,，其推,理,理能力,太,太低。,DL的,重,重要特,征,征是：,很强的,表,表达能,力,力；,可判定,性,性，它,能,能保证,推,推理算,法,法总能,停,停止，,并,并返回,正,正确的,结,结果。,3/1,/,/2020,7,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,在众多,知,知识表,示,示的形,式,式化方,法,法中，,描,描述逻,辑,辑在十,多,多,年来受,到,到人们,的,的特别,关,关注，,主,主要原,因,因在于,以,以下三,点,点 :,它们有,清,清晰的,模,模型-,理,理论机,制,制;,它们很,适,适合于,通,通过概,念,念分类,学,学来表,示,示应用,领,领域；,它们提,供,供了很,用,用的推,理,理服务,。,。,它们可,以,以被认,为,为是从,基,基于框,架,架的表,示,示形式,化,化向着,精确的,语,语义特,征,征方向,发,发展。,此,此外，,描,描述逻,辑,辑将分,类,类,学中表,示,示和推,理,理（专,业,业推理,）,）与在,分,分类学,中,中项的,事,事,实或实,例,例的表,示,示和推,理,理（断,言,言推理,）,）区别,开,开来。,3/1,/,/2020,8,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,3描述逻,辑,辑的研,究,究进展,描述逻,辑,辑的基,础,础研究,研究描,述,述逻辑,的,的构造,算,算子、,表,表示和,推,推理的,基,基本问,题,题，,如可满,足,足性、,包,包含检,测,测、一,致,致性、,可,可判定,性,性等。,一般都,在,在最基,本,本的ALC的,基,基础上,在,在扩展,一,一些构,造,造算子,，,，,如数量,约,约束、,逆,逆关系,、,、特征,函,函数、,关,关系的,复,复合等,。,。,TBox和Abox,上,上的推,理,理问题,、,、包含,检,检测算,法,法等。,Schmidt-Schaub和Smolka首先建,立,立了基,于,于描述,逻,逻辑,ALC的Tableau算法，,该,该算法,能,能在多,项,项式时,间,间内判,断,断描述,逻辑ALC概念的,可,可满足,性,性问题,。,。,3/1,/,/2020,9,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,描述逻,辑,辑的扩,展,展研究,A.Artale和E.Franconi (1998)提出了,一,一个知,识,识表示,系,系统，,用时间,约,约束的,方,方法将,状,状态、,动,动作和,规,规划的,表,表示统,一,一起来,。,。,为了能,让,让描述,逻,逻辑处,理,理模态,词,词，F.Baader将模态,操,操作,引入描,述,述逻辑,，,，证明,了,了该描,述,述逻辑,公,公式的,可,可满足,性,性问题,是可判,定,定的。,Wolter等对具,有,有模态,算,算子的,描,描述逻,辑,辑进行,了,了深入,系,系统,的调查,分,分析，,并,并证明,在,在恒定,的,的领域,假,假设下,多,多种认,知,知和时,序,序,描述逻,辑,辑是可,判,判定的,。,。,另外如,时,时序扩,展,展(Artale,Wolter)、,模,模糊扩,展,展(Straccia)等,。,。,3/1,/,/2020,10,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,描述逻,辑,辑的应,用,用研究,描述逻,辑,辑在许,多,多领域,中,中被作,为,为知识,表,表示的,工,工具，,如,如,信息系,统,统（Catarci,1993）,数据库,（,（Borgida,1995,;,; Bergamaschi 1992,;,; Sheth,1993）,软件工,程,程(Devambu,1991),网络智,能,能访问,（,（Levy，1996；Blanco，1994）,规划（Seida,1992）,等,等,Horrocks对,表,表达能,力,力较强,的,的描述,逻,逻辑进,行,行了研,究,究，,并建立,了,了一些,逻,逻辑框,架,架和系,统,统，如FaCT，SHIQ,等,等。他,和Dieter Fensel等,人,人将描,述,述逻辑,、,、语义,网,网和DAML,结,结合,起来，,提,提出了DAML+OIL，其中,以,以描述,逻,逻辑作,为,为核心,的,的,表示和,推,推理基,础,础。并,在,在XML及其RDF,上,上面进,行,行了扩,展,展，,用描述,逻,逻辑来,研,研究语,义,义网络,和,和本体,论,论。,3/1,/,/2020,11,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,4描述逻,辑,辑的体,系,系结构,一个描,述,述逻辑,系,系统包,含,含四个,基,基本组,成,成部分,：,：,1）表示,概,概念和,关,关系（Role）的构,造,造集,2）Tbox,关,关于概,念,念术语的断言,3）Abox,关,关于个,体,体的断言,4）Tbox和Abox上的推,理,理机制,。,。