Μάθημα: Δ3. Δίκτυα Γνώσης και Σημασιολογικός Ιστός. Διάλεξη 01 & 02. Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

Transcript

1 ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ στα ΠΟΛΥΠΛΟΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ και ΔΙΚΤΥΑ Μάθημα: Δ3. Δίκτυα Γνώσης και Σημασιολογικός Ιστός Χειμερινό Εξάμηνο Σπουδών Διάλεξη 01 & 02 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

2 Αναπαράσταση γνώσης και συλλογιστική Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

3 Μέθοδοι αναπαράστασης γνώσης Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

4 Γλώσσες Περιγραφικής Λογικής Είναι γλώσσες αναπαράστασης της γνώσης των οποίων τα κύρια χαρακτηριστικά είναι: ο αυστηρός μαθηματικός φορμαλισμός η απλότητα η κομψότητα. Αποτελούν υποσύνολο του πρωτοβάθμιου κατηγορηματικού λογισμού Σκοπός: αποθήκευση μιας ποσότητας γνώσης με τυπικό τρόπο για να είναι κατανοητή από Υπολογιστές και να αποτελεί βάση για την συναγωγή περεταίρω συμπερασμάτων. Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

5 Τυπική αναπαράσταση γνώσης Οι φορμαλισμοί τυπικής αναπαράστασης γνώσης και συλλογιστικής χαρακτηρίζονται από τρία βασικά στοιχεία: τη σύνταξη (syntax) τη σημασιολογία (semantics) τη συλλογιστική (reasoning) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

6 H σύνταξη (syntax) Η σύνταξη καθορίζει τα είδη των ορθών εκφράσεων της γλώσσας και τον τρόπο διατύπωσής τους. Όπως ακριβώς στη φυσική γλώσσα το συντακτικό καθορίζει τις εκφράσεις που μπορούν να σχηματιστούν από τις λέξεις (προτάσεις κλπ.), έτσι και στις τυπικές γλώσσες αναπαράστασης γνώσης η σύνταξη καθορίζει τον τρόπο με τον οποίο τα σύμβολα μπορούν να συνδεθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν καλά ορισμένες φόρμουλες (well-defined formulas) ή απλά φόρμουλες. Συστατικά στοιχεία μιας φόρμουλας είναι συνήθως τα μη λογικά σύμβολα (nonlogical symbols), δηλαδή τα ονόματα των στοιχείων της γνώσης, και τα λογικά σύμβολα (logical symbols), τα οποία συνδέουν μεταξύ τους, με απολύτως καθορισμένο τρόπο, τα μη λογικά για την παραγωγή προτάσεων. Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

7 H σύνταξη (syntax) - Παραδείγματα περιγραφή κινηματογραφικών ταινιών μη λογικά σύμβολα: Movie, Director, hasdirector, WoodyAllen 1. Movie(Manhattan) 2. hasdirector(manhattan, WoodyAllen) 3. x. y.movie(x) hasdirector(x, y) Στις φόρμουλες (1), (2) και (3) τα μη λογικά σύμβολα Movie, Director, hasdirector, WoodyAllen συνδέονται με τα λογικά σύμβολα (, ),,, και αναπαριστούν ενδιαφέρουσα γνώση από νοηματική άποψη. Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

8 Η σημασιολογία (semantics) Το φυσικό νόημα (natural meaning) ή απλά νόημα μιας φόρμουλας καθορίζεται από τη σημασιολογία. Συγκεκριμένα, μέσω της σημασιολογίας καθορίζεται το νόημα των μη λογικών συμβόλων, καθώς και ο τρόπος με τον οποίο τα λογικά σύμβολα συνδέουν τα μη λογικά. Για παράδειγμα, η σημασιολογία του δυαδικού τελεστή είναι η εξής: αν ισχύει η υπόθεση, ισχύει το συμπέρασμα. Στη φόρμουλα x. y.movie(x) hasdirector(x, y), αν το x είναι Movie, τότε υπάρχει κάποιο y, τέτοιο ώστε hasdirector(x, y). Πρέπει να γνωρίζουμε το νόημα των συμβόλων Movie και hasdirector. Ο φορμαλισμός αναπαράστασης γνώσης καθορίζει τo νόημα των λογικών συμβόλων, ενώ ο χρήστης είναι υπεύθυνος για τον καθορισμό του νοήματος των μη λογικών συμβόλων. Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

9 Η συλλογιστική (reasoning) [1/2] Η συλλογιστική είναι μια διαδικασία επεξεργασίας και ανάλυσης της γνώσης με στόχο την εξαγωγή συμπερασμάτων. Director(WoodyAllen) x.director(x) Creator(x) μπορούμε να συμπεράνουμε ότι Creator(WoodyAllen) Το συμπέρασμα μπορεί να προκύψει ακόμα και αν δεν γνωρίζουμε το νόημα των μη λογικών συμβόλων Director, Creator και WoodyAllen. Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

10 Η συλλογιστική (reasoning) [2/2] Υπάρχουν πολλοί κανόνες συλλογιστικής και πολλοί τρόποι ανάλυσης και επεξεργασίας της γνώσης, ανάλογα με τον φορμαλισμό αναπαράστασης. Με βάση τους κανόνες αυτούς, στόχος ενός συστήματος αυτόματης συλλογιστικής είναι να επεξεργάζεται τα αξιώματα της γνώσης και να παράγει νέα αξιώματα που δεν είναι ρητά δηλωμένα, παρότι ισχύουν. Όσο πιο εκφραστικός είναι ο φορμαλισμός (δηλαδή όσο πιο πολλά και πλούσιας σημασιολογίας είναι τα λογικά σύμβολα), τόσο πιο δύσκολος είναι ο στόχος της ανάπτυξης ενός συστήματος συλλογιστικής. Για τους περισσότερους φορμαλισμούς αναπαράστασης γνώσης το πρόβλημα είναι γενικά πολύ υψηλής πολυπλοκότητας. Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

