（计算机系统结构专业论文）owl规则扩展及其推理的应用研究.pdf

中文摘要 语义网是对当前w e b 的扩展，能更好的使计算机和人之间进行协同工作。 w 3 c 制定的o w l 是一种面向语义w e b 的知识表示标记语言，具有较强的知识表达 能力和推理效率，然而o w l 中的标记只能表述确定的和完善的概念和规则，而对 现实世界中更多的模糊的知识却难以有所帮助。 本文通过对o w l 的背景与可以被扩展的特点等方面的研究，对o w l 语法和语 义的理论基础、内容实质与形式等方面的学习，再结合i a nh o r r o c k s 等提出的 s w r l ，对o w l 的霍恩字句规则的扩展，提出了基于模糊逻辑扩展的o w l 表述与推 理，详细阐述了模糊逻辑与o w l 结合的公理系统。 文章所提出的扩展，是通过分析运用了模糊逻辑的数学基础与实际应用，并 结合研究者们对这方面所做出的成就，重新构造了新的模糊公理、约束和规则， 使得现实中的模糊知识也可以在本体中得到描述与体现，再将原有的o w l 合理的 转化到新的f o w l 中，并且扩展了o w l ，增强了能够处理模糊逻辑中基本的概念， 各种关系的能力，进而构造出一个新的公理系统，使得o w l 也可以表述模糊本体， 解决模糊知识推理。 通过对上面语言和逻辑方面的扩展，再结合实际应用中的本体建模与推理查 询，文章对扩展后的o w l 进行了比较和评价，并用一个推理系统的实现对其进行 了检验。 关键词：语义网本体o w l 模糊逻辑s w r l a b s t r a c t s e m a n t i cw e b ，w h i c hi st h ee x t e n d i n go fw e b ，c a nm a k et h ec o m p u t e r sa n d p e o p l ew o r k i n gt o g e t h e r m o r ec o o p e r a t i v e o w l ，t h ew e bo n t o l o g yl a n g u a g e p r o p o s e db yw 3 c ，i sak n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o ns e m a n t i cm a r k u pl a n g u a g e ，a n dh a s n i c ek n o w l e d g er e p r e s e n t a t i o na b i l i t yt oa d a p tt oh u g es c a l er e a s o n i n g h o w e v e r ， v o c a b u l a r i e si no w lo n l yr e p r e s e n tc e r t a i na n dc o m p l e t ec o n c e p t sa n dr u l e s ，a n da r e u n u s e f u lt od e a lw i t hf u z z yk n o w l e d g ei nr e a lw o r l d h a v i n ga n a l y z e dt h eb a c k g r o u n da n de x t e n d a b l ep r o p e r t yo fo w l ，l e a r n e dt h e t h e o r yf o u n d a t i o n ，t h ec o n t e n te s s e n t i a la n dt h ef o r mo fo w ls y n t a xa n ds e m a n t i c ， a n di n t e g r a t e dah o r nc l a u s er u l e se x t e n s i o nt oo w l s w r l ，w h i c hi s r e c o m m e n d e db yi a nh o r r o c k s ，t h ep a p e rp r o p o s e saf r a m e w o r ko fo w l r e p r e s e n t a t i o na n dr e a s o n i n gb a s e do nf u z z yl o g i c ，a n de x p a t i a t e so na na x i o ms y s t e m w h i c hi sb a s e do nt h ei n t e g r a t i o nf u z z yl o g i ca n do w l u n d e r s t a n d i n gt h em a t h e m a t i cf o u n d a t i o na n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o no ff u z z y l o g i c ，a n di n t e g