KL-ONE, Einführung in Beschreibungslogiken

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SMART Systems (Vorlesung: KI & XPS)

Beim vorigen Mal:

 Semantische Netze, Frames, XML, RDF(S), XMLS

 Inhalt heute:

 KL-ONE, Einführung in Beschreibungslogiken

 Lernziele:

 Kritik an Sem.Netzen, Frames und auch XML verstehen

 Motivation der Entwicklung der Repräsentationssprache KL-ONE kennen

 Syntax und Semantik von Beschreibungslogiken verstehen

Ralf Möller, Univ. of Applied Sciences, FH-Wedel

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Acknowledgments

 Diese Vorlesung enthält graphisches Material von

 B. Nebel, Univ. Freiburg: Bilder Semantische Netze und Frames

 I. Horrocks (Univ. Manchester): DL-Einführungsfolien

 U. Sattler (RWTH Aachen): DL-Einführungsfolien

 H.J. Schek (ETH Zürich): KL-ONE-Bilder

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Semantische Netze: Kritik

 Was ist die Bedeutung eines

Knotens: Begriff, hypothetisches oder existierendes Individuum?

 Was ist die Bedeutung einer Kante:

Werteeinschränkung, Default-Wert, aktueller Wert, . . . ?

 Was bedeutet die ISA-Kante?

 Was ist die Semantik semantischer Netze?

 Aufsatz: "What's in a link?" [Woods 75]

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Frames: Kritik

 Ein Eigenschaftswert (Slot-Wert) kann

 ein Default-Wert sein

(im Sinne eines Prototypen)

 strikt notwendig sein

(notwendige Bedingungen)

 zusammen mit anderen hinreichend sein

(hinreichende Bedingungen)

 strikt oder nicht-strikt vererbt werden

 Bedeutung unklar

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Sem.Netze und Frames: Zusammenfassung

 Beruhen auf ähnlichen Ideen:

 Objektzentrierte Organisation

 Hierarchie und Vererbung

 Die interessanten Fragen in diesem Kontext sind

 Effizienz der Verarbeitung

 Strikte oder nicht-strikte Vererbung

 Falls strikt, können Eigenschaften auch definierend sein?

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Strukturierte Vererbungsnetze: Motivation

 Was war unschön an allgemeinen semantischen Netzen?

 Die Semantik der nicht-ISA Kanten war unklar.

 Was fehlt Frame-Systemen?

 Begriffe sind atomar und unstrukturiert.

 Strukturierte Vererbungsnetze [Brachman 77]

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Strukturierte Vererbungsnetze: Zentrale Ideen

 Strukturierte Beschreibungen

 entsprechen der relationalen Struktur von Objekten

 aufgebaut mit Hilfe einer geringen Anzahl von wohldefinierten Operatoren

 Unterscheidung zwischen begrifflichem (terminologischem) und objektbezogenem (assertionalem) Wissen (TBox/ABox)

 Automatische Bestimmung von Unterbegriffs- und Oberbegriffsbeziehung (Klassifikation)

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Terminologisches Wissen: Informelles Bsp. (1)

 Ein Mensch ist eine Art: Tier

 Eine Frau ist: ein Mensch und Weiblich

 Ein Mann ist: ein Mensch und Männlich

 Eine Mutter ist: eine Frau mit mindestens einem Kind, das ein Mensch ist

 Ein Vater ist: ein Mann mit mindestens einem Kind, das ein Mensch ist

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Terminologisches Wissen: Informelles Bsp. (2)

 Ein Elternteil ist: eine Mutter oder ein Vater

 Eine Großmutter ist: eine Frau, mit mindestens einem Kind, das ein Elternteil ist

 Eine Mutter-ohne-Tochter ist: eine Mutter mit nur männlichen Kindern

 Männlich ist: das Gegenteil von Weiblich

 Was kann alles geschlossen werden?

 Ist eine Mutter-ohne-Tocher auch ein Elternteil?

 Implizite ISA-Beziehungen!

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Assertorisches Wissen: Informelles Bsp.

 ELIZABETH ist eine Frau

 CHARLES ist ein Vater

 ELIZABETH hat das Kind CHARLES

 DIANA ist eine Mutter-ohne-Tochter

 DIANA hat das Kind WILLIAM

 Was kann alles geschlossen werden?

 Ist WILLIAM männlich?

 Ist ELIZABETH eine Großmutter?

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KL-ONE (1)

 [Brachman, 77, 79, 85]

 Erste Implementierungen Anfang 1980

 Vorrangig: Terminologisches Wissen (TBox)

 Graphische Notation:

 Ein KL-ONE-Modell ist ein Netz mit Knoten und Kanten

 2 Arten von Knoten:

Konzepte Rollen

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KL-ONE (2)

(13)

KL-ONE: Konzepte (1)

(14)

KL-ONE: Konzepte (2)

(15)

KL-ONE: Rollen (1)

(16)

KL-ONE: Rollen – Beispiel (1)

(17)

KL-ONE: Rollen (2)

(18)

KL-ONE: Rollen – Beispiel (2)

(19)

KL-ONE: Rollen (3)

(20)

KL-ONE: Rollen – Beispiel (3)

(21)

KL-ONE: Inferenzprobleme

 Gegeben ein KL-ONE-Netz (eine TBox)

 Fragen:

 Kann es zu einem bestimmten Konzept einer TBox über- haupt Individuen (Objekte) geben? (Konsistenztest)

 Was sind die speziellsten Konzepte in der TBox, die zu einem gegebenen Konzept in der ISA-Beziehung

stehen? (Klassifikation, Bestimmung der "Parents")

 Was sind die allgemeinsten Konzepte in der TBox, zu denen ein gegebenes Konzept in der ISA-Beziehung steht? (Klassifikation, Bestimmung der "Children")

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KL-ONE: Kritik

 Graphische Darstellung erscheint zwar intuitiv

 Aber: Verschiedene Interpretationen und

Diskussionen über die Bedeutung waren die Regel

 Mathematische Beschreibung der Bedeutung der Repräsentationskonstrukte immer noch nicht klar

 (insb. Individuenkonzepte, die wir hier nicht behandeln)

 Wichtig für maschinelle Verarbeitung:

Inferenzalgorithmen:

 Terminierung, Vollständigkeit, Korrektheit

 Berechenbarkeit, Komplexität (asymptotisch)

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Beschreibungslogiken (Description Logics, DLs)

 Familien von formalen,

logischen Beschreibungssprachen

 Syntax

 Semantik

 Pragmatik

(24)

Architektur eines DL-Systems

(25)

DL – Einführung (1)

(26)

DL – Einführung (2)

(27)

Zusammenfassung, Kernpunkte

 Kritik an Sem.Netzen und Frame-Systemen

 KL-ONE: Motivation, Generelle Ideen und Probleme

 Formale Repräsentationstechniken:

Beschreibungslogiken

 Konstrukte zur Beschreibung von Konzepten und Rollen

 Mengentheoretische Semantik

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Was kommt beim nächsten Mal?

 Beschreibungslogiken zweiter Teil