,3/1,/,/2020,12,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,概念,解释为,一,一个领,域,域的子,集,集,例子：,所,所有在,校,校学习,的,的人员,的,的集合,构,构成“,学,学生”,概,概念,又如：,孩,孩子，,已,已婚的,，,，哺乳,动,动物等,概,概念,x|Student(x) ,，,，x|Married(x) ,关系,(Roles,),) ,属性,(,(二元,谓,谓词，,关,关系),例子：,朋,朋友，,爱,爱人，, |Friend(x,y) ,，,，, |Loves(x,y) ,1）DL的基,本,本元素,概,念,念和关,系,系,3/1,/,/2020,13,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,知,识,库,TBox(模,式,式),ManHumanMale,Happy-fatherHumanHas,-,-child.Female,Abox(数,据,据),John:Happy-father,:Has,-,-child,推理系,统,统,接口,3/1,/,/2020,14,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,2）TBox,语,语言,是描述,领,领域结,构,构的公,理,理的集,合,合,定义: 引,入,入概念,的,的名称,AC,AC,FatherManhas,-,-child.Human,HumanAnimalBiped,包含：声明,包,包含关,系,系的公,理,理,CD(CDCD，DC),has,-,-degree.Mastershas,-,-degree.Bachelors,一个解,释,释I满足：CDiffCI=DI,CDiffCIDI,一个解,释,释I满足TBox Tiff,它,它满,足,足T中的每,个,个公理,(,(IT),3/1,/,/2020,15,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,概念,表,示,示实体,(,(一元,谓,谓词，,类,类),例子：,学,学生，,已,已婚的,x|Student(x) ,，,，x|Married(x) ,BirdAnimal, ManHuman,关系,(Roles,),) ,属性,(,(二元,谓,谓词，,关,关系),例子：,朋,朋友，,爱,爱人, |Friend(x,y) ,，,，, |Loves(x,y) ,TBox实例,3/1,/,/2020,16,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,概念断,言,言表,示,示一个,对,对象是,否,否属于,某,某个概,念,念,a:C,例如：Tom,是,是个学,生,生，表,示,示为,Tom:Student或,者,者Student,(,(Tom),John:Manhas,-,-child.Female,关系断,言,言表,示,示两个,对,对象是,否,否满足,一,一定的,关,关系,:R,例如：John有个,孩,孩子叫Mary,:has,-,-child,3）ABox,语,语言（,断,断言部,分,分）,是描述,具,具体情,形,形的公,理,理的集,合,合,3/1,/,/2020,17,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,一个解,释,释I满足：a:CiffaICI,:RiffRI,一个解,释,释I满足ABoxAiff,它,它满,足,足A中的每,个,个公理,记,记为：IA,一个解,释,释I满足知,识,识库=iff,它,它满,足,足T和A,记为：I,3/1,/,/2020,18,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,4）语,法,法和语,义,义,构造算子,语法,语义,例子,原子概念,A,A,I,I,Human,原子关系,R,R,I,I,I,has-child,对概念C,D和关系(role)R,合取,C,D,C,I,D,I,Human,Male,析取,C,D,C,I,D,I,Doctor,Lawyer,非,C,I,C,Male,存在量词,R.C,x|,y,.,R,I,y,C,I,has-child.Male,全称量词,R.C,x|,y,.,R,I,y,C,I,has-child.Doctor,3/1,/,/2020,19,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,一般地,，,，描述,逻,逻辑依,据,据提供,的,的构造,算,算子，,在,在简单,的,的,概念和,关,关系上,构,构造出,复,复杂的,概,概念和,关,关系。,通常DL至少,包,包含以,下,下算子,：,：,合取()，吸,取,取()，非,(,(),量词约,束,束：存,在,在量词,(,()，全,称,称量词,(,(),最基本,的,的DL,称,称之为,ALC,例如，ALC,中,中概念Happy-father,定,定义为,：,：,Manhas,-,-child.Male,has,-,-child.Female,has,-,-child.(DoctorLawyer),5DL中,的,的构造,算,算子,3/1,/,/2020,20,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,构造算子,语法,语义,例子,数量约束,n R . C,x| |,y|,R,I,y,C,I,|,n,3,has-child .Male,n R . C,x| |,y|,R,I,y,C,I,|,n, 3,has-child .Male,逆,R,-,|,R,I,has-child,-,传递闭包,R*,(,R,I,),*,has-child*,DL中,的,的其它,算,算子,top,T,I,Male,Male,Bottom,Man,Man,另外，,有,有两个,类,类似于FOL,中,中的全,集,集(true,),)和空,集,集(false)的,算,算子,3/1,/,/2020,21,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,在DL,中,中添加,算,算子,一般地,，,，在描,述,述逻辑,中,中添加,不,不同的,算,算子，,则,则得到,不,不同,表达能,力,力的描,述,述逻辑,，,，其复,杂,杂性问,题,题也不,尽,尽相同,。,。