r a t i n gt h ea c h i e v e m e n tw h i c ht h ee x p e r t sh a v ed o n e ，t h ep a p e r e x t e n d s o w lb yc o n s t r u c t i n gt h en e wf u z z ya x i o m s ，r e s t r i c t i o n sa n dr u l e s t h r o u g ht h a t ， o n t o l o g i e sc a nr e p r e s e n tt h ef u z z yi n f o r m a t i o ni nr e a l w o r l d t h e nw es t r e n g t h e n o w la b i l i t yt od e a lw i t ht h eb a s i cc o n c e p t sa n dv a r i o u sr e l a t i o n so ff u z z yl o g i cb y t h et r a n s l a t i o nr u l e sf r o mo w lt of o w l f i n a l l y ，w eb u i l dan e wa x i o ms y s t e m ，a sa r e s u l to fe x t e n d i n g ，o w lc a nr e p r e s e n tf u z z yo n t o l o g i e s ，a n dr e s o l v ef u z z y k n o w l e d g er e a s o n i n g u n d e rt h ee x t e n d i n go ft h el a n g u a g ea n dl o g i c ，a n di n t e g r a t i n gt h ep r a c t i c a l a p p l i c a t i o no fo n t o l o g ym o d e l i n ga n dr e a s o n i n g ，a ne v a l u a t i o na n dat e s to fe x t e n d e d o w li st a k e nb yt h er e a l i z a t i o no far e a s o n i n gs y s t e m k e yw o r d s ：s e m a n t i cw e b ，o n t o l o g y , o w l ，d e s c r i p t i o nl o g i c ，s w r l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁盗盔堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者虢店明妖签字晚。年7 月 学位论文版权使用授权书 日 本学位论文作者完全了解叁叠盘堂 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权：圣盗盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：专门月文 签字日期：。年7 月同 导师签名：汾夏 签字同期：。卅年7 月石日 第一章 1 1 背景与现状 第一章绪论 万维网飞速发展的今天，随着信息资源共享越来越迫切的需求，以网络为 支撑平台，以语义w e b 为代表的语义技术，以其严格的逻辑理论基础和标准化 的技术路径，正逐渐成为未来w e b 信息系统的一项支撑技术。语义w e b 的根本 目的是要通过明确的、规范化的描述信息资源的语义来实现w e b 资源的自动发 现、数据的直接交换和服务的无缝集成，并希望通过努力使计算机理解人类的语 言，缩小人的认知域与计算机的处理域之间的距离，以支持人们用直观的语义对 信息资源在概念层次进行操作。 现在的i n t e r n e t 正曰益增长为一个超巨大的信息空间，但人们利用它协同工 作、管理和共享资源的方法和技术却并不令人满意。一方面，在浩淼的信息海洋 中，很难发现和筛选有价值的信息，好像我们淹没在了信息的大海，却因为信息 太多而眼花缭乱，无法准确，快速，高效的获得我们想要的资源，另一方面，大 量的互联网信息系统又彼此割裂，难于集成而成为信息的孤岛，而且，现如今， 随着大科学的发展，大量科学数据出现在互联网上，这更需要高效的手段和准确 的推理，来对它们进行共享和综合分析。 目前，围绕语义w e b 的研究与开发正如火如荼的展开。在研究方面，典型 的参与大学与研究机构有m i t ，m a r y l a n d ，m a n c h e s t e r ，s t a n f o r d ，c m u ，d f k i 等；在工业应用方面，有惠普公司支持开发的j e n a 语义w e b 工具包，有由欧盟 资助，w 3 c 所领导的s w a d 系列项目；在标准化方面，w 3 c 国际标准化组织已 陆续完成了r d f 、o w l 等的标准化规范工作。 w 3 c 正在制定的o w ld l 是一种面向语义w e b 的知识表示标记语言，具有较 强的知识表达能力并适合大规模应用的推理效率，是语义w e b 领域对适合语义 w e b 应用的知识表示标记语言进行研究的最新综合在知识表示领域，为了对知 识表达能力和推理效率做合适的折衷，相关工作者进行了大量关于描述逻辑的研 究。 o w l 层在r d f s 之上，并且扩展了r d f s 的能力。它增加了多样的构造器来 构造复杂的类表示，增加了限制属性的集的势，属性特征和类或个体之间的映射。 一个o w l 本体就是一个公理集，描述了类，属性和关于常被称作知识基的个体 第一章 的事实。 本体描述语言o w l 设计的最终目的是为了提供一种可以用于各种应用的 语言，在这些应用中，不仅仅需要提供给用户可读的文档内容，而且需要理解并 处理文档内容。作为语义w e b 的一部分，x m l 、r d f 和r d f s 支持通过提供针 对术语描述的词汇表，共同推进了机器的可靠性。相对于r d f s 、d a m i + o i l 等，o w l 拥有更多的机制来表达语义。因此，基于o w l 的知识表示成为了研 究和应用的热点。就像d a m i + o i l 一样，o w l 也是基于描述逻辑的 9 】，描述 逻辑是一阶逻辑的子集，并且能够提供充分的和可判定的推理支持【l0 】。和传统 的其他逻辑一样，o w l 中的任何语句，包括断言的事件，域知识或者推理的结 果等，也都只能是真或假，不能够在真假之间还有其他结果。 然而，在现实世界中的绝大部分领域都包含了不确定的知识和不完整或不 精确的信息，只能说达到某种程度的真。在此情况下定义的本体，就不能够确定 的给出两个概念或者重叠或者包含的量化程度，而且在一个领域中，只能获取一 个概念或个体的部分信息的情况下，也无法支持推理。而且当我们需要定义多个 本体参与进来的时候，这样的不确定就会变得更普遍了，因为经常有这样的情况 就是，定义在一个本体中的概念很可能会与其他本体中的一个或几个概念相关联 和匹配。 1 2 研究的目的和研究内容 为了使o w l 进行更广泛地知识表示，需要扩展o w l 的描述原语。目前，已 经有一些扩展方面的研究，其中比较多的是o w l p l u s ，包括：用户自定义字符 串、数值关系约束和i f t h e n 规则表示等方面。 在这里，我们要解决的问题是由于传统逻辑确定结果的这一特点所带来的 局限，因此现存的本体语言需要扩展使得我们可以获取在一个领域中关于概念， 属性和实例等那些不确定的知识，并且可以支持局部和模糊信息的推理。在这个 方向上，很多的研究者都应用了不同的理论与形式，如模糊逻辑i 11 】，粗糙集 1 2 】 和贝叶斯概率等等。 p r o b a b i l i s t i ce x t e n s i o n 1 3 】应用概率论的知识来扩展了o w l ，使用了贝叶斯 网络( b n ) 作为基础的概率模型和推理机制。通过把o w l 本体转化成一个贝叶斯 网络的方法，来实现的扩展，因为贝叶斯网络被认为是在不确定情况下，对知识 的表示和推理的一个有效有规则的通用基本框架。【1 4 】已经引入了模糊描述逻辑 作为与o w l 结合的理论，定义了模糊知识命名空间的标签，最基本的部分概念 的定理和约束，包括单独类，类之间的关系，在此基础上，增加了真假程度的标 第一章 签，但还只是在表面和基础的程度上，并没有能够很大程度的结合模糊逻辑所具 有的能力，没有能够形成一个相对完整的公理体系，也暂时无法应用到推理和查 询的具体应用上。 因此，本文的主要目的就是合理的扩展o w l ，不仅仅利用模糊逻辑的理论 体系和知识，而且还利用 1 5 】中的霍恩字句规则，这样还可以表示和推理复杂的 合成属性，有更大智能化的帮助人们对知识进行理解和处理，来解决现实中很多 0 w l 不可推理的问题。 利用机器语言来达到使机器能够对现实关系的理解和推论达到人类理解的 高度是个复杂而漫长的过程，需要一步步的证明和扩展。本文在分析和总结了 o w l 基础以及现状应用之后，做了如下方面的工作： 深入理解了o w l 本体语言与描述逻辑及其之间的关系，在此基础上又 研究和总结了基于o w l 的本体建模和推理查询应用； 模糊逻辑是一种精确解决不精确、不完全信息的方法。可以比较自然地 处理人的概念，所以通过系统的理解这个理论体系，来找到o w l 解决 这方面问题的理论基础。 分析o w l 在应用方面的优点和不足，根据已有扩展的经验，包括 o w l p l u s 和基于霍恩规则，来扩展o w l 的语法和语义； 建立一些必需的新规则和定义，利用原有推理机模型，构造设想一个新 的推理机的模型，并构造一个相对完备的模糊逻辑理论体系； 将扩展后的描述语言应用到之前本不能推理的问题，构造推理机制，实 现扩展规则的应用。 1 3 本文的章节安排 全文共由五章组成。 第一章为语义网以及o w l 和扩展的综述。其中阐述了语义网以及o w l 的 概念，目的和意义，简要介绍了语义网的研究和发展，并着重分析了目前国内外 关于o w l 扩展的研究现状，提出本文的研究目的和研究任务。 