11 Γλώσσες Περιγραφικής Λογικής (Description Logics) [1/2] Λογικοί φορμαλισμοί για την αναπαράσταση γνώσης. Απόγονοι των σημασιολογικών δικτύων και των συστημάτων πλαισίων. o Διαφέρουν στο ότι παρέχουν formal logic-based semantics. Description -> Περιγράφουν το πεδίο εφαρμογής. Περιγραφή των domains με concepts (κλάσεις), roles(σχέσεις). Terminological & Assertional φορμαλισμοί. Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

12 Γλώσσες Περιγραφικής Λογικής (Description Logics) [2/2] Αποτελούνται: αλφάβητο (alphabet) συντακτικό (syntax) σημασιολογία (semantics) θεωρία αποδείξεων (proof theory) ή μηχανισμός εξαγωγής συμπερασμάτων (reasoning algorithm) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

13 Το αλφάβητο Δεν είναι σταθερό και μπορεί να οριστεί από τον χρήστη Concept names, Atomic concepts (ατομικές έννοιες) : Α, Β, C Role names, atomic Roles, relations (ατομικοί ρόλοι, σχέσεις): R, S Individual names, Individuals (άτομα): a, b DLs Concept names Role names Individual names Other Languages class names property or relationship Names object names Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

14 Το αλφάβητο (Παραδείγματα) Concept names (ατομικές έννοιες): Person, Male, Female, Doctor, GreekUniversity Role names (ατομικοί ρόλοι, σχέσεις): haschild, isalumniof Individual names (άτομα): ANNA, JOHN Άτομα: Γράφονται συνήθως με κεφαλαία γράμματα Ατομικές έννοιες: Το πρώτο τους γράμμα είναι συνήθως κεφαλαίο Ατομικοί ρόλοι, σχέσεις: Το πρώτο τους γράμμα είναι μικρό Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

15 Συντακτικό Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

16 Η γλώσσα AL (Attributive Language) [1/2] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

17 Η γλώσσα AL (Attributive Language) [1/2] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

18 Abstract Syntax Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

19 Σημασιολογία (semantics) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

20 Σημασιολογία σύνθετων εννοιών Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

21 Σημασιολογία (semantics) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

22 Σημασιολογία (semantics) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

23 Syntax / Semantics Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

24 Αυξάνοντας την εκφραστικότητα [1/3] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

25 Αυξάνοντας την εκφραστικότητα [2/3] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

26 Αυξάνοντας την εκφραστικότητα [3/3] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

27 Ιδιότητες κατασκευστών και πλεονασμοί Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

28 Syntax: Concepts Σύνολο Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

29 Syntax Examples [1/2] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

30 Syntax Examples [2/2] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

31 Tbox (Ορολογίες) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

32 TBox, Terminological Box Το TBox περιέχει: Ορισμούς εννοιών (για την επέκταση της οντολογίας): Father = Man has-child.human Αξιώματα (για τον περιορισμό του μοντέλου): favourite.brewery drinks.beer ( : υπαγωγή) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

33 Παράδειγμα Tbox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

34 ABox, Assertional Box (Σώμα ισχυρισμών) [1/2] Το ABox περιέχει: Ισχυρισμούς για έννοιες: John: Man has-child.(male Happy) Ισχυρισμούς για ρόλους: John, Bill : has-child Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

35 ABox, Assertional Box (Σώμα ισχυρισμών) [2/2] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

36 DL Βάσεις Γνώσης Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

37 Υπηρεσίες συλλογιστικής σε Tbox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

38 Παραδείγματα συλλογιστικής σε Tbox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

39 Αναγωγή στη μη-ικανοποιησιμότητα Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

40 Satisfiablity, ικανοποιησιμότητα woman = female person mother = female parent Οι έννοιες woman, mother, parent είναι ικανοποιήσιμες Όμως η έννοια woman mother δεν είναι ικανοποιήσιμη woman mother = (female person) female parent = ( female person) female parent = person female parent = person female person has_child.person άτοπο Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

41 Subsumption, υπαγωγή Is a mother always a woman? Δηλαδή, η έννοια woman υπάγει την έννοια mother; Προγράμματα DL προσφέρουν την δυνατότητα δημιουργίας ιεραρχιών υπαγωγής (ταξονομιών) όλων των εννοιών Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

42 Υπηρεσίες συλλογιστικής σε Αbox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

43 Αναγωγή στην ασυνέπεια Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

44 Απαλοιφή του Tbox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

45 Μέθοδος ξεδιπλώματος Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

46 Μέθοδος εσωτερίκευσης Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

47 Examples 1/5 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

48 Examples 2/5 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

49 Examples 3/5 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

50 Examples 4/5 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

51 Examples 5/5 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

52 TBox: Semantics Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

53 ABox: Semantics Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

54 Knowledge Bases Semantics Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

55 Entailment (Logical Implication) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

56 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

57 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

58 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

59 Validity - Εγκυρότητα Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής

60 Links Η επίσημη ιστοσελίδα για τις Περιγραφικές Λογικές: Εισαγωγικό σεμινάριο για τις Περιγραφικές Λογικές από τον Enrico Franconi: Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής