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作为一类用于知识表示的形式化工具,描述逻辑在语义Web中扮演着关键角色,成为了W3C推荐的Web本体语言OWL的逻辑基础。描述逻辑的主要特点,在于具有清晰的模型-理论语义,在提供了较强描述能力的同时,保证了相关推理问题的可判定性,并且具有有效的判定算法和推理机制作为支撑。但是,描述逻辑只能表示和推理静态领域的知识,对于大量的与动作和服务等相关的动态领域知识不能处理。
作为描述逻辑的动态扩展,动态描述逻辑DDL可以在一个逻辑框架下对静态领域的知识以及关于动作的知识进行统一的描述和推理,为动态领域的知识表示和推理提供了一种有效途径。
在动态描述逻辑DDL的基础上,本文引入可能模型途径来定义原子动作的语义,构建出一类动态描述逻辑DDL(X);其中的X代表不同的描述逻辑系统。围绕DDL(X),本文分别从Tableau判定算法、对静态领域知识的描述和推理能力、对动作的描述和推理能力、知识表示和推理系统、推理机、以及在智能主体建模中的应用等方面进行系统和深入的研究。本文的研究成果主要体现在以下几个方面:
(1)发展了动态描述逻辑DDL,构建出一类动态描述逻辑DDL(X)。
DDL(X)将描述逻辑、动态逻辑、以及基于可能模型途径的动作理论有机地结合了起来。在DDL(X)中,既可以基于相应的描述逻辑X刻画静态领域的知识,又可以将这些知识作为领域本体,在其基础上对动作进行刻画。关于动作的各种推理问题可以应用DDL(X)中的公式进行直观的描述,进而转换为DDL(X)中公式的可满足性问题进行推理和判定。
(2)针对动态描述逻辑DDL(X),提出了适用于开世界假设的Tableau判定算法。
以X为描述逻辑ALCO的情况为例,将ALCO的Tableau算法、命题动态逻辑的Tableau算法、以及对可能模型途径的处理有机地结合起来,提出了动态描述逻辑DDL(ALCOO)的Tableau判定算法;证明了该算法的可终止性、可靠性、以及完备性。针对DDL(ALCQO)、DDL(ALCQIO)等具有更强描述能力的逻辑系统,对该算法扩展后得到相应的Tableau判定算法。上述算法继承了描述逻辑Tableau判定算法的特点,采用了开世界假设,在信息不完全的情况下对公式的可满足性进行判定。
(3)将DDL(X)推进到支持OWL DL,提出了相应的判定算法。
针对作为W3C推荐标准的Web本体语言OWL DL,将DDL(X)中的X推进到描述逻辑SHOIQ(D),构建出动态描述逻辑DDL(SHOIQ(D))。提出了DDL(SHOIQ(D))的判定算法并证明了算法的可终止性、可靠性和完备性。描述逻辑SHOIQ(D)比OWL DL所对应的描述逻辑SHOIN(D)具有更强的表达能力。因此,作为SHOIQ(D)的动态扩展,DDL(SHOIQ(D))可以推理语义Web上由本体语言OWL DL刻画的大量的知识,进而可以基于这些知识对动作或服务进行刻画和推理。
(4)提出可以刻画和推理动作执行过程的动态描述逻辑。
以动态描述逻辑DDL(ALCO)为例,对动作的语义重新进行定义,将每个动作解释为由关于可能世界的轨迹组成的集合;在此基础上,引入动作过程断言,对动作的执行过程进行刻画。对于新得到的动态描述逻辑DDLT(ALCO),重新设计了适用于开世界假设的Tableau判定算法;证明了算法的可终止性、可靠性和完备性。扩展后的动态描述逻辑既可以从动作执行结果的角度,又可以从动作执行过程的角度,分别对动作进行刻画和推理。
(5)提出基于动态描述逻辑的知识表示和推理系统;研发了动态描述逻辑推理机。
基于动态描述逻辑DDL(X)和DDLT(X),将关于动作的知识与关于静态领域的知识一起构成知识库。给出与知识库相关的各类推理问题的形式化定义;为这些推理问题提供了有效的推理机制和判定算法。针对该知识表示和推理系统,研发了动态描述逻辑推理机,实现了相关的各种推理功能。最后,将该知识表示和推理系统应用于语义Web环境下的智能主体建模。
该知识表示和推理系统既具有较强的对动态领域的刻画能力,又可以在信息不完全的情况下对各类推理问题进行判定;并且,具有有效的推理机制和推理工具作为支撑。该系统将语义Web上由本体承载的大量的知识与动态领域中关于动作和服务的知识有机地结合了起来;为语义Web环境下对智能主体的建模提供了一种有效的途径和工具,也为语义Web服务的建模和推理提供了进一步的逻辑支持。