描述逻辑与本体描述语言

描述逻辑与本体描述语言2004-10-91第1页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-92主要内容Web的发展描述逻辑本体描述语言描述逻辑与本体描述语言第2页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-93Web的发展WebGridP2PSemanticWebSemanticGrid第3页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-94第4页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-95SemanticWeb第5页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-96Web与SemanticWebWeb是供人访问的，SemanticWeb试图让机器自动访问。Web在人的操作下存储和交换信息，SemanticWeb试图使机器代理存储和交换信息。

语言协议工具应用第6页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-97Web语言HTML数据和表示共存一体信息量巨大元数据单一且固定信息易于表示和发布不易于进行信息检索<b>HeinerStuckenschmidt</b><br><i>IntelligentSystemsGroup,<br>CenterforComputingTechnology,<br>UniversityofBremen<br></i><b>Tel.:</b>+49-421-218-7091<br><b>Email:</b><ahref="mailto:heiner@tzi.uni-bremen.de">heiner@tzi.de</a>第7页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-98Web语言XML数据和表示分离允许自定义元数据元数据具有人可以

理解的语义机器不能理解元数

据语义仍然不易于检索<researcher><name>dzwang</name><affiliation>

<group>IntelligentSystems </group>

<institute>CenterforComputing

</institute>

<university>RenminUniversity </university></affiliation><phone>lt;/phone>

<email>dzwang@</email></researcher>css,xsl?第8页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-99Web语言RDFResourceDescriptionFramework资源（Resource）属性（Property）声明（Statement）第9页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-910Web语言RDF文档：<?xmlversion="1.0"?><Classrdf:ID="Resource"xmlns:rdf="/1999/02/22-rdf-syntax-ns#"xmlns="uri"><property>value</property><property>value</property>...</Class>第10页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-911Web语言RDF的特点：基于XML语法，使表示出来的XML/RDF文档具有语义理解的结构基础。促进了统一词汇表的使用。允许简单的逻辑推理。返回第11页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-912描述逻辑的定义描述逻辑（DescriptionLogic）是基于对象的知识表示的形式化，也叫概念表示语言或术语逻辑。它吸取了KL-ONE的主要思想，是一阶谓词逻辑的一个可判定子集。

源于语义网络和KL-ONE是一阶逻辑FOL的一个可判定的子集建立在概念和关系(Role)之上概念解释为对象的集合关系解释为对象之间的二元关系具有合适定义的语义(基于逻辑)总能保证推理算法的终止第12页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-913描述逻辑发展历史一节逻辑:Maryisafemale: female(Mary)Johnisamale: male(John)Everybodyismaleorfemale:x:male(x)Vfemale(x)简单的推理：

¬(male(Mary))

x:male(x)→¬female(x) :pVq=p→¬qx:female(x)→¬male(x) :p→¬q=q→¬pfemale(Mary)→¬male(Mary) :ifx=Mary第13页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-914描述逻辑发展历史语义网络是心理学家Quillian在1968年提出的用以刻画人脑联想行为的一个显式的心理学模型。它用语义概念（结点）与概念间的语义关联性（结点间的连线）来描述一个系统的静态组成，有着很强的描述能力。

语义网络使用带标签的弧连接的节点集合来表示信息，节点表示对象，概念或是事件；弧表示节点之间的关系。

第14页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-915描述逻辑发展历史框架是把某一特殊事件或对象的所有知识存储在一起的一种复杂的数据结构。为了表示生活和工作中相对固定的情况，1975年，Minsky提出了基于框架的表示方法。它包含过去定义的内在关系的说明信息和过程信息，依靠它们可以利用以前获得的知识来解释新的数据。

第15页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-916描述逻辑的体系结构一个描述逻辑系统包括四个基本的组成部分：（1）表示概念和关系的构造集；（2）Tbox术语集（概念术语的断言集合）；（3）Abox断言集（个体的断言集合）；（4）Tbox和Abox上的推理机制。不同的描述逻辑系统的表示能力与推理机制由于对这四个组成部分的不同选择而不同。

第16页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-917描述逻辑的体系结构概念和关系概念——解释为一个领域的子集 示例：学生，已婚者：

{x|Student(x)}，{x|Married(x)}关系——解释为指该领域上的二元关系（笛卡尔乘积） 示例：朋友，爱人：

{<x,y>|Friend(x,y)}，{<x,y>|Loves(x,y)}第17页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-918描述逻辑的体系结构描述逻辑的知识库K=<T，

A>，T即Tbox，A即Abox。

TboxTbox包含内涵知识，描述概念的一般性质。由于概念之间存在包含关系，Tbox知识形成类似格的结构，这种数学结构是由包含关系决定的，与具体实现无关；AboxAbox包含外延知识（又称断言知识），描述论域中的特定个体。

第18页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-919描述逻辑的体系结构第19页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-920描述逻辑的体系结构TBox语言定义:引入概念的名称包含：声明包含关系的公理第20页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-921描述逻辑的体系结构ABox语言概念断言——表示一个对象是否属于某个概念关系断言——表示两个对象是否满足一定的关系第21页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-922描述逻辑的体系结构解释I是知识库K的模型，当且仅当I是K中每个断言的模型。若一个知识库K有一个模型，则称K是可满足的。若断言σ对于K的每个模型都是满足的，则称K逻辑蕴含σ，记为K╞σ。对概念C，若K有一个模型I