第二章介绍了o w l 语言和描述逻辑，着重研究了o w l 的概念，组成和体 系结构，尤其是三种子语言从简到繁的分析以及之间的关系，接着是和它相关的 描述逻辑的理论介绍，以及与o w l 语言的关联，之后还介绍了霍恩子句规则中 如果利用霍恩规则使得公理的表述更细化与扩展。 第三章则是对o w l 的扩展的理论分析与实际规则构建。主要把模糊逻辑公 理和推理体系，应用到o w l 中语法的扩展中，建立相应的定义，完备的公理体 第一章 系，构造出合理的推理机模型。 第四章就是对第三章扩展的验证与应用，对已有问题的存在，应用新的扩展 推理方法，进行应用后得出想要的结果。 最后的第五章，给本文的工作做出总结，指出并分析了对o w l 领域的研究 方向和重要的实际意义，并且提出本文中还存在的问题和需要改进的地方，给出 以后对这方面的展望。 第二章 第二章o w l 与逻辑扩展 目前在万维网( w w w ) 上的网页资料以几何级数爆炸性增长，但由于缺乏组织 和整理，导致人们难以充分利用这些信息资源。传统使用w e b 的方式主要是通过 搜索关键字并利用w e b 文件中的超级链接来查询到需要的资料，这样的使用方式 有很多缺点：需要过多的人工干预、效率低下；不容易选取合适的关键字；返回 过多的无关信息。 为了提高信息的检索率，必须有一个机器可处理的语言，用于描述网络信 息的内容，这种需求促成了网络本体描述语言o w l 的产生。o w l 可以用于帮助应用 程序处理包含在文档中信息的内容而不是仅仅关注信息的显示方式。这与传统的 由人来直接处理信息内容的方式不同。o w l 可以用于显式的表达在词汇表中项的 含义和这些项之间的关系。项和它们之间关系的这种表达被称为本体 3 3 。0 w l 是在d a m l + 0 i l 网络本体语言的基础上改进的。在设计过程中吸取了d a m l + o i l 的 设计和应用经验。 2 1o w l 介绍 2 1 1o w l 在语义网中的地位 语义网是对未来网络的一个设想，在这样的网络中，信息都被赋予了明确的 含义，机器能够自动地处理和集成网上可用的信息。语义网使用x m l 来定义定制 的标签格式以及用r d f 的灵活性来表达数据，下一步需要的就是一种o n t o l o g y 的网络语言( 比如o w l ) 来描述网络文档中的术语的明确含义和它们之间的关系。 大量的研究工作者活跃在该领域，因此诞生了许多种本体描述语言，有 r d f s z 和r d f s 、o i l 2 0 、d a m l 2 1 、建立在d a m l + o i l 之上的o w l 、k i f 【2 2 】、s h o e 2 3 、x o l 【2 4 】、o c m l 2 5 ，2 6 、o n t o l i n g u a 2 7 】、c y e l 2 8 】、l o o m 【2 9 】。 在这里，本文认为，在选择本体描述语言时，基本考虑是向工业标准看齐，并且 我们项目的应用领域也是基于w e b 的信息服务，因此，把o w l 作为本体描述的 基本语言就很自然的成为我们的首选。 o w l ( w 曲o n t o l o g yl a n g u a g e ，w e b 本体语言) 1 是为了在w w w 上发布和 1d e b o r a hl m c g u i n n e s s ，f r a n kv a r lh a r m e l e n o w lw e b o n t o l o g yl a n g u a g eo v e r v i e w , w 3 c 第二章 共享本体而设计的语义标记语言，是w 3 c 为了推进语义w e b 的发展而推荐的众多 标准中的一个。o w l 比x m l 、r d f 和r d f s 具有更加丰富的语义和更强的表达 能力( 用w 3 c 的话来说就是f e b 内容的机器可理解性方面要强于这兰种) 。 o w l 是w 3 c 推荐的语义网络“栈”中的一部分，这个“栈”被表达如下 表2l 语义网络“栈” 名称描述 删l 结构化文档的表层语法，对文档没有任何语义约束。 删ls c h e m a 定义也文档的结构约束的语言。 r d f 对象( 或者资源) 以及它们之间关系的数据模型，为 数据模型提供了简单的语义，这些数据模型能够用 x m l 语法进行表达。 i d fs c h e m a 描述r d f 资源的的属性和类型的词汇表，提供了对这 些属性和类型的普遍层次的语义。 0 礼 添加了更多的用于描述属性和类型的词汇，例如类型 之间的不相交性( d i s j o i n t n e s s ) ，基数 ( c a r d i n a l i t y ) ，等价性，属性的更丰富的类型， 属性特征( 例如对称性s y m m e t r y ) ，以及枚举类型 ( e n u m e r a t e dc l a s s e s ) 。 f 图给出了w 3 c 的o n t 。