ΔΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ στα ΔΙΚΤΥΑ και ΠΟΛΥΠΛΟΚΟΤΗΤΑ Μάθημα: Δ3. Δίκτυα Γνώσης και Σημασιολογικός Ιστός Χειμερινό Εξάμηνο Σπουδών Διάλεξη 02 & 03 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής
Αναπαράσταση γνώσης και συλλογιστική Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 1
Μέθοδοι αναπαράστασης γνώσης Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 2
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 2018-2019 3
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 2018-2019 4
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 2018-2019 5
Αρχιτεκτονική ενός συστήματος αναπαράστασης Γνώσης Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 6
Αρχιτεκτονική ενός συστήματος αναπαράστασης Γνώσης Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 7
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 2018-2019 8
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 2018-2019 9
Συντακτικό Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 10
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 2018-2019 11
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 2018-2019 12
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 2018-2019 13
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 2018-2019 14
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 2018-2019 15
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 2018-2019 16
Η γλώσσα AL (Attributive Language) [1/2] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 17
Η γλώσσα AL (Attributive Language) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 18
Abstract Syntax Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 19
Η γλώσσα AL (Attributive Language) [1/2] Παραδείγματα σε TBox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 20
Η γλώσσα AL (Attributive Language) [2/2] Παραδείγματα σε TBox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 21
Σημασιολογία (semantics) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 22
Σημασιολογία σύνθετων εννοιών Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 23
Σημασιολογία (semantics) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 24
Σημασιολογία (semantics) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 25
Syntax / Semantics Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 26
Αυξάνοντας την εκφραστικότητα [1/3] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 27
Αυξάνοντας την εκφραστικότητα [2/3] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 28
Αυξάνοντας την εκφραστικότητα [3/3] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 29
Πόσες περιγραφικές λογικές; (???) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 30
Ιδιότητες κατασκευστών και πλεονασμοί Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 31
Syntax: Concepts Σύνολο Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 32
Syntax Examples [1/2] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 33
Syntax Examples [2/2] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 34
Tbox (Ορολογίες) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 35
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 2018-2019 36
Παράδειγμα Tbox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 37
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 2018-2019 38
ABox, Assertional Box (Σώμα ισχυρισμών) [2/2] Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 39
ABox, Assertional Box (Σώμα ισχυρισμών) Παράδειγμα Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 40
DL Βάσεις Γνώσης Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 41
Υπηρεσίες συλλογιστικής σε Tbox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 42
Παραδείγματα συλλογιστικής σε Tbox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 43
Αναγωγή στη μη-ικανοποιησιμότητα Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 44
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 2018-2019 45
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 2018-2019 46
Υπηρεσίες συλλογιστικής σε Αbox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 47
Αναγωγή στην ασυνέπεια Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 48
Απαλοιφή του Tbox Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 49
Μέθοδος ξεδιπλώματος Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 50
Μέθοδος εσωτερίκευσης Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 51
Examples 1/5 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 52
Examples 2/5 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 53
Examples 3/5 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 54
Examples 4/5 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 55
Examples 5/5 Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 56
Ένα σύστημα Metro Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 57
Άσκηση Πως θα μπορούσαμε να περιγράψουμε το Metro του Μιλάνου χρησιμοποιώντας την περιγραφική λογική; Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 58
Το Metro του Μιλάνου Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 59
Το Metro του Μιλάνου Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 60
Το Metro του Μιλάνου Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 61
TBox: Semantics Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 62
ABox: Semantics Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 63
Knowledge Bases Semantics Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 64
Entailment (Logical Implication) Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 65
Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 66
Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 67
Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 68
Validity - Εγκυρότητα Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 69
Links Η επίσημη ιστοσελίδα για τις Περιγραφικές Λογικές: http://dl.kr.org/ Εισαγωγικό σεμινάριο για τις Περιγραφικές Λογικές από τον Enrico Franconi: http://www.inf.unibz.it/%7efranconi/dl/course/ Δρ. Γεώργιος Χρ. Μακρής 2018-2019 70