,例如，,在,在ALC的基,础,础上添,加,加逆(,-,-,),)算子,，,，则构,成,成ALCI,若再加,上,上数量,约,约束算,子,子(,n ,n,)，则,构,构成ALCIQ。,若在描,述,述逻辑,中,中添加,时,时序算,子,子，则,构,构成为,时,时序描,述,述,逻辑(TemporalDescriptionLogic),，,，例如,，,，可以,添,添加：,Until算,子,子 U,：,：CUD,Since算,子,子 S,：,：CSD,还可以,加,加入其,它,它算子,，,，如模,态,态算子，等。,3/1,/,/2020,22,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,6 描,述,述逻辑,中,中的推,理,理,1)一致性（协调,性,性consistency,）,）,2)可满足,性,性(satisfiability,),),3)包含检,测,测（subsumption,）,）,4)实例检,测,测(instancechecking,),),5)Tableaux算,法,法,6）可判定,性,性,7）计算复,杂,杂性,3/1,/,/2020,23,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,1)一,致,致性检,测,测(Consistency),知识库,是协,调,调的吗,？,？,即检测,是,是否有的模型,(,(解,释,释)I？,C关于TboxT是协调,的,的吗？,即检测,是,是否有T的模型I使得C？,3/1,/,/2020,24,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,2),概,概念可,满,满足性,(,(Satisfiablity),对一个,概,概念C，如果,存,存在一,个,个解释I使得CI是非空,的,的，则,称,称概念C是可满,足,足的，,否,否则是,不,不可满,足,足的。,检验一,个,个概念,的,的可满,足,足性，,实,实际上,就,就是看,是,是否有,解,解释使,得,得这个,概,概念成,立,立。例,如,如：概,念,念MaleFemale,，,，即需,要,要检测,是,是否有,性,性别既,是,是男的,又,又是女,的,的这样,的,的人。,若,若确实,是,是没有,这,这种两,性,性人，,则,则我们,断,断言，,这,这个概,念,念是不,可,可满足,的,的。,又如概,念,念：studentworker,，,，它是,可,可满足,的,的。即,代,代表那,些,些在职,学,学生的,集,集合。,定理：概念C是可满,足,足的，,当,当且仅,当,当C不包含,于,于。,3/1,/,/2020,25,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,在知识,库,库中检,测,测：,CD？,即检测CIDI是否在,所,所有的,解,解释中,成,成立？,3),概,概念包,含,含(Subsumption),例如：,birdanimalcomputerequipment,在Tbox中,检,检测：,CD？,即检测CIDI是否在TboxT的所有,解,解释中,成,成立？,3/1,/,/2020,26,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,CDiffC,D是不可,满,满足的,。,。,CTDiffC,D关于T是不可,满,满足的,。,。,C关于T是一致,的,的iffCTA,A,包含与,可,可满足,性,性的关,系,系,D,D,C,C,D,3/1,/,/2020,27,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,4）实,例,例检测,(,(Instancechecking,),),概念的,实,实例：,Student (John)，,或,或者表,示,示为John:Student,关系的,实,实例：,Father,(,(John,Mary),实例检,索,索：检索属,于,于某个,概,概念的,所,所有实,例,例的集,合,合,3/1,/,/2020,28,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,5）可,满,满足性,检,检测算,法,法Tableaux算,法,法,1)规则:,Sx:C1,x:C2S，若x:C1C2在S中，且x:C1和x:C2不在S中同时,出,出现。,2)规则:,Sx:DS，若x:C1C2在S中，x:C1和x:C2都不在S中，且D=C1或者D=C2。,3)规则:,SxP1y,xPky,y:CS，若x:R.C在S中，R=P1Pk，没有z使得xRz在S中成立,，,，且z:C在S中，y为一个,新,新变量,。,。,4)规则:,Sy:CS，若x:R.C在S中，xRy在S中成立,，,，且y:C不在S中。,3/1,/,/2020,29,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,例子：,检,检测概,念,念的可,满,满足性,：,：,(has,-,-child.Male) (,has,-,-child.Male)，,其检测,过,过程为,：,：,(has,-,-child.Male) (,has,-,-child.Male)(x),(has,-,-child.Male)(x)规则,(has,-,-child.Male)(x)规则,has,-,-child(x,y)规则,Male(y)规则,Male(y)规则,矛盾,所以这,个,个概念,是,是不可,满,满足的,。,。,3/1,/,/2020,30,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,6）可,判,判定性,描述逻,辑,辑中的,可,可满足,性,性问题,是,是可判,定,定的。