l o g y 语言栈描述； t h eo n t o l o g yl a n g u a g es t a c k 图2 - l 本体语言栈 r e n d a t l o l l l o f 曲m 。口2 0 1 3 4 ，o m l 九eh 均“出m 型i g 世口型生垒韭i t 吐2 0 0 6 - 4 - 1 4 第二章 2 1 2o w l 的三个子语言 o w l 提供了三种表达能力递增的子语言 1 2 ，以分别用于特定的实现者 和用户团体，描述列表如下： 表2 2o w l 子语言比较 子语言描述例子 o w l l i t e用于提供给那些只需要一个分类层次 支持基数( c a r d i n a l i t y ) ，只 和简单的属性约束的用户。 允许基数为0 或1 。 o w l d l 支持那些需要在推理系统上进行最大当一个类可以是多个类的一 程度表达的用户，这里的推理系统能够个子类时，它被约束不能是另 保证计算完全性( c o m p u t a t i o n a l外一个类的实例。 c o m p l e t e n e s s ，即所有地结论都能够保 证被计算出来) 和可决定性 ( d e c i d a b i l i t y ，即所有的计算都在有限 的时间内完成) 。它包括了o w l 语言的 所有约束，但是可以被仅仅置于特定的 约束下。 o w lf u l l 支持那些需要在没有计算保证的语法一个类可以被同时表达为许 自由的r d f 上进行最大程度表达的用多个体的一个集合以及这个 户。它允许在一个o n t o l o g y 在预定义的集合中的一个个体。 ( r d f 、o w l ) 词汇表上增加词汇，从 而任何推理软件均不能支持o w l f u l l 的所有f e a t u r e 。 o w lf u l l 可以看成是对r d f 的扩展，而o w ll i t e 和o w ld l 可以看成 是对一个受限的r d f 版本的扩展。所有的o w l 文档( l i t e ，d l ，f u l l ) 都是一 个r d f 文档；所有的r d f 文档都是一个o w lf u l l 文档，但只有一些r d f 文档 是一个合法的o w ll i t e 和o w ld l 文档。 o w ll i t e 只是使用了o w l 语言的部分特征，并且做了更多的关于特征使 用的限制。例如，在o w ll i t e 中，类只能根据命名了的父类( s u p e r c l a s s ，它不 能是任意的类表达式) 定义，而且只能使用某些特定类型的类约束( c l a s s r e s t r i c t i o n ) 。类之间的等价关系( e q u i v a l e n c e ) 和子类关系只能在具名类( n a m e d c l a s s ) 上做声明，不能应用于任意的类表达式。类似地，o w ll i t e 只允许属性 限制应用于命名了的类。另外，o w ll i t e 对基数的概念也有限制一它的取值范围 只能是0 和1 。 第二章 2 1 3o w l 三种语言的大纲 1 ) o w ll i t e 语言大纲： 和o w ld l 和o w lf u l l 相比，o w ll i t e 只是使用了o w l 语言的一些 f e a t u r e ，并且做了限制。 【说明】：以下用斜体标出的为o w l 中的词条( t e r m ) ，r d f ：和r d f s ：前缀表示这些词条 已经在r d f 和r d fs c h e m a 中出现。 表2 3o w ll i t e 大纲 分类词条 c l a s s r d f ：p r o p e r t y r d f s ：s u b c l a s s o f r d f s ：s u b p r o p e n y o f r d fs c h e m af e a t u r e s r d f s ：d o m a i n r d f s ：r a n g e i n d i v i d u a l e q u i v a l e n t c l a s s e q u i v a l e n t p r o p e r t y s a m e l n d i v i d u a l a s ( i n ) e q u a l i t y d i f f e r e n t f r o m a l l d i f f e r e n t i n v e r s e o f t r a n s i t i v e p r o p e r t y s y m m e t r i c p r o p e r t y p r o p e r t yc h a r a c t e r i s t i c s f u n c t i o n a l p r o p e r t y l n v e r s e f u n c t i o n a i p r o p e r t y a l l v a l u e s f r o m p r o p e r t yt y p er e s t r i c t i o n s s o m e v a l u e s f r o m m i