基于逻辑推理的本体映射算法研究

2020/1/4基于逻辑推理的本体映射算法研究马文辉南开大学并行与分布式软件技术实验室2020/1/4主要内容•背景知识介绍1语义网技术(SemanticWebTechniques)资源描述框架(RDF)本体(Ontology)本体描述语言(OWL)2描述逻辑(DescriptionLogic，DL)•基于逻辑推理的本体映射技术1本体异构(OntologyHeterogeneity)2本体映射(OntologyMapping)3描述逻辑推理与本体映射2020/1/4•基于逻辑推理的本体映射技术在P2P系统中的应用－P2P语义检索2020/1/4语义网技术•语义网核心思想：给网络信息赋予确切定义的含义，即语义“TheSemanticWebisanextensionofthecurrentwebinwhichinformationisgivenwell-definedmeaning,betterenablingcomputersandpeopletoworkinco-operation.”[Berners-Leeetal.,2001]2020/1/4语义网组成2020/1/4资源描述框架ResourceDescriptionFramework(RDF)•RDF是描述和交换元数据的框架，它是处理元数据的基础。•RDF定义了一个简单的数据模型，通过性质(Property)和值(Value)来描述资源以及资源与资源之间的关系。•RDF是通过多个声明(Statement)来描述信息，一个声明对应一个三元组(Triple)2020/1/4rdf:Descriptionabout=:Creatorrdf:ressource=~ma/dc:Creatorrdf:ressource=“[e-mail]//rdf:Description:T(subject,predicate,object)2020/1/4本体(Ontology)本体是共享概念模型的明确的形式化的规范说明,包含四层含义：•概念模型：指通过抽象出客观世界中一些现象的相关概念而得到的模型。•明确：指所使用的概念及使用这些概念的约束都有明确的定义。•形式化：指本体是计算机可读的(即能被计算机处理)。•共享：指本体中体现的是共同认可的知识，反映的是相关领域中公认的概念集，即本体针对的是团体而非个体的共识。[StuderR.etal.,1998]2020/1/4本体描述语言WebOntologyLanguage(OWL)OWL是定义在RDF之上，以描述逻辑为基础的本体描述语言。•OWLLite•OWLDL•OWLFull2020/1/4描述逻辑(DeccriptionLogic,DL)描述逻辑是一系列以概念为基础的知识表示语言。主要有两个特征：•形式化的、以逻辑为基础的语义•能够提供确定性的推理服务2020/1/4描述逻辑语言系列的语法和语义2020/1/4描述逻辑推理从明确表示的知识中，推理出隐含的知识KnowledgeBaseTbox(Terminoly)Abox(Individual)Man=Human∩MaleFather=Man∩hasChild.PersonJohn∈Man(Man(John))Tom∈Father(Father(Tom))InferenceSystem2020/1/4描述逻辑推理的Tableau算法概念的可满足性的推理是描述逻辑中的基本推理服务，Tableau算法就是一类概念可满足性的推理算法。通过应用Tableau扩展规则不断分解概念描述，直至产生冲突或没有规则可以应用时，算法结束CDCDCDCDDC且CDCD2020/1/4ALC的tableau扩展规则2020/1/4基于逻辑推理的本体映射技术•本体映射本体映射是解决不同本体间知识共享和互操作问题的方法，它的目的是找出不同本体中实体之间的语义关联，并且将其形式化地表达出来。•本体异构1名称异构2结构异构3语义异构2020/1/4•本体异构ComputerSciencePeopleCourseNetworkStaffDataMiningStudentLecturerProfessorAssistantProfssorUndergraduateGraduatePeopleCourseNetworkFacultyDataMiningStudentLecturerProfessorAssistantProfssorUndergraduateGraduateArtificialIntelligencePhD？Is-ainstructByteachForIs-ateachByteachForO1O2ComputerScience2020/1/4•基于描述逻辑推理的本体映射1概念表示一致性处理2为每个本体概念构建概念描述(conceptdescription)M1=Computer_Science∩Artificial_Intelligence∩CourseData_Mining∩teachBy.Assistant_ProfessorM2=Computer_Science∩CourseData_Mining∩teachBy.Professor3预先定义了四种语义关系：1212MMMM2020/1/4推理前提公理产生：WordNet中的语义关系包含公理term1meronymterm2term1⊆term2term1holonymterm2term2⊆term1term1hyponymterm2term1⊆term2term1hypernymterm2term2⊆term1assistant_professor⊆professorartificial_intelligence⊆computer_science2020/1/4ALC-Tableau算法的终止条件：1无tableau规则可以扩展2扩展后的概念集合存在冲突（Computer_Science∩Artificial_Intelligence∩Course∩Data_Mining∩teachBy.Assistant_Professor）∩（Computer_Science∩Course∩Data_Mining∩teachBy.Professor）L(x)={Computer_Science,Artificial_Intelligence,∩teachBy.Assistant_Professor,∩teachBy.Professor}L(x)={Computer_Science,Artificial_Intelligence,Assistant_Professor,Professor}由前提公理可得：assistant_professor⊆professorassistant_professor∩professor∈L(x)存在冲突，是不可满足的，M1⊆M2成立2020/1/4P2P语义检索利用基于描述逻辑推理的本体映射技术实现结构P2P网络的语义检索。1对文档描述赋予语义引入本体，利用本体概念描述文档语义内容，即产生文档内容的概念表述(conceptdescription)逻辑表达式。并基于RDF构建文档元数据。2对文档组织赋予语义构建语义本体概念的文档元数据倒排索引。3对查询匹配过程赋予语义对用户查询请求产生一个概念描述，描述用户感兴趣的文档集合。语义检索过程就是查询概念描述和文档概念描述的匹配过程。