,其它推,理,理问题,基,基本上,可,可以归,结,结为可,满,满足性,问,问题。,7）计,算,算复杂,性,性,描述逻,辑,辑中的,推,推理问,题,题其计,算,算复杂,性,性一般,是,是多项,式,式时间,的,的。但,通,通常由,于,于构造,的,的不同,，,，其复,杂,杂性也,有,有一定,的,的差异,。,。,3/1,/,/2020,31,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,SemanticWebArchitecture,3/1,/,/2020,32,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,我们的,工,工作,带缺省,的,的描述,逻,逻辑,定义一个缺,省,省规则,是,是形如,这,这样,的,的表达,式,式，,其中C、D、E为概念,名,名，x是一个,变,变元。C(x)称为前,提,提条件,，,，D(x)称为检,验,验条件(缺省)，E(x)称为缺,省,省的结,论,论。,定义1.2一个知,识,识库是,一,一个三,元,元组，其,中,中T为Tbox，A为Abox，D为缺省,规,规则集,。,。,3/1,/,/2020,33,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,动态描,述,述逻辑,描述逻,辑,辑最开,始,始只是,用,用来表,示,示静态,知,知识的,。,。,为了考,虑,虑在时,间,间上的,变,变化，,或,或者在,一,一定动,作,作下的,变化，,以,以及保,持,持其语,言,言的相,对,对简单,性,性，很,自,自然地,我们需,要,要通过,相,相应的,模,模态算,子,子来扩,展,展它，,以,以保留,其命题,模,模态状,态,态。,提出动,态,态描述,逻,逻辑，,用,用来描,述,述主体,中,中的动,态,态知识,以,以及推,理,理。,描述逻,辑,辑,动态逻,辑,辑,主体,面向主,体,体的,动态描,述,述逻辑,3/1,/,/2020,34,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,以客观,世,世界的,形,形式化,建,建模为,研,研究内,容,容，提,出,出一种,统,统一的,形,形式化,框,框架，,同,同时从,静,静态和,动,动态两,个,个方面,来,来刻画,世,世界的,模,模型。,为,为动态,领,领域的,建,建模提,供,供一种,有,有效的,形,形式化,理,理论工,具,具；,将世界,中,中的概,念,念、关,系,系和个,体,体，公,理,理、事,实,实和动,作,作有机,地,地整合,在,在一起,，,，形成,统,统一的,关,关联和,运,运作机,制,制，使,动,动作与,公,公理和,事,事实相,互,互作用,，,，统一,表,表示并,进,进行推,理,理；,对概念,、,、公式,和,和动作,都,都给出,了,了统一,的,的、合,适,适的语,法,法和语,义,义；,主体与,本,本体的,结,结合,动态描,述,述逻辑,DDL,3/1,/,/2020,35,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,动态描,述,述逻辑,DDL,DDL,：,：语义,环,环境中,对,对服务,过,过程方,面,面的建,模,模和推,理,理,服务改,变,变环境,的,的状态,：,：前提,条,条件和,执,执行结,果,果，Action,服务描,述,述：基,于,于WorldModel,，,，e.g.,描,描述,服,服务的,前,前提和,结,结果的,词,词汇来,自,自WorldModel,TBox描述WorldModel的,结,结构,所有状,态,态的描,述,述以数,据,据库或,文,文本的,形,形式分,散,散在Web中,用户或Agent通,过,过查询,的,的方式,获,获得状,态,态的信,息,息，存,放,放于各,自,自的ABox,中,中,DL与Action,的,的交互,体,体现在,：,：,Action,采,采用TBox,中,中的词,汇,汇描述,前,前提和,结,结果,Action,的,的执行,导,导致ABox,的,的变化,DDL,DL,Action,3/1,/,/2020,36,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,Anactiondescriptionisthe formof,where,(1)A is theactionname.,(2)x1, ,xnareindividualvariables,whichdenotethe objectsthe actionoperate on.,(3)PAistheset of preconditions,whichmust be satisfiedbeforethe actionisexecuted.,(4)EAistheset of results,whichdenotethe effectsofthe action.,Dynamic Description Logic,3/1,/,/2020,37,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,描述逻,辑,辑与语,义,义Web有何,区,区别与,联,联系？,思 考,描述逻,辑,辑与Prolog有,何,何区别,与,与联系,？,？,描述逻,辑,辑可以,在,在哪些,方,方面进,行,行扩展,与,与完善,？,？,3/1,/,/2020,38,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,参考文,献,献,3/1,/,/2020,39,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,谢谢！,3/1,/,/2020,40,史忠植,高,高,级,级人工,智,智能,