n c a r d i n a l i t y ( o n l y0o r1 ) m a x c a r d i n a l i t y ( o n l y0 o r1 ) r e s t r i c t e dc a r d i n a l i t y c a r d i n a l i t y ( o n l y0o r1 ) i m p o a s v e r s i o n l n f o p r i o r v e r s i o n h e a d e ri n f o r m a t i o n b a c k w a r d c o m p a t i b l e w i t h 、 i n c o m p a t i b l e w i t h i n t e r s e c t i o n o f c l a s si n t e r s e c t i o n d a t a t y p e s - 8 - 第二章 2 ) o w ld l 和o w lf u l l 大纲 下面给出了在o w ll i t e 基础上添加的o w ld l 和o w lf u l l 语言架构： 表2 4d l 和f u l l 大纲 分类词条 o n e o f d i s i o i n t w i t h e a u i v a l e n t c l a s s c l a s sa x i o m s( a p p l i e dt oc l a s se x p r e s s i o n s ) r d f s ：s u b c l a s s o f ( a p p l i e dt oc l a s se x p r e s s i o n s ) u n i o n o f b o o l e a nc o m b i n a t i o n so fcl a s si n t e r s e c t i o n o f e x p r e s s i o n s c o m p l e m e n t o f m i n c a r d i n a l i t y m a x c a r d i n a l i t y a r b i t r a r yc a r d i n a l i t y c a r d i n a l i t y h a s v a l u e f i l l e ri n f o r m a t i o n 尽管o w ld l 添加了一些约束，它和o w ll i t e 实际上共享了词汇表。总的 来讲，o w ld l 引入了类型分割( 一个c l a s s 不能是一个p r o p e r t y 或者一个 i n d i v i d u a l ，一个p r o p e r t y 也不能是一个c l a s s 或者i n d i v i d u a l ) ；它要求p r o p e r t y 或者是o b j e c t p r o p e r t i e s ，或者是d a t a t y p e p r o p e r t i e s 。后者r d fl i t e r a l 、x m l d a t a t y p e 以及c l a s s 实例之间的关系。前者是两个c l a s s 实例之间的关系。 2 1 4o w l 的形式化基础描述逻辑 描述逻辑( d e s c r i p t i o nl o g i c ) e 9 i - 1 0 是基于对象的知识表示的形式化它 吸取了k l - 0 n e 的主要思想，是一阶谓词逻辑的一个可判定子第它与一阶谓词逻 辑不同的是，描述逻辑系统能提供可判定的推理服务。除了知识表示以外，描述 逻辑还用在其它许多领域它被认为是以对象为中心的表示语言的最为重要的归 一形式。描述逻辑的重要特征是很强的表达能力和可判定性，它能保证推理算法 总能停止，并返回正确的结果。在众多知识表示的形式化方法中，描述逻辑在十 多年来受到人们的特别关注，主要原因在于：它们有清晰的模型一理论机制；很 适合于通过概念分类学来表示应用领域；并提供了很有用的推理服务。 一个描述逻辑系统包含四个基本组成部分： 1 ) 表示概念和关系( r o l e ) 的构造集 第二章 2 ) t b o x 关于概念术语的断言 3 ) a b o x 关于个体的断言 4 ) t b o x 和a b o x 上的推理机制。 在现实世界中需要指定个体和个体间的关系( - - 元的) 。描述逻辑描述形成了 层次知识：概念( c o n c e p t ) 和角色( r o l e ) 名。角色表示二元描述，如h a sc h i l d ( x ，y ) 。 概念表示一元描述，如p a r e n t ( x ) 置p e r s o n ( x ) 八jy ：( h a s _ c h i l d ( x ，y ) a p e r s o n ( y ) 。描 述逻辑具有固定的表示符号，像构造符n 、j - 、- 1 、j 、v 。由原始概念 和角色用构造符集可以建立复杂的概念和角色，从而实现知识的表示和推理。含 有以上这些基本构造符的a c c 是标准描述逻辑。 