使得CI≠，则称C是可满足的。描述逻辑依据提供的构造算子，在简单的概念和关系上构造出复杂的概念和关系。描述逻辑至少包含以下构造算子：交（∧），并（∨），非（），存在量词（）和全称量词（）。这种最基本的描述逻辑称为ALC。

第22页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-923描述逻辑的体系结构描述逻辑中的算子第23页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-924描述逻辑的体系结构描述逻辑中的其他算子第24页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-925描述逻辑中的推理

一致性（consistency）可满足性(satisfiability)包含检测（subsumption）实例检测(instancechecking)第25页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-926描述逻辑中的推理检测C关于TboxT是否协调，即检测是否有T的解释I使得C≠空集；检测知识库<T,A>是否协调即检测是否有<T,A>的解释I存在。检验一个概念的可满足性，实际上就是看是否有解释使得这个概念成立。对一个概念C，如果存在一个解释I使得CI是非空的，则称概念C是可满足的，否则是不可满足的。示例：Male∩Female，Student∩Worker第26页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-927描述逻辑中的推理实例检测即检测属于某个概念的所有实例的集合。在知识库中检测实例，即检测CI包含于DI是否在所有的解释中成立；在Tbox中检测，即检测CI包含于DI是否在TboxT中的所有解释中成立。最终，包含问题的检测与可满足性问题的检测是一致的，都可以转化成可满足性的检测。第27页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-928描述逻辑中的推理描述逻辑的重要特征是其具有很强表达能力的同时又具有可判定性，它能保证推理过程总能停止并返回正确结果。描述逻辑中的可满足性问题是可判定的，其它推理问题基本上可以归结为可满足性问题，可满足性问题是描述逻辑推理的主要问题。描述逻辑中的推理问题其计算复杂性一般是多项式时间的。但通常由于构造的不同，其复杂性也有一定的差异。Schmidt和Smolka首先发现了用于描述逻辑ALC的Tableau算法，该算法能在多项式时间内判定ALC概念的可满足性问题。第28页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-929描述逻辑的特点描述逻辑具有以下特点：（1）它有清晰的模型-理论机制，具有很强的表达能力；（2）适合于通过概念分类学来表示应用领域；（3）提供了可判定的推理服务，能保证推理算法总能停止，并返回正确的结果。

第29页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-930描述逻辑相关研究

描述逻辑的基础研究

描述逻辑中的基础研究包括构造算子、表示和推理的基本问题，如可满足性、包含检测、一致性、可判定性等。一般都在最基本的ALC的基础上在扩展一些构造算子，如数量约束、逆关系、特征函数、关系的复合、TBox和Abox上的推理问题、包含检测算法等，以及Tableau算法的扩展、复杂性及优化策略等。第30页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-931描述逻辑相关研究描述逻辑的扩展研究

A.Artale和E.Franconi(1998)提出了一个知识表示系统，用时间约束的方法将状态、动作和规划的表示统一起来。为了能让描述逻辑处理模态词，F.Baader将模态操作引入描述逻辑，证明了该描述逻辑公式的可满足性问题是可判定的。Wolter等对具有模态算子的描述逻辑进行了深入系统的调查分析，并证明在恒定的领域假设下多种认知和时序描述逻辑是可判定的。另外如时序扩展(Artale,Wolter)、模糊扩展(Straccia)等。第31页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-932描述逻辑相关研究描述逻辑的应用研究

描述逻辑在许多领域中被作为知识表示的工具，如信息系统、数据库、软件工程、网络智能访问、规划等。Horrocks对表达能力较强的描述逻辑进行了研究，并建立了一些逻辑框架和系统，如FaCT，SHIQ等。他和DieterFensel等人将描述逻辑、语义网和DAML结合起来，提出了DAML+OIL，其中以描述逻辑作为核心的表示和推理基础。并在XML及其RDF上面进行了扩展，用描述逻辑来研究语义网络和本体论。第32页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-933描述逻辑与关系代数查询：查找意大利歌手音乐会的地点和时间。第33页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-934描述逻辑与关系代数关系代数：描述逻辑：返回第34页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-935本体描述语言第35页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-936本体描述语言法国酒California

酒白酒红酒…关于酒的本体酒类杂志第36页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-937本体描述语言第37页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-938本体描述语言第38页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-939本体描述语言SemanticWebLanguagesXML/XMLSchemaRDF/RDFSchemaOntologyWebLanguageOntologyLanguagesKIF，Ontolingua，CycL…

面向Web（RDFS，DAML，OIL，OWL…

）第39页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-940本体描述语言Web页面{XMLRDF元数据描述{RDFSchemaOWL第40页，共51页，2023年，2月20日，星期五2004-10-941<?xmlversion="1.0"?><Riverid="Yangtze"xmlns="/river"><length>6300kilometers</length><startingLocation>westernChina'sQinghai-TibetPlateau</startingLocation><endingLocation>EastChinaSea</endingLocation></River>Yangtze.xmlYangtze.rdf<?xmlversion="1.0"?><Riverrdf:ID="Yangtze"

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