语义w e b 里的本体是一个公理( 表示类包含等价) 集。描述逻辑以其优良的 特性成为表达本体的有力工具。如：定义良好的语义；支持推理；对本体设计的 支持检查类一致性( 尤其是对大的本体或多人设计的本体) ；支持本体集成一 一表达内本体关系( i n t e r o n t o l o g y ) 、建立完整的类层次；支持本体开发检查是 否事实的一个集是关于一个本体一致的、回答关于本体的查询。 描述逻辑是语法( s y n t a x ) + 语义( s e m a n t i c s ) 的。语义通过一个解释 ( i n t e r p r e t a t i o n ) = ( ，。) 给出。其中7 是一个非空集合，称作，的域。是把每个 原子概念a 映像到的子集，而把每个原子关系映像到的子集。 2 1 5o w ld l 和描述逻辑间的联系与区别 1 6 】中以描述逻辑作为o w ld l 的形式化基础，详细分析了o w ld l 和描 述逻辑间的对应关系，用描述逻辑的语义解释了o w ld l 的各个基本元素，从 而可以将描述逻辑领域研究的大量成果应用到o w ld l 上来，为进一步研究 o w l d l 的知识表示、推理等问题奠定了基础。在实际应用中，可以将用o w ld l 刻画的知识转成相应的描述逻辑形式，在描述逻辑的领域中考虑o w ld l 的语 义、知识表示、推理等问题。 o w ld l 提供六种类型的类描述，分别是( 1 ) 类标识符( 2 ) 枚举( 3 ) 属 性限制( 4 ) 两个或两个以上类描述的交( 5 ) 两个或两个以上类描述的并( 6 ) 类描述的补。通过使用类描述的构造器，可以归纳定义复杂的类。o w ld l 的各 个基本元素均有相应的描述逻辑形式，可以使用描述逻辑作为o w ld l 的形式 化基础，以描述逻辑的语义解释o w ld l 的各个基本元素，从而可以将描述逻 辑领域研究的大量成果应用到o w ld l 上来，为研究o w ld l 的知识表达能力 和推理奠定了基础。 o w ld l 的逻辑基础是d l 3 0 】，但由于o w ld l 要面向语义w e b ，而d l 是传统的逻辑语言，两者还是有一定的区别的： 第二章 1 ) o w l 用u r i r e f 来标识概念，属性，实例，等等，而d l 用名字( 字符串) ， 另外，逻辑中一般采用唯一名假设，即名字不同的两个东西是不同的，而o w l 由于w e b 的开放性，很有可能不同的人对同一个东西给出的u r i r e f 不同，因此 不能采用唯一名假设。这也是要有o w l ：a l l d i f f e r e n t 的原因。因为在o w l 中，我 们要显式地说明哪些u r i r e f 代表的资源是不同的，如果用o w l ：d i f f e r e n t f r o m ，要 表示很多个u r l r e f 两两不同，非常麻烦，因此，就有了o w l ：a l l d i f f e r e n t 。 2 ) o w l 用x m ls c h e m a 的数据类型，d l 一般没有。 3 ) o w ld l 有一个基于框架的抽象语法，还有一个基于r d f x m l 的语 法，d l 没有。 4 ) o w ld l 是基于r d f 的，因此，允许有匿名节点，d l 一般不支持这 种存在量化。 5 ) o w l 能够i m p o r t 其它本体。 6 ) o w ld l 有本体和标注属性，如o w l ：d e p r e c a t e d c l a s s ，一些版本信息， 这些属性是有一定的语义的。 2 2o w l 的霍恩规则扩展 虽然o w l 在语言网的表示上已经增加了很多很强的表达能力，但它仍然有 着表达的局限性，尤其是在表达属性之间的关系的时候存在的问题。o w l 的很 多局限性的原因是：当它的语义包括了相对丰富的类构造器的集合的时候，它表 达属性关系的语言能力就比较弱。这时如果想掌握一个合成属性和另一个属性 ( 可能也是合成的) 的关系是不可能的。比如一个简单的例子，“p a r e n t ”和“b r o t h e r ” 属性的合成应该就是“u n c l e ”属性，可是当我们在此基础上想理解这个关系就 比较困难了。 15 忡介绍了利用一个霍恩子句规则( h o r nc l a u s er u l e s ) 来对o w l 进行的扩 展。基本想法就是用一个规则形式扩展o w ld l ，同时还要与o w l 现存的语法 和语义保持最大向后兼容性。为了这个目的，对o w ld l 添加了一种新的公理， 称作霍恩子句规则，来对o w ld l 扩展抽象语法和直接模型理论语义，给o w l 本体提供一个包括规则的正规的语义和语法。 提出的规则都是在前提和结论之间联系的一种形式。规则的含义就是：只要 前提指定的条件满足，结论的条件也必须满足。 第二章 2 2 1 对o w l 语法的扩展 新的语法是从o w l 变换的语法提取的。它扩展了在o w l 语义和抽象语法文 档中描述的o w l 抽象语法i 1 7 】。 一个主要的扩展就是加入了规则公理，规则就是在前提和结论之间联系的一 种形式。规则的含义就是：只要前提指定的条件满足，结论的条件也必须满足。 对规则的引入，判定和推理，将分别进行讨论。 1 ) 规则公理的引入。 根据o w l 语义和抽象语法文件 17 】，在抽象语法中的一个o w l 本体包括 一系列的注释，公理和论据。公理可以有多个种类，例如，子类公理和等价类公 理。我们扩展了公理，提出规则公理，通过加入新定义： a x i o m ：= r u l e 一个规则公理由一个前提和一个结论组成，其中前提和结论又分别由一个原 子集合组成。就像对类和属性公理一样，规则公理也可以有注释。定义和表示如 下： r u l e ：= i m p l i e s ( a n n o t a t i o n ) a n t e c e d e n tc o n s e q u e n t ) a n t e c e d e n t ：= a n t e c e d e n t ( a t o m 、 c o n s e q u e n t ：= c o n s e q u e n t ( m o m ) 2 ) 规则的表示 一个规则的前提和结论都是由零个或多个原子规则组成。规则中的原子可 以有下列形式，c ( x ) ，p ( x ，y ) ，q ( x ，z ) ，s a m e a s ( x ，y ) 或者d i f f e r e n t f r o m ( x ，y ) ，其中 c 是一个o w ld l 描述，p 是一个o w ld li n d i v i d u a l v a l u e d 属性，q 是一个o w l d l d a t a v a l u e d 属性，x ，y 或者是变量，或者是o w l 个体，而z 或者是一个变 量，或者是一个o w l 数据值。定义表示如下： a t o m ：2d e s c r i p t i o n ( i o b j e c t ) i n d i v i d u a l v a l u e d p r o p e r t y l d ( i - o b j e c ti - o b j e c t ) d a t a v a l u e d p r o p e r t y l d ( i - o b j e c td - o b j e c t ) s a m e a s ( i - o b j e c ti - o b j e c t ) d i f f e r e n t f r o m ( i - o b j e c ti - o b j e c t ) 通常，如果x 是类描述c 的一个实体，则一个原子c ( x ) 有效，如果x 是通 过属性p ( q ) 与y ( z ) 相关联的，则原子p ( x ，y ) ( 分别的q ( x ，z ) ) 为有效，如果x 被解 释为与y 是相同的对象，则原子s a m e a s ( x ，y ) 有效，如果x 与y 解释为不同对象， 第二章 则d i f f e r e n t f r o m ( x ，y ) 有效。 原子可以涉及到个体，数值，个体变量或数据变量。变量一般都被量化的， 对给出的一个规则有它们的取值范围。一般的，只有出现在一个规则的前提中的 变量才可以出现在结论中。 i - o b j e c t ：= i - v a r i a b l ei n d i v i d a u l l d d - o b j e c t ：= d - v a r i a b l e d a t a l i t e r a l i - v a r i a b l e ：= l - v a r i a b l e ( u r l r e f e r e n c e 1 d - v a r i a b l e ：= d - v a r i a b l e ( u r i r e f e r e n c e 、 3 ) 规则的判定 一个规则可以被理解为如果前提是有效的( t r u e ) ，则结论必须也有效。 一个空的前提被认为平凡有效( t r u e ) ，一个空的结论被认为平凡无效 ( f a l s e ) 。 非空的前提和结论有效，当且仅当它们的所有组成原子有效。 带有多重结论的规则可以很容易的被改写成( 使用标准分配性规则) 多重规 则，每个规则有一个单独的原子结论。 在这里，我们还介绍另一种表达方式，当从b n f 扩展的抽象语法与o w l 规范相一致的时候，规则就变得很长，可读性差。因此，下面我们将使用一个相 对通常的“人类可读的”形式，它与在很多关于规则的出版物使用上是类似的。 在这个语法中，一个规则有如下形式： a n t e c e d e n t - - - c o n s e q u e n t ， 其中这里的a n t e c e d e n t 和c o n s e q u e n t 都是形如q 人a 。的原子的联合。变 量被表示的时候都是使用标准惯例在它们的前面加一个问号( 如：? x ) 。使用这个 语法，一个规则声明p a r e n t 和b r o t h e r 属性的结合暗示着一个u n c